基于积分算法的云网络资源弹性调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于积分算法的云网络资源弹性调度系统和方法，包括虚拟交换机模块、数据采集模块、积分计算模块以及资源调度模块；虚拟交换机模块作为承载VM网络功能的核心模块，用于根据CPU周期占比为VM提供网络服务；数据采集模块用于从虚拟交换机模块中收集每个工作时间片内，各VM所消耗的虚拟交换机的实际CPU时钟周期数及周期占比，并传输至积分计算模块；积分计算模块用于根据输入的实际CPU时钟周期数及周期占比更新每个VM的积分值，并将更新的积分值传输至资源调度模块；资源调度模块用于根据输入的积分值动态限制下一工作时间片内每个VM所消耗的虚拟交换机CPU周期数和周期占比。该方法以保证多个VM网络趋于合理水平的资源利用。于合理水平的资源利用。于合理水平的资源利用。

【技术实现步骤摘要】
基于积分算法的云网络资源弹性调度方法及系统


[0001]本专利技术属于云数据中心网络
，尤其涉及一种基于积分算法的虚拟化云网络资源弹性调度方法及系统。

技术介绍

[0002]随着信息技术的发展，工业企业信息化的趋势日益明显，众多工业企业发展已逐渐趋于智能化经营，即企业上云。企业上云是指企业通过互联网技术与云计算技术方式，连接社会性资源、共享平台及工作内容等，从而开展信息化管理基础设施建设、管理方法、业务流程等运用的全过程。随着越来越多的企业纷纷将业务上云，云服务提供商承载了越来越大的运营压力。一方面，云服务提供商的网络总流量逐渐增大；另一方面，云服务提供商出售的服务质量等级纷繁复杂。为了保障企业用户能够获得良好的服务体验，云服务提供商必须依照流量分布特征和用户预设服务质量合理地调度网络资源，否则，用户的正常性能需求将无法得到满足，还可能造成局部网络热点引发云服务器CPU过载宕机的巨大运营事故。
[0003]目前，主流的云服务提供商都采用虚拟大二层网络技术。云服务提供商通过虚拟化技术将物理服务器(Host)虚拟化为多台虚拟逻辑服务器(VM)。出于业务管理和部署的便利性，云服务提供商需要将海量的VM纳入同一个二层广播域中。由于传统的VLAN二层技术无法支持云数据中心动辄上万甚至十万级别的Host数量，云服务提供商开发了VXLAN、NVGRE和STT等网络协议以满足跨地域、跨中心大二层要求。实现这些协议的核心组件是虚拟交换机。虚拟交换机是一种允许在VM之间进行网络通信的软件应用程序，其通常被部署于Host的系统中，与虚拟机监视器(Hypervisor)协同工作。由于虚拟交换机通过软件抽象层与多个VM的虚拟网卡联通，是VM对外进行网络通信的直接交互组件，对VM集群的整体网络性能有举足轻重的影响，因此虚拟交换机的弹性资源保障机制是实现服务质量和性能隔离的重要技术之一。
[0004]弹性资源保障机制即为动态且合理地调度虚拟交换机在处理每一台VM网络报文所消耗的计算资源。目前，虚拟交换机面临着以下几个挑战：首先，由于在同一台Host中部署的VM往往有着不同的服务规格指标，需要虚拟交换机对各个VM进行位速率(BPS)及包速率(PPS)等多个维度的限速；其次，虚拟交换机需要保证隔离性，即当其中一台VM产生异常流量时，同一Host上的其他VM的网络服务质量不受影响；最后，虚拟交换机需要尽可能地提高Host计算资源的整体利用率，避免空闲资源无法得到有效利用。
[0005]目前业界内已有多种关于弹性资源保障的算法与技术。例如基于Fair sharing模型的FairCloud和NetShare；基于Hose模型的ElasticSwitch和Silo等等。此外，Google也提出了基于VM对应的SLA分配虚拟交换机CPU周期的PicNIC方案。尽管上述方案在不同程度上改善了资源争用和服务质量，但目前这些方法仍然缺乏细粒度的调度手段。一个核心的问题是，如何在闲时低负载和忙时高负载两种不同工况下动态无缝地切换。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种基于积分算法的云网络资源弹性调度方法及系统，以保证多个VM网络趋于合理水平的资源利用。
[0007]为实现上述专利技术目的，实施例提供的一种基于积分算法的云网络资源弹性调度系统，包括虚拟交换机模块、数据采集模块、积分计算模块以及资源调度模块；
[0008]所述虚拟交换机模块作为承载VM网络功能的核心模块，用于根据CPU周期占比为VM提供网络服务；
[0009]所述数据采集模块用于从虚拟交换机模块中收集每个工作时间片内，各VM所消耗的虚拟交换机的实际CPU时钟周期数及周期占比，并传输至积分计算模块；
[0010]所述积分计算模块用于根据输入的实际CPU时钟周期数及周期占比更新每个VM的积分值，并将更新的积分值传输至资源调度模块；
[0011]所述资源调度模块用于根据输入的积分值动态限制下一工作时间片内每个VM所消耗的虚拟交换机CPU周期数和周期占比，实现资源分配。
[0012]在一个实施例中，所述虚拟交换机模块包括虚拟网卡接口模块、Netframe转发模块；
[0013]所述虚拟网卡接口模块用于提供与VM进行网络数据通信的接口；
[0014]所述Netframe转发模块是基于DPDK的用户态网络协议栈组件，作为数据转发的核心模块，用于实现了两层MAC地址转发，即以Netfilter Hook的方式提供给虚拟网卡接口模块使用。
[0015]在一个实施例中，所述数据采集模块从Netframe转发模块中收集每个工作时间片内，各VM所消耗的虚拟交换机CPU时钟周期数及占总周期数的比例。
[0016]在一个实施例的所述积分计算模块中，更新每个VM的积分值的过程包括：
[0017]为每个VM预设积分参数BASE、MAX和MIN，其中，BASE为基础消耗CPU周期占比，MAX和MIN分别为最大和最小消耗CPU周期占比；
[0018]针对每个VM，比较消耗的CPU周期占比是否小于BASE值，在CPU周期占比小于BASE值时，积分增加X1；在CPU周期占比大于BASE值时，积分减少X2，以得到积分更新结果，其中，X1和X2为预设的增加比例和减少比例，其中，X1小于X2，表示积分的积累速度要慢于积分的消耗速度。
[0019]在一个实施例的所述积分计算模块中，当积分值为0时，不进行积分的更新，保持积分值为0。
[0020]在一个实施例的所述资源调度模块中，若输入的积分值为0，则将下一秒内VM所消耗的最大CPU周期占比设为BASE；若积分值大于0，则将下一秒内VM所消耗的最大CPU占比设为MAX；同时，必须保证下一秒内VM所消耗的最小CPU周期占比为MIN。
[0021]在一个实施例中，所述资源调度模块根据输入的积分值动态控制的每个VM所消耗的虚拟交换机CPU周期占比传入至所述虚拟交换机模块；
[0022]所述虚拟交换机模块根据接收的CPU周期占比为VM提供相应规格的网络服务。
[0023]在一个实施例的所述积分计算模块中，为每个VM预设的初始积分值根据用户的服务指标指定，取值为100～500。
[0024]为实现上述专利技术目的，实施例提供的基于积分算法的云网络资源弹性调度方法，
所述方法采用上述云网络资源弹性调度系统，所述调度方法包括以下步骤：
[0025]步骤1，利用虚拟交换机模块为每个VM根据CPU周期占比提供网络服务；
[0026]步骤2，利用数据采集模块从虚拟交换机模块中收集每个工作时间片内，各VM所消耗的虚拟交换机的实际CPU时钟周期数及周期占比，并传输至积分计算模块；
[0027]步骤3，利用积分计算模块输入的实际CPU时钟周期数及周期占比更新每个VM的积分值，并将更新的积分值传输至资源调度模块；
[0028]步骤4，利用资源调度模块根据输入的积分值动态计算下一工作时间片内每个VM所消耗的虚拟交换机CPU周期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于积分算法的云网络资源弹性调度系统，其特征在于，包括虚拟交换机模块、数据采集模块、积分计算模块以及资源调度模块；所述虚拟交换机模块作为承载VM网络功能的核心模块，用于根据CPU周期占比为VM提供网络服务；所述数据采集模块用于从虚拟交换机模块中收集每个工作时间片内，各VM所消耗的虚拟交换机的实际CPU时钟周期数及周期占比，并传输至积分计算模块；所述积分计算模块用于根据输入的实际CPU时钟周期数及周期占比更新每个VM的积分值，并将更新的积分值传输至资源调度模块；所述资源调度模块用于根据输入的积分值动态限制下一工作时间片内每个VM所消耗的虚拟交换机CPU周期数和周期占比，实现资源分配。2.根据权利要求1所述的基于积分算法的云网络资源弹性调度系统，其特征在于，所述虚拟交换机模块包括虚拟网卡接口模块、Netframe转发模块；所述虚拟网卡接口模块用于提供与VM进行网络数据通信的接口；所述Netframe转发模块是基于DPDK的用户态网络协议栈组件，作为数据转发的核心模块，用于实现了两层MAC地址转发，即以Netfilter Hook的方式提供给虚拟网卡接口模块使用。3.根据权利要求2所述的基于积分算法的云网络资源弹性调度系统，其特征在于，所述数据采集模块从Netframe转发模块中收集每个工作时间片内，各VM所消耗的虚拟交换机CPU时钟周期数及占总周期数的比例。4.根据权利要求1所述的基于积分算法的云网络资源弹性调度系统，其特征在于，所述积分计算模块中，更新每个VM的积分值的过程包括：为每个VM预设积分参数BASE、MAX和MIN，其中，BASE为基础消耗CPU周期占比，MAX和MIN分别为最大和最小消耗CPU周期占比；针对每个VM，比较消耗的CPU周期占比是否小于BASE值，在CPU周期占比小于BASE值时，积分增加X1；在CPU周期占比大于BASE值时，积分减少X2，以得到积分更新结果，其中，X...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文智，魏成坤，陈义全，徐天宇，蒋骁翀，张紫徽，祝顺民，李星，陈子康，杨博文，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：