一种基于移动通信网络的云计算系统及其资源管理方法技术方案

本发明专利技术涉及一种云计算系统及其系统资源管理方法，云计算系统包括云计算子系统、移动通信网络和移动终端设备，其特征在于：云计算子系统包括若干物理结点和若干物理结点存储设备，所述物理结点中包括CPU和至少一虚拟机。云计算系统的资源管理方法包括：虚拟机控制循环步骤、结点控制循环步骤、迁移域控制循环步骤、全局控制循环步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于云计算虚拟机
，特别涉及。
技术介绍
云计算概念的提出，至今只有短短的几年。但是学术界和工业界对云计算背后包含的计算科学概念并行计算、分布式计算和网格计算等都展开了广泛和深入的研究。虚拟化和效用计算的引入，给云计算的应用和发展带来了更多的机会，同时也提出了更多和更高的挑战。云计算基础设施将超大规模的计算资源进行整合并向众多用户提供按需的极其廉价的服务。由于云计算中软硬件和网络应用的多样性和丰富性、网络应用的负载的实时动态变化性和人工管理复杂系统的限制性，给虚拟化云计算的控制和管理带来新的问题。同时云计算的超大规模性使得能耗成为制约云计算系统发展的一个主要因素。本专利技术提供了一种专门用于移动通信领域的云计算系统和相应的系统资源管理方法。该方法设计和实现了不同时间范围和空间规模下的多层资源控制器。基于四个不同的控制器(虚拟机控制器、结点控制器、迁移域控制器和全局控制器)，设计和实现了四个控制步骤，有效的改善了移动通信领域的云计算过程中虚拟资源和能耗的管理和使用效率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于移动通信网络的云计算系统，该系统包括云计算子系统、移动通信网络和移动终端设备，其特征在于:云计算子系统包括若干物理结点和若干物理结点存储设备，所述物理结点中包括CPU和至少一虚拟机。本专利技术还提供了一种用于上述云计算系统的资源管理方法，其特征在于，该方法包括以下四个控制循环: 步骤一:虚拟机控制循环步骤，具体包括: 第I步，利用虚拟机中的性能监控器测量上一个控制周期中应用性能指标的值，同时利用虚拟机中的能耗监控器测量上一个控制周期中虚拟机的能耗值，然后通过反馈路径将性能指标值和能耗指标值发送给虚拟机控制器；虚拟机中的资源使用监控器发送上一个控制周期中该虚拟机的资源使用情况数据给虚拟机控制器，同时结点控制器将上一个控制周期中给虚拟机设置的CPU工作电压/频率数据发送给虚拟机控制器； 第2步，虚拟机控制器使用上述数据来更新应用性能及能耗与所用资源及CPU工作电压/频率之间的动态关系模型，该动态关系模型将在下一个控制周期中优化资源分配和CPU工作电压/频率 的设置； 第3步，虚拟机控制器将测量得到的应用性能指标的值和应用的服务级目标进行比较并得到第一差值，同时将测量得到的能耗值和能耗预算进行比较并得到第二差值，基于上述第一差值和第二差值来 确定下一个控制周期所需的资源分配和CPU工作电压/频率值的设置，并发送资源请求和CPU工作电压/频率值的设置请求给应用所在结点的结点控制器； 步骤二:结点控制循环步骤，具体包括: 第I步，结点控制器收集来自相应结点中虚拟机控制器的资源请求和CPU工作电压/频率值的设置请求，然后，确定结点是否有满足这些请求的足够资源以及能耗是否超过预算，如果可以满足所有请求，则继续步骤二中的第2步；如果部分请求无法得到满足并且发出请求的应用优先级比较低，则跳转到步骤二的第3步；否则，跳转到步骤三的第2步； 第2步，结点控制器计算实际分配的资源和设置的CPU工作电压/频率，然后跳转到第4步； 第3步，根据应用向用户提供的服务级别的不同，结点控制器计算实际分配的资源和设置的CPU工作电压/频率； 第4步，结点控制器发送计算得到的资源分配值给资源驱动器，资源驱动器将这些值输入到结点中的资源调度器； 第5步，资源调度器分配相应的结点资源给多个虚拟机，同时利用动态电压/频率调节器为每个虚拟机设定CPU电压/频率； 第6步，在结点控制循环的每个控制周期结束时，结点控制器发送结点的资源使用、能耗和可用率情况给迁移域控制器和全局控制器； 步骤三:迁移域控制循环步骤，具体包括: 第I步，迁移域控制器接收来自迁移域内的资源使用监控器获得的每个虚拟机的资源使用情况、能耗监控器获得的每个虚拟机的能耗情况、来自结点控制器的虚拟机迁移请求以及每个结点的资源使用、能耗和可用率的情况，根据上述接收内容，迁移域控制器制定虚拟机的放置策略； 第2步，迁移域控制器根据制定的虚拟机的放置策略设计虚拟机的迁移规划，然后将迁移规划发送给迁移驱动器； 第3步，迁移驱动器按照迁移规划执行虚拟机的迁移； 步骤四:全局控制循环步骤，具体包括: 第I步，通过云计算系统中部署的全局控制器收集来自全局范围内的每个虚拟机的资源使用情况和能耗情况、每个结点的资源使用、能耗和可用率、每个应用的性能指标、能耗预算和虚拟机迁移请求； 第2步，全局控制器将上述收集到的信息发送给策略生成器，所述策略生成器分析每个应用的历史和当前数据，预测应用所需的资源和CPU电压/频率值，并结合上述信息设计云计算的能力规划，制定应用部署到虚拟机的方案和相应的全局迁移规划，根据部署方案和全局迁移规划重新在整个全局范围内中进行虚拟机的布局和迁移应用，在某些结点使用率低和闲置时，将其关闭，从而降低整个云系统的使用代价和能耗。【附图说明】图1云计算系统框架图； 图2基于云计算系统的资源管理流程图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明，并不是把本专利技术的实施范围局限于此。如图1所示，云计算系统包括云计算子系统、移动通信网络和移动终端设备，其特征在于:云计算子系统包括若干物理结点和若干物理结点存储设备，所述物理结点中包括CPU和至少一虚拟机，每个虚拟机使用物理结点存储设备中的虚拟存储资源。移动终端设备，如手机，可以通过移动通信网络将需要处理的数据发送到云计算子系统，并接收处理后的数据。针对虚拟化云计算的大规模和高复杂性，采用层次化和模块化的方法将自适应管理体系分为虚拟机管理、结点管理、迁移域管理和全局管理四个层次。基于四个不同的控制器(虚拟机控制器、结点控制器、迁移域控制器和全局控制器)，设计了四个控制循环。虚拟机和结点控制循环采取被动方式调整虚拟化资源的分配和CPU工作电压/频率，以适应短期和结点范围的负载变化。全局控制循环采取主动方式预测整体的资源需求和能耗并通过虚拟机迁移来适应长期和全局范围的负载变化。结合被动和主动适应方式，迁移域控制循环对域内的虚拟化资源和能耗进行自适应控制和管理。下面详细描述四个控制循环以及如何对它们进行整合。(一)虚拟机控制循环 虚拟机控制循环中的主要组件包括资源使用监控器、性能监控器、能耗监控器和虚拟机控制器。资源使用监控器负责监控虚拟机的资源使用情况。性能监控器负责监控应用的性能指标。能耗监控器负责监控虚拟机的能耗情况。每个结点中的虚拟机部署一个虚拟机控制器。一个虚拟机封装一个应用(或多层应用中的一层，如逻辑层，数据层)。将被控制的虚拟化系统(虚拟机及封装的应用)看成是一个黑盒系统。系统的控制输入是分配给虚拟机的多种资源和一定的CPU工作电压/频率，测量输出是应用的性能指标和能耗，对系统产生干扰的是应用负载的变化或系统的管理和维护需求等。根据被控制的虚拟化系统的输入和输出之间的关系，采用合适的系统辨识方法建立描述被控制的虚拟化系统行为的资源能效模型。在模型基础上，应用反馈控制方法设计和实现优化控制器。根据负载的变化，优化控制器动态调整控制输入(多种资源的分配和CPU工作电压/频率的设定)使得控制输出(应用的性能指标和能耗)满足所期望的需求，即应用的服务级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于移动通信网络的云计算系统，该系统包括云计算子系统、移动通信网络和移动终端设备，其特征在于：云计算子系统包括若干物理结点和若干物理结点存储设备，所述物理结点中包括CPU和至少一虚拟机。

【技术特征摘要】
1.一种基于移动通信网络的云计算系统，该系统包括云计算子系统、移动通信网络和移动终端设备，其特征在于:云计算子系统包括若干物理结点和若干物理结点存储设备，所述物理结点中包括CPU和至少一虚拟机。2.一种用于如权利要求1所述云计算系统的资源管理方法，其特征在于，所述方法包括以下四个控制循环: 步骤一:虚拟机控制循环步骤，具体包括: 第I步，利用虚拟机中的性能监控器测量上一个控制周期中应用性能指标的值，同时利用虚拟机中的能耗监控器测量上一个控制周期中虚拟机的能耗值，然后通过反馈路径将性能指标值和能耗指标值发送给虚拟机控制器；虚拟机中的资源使用监控器发送上一个控制周期中该虚拟机的资源使用情况数据给虚拟机控制器，同时结点控制器将上一个控制周期中给虚拟机设置的CPU工作电压/频率数据发送给虚拟机控制器； 第2步，虚拟机控制器使用上述数据来更新应用性能及能耗与所用资源及CPU工作电压/频率之间的动态关系模型，该动态关系模型将在下一个控制周期中优化资源分配和CPU工作电压/频率的设置； 第3步，虚拟机控制器将测量得到的应用性能指标的值和应用的服务级目标进行比较并得到第一差值，同时将测量得到的能耗值和能耗预算进行比较并得到第二差值，基于上述第一差值和第二差值来确定下一个控制周期所需的资源分配和CPU工作电压/频率值的设置，并发送资源请求和CPU工作电压/频率值的设置请求给应用所在结点的结点控制器； 步骤二:结点控制循环，具体包括: 第I步，结点控制器收集来`自相应结点中虚拟机控制器的资源请求和CPU工作电压/频率值的设置请求，然后，确定结点是否有满足这些请求的足够资源以及能耗是否超过预算，如果可以满足所有请求，则继续步骤二中的第2步；如果部分请求无法得到满足并且发出请求的应用优先级比较低，则跳转到步骤二的第3步；否则，跳转到步骤三的第2步； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，黄金贵，侯志华，邹暾，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：