[發明專利]云計算環境下基于VHAM-R模型的虛擬機放置遺傳優化方法

有效

• 申請號: 201811079838.9
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109447264B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 陸佳煒;趙偉;李杰;吳涵;肖剛;高燕煦
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06N3/12
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種云計算環境下基于VHAM?R模型的虛擬機放置遺傳優化方法，包括以下步驟：第一步：對于虛擬機放置問題提出以下的形式化描述，過程如下：1.1定義放置環境；1.2定義資源狀態；1.3主機可用性；1.4計算電能消耗；1.5定義虛擬機放置；第二步：對虛擬機放置設定約束條件及優化目標；第三步：創建模型：基于第二步中給出的虛擬機放置的約束條件和優化目標，建立基于Rendezvous哈希算法的虛擬分層結構模型VHAM?R，用于優化和決策虛擬機對主機的選擇過程；第四步：基于VHAM?R模型的遺傳算法操作改進。本發明提升算法的執行效率以及對于最終獲得的解集的優化。

技術領域

本發明涉及云計算環境中的虛擬機放置領域，具體使用在VHAM-R模型上通過遺傳算法的編碼、選擇操作、交叉操作和變異操作對虛擬機放置進行優化改進。

背景技術

云計算源于分布式計算、網格計算，是一種完全基于互聯網的計算方式，其遵循“按需付費”的模式為用戶提供低成本、高可靠性、可伸縮的計算資源及服務。云計算的基本思想是通過分布各地的龐大的數據中心提供物理設備支持，基于虛擬化技術以較廉價的價格通過互聯網為用戶提供計算及存儲的高質量服務。虛擬機放置(Virtual MachinePlacement)問題是云數據中心虛擬機與物理主機之間的一個裝箱問題，是云計算環境中資源管理和分配的重要組成部分。該問題的實質是通過合理的分配方法將虛擬機放置到較優的物理節點之上，同時，需要滿足虛擬機運行的資源需求和特定的約束條件,是一個NP-hard問題。良好的虛擬機放置策略能夠有效提高云數據中心各物理主機的資源利用率、降低云數據中心總體能耗、保證用戶需求的可用性等。

Z Zhang、CC Hsu等考慮數據中心規模、主機工作負載及計算資源需求變化，提出一種虛擬機放置到主機的節能框架，有效的解決了資源配置虛擬機的達到最少資源浪費和最低能耗的問題。X Li和Z Qian等人研究在運行時選擇合適的物理主機來部署虛擬機的問題。由于物理主機資源存在多維性，多維資源的使用不平衡會導致資源的浪費，因此他們提出一種多維資源劃分模型，用于平衡多維資源的利用率，減少運行的物理主機數量，從而降低數據中心的能耗。國內李強等人針對云計算環境下的虛擬機放置問題提出了一種基于長期負載性能的模型，結合多目標優化的遺傳算法有效的減少物理主機節點的使用數量。

遺傳算法(GA)是Holland于1975年借鑒生物進化理論的自然選擇和遺傳學中的生物進化過程提出的，是一種通過仿真模擬生物的進化過程來找尋 NP-hard問題的最優解的算法。相較于常見的基于ANSYS集群的有限元分析在云計算下的虛擬機放置算法，包括先進先服務(First In First Service)、首次適應算法(Fist Decreasing)、首次適應下降算法(Fist Fit Decreasing)、最佳適應算法 (Best Fit)、最佳適應下降算法(Best FitDecreasing)、貪心放置算法(Greedy Placement)等經典算法，遺傳算法可以較好地找到全局最優解。

發明內容

為使虛擬機放置請求的組放置在服務器節點上，在滿足放置、資源、通信可達性等約束條件的前提下，實現工作主機較少、數據中心能耗較低的虛擬機放置可用性較高的優化目標。本發明提出了一種改進的遺傳算法來處理虛擬機放置問題，基于VHAM-R模型對其編碼方式、選擇、交配過程和變異方式進行改進，從而提升算法的執行效率以及對于最終獲得的解集的優化。

本發明為了解決上述技術問題提供如下的技術方案：

一種云計算環境下基于VHAM-R模型的虛擬機放置遺傳優化方法，包括以下步驟：

第一步：對于虛擬機放置問題提出以下的形式化描述，過程如下：