[發(fā)明專利]一種高效能數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器資源自主管理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811309819.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN109491760B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史曉雨;尚明生;白亞男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F9/455
• 分類號(hào): G06F9/455;G06F9/48;G06F9/50
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種高效能數(shù)據(jù)中心服務(wù)器資源自主控制方法，屬于計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算領(lǐng)域。系統(tǒng)包括資源實(shí)時(shí)調(diào)度層、能耗控制層和虛擬機(jī)遷移層，其中資源實(shí)時(shí)調(diào)度層包括性能監(jiān)控器、在線估計(jì)器A、資源控制器、資源分配器，能耗控制層包括性能監(jiān)控器、在線估計(jì)器B、能耗控制器、頻率調(diào)節(jié)器，虛擬機(jī)遷移層包括性能監(jiān)控器、負(fù)載探測(cè)器、虛擬機(jī)遷移調(diào)度器。方法包括資源實(shí)時(shí)調(diào)度、能耗控制和虛擬機(jī)遷移三部分分別對(duì)應(yīng)在秒級(jí)、分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)層面上協(xié)同運(yùn)作，進(jìn)而使數(shù)據(jù)中心服務(wù)器達(dá)到性能和能耗的最優(yōu)控制。該方法和系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器全周期的多層次云資源調(diào)度管理，大幅降低數(shù)據(jù)中心服務(wù)器能耗，確保云服務(wù)的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效能數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器資源自主管理方法，屬于計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步繁榮，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模以驚人的速度擴(kuò)張，特別是云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的提出，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模得到了空前的發(fā)展，如何對(duì)數(shù)據(jù)中心的資源(特別是云服務(wù)器)進(jìn)行高效管理是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心在消耗大量能源的同時(shí)，也帶來了不容忽視的碳排放量。因此，設(shè)計(jì)高效合理的云服務(wù)器資源控制方法和系統(tǒng)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的資源管理，以及降低數(shù)據(jù)中心的能耗、減少運(yùn)營成本、減少能源消耗對(duì)環(huán)境的污染都具有十分重要的意義。

虛擬化技術(shù)(如VMware、Xen和Microsoft Virtual Servers)通過靈活的資源管理、在線遷移等技術(shù)，為高效地管理數(shù)據(jù)中心的云服務(wù)器資源和能耗提供了一條可行路徑。這些虛擬化技術(shù)允許在一臺(tái)物理云服務(wù)器上生成多臺(tái)虛擬機(jī)(Virtual Machine，VM)，在每臺(tái)VM上面可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用，同時(shí)所有的VM共享底層的硬件資源，以達(dá)到提高云服務(wù)器資源利用率的目的，因此當(dāng)前數(shù)據(jù)中心紛紛采用虛擬化技術(shù)來搭建數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器。然而，虛擬化技術(shù)在給數(shù)據(jù)中心的管理帶來好處的同時(shí)，也面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，由于硬件資源(如CPU、內(nèi)存和I/O硬盤等)的有限性，使得共享資源的VM之間存在著性能干涉的問題。因此，數(shù)據(jù)中心服務(wù)提供商的首要任務(wù)是保證應(yīng)用的服務(wù)級(jí)別協(xié)議SLAs(如響應(yīng)時(shí)間、吞吐量等)。其次，隨著能源成本的增長，如何在不降低服務(wù)性能的同時(shí)減少云計(jì)算云服務(wù)器的耗電量成為高性能計(jì)算研究的熱點(diǎn)問題。最后，現(xiàn)代化數(shù)據(jù)中心規(guī)模和應(yīng)用復(fù)雜度的不斷增加給系統(tǒng)管理員提出了一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，即如何在盡量減少人為對(duì)數(shù)據(jù)中心干涉的基礎(chǔ)上，最大可能地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的自主化管理。

隨著云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)研究人員已經(jīng)提出了各種云服務(wù)器的性能管理方案，雖然這些方案能夠在一定程度上優(yōu)化云服務(wù)器性能以及降低集群能耗，但它們往往由單一控制組件或者調(diào)度算法構(gòu)成，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)缺乏一站式的全生命周期管理。同時(shí)，已有的控制方案大部分為確定性控制依賴于在線估計(jì)器可以穩(wěn)定地提供精準(zhǔn)的模型參數(shù)給控制器這一假設(shè)。但是，該假設(shè)往往并不成立，因?yàn)橛捎跀?shù)據(jù)中心云服務(wù)器系統(tǒng)的復(fù)雜性，通常采用線性化方法進(jìn)行建模，在建模過程中真實(shí)數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器中的非線性因素往往被忽略(如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的有限性，并受限于硬件自身的制造工藝；突發(fā)性Web負(fù)載可以造成系統(tǒng)輸出端的未知波動(dòng)；計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理過程的隨機(jī)性等等)。因此，當(dāng)突發(fā)性的Web負(fù)載引起系統(tǒng)輸出端的嚴(yán)重?cái)_動(dòng)時(shí)，在線估計(jì)器的性能會(huì)變得不準(zhǔn)確，導(dǎo)致控制器做出錯(cuò)誤的控制選擇)，在某些情況下，甚至導(dǎo)致應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種高效能數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器資源自主管理方法，能夠同時(shí)保證耗電量和性能最優(yōu)化，并且可以按照不同要求在兩者之間進(jìn)行靈活權(quán)衡，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的動(dòng)態(tài)變動(dòng)，采用全方位、一站式、全周期的多層次數(shù)據(jù)中心資源調(diào)度管理，能夠大幅降低數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器能耗，同時(shí)確保數(shù)據(jù)中心服務(wù)質(zhì)量。

本發(fā)明提供一種高效能數(shù)據(jù)中心云服務(wù)器資源自主管理系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括資源實(shí)時(shí)調(diào)度層、能耗控制層和虛擬機(jī)遷移層：

第一層為資源實(shí)時(shí)調(diào)度層，主要實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡控制算法對(duì)云服務(wù)器的秒級(jí)控制，該層結(jié)構(gòu)包括性能監(jiān)控器、在線估計(jì)器A、資源控制器、資源分配器；