虛擬機功耗測量和管理的制作方法
【專利說明】
[0001] 本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮镻CT/US2011/026353,國際申請日為2011年2月 25日，進入中國國家階段的申請?zhí)枮?01180011019.0,名稱為"虛擬機功耗測量和管理"的 發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及計算機領(lǐng)域，更具體地，涉及虛擬機技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0003] 數(shù)據(jù)中心、云計算基礎(chǔ)設(shè)施、計算集群、企業(yè)計算工具和高性能計算工具在將工作 負載運行在共享物理服務(wù)器上的同時，越來越多地使用虛擬機來隔離工作負載。虛擬機是 對計算設(shè)備的仿真，其嚴格意義上是軟件但像物理計算設(shè)備那樣運作。這意味著一個或多 個虛擬機可駐留在單個物理主機服務(wù)器上。然而，在運行在虛擬機上的客戶端和全部軟件 看來，每個虛擬機是獨立的服務(wù)器。
[0004] 虛擬化（或使用虛擬機）允許將多個應(yīng)用安全地置于單個物理主機服務(wù)器上，因 為每個應(yīng)用在其"虛擬"計算機內(nèi)部運行，并且不影響其他應(yīng)用。這允許服務(wù)器資源被更好 地利用，并且降低所需的服務(wù)器的數(shù)量以及托管它們（諸如電力和冷卻）的操作成本。因 此，虛擬化是管理計算資源的高效技術(shù)，并正在數(shù)據(jù)中心和大規(guī)模計算工具中獲得廣泛的 接受。
[0005] 數(shù)據(jù)中心和其他計算工具經(jīng)常監(jiān)視服務(wù)器的功率使用，以便正確地管理功率容量 和分布。功率測量結(jié)果數(shù)據(jù)還用于制定若干手動和自動的功率管理決策。事實上，功率計 量在數(shù)據(jù)中心中是如此的廣泛，以至于功率分配單元（PDU)、電源板、服務(wù)器電源都供應(yīng)測 量功率所需的功率計量儀器，并且在新服務(wù)器中，甚至是服務(wù)器主板已經(jīng)包含了測量功率 所需的功率計量儀器。測量物理服務(wù)器中的功耗的另一種方法是將功率計量儀器連接到服 務(wù)器。
[0006] 物理服務(wù)器的功耗可通過計量被供應(yīng)給服務(wù)器的電量來測量。然而，虛擬機是在 軟件中被創(chuàng)建的，并且不存在將功率表連接到虛擬機的簡單方法。這使得測量虛擬機的功 耗非常困難。用于物理服務(wù)器的技術(shù)僅能報告服務(wù)器的總的功率提取。但是，它們無法用 于測量駐留在單個物理主機服務(wù)器上的多個虛擬機中每一個的單獨功耗。事實上，單純地 使用硬件方案無法測量虛擬機的功耗。
[0007] 測量虛擬機的功耗的能力是重要的。用戶或服務(wù)器管理器不能測量每臺虛擬機所 使用的功率。出于若干理由，測量該功率是有用的。例如，如果虛擬機正在使用過量的功率， 則它可能必須被關(guān)閉或被迀移到具有額外能力的不同的電源電路。另外，軟件開發(fā)者可測 量出它們的軟件在被運行于物理服務(wù)器上時消耗了多少能量，但無法在軟件運行在虛擬機 上時測量該能量。無法測量功率使用削弱了開發(fā)者優(yōu)化軟件以得到更低功耗的能力。測量 虛擬機功耗的另一個用途是基于功率使用向用戶返還費用。諸如在云計算中使用的共享物 理服務(wù)器允許多個用戶在共享的物理基礎(chǔ)設(shè)施上運行虛擬機。物理服務(wù)器的所有者可能希 望基于功率使用向虛擬機用戶收費。
[0008] 而虛擬機功率計量的另一個用途、以及下面更詳細地描述的一個用途產(chǎn)生于虛擬 機功率設(shè)限。功率設(shè)限允許電力基礎(chǔ)設(shè)施的過度預(yù)訂，并帶來功率容量的更高效的利用率。 然而，當前的功率設(shè)限技術(shù)被設(shè)計用于物理服務(wù)器，而無法在被應(yīng)用到虛擬機時很好地工 作。例如，對物理服務(wù)器的功率進行設(shè)限導(dǎo)致了對在該服務(wù)器上托管的全部虛擬機的設(shè)限。 這破壞了虛擬機所提供的工作負載的隔離，并可使得使用虛擬化的益處受挫。
[0009] 因此，大規(guī)模計算工具中功率管理的主要組件之一是對功率的可視性。然而，越來 越多地在數(shù)據(jù)中心中使用的虛擬化機器正缺少這種能力。使用虛擬機允許安全地隔離多個 處于相同位置的工作負載，使得多個工作負載能在更少的服務(wù)器上被合并，并且?guī)肀桓?善的資源利用率。然而，缺少對虛擬機功率使用的可見性帶走了在無虛擬化的情況下可用 的服務(wù)器功率計量的許多好處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
以便以簡化形式介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些概 念。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并不旨在標識所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制 所要求保護主題的范圍。
[0011] 虛擬機功率計量系統(tǒng)和方法的各實施例測量各個虛擬機的功耗。功耗計量通常用 在物理服務(wù)器上，以制定若干功率管理和操作決策。虛擬機功率計量系統(tǒng)和方法的各實施 例允許在虛擬機上也能作出這樣的決策。
[0012] 一般的想法是測量整個物理主機服務(wù)器的功耗的功率表測量被轉(zhuǎn)換成各個虛擬 機功率表，該虛擬機功率表測量駐留在主機服務(wù)器上的每個單獨虛擬機的功耗。虛擬機功 率計量系統(tǒng)和方法的各實施例將與任意數(shù)量的虛擬機一同工作，并且跨多個物理主機服務(wù) 器工作。
[0013] 了解單個虛擬機的功耗對于在數(shù)據(jù)中心或任一虛擬化服務(wù)器中制定的若干功率 管理決策來說是有用的。例如，虛擬機功率計量可用于虛擬機功率設(shè)限，以允許虛擬化環(huán)境 中的功率過度預(yù)訂?？梢詧?zhí)行該虛擬機管理設(shè)限，而不破壞隔離屬性。各個虛擬機功耗測 量結(jié)果還可用于跟蹤跨越多個虛擬機的活動（諸如，搜索查詢）的功耗。
[0014] 虛擬機功率計量系統(tǒng)和方法的各實施例不需要供應(yīng)功率模型的硬件。在進行中得 知所需要的任何信息。該系統(tǒng)和方法的各實施例自動地學(xué)習(xí)將硬件（或資源）使用（諸如， 中央處理單元（CPU)使用、磁盤使用、存儲器使用、網(wǎng)絡(luò)使用等）與功耗相關(guān)的功率模型。隨 后跟蹤每個虛擬機的硬件使用以推斷該虛擬機的功耗。
[0015] 該系統(tǒng)和方法的各實施例在兩大步驟中計算該功耗。第一，使用物理主機服務(wù)器 的總功耗以及特定虛擬機的資源利用率來生成并訓(xùn)練功率模型。資源利用率是對虛擬機正 在使用多少資源的判定。將這些資源利用率相加以發(fā)現(xiàn)虛擬機的總的資源利用率。生成將 總的資源利用率與總功耗相關(guān)的功率模型。
[0016] 該系統(tǒng)和方法的各實施例還在該步驟期間確定最優(yōu)功率模型系數(shù)。這通過確定由 虛擬機正在使用的資源的數(shù)量N來實現(xiàn)。生成并求解具有N個未知數(shù)的一系列N個等式， 以獲得最優(yōu)功率模型系數(shù)。
[0017] 該系統(tǒng)和方法的各實施例還包括功率模型學(xué)習(xí)技術(shù)，其中所學(xué)到的模型對于在每 個虛擬機內(nèi)部托管的工作負載是唯一的。這說明了在功率使用中工作負載之間可被發(fā)現(xiàn)的 差距，即使工作負載具有相同或看起來相似的資源使用。
[0018] 第二，該系統(tǒng)和方法的各實施例計算虛擬機所使用的能量?？墒褂萌舾蓪嵤├齺?計算該能量。一個實施例使用虛擬機所使用的資源的百分比，并隨后將這些百分比相加以 獲得該虛擬機的功耗。在其他實施例中，按照單位而不是百分比來測量所使用的資源。作 為示例，僅舉數(shù)例，所測量的資源可包括CPU、存儲器、磁盤、網(wǎng)卡和風(fēng)扇。在這些實施例中， 可通過考慮主機服務(wù)器的CPU頻率來擴充功率模型。
[0019] 該系統(tǒng)和方法的各實施例還可用于獲得特定活動的功耗?；顒涌梢允欠?wù)、請求 (諸如，web搜索查詢）、電子郵件遞送、網(wǎng)頁檢索、數(shù)據(jù)庫操作、或文件更新。即使該活動是 跨多個虛擬機并且跨多個主機服務(wù)器，也可以計算該活動的功耗。確定活動時間段，該活動 時間段是在計算基礎(chǔ)設(shè)施上該活動為活躍的時間段。該系統(tǒng)和方法的各實施例隨后通過將 各個活動時間段期間在該活動上工作的每個虛擬機的功耗相加以獲得總的活動功耗，來計 算功耗。
[0020] 應(yīng)當注意，替換實施例也是可能的，并且此處所討論的步驟和元素可取決于特定 實施例而改變、添加或消除。這些替換實施例包括可使用的替換步驟和替換元素，以及可做 出的結(jié)構(gòu)上的改變，而不脫離本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0021] 現(xiàn)在參考附圖，在全部附圖中，相同的參考標號表示相應(yīng)的部分：
[0022] 圖1是示出在主機服務(wù)器計算設(shè)備上實現(xiàn)的虛擬機功率計量系統(tǒng)和方法的各實 施例的綜合概述的框圖。
[0023]圖2是示出在圖1所示的虛擬機功率計量系統(tǒng)和方法的各實施例中使用的模塊和 數(shù)據(jù)的框圖。
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