利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法，在满足用户所指定的最大执行周期约束和服务器阈值温度下，优化虚拟机放置与调度以降低制冷系统的能耗。本发明专利技术结合数据中心气流组织方式进行整体建模，并结合虚拟机负载请求量大小，利用模拟退火算法对模型进行求解，以此获得适配当前数据中心气流组织的虚拟机放置方式，同时在执行任务时由于任务量负载的不确定性，可能会使虚拟机利用率在不同阶段产生较大的变化，因此利用上述模型及方法进行虚拟机调度以重新适配当前数据中心气流组织分布方式。该方法将虚拟机放置与调度与当前数据中心气流组织分布方式进行结合，降低数据中心的制冷能耗，大幅减少局部热点的产生。

A method of data center virtual machine placement and scheduling using air distribution

【技术实现步骤摘要】
利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法
本专利技术涉及数据中心资源调度优化
，具体涉及一种利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法。
技术介绍
云计算通过对大量计算资源的虚拟聚合和共享，实现按需向用户提供各种各样的计算服务，因此能够满足日益增长的大数据处理需求。为了进一步提高云计算系统对大数据的管理和处理能力，如何合理、高效地调度云计算的资源从而实现向用户弹性地提供计算服务是提高云计算系统性能的关键。在云计算环境中，由于云计算资源的数量庞大、数据中心虚拟机所承担的计算服务量也相当巨大。在应用云资源处理大数据计算任务时，不同的虚拟机放置及调度方式会带来不同的能耗。在现有的虚拟机调度模型中，可以依据虚拟机的物理资源优化(如CPU、内存、网络优化)进行调度。然而在实际应用中，这类忽略了气流组织特性的调度往往会给制冷系统带来巨大的开销及能耗。因此如何能够在虚拟机调度过程中考虑虚拟机资源和气流组织的特性，从而进一步提高虚拟机分配及调度的效率和对能耗的优化，对虚拟机调度方法提出了新的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法，改善当今数据中心耗能过高、热点频发等问题，通过对数据中心服务器排列以及气流组织分布方式进行建模，利用模拟退火算法计算虚拟机放置与调度的最佳方案，提高服务器的运行效率，并减少热点故障产生的可能性。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法，包括如下步骤：S1、建立数据中心气流组织模型：结合数据中心气流组织分布方式及数据中心机架排列特点及各机架上服务器数量对数据中心服务器进行建模，输出数据中心气流组织模型，过程如下：S101、确定每个服务器所能支持的最大虚拟机数量m，数据中心服务器总数为n，假设总任务需要的虚拟机数量为Ctot，分配在每个服务器i上的虚拟机数量为ci，则如下限制条件应被满足：且ci≤m；S102、将虚拟机放置及调度方案用向量表示，表示服务器的基本能耗，表示放置m台虚拟机后服务器的当前能耗，服务器需要的入口温度为tnode，D为考虑热循环的数据中心节点热矩阵，可由如下公式计算：D＝[(K-ATK)-1-K-1]，其中AT表示交叉干扰系数矩阵A的转置矩阵,A矩阵可由实际数据中心基本功耗节点出口温度及制冷系统供应温度Tsup依据公式推导得出；K为热力学常数值，K＝ρfiCp，Cp表示气流的比热容(一般值：1005JKg-1K-1)，ρ表示气流密度(一般值：1.19Kg/m3)，fi表示节点i的气流流速(一般值：520，CFM＝0.2454m3/s)。则制冷系统实时输出温度tsup可由如下公式计算：S2、对模型进行求解：运用模拟退火算法对目标函数maximizetsup求最优解，使制冷系统输出温度tsup在满足服务器入口温度阈值的前提下调高，以达到节能的目的。进一步地，所述的步骤S2中，对模型进行求解的过程如下：S201、初始化模拟退火算法的初始温度T0、终止温度Tend和队列大小参数L，并生成首次初始解，初始解中每个个体的编码方式为K＝(k1，k2，…，ki…，kn)其中，ki表示将工作流的虚拟机匹配到相应的服务器节点Nodei执行；S202、运用选择交叉法则产生新解，即交叉变换K中的元素；S203、对以上交叉、变异操作所得到的新一代种群的每个个体，按照Metropolis准则进行筛选，即接受新解的概率P为：即若df＜0，以概率1接受新解；反之若df≥0，以概率接受新解；S204、如果当前模拟退火温度T超出初始化设定的终止温度Tend则结束迭代，否则返回步骤S202继续执行。进一步地，进行数据中心服务器建模时，针对不同类型的服务器硬件信息，设置不同的参数值以及其中，所述服务器硬件信息包括设备核心数量、内存大小和型号等信息。进一步地，进行数据中心服务器建模时，应针对最近时刻的服务器利用率进行分类计算，可分为低利用率(利用率为30％以下)、中利用率(利用率为30％至60％)及高利用率(利用率为60％以上)。进一步地，所述建立数据中心气流组织模型对不同位置的服务器进行区分，服务器间的相互影响参数有所区别，即不同数据中心的数据中心节点热矩阵D矩阵有所差异。进一步地，所述运用模拟退火算法对目标函数maximizetsup求最优解过程中，设置最大迭代次数以控制模拟退火算法整体运行时间，当迭代达到最大次数时输出当前所获得的最优解。进一步地，所述运用模拟退火算法对目标函数maximizetsup求最优解后应将所得虚拟机放置与调度方案交由虚拟机调度器进行执行。进一步地，所述服务器入口温度阈值设定为25℃，即服务器需要的入口温度tnode＝25℃。进一步地，所述方法中，对等待队列中的业务进行分析，主要判定此业务需要虚拟机数量、业务量大小、优先级及是否允许调度。进一步地，所述方法中，通过任务调度器对虚拟机任务进行优先级排列，优先级较高的任务首先得到分配执行，设置任务队列将一段时间内到来的虚拟机任务优先级由高至低进行排列，再按需执行分配，在调度阶段应首先对优先级低的虚拟机任务进行调度，以此保证高优先级任务的服务质量。本方法结合虚拟机放置与动态迁移、数据中心及气流组织建模等技术构建一种利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法。本方法例将服务器的使用情况与气流组织分布情况进行结合，优先将虚拟机放置与调度于适配气流组织的服务器上，此方案对不同数据中心具有良好的适配能力，对于已经正在提供服务的数据中心，不需要进行后期对其制冷系统繁杂的改造便能采用。本方法公开的利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法能有效的避免服务器成为局部热点，降低数据中心制冷系统所带来的开销。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、对于目前已经投入使用的数据中心，无需对其制冷系统及制冷方式进行改造，而是采用不同的虚拟机放置与调度方案，降低数据中心的整体能耗、优化气流组织并减少局部热点的产生。2、对于尚未建成的数据中心，本专利技术无需耗费过多开销用于设立独立的分布式制冷系统，能降低数据中心建设初期的投入花销，并降低后期的运营维护花销。3、本专利技术公开的利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度在数据中心运营过程中自动且智能的执行，减少后期运营维护的开销，并能达到一次投入，终身使用的效果。附图说明图1是本专利技术利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的工作流程图；图2是本专利技术模拟退火算法的流程图；图3是本专利技术数据中心机架及服务器排列情况结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/nS1、建立数据中心气流组织模型：结合数据中心气流组织分布方式及数据中心机架排列特点及各机架上服务器数量对数据中心服务器进行建模，输出数据中心气流组织模型，过程如下：/nS101、确定每个服务器所能支持的最大虚拟机数量m，数据中心服务器总数为n，假设总任务需要的虚拟机数量为C

【技术特征摘要】
1.一种利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、建立数据中心气流组织模型：结合数据中心气流组织分布方式及数据中心机架排列特点及各机架上服务器数量对数据中心服务器进行建模，输出数据中心气流组织模型，过程如下：
S101、确定每个服务器所能支持的最大虚拟机数量m，数据中心服务器总数为n，假设总任务需要的虚拟机数量为Ctot，分配在每个服务器i上的虚拟机数量为ci，则如下限制条件应被满足：且ci≤m；
S102、将虚拟机放置及调度方案用向量表示，表示服务器的基本能耗，表示放置m台虚拟机后服务器的当前能耗，服务器需要的入口温度为tnode，D为考虑热循环的数据中心节点热矩阵，由如下公式计算：
D＝[(K-ATK)-1-K-1]，
其中AT表示交叉干扰系数矩阵A的转置矩阵，A矩阵由实际数据中心基本功耗节点出口温度及制冷系统供应温度Tsup依据公式



推导得出；其中K为热力学常数值，K＝ρfiCp，Cp表示气流的比热容，ρ表示气流密度，fi表示节点i的气流流速，则制冷系统实时输出温度tsup可由如下公式计算：
S2、对模型进行求解：运用模拟退火算法对目标函数maximizetsup求最优解，使制冷系统输出温度tsup在满足服务器入口温度阈值的前提下调高，以达到节能的目的。


2.根据权利要求1所述的利用气流组织分布方式进行数据中心虚拟机放置与调度的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，对模型进行求解的过程如下：
S201、初始化模拟退火算法的初始温度T0、终止温度Tend和队列大小参数L，并生成首次初始解，初始解中每个个体的编码方式为K(k1,k2,…,ki…,kn)
其中，ki表示将工作流的虚拟机匹配到相应的服务器节点Nodei执行；
S202、运用选择交叉法则产生新解，即交叉变换K中的元素；
S203、对以上交叉、变异操作所得到的新一代种群的每个个体，按照Metropolis准则进行筛选，即接受新解的概率P为：



即若df＜0，以概率1接受新解；反之若df≥0，以概率接受新解；
S204、如果当前模拟退火温度T超出初始化设定的终止温度Tend则结束迭代，否则返回步骤S202继续执行。


3.根据权利要求1所述的利用气流组织分布方式进行数...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓玉辉，冯浩，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44