云数据中心基于多资源的高能效虚拟机放置方法技术

技术编号:9865592 阅读:246 留言:0更新日期:2014-04-02 23:44
本发明专利技术公开了一种云数据中心基于多资源的高能效虚拟机放置方法,包括步骤:建立多资源的能效模型;采用首次适应算法生成粒子,定义粒子个体最优解和全局最优解的信任度指导粒子进化;根据多资源能效模型定义粒子群的适应度函数并以此来评价粒子。本发明专利技术方法能够有效降低云计算数据中心的虚拟机的放置的能耗,系统资源得到合理分配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及云计算领域,具体是一种基于在云数据中心结合粒子群算法以节能为目标的虚拟机放置方法。
技术介绍
高能耗是云数据中心资源管理面临的一大挑战,随着数据中心规模的不断扩大,高能耗问题更加突出。例如,Google数据中心产生的能耗相当于一个小型城市的总能耗。数据中心的高能耗不仅造成电能的浪费,系统运行的不稳定,同时对环境也造成不良的影响。造成云数据中心高能耗的主要原因有两个方面:一方面是随着用户数量的增加,数据中心基础设施建设大幅度增加,另一方面是系统资源分配不合理。研究高效的系统资源分配方法,可减少云数据中心的系统能耗,并使资源利用朝可持续方向发展。研究虚拟机的放置方法,定义虚拟机和物理结点之间的映射关系对云数据中心中资源的合理分配具有至关重要的作用,同时对系统的能耗、性能和资源利用率也产生重要的影响。虚拟机放置问题可以描述为向量装箱问题:装入的物品是运行中的虚拟机,箱子为物理结点,虚拟机的资源需求和物理结点的资源数量分别表示物品和箱子的大小。虚拟机和物理结点的资源包括CPU、内存、带宽、磁盘等,资源的种类即向量的维度。对于Μ个物理结点,Ν个虚拟机的云数据中心,将虚拟机部署到物理结点的解空间为ΜΝ,属于NP-hard问题。对此问题由于没有多项式最优解算法,通常采用基于贪心算法的启发式算法得到最优或次优解。目前以节能为目标放置虚拟机时,使用的能效模型大多是基于CPU—种系统资源。一些文献中指出服务器能耗与CPU利用率呈近似线性关系,当服务器处于空闲状态时也会消耗其处于顶峰负载时70%左右的电力。Beloglazov等基于此能效模型提出了一种高能效的资源分配算法,通过虚拟机的放置和迁移有效地降低了系统能耗同时保证了任务的性能。刘志飘等基于此能效模型提出了一种基于离散粒子群方法的能量感知虚拟机放置智能优化方法。然而,在实际应用中云数据中心物理结点中的CPU、内存、带宽、磁盘等资源的综合使用情况对系统的能效有重要的影响。Srikantaiah等研究了系统资源对能耗、性能的影响,通过实际测量得出结论:对于非空闲的物理结点,当CPU利用率为70%且磁盘利用率为50%时,物理结点的能耗最低且能有效保证任务的性能。云数据中心虚拟机的放置是一个装箱问题,即寻找最优的虚拟机到物理结点的映射关系,使放置结果达到最优。装箱问题属于NP-hard问题,一般采用启发式算法,而大多启发式算法基于贪心算法,并采用一些简单规则,如次优配合、最优配合和最佳配合等,目前的虚拟机放置算法,大多是基于传统启发式算法的改进算法。使用能效模型设计虚拟机放置算法时也多采用传统启发式算法的改进算法。Beloglazov等基于BFD (Best FitDecrease)算法,提出了 MBFD (Modified Best Fit Decrease)算法进行虚拟机放置。MBFD算法首先将虚拟机按照CPU资源利用率进行降序排序,然后按照虚拟机请求顺序将虚拟机放置在能耗增量最小的物理结点上。Srikantaiah等将BFH (Best Fit Heuristics)启发式算法进行改进,使用MBFH (Modified Best Fit Heuristics)算法进行虚拟机的放置,即将虚拟机放置在非空闲物理结点总欧式距离最小的物理结点上。基于贪心算法的传统启发式算法能优化虚拟机的放置,但是传统启发式算法通常采用单点搜索策略,容易陷入局部最优,并不能达到整体放置效果最优,仍需进一步优化。
技术实现思路
针对以上现有技术中的不足,本专利技术的目的在于提供一种有效降低云计算数据中心的虚拟机的放置的能耗,系统资源得到合理分配的。本专利技术的技术方案如下:一种,其包括以下步骤:101、获取云数据中心中多资源种类数量d,云数据中心物理节点的数量η及实际利用家《并根据实际计算环境设定能效最佳利用率,其中《表示物理结点i上第j种资源的实际利用率,表示物理结点i上第j种资源的能效最佳利用率,建立多资源能效模型,如式(1)所示:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种云数据中心基于多资源的高能效虚拟机放置方法,其特征在于,包括以下步骤:101、获取云数据中心中多资源种类数量d,云数据中心物理节点的数量n及实际利用率并设定能效最佳利用率其中表示物理结点i上第j种资源的实际利用率,表示物理结点i上第j种资源的能效最佳利用率,建立多资源能效模型,如式(1)所示:δ=Σi=1nΣj=1d(uji-ubestji)2---(1);102、随机生成N个虚拟机请求序列,采用首次适应First?Fit算法得到N种虚拟机的初始放置序列,即N个粒子,从而构成初始种群;103、根据步骤101中得到的多资源能效模型,构建粒子的适应度函数f(δ),并根据粒子群优化算法计算出适应度f(δ)、局部最优解及全局最优解,得出粒子的新位置;104、根据步骤103中得到的粒子新位置,判断是否满足及ΣjrjCPU*xhj≤chCPU,ΣjrjRAM*xhj≤chRAM,ΣjrjBW*xhj≤chBW,ΣjrjDISK*xhj≤chDISK---(5)式(4)中的表示虚拟机j是否放置在物理结点h,当虚拟机j放置在物理结点h上,为1,否则为0;表示每个虚拟机只能放在一个物理结点上;式(5)表示多个虚拟机放置在物理结点h时,虚拟机资源不能超过物理结点h的资源总量,其中,分别表示虚拟机j所需的CPU、内存、带宽和磁盘的容量,分别表示物理结点h的CPU、内存、带宽、磁盘的容量;105、若满足步骤104中的式(4)和式(5),则更新粒子的位置,迭代次数加1;若不满足式(4)和式(5),则粒子位置不变,迭代次数加1;当迭代次 数≥最大迭代次数N3时,迭代结束并输出全局最优解,根据该全局最优解所对应的物理节点位置设置虚拟机,完成虚拟机的放置。FDA0000437140750000011.jpg,FDA0000437140750000012.jpg,FDA0000437140750000013.jpg,FDA0000437140750000014.jpg,FDA0000437140750000016.jpg,FDA0000437140750000017.jpg,FDA0000437140750000019.jpg,FDA00004371407500000110.jpg,FDA00004371407500000111.jpg,FDA00004371407500000112.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种云数据中心基于多资源的高能效虚拟机放置方法,其特征在于,包括以下步骤:101、获取云数据中心中多资源种类数量d,云数据中心物理节点的数量η及实际利用率4,并设定能效最佳利用率,其中〃表示物理结点i上第j种资源的实际利用率,表示物理结点i上第j种资源的能效最佳利用率,建立多资源能效模型,如式(...

【专利技术属性】
技术研发人员:李鸿健崔晟圆唐红豆育升
申请(专利权)人:重庆邮电大学
类型:发明
国别省市:

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