一種云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及云計算的【技術(shù)領域】，特別涉及一種云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法。本發(fā)明首先配置各種請求資源與性能權(quán)值的對照矩陣，根據(jù)用戶需求和云平臺系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，提出基于負載性能加權(quán)的負載性能度量模型，然后根據(jù)該模型提出一種云平臺下的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，該方法包括虛擬機部署策略和虛擬機遷移策略，使得云平臺在滿足現(xiàn)有的負載請求下，保證每一個調(diào)度域的物理服務器的負載程度達到最大化，并且在該基礎上，最小化云平臺需開啟的物理服務數(shù)量。本方法發(fā)明可以同時考慮用戶需求并給予個性化權(quán)重設置和云平臺系統(tǒng)實時性能監(jiān)測數(shù)據(jù)，既滿足了QoS需求，又合理地利用了云平臺系統(tǒng)資源，保證了云平臺的負載性能。
【專利說明】一種云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及云計算的【技術(shù)領域】，特別涉及一種云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)
管理策略方法。
【背景技術(shù)】
[0002]云計算是一種通過互聯(lián)網(wǎng)將資源以“服務”的形式提供給客戶的計算方式，所有的這些服務都是通過互聯(lián)網(wǎng)的資源池的形式彈性地、按需所取、計費的方式提供。
[0003]虛擬化是實現(xiàn)這些特征的關鍵技術(shù)之一，如何有效地進行虛擬機部署，是IT資源共享池管理的關鍵技術(shù)。在云計算環(huán)境中，用戶通常要求其運行具有穩(wěn)定性，不希望出現(xiàn)虛擬機頻繁遷移的現(xiàn)象。因此，集中式的虛擬機優(yōu)化部署方式一直是當前技術(shù)研究的熱點。
[0004]虛擬機的部署主要考慮數(shù)據(jù)中心的資源利用率以及虛擬機遷移次數(shù)。如何合理優(yōu)化地部署虛擬機到物理服務器可以看作是一個近似裝箱問題，即尋找最優(yōu)的方法將虛擬機分配到物理服務器的方案，從而使每個結(jié)點中虛擬機的使用資源之和不超過物理服務器所能提供的上限。目前，針對云計算中虛擬機部署的研究大多只涉及了某一方面的優(yōu)化，例如，QOS或SLA的保證，能源消耗的最少，使用的物理服務器數(shù)量最少，虛擬機遷移次數(shù)最少等等。但是，同時考慮到這些優(yōu)化目標時，這些優(yōu)化目標又都是相互矛盾。
[0005]如中國專利CN101719081B，名稱為“一種虛擬機調(diào)度方法”，所屬方法為一種虛擬機調(diào)度方法，具體步驟包括:1)在每臺物理服務器上運行一宿主機監(jiān)控器，用于定期搜集各虛擬機的負載并將其發(fā)送到虛擬機調(diào)度器，以及接收并執(zhí)行虛擬機調(diào)度器發(fā)來的指令；
2)虛擬機調(diào)度器定期判斷出負載數(shù)據(jù)發(fā)生變化的虛擬機及其所在的物理服務器；3)虛擬機調(diào)度器采用裝箱算法對負載數(shù)據(jù)發(fā)生變化的虛擬機進行調(diào)整，得到虛擬機與物理服務器的目標對應關系；4)虛擬機調(diào)度器比較虛擬機與物理服務器的當前對應關系和目標對應關系，生成一虛擬機調(diào)度計劃；5)宿主機監(jiān)控器根據(jù)虛擬機調(diào)度計劃對虛擬機進行調(diào)度。其調(diào)度方法中僅對各虛擬機負載進行監(jiān)測，調(diào)度的裝箱算法僅僅考慮虛擬機各資源類型的負載與物理服務器容量比值的最大值?；诖朔N負載計算方法的調(diào)度不能動態(tài)考慮用戶需求和系統(tǒng)的實時性，靈活性不夠。與此同時，也沒有考慮節(jié)能方面的考慮。對于中國專利CN102981910A,名稱為“虛擬機調(diào)度的實現(xiàn)方法和裝置”，該方法包括:監(jiān)控多個虛擬機管理平臺對資源的使用狀況:根據(jù)每個虛擬機管理平臺對資源的使用狀況確定每個虛擬機管理平臺的負載:在根據(jù)每個虛擬機管理平臺的負載確定需要進行負載調(diào)整的情況下，動態(tài)地將運行于某個虛擬機管理平臺內(nèi)一個或多個虛擬機遷移至其他虛擬機管理平臺。此方法能夠綜合劃分物理分區(qū)和調(diào)整資源池結(jié)構(gòu)，但針對的是整個虛擬機管理平臺而不是用戶請求，因此沒有考慮用戶請求的虛擬機參數(shù)偏好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法。本發(fā)明的另一目的，提供一種使用云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法的系統(tǒng)。
[0007]為了達到本發(fā)明的第一目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]一種云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，該方法包括下列步驟:
[0009]S1、云平臺管理員預先配置好虛擬機規(guī)模及各性能權(quán)值預設值和宿主機負載性能權(quán)重參數(shù)并提供選擇模板，允許用戶在線選擇虛擬機配置及自定義各性能要求權(quán)值，允許用戶手動選擇需要優(yōu)化的虛擬機；
[0010]S2、資源監(jiān)控器進行資源狀態(tài)動態(tài)監(jiān)控，實時監(jiān)測云平臺系統(tǒng)中虛擬機和宿主機的性能值，當虛擬機監(jiān)測器監(jiān)測到宿主機的性能值超過指定閾值，則通知虛擬機調(diào)度器進行預警處理，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略；
[0011]S3、查看優(yōu)化隊列，當用戶請求手動選擇需要優(yōu)化的虛擬機時，通知虛擬機調(diào)度器進行資源優(yōu)化，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略；
[0012]S4、查看新任務隊列，當用戶請求新的虛擬機時，通知虛擬機調(diào)度器進行資源自動部署，動態(tài)更新，結(jié)合當前云平臺中虛擬機和宿主機負載性能參數(shù)及各性能監(jiān)測值，根據(jù)基于負載性能加權(quán)的負載性能度量模型 ，啟動虛擬機部署策略，從當前調(diào)度域中為用戶計算出最合適的目標宿主機，若當前調(diào)度域無法找到滿足條件的宿主機，則啟用動態(tài)遷移策略，選擇合適的虛擬機在調(diào)度域內(nèi)遷移后再重新布置當前請求的虛擬機；
[0013]S5、云平臺將當前宿主機組分為η組，默認開啟第一組，當?shù)谝唤M無法滿足系統(tǒng)新的需求時，則開啟下一組為啟動的宿主機組并與當前活動組合并為一組，若當前調(diào)度域包括云平臺系統(tǒng)所有宿主機，則輸出相應信息，返回失敗，否則啟動下一組未啟動的宿主機，并與當前調(diào)度域合并為一組，如此循環(huán)，直到所有宿主機已經(jīng)開啟。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟SI具體為:
[0015]S11、預置云平臺中宿主機集合P及分組信息、系統(tǒng)監(jiān)測的各宿主機性能數(shù)據(jù)集合{§p.1|je N且j e [1，m]和宿主機性能權(quán)重矩陣Wp ；
[0016]S12、預置云平臺中所有的宿主機上部署的虛擬機信息V、虛擬機配置權(quán)重矩陣Wv、虛擬機預設配置矩陣；
[0017]S13、初始化告警隊列；
[0018]S14、初始化用戶指定優(yōu)化處理的宿主機隊列及指定參數(shù)信息；
[0019]S15、初始化新虛擬機申請隊列Q。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟S2具體為
[0021]S21、查看告警隊列是否不為空；
[0022]S22、若是不為空，則讀取隊列首節(jié)點宿主機ID ；
[0023]S23、將該宿主機ID、系統(tǒng)單宿主機性能閾值、云平臺中所有未進預警隊列的宿主機集合作為輸入?yún)?shù)，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略，若動態(tài)遷移調(diào)度策略返回失敗，則跳至步驟S5 ；
[0024]S24、刪除告警隊列首節(jié)點，若隊列為空，則轉(zhuǎn)至步驟S3，否則轉(zhuǎn)至S21 ；
[0025]所述步驟S3具體為
[0026]S31、查看優(yōu)化隊列是否不為空；
[0027]S32、若是不為空，則讀取隊列首節(jié)點宿主機ID ；[0028]S33、將該宿主機ID、用戶指定該宿主機性能值、云平臺內(nèi)所有未進優(yōu)化隊列的宿主機集合作為輸入?yún)?shù)，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略，若動態(tài)遷移調(diào)度策略返回失敗，則跳至步驟S5 ；
[0029]S34、刪除優(yōu)化隊列首節(jié)點，若隊列為空，則轉(zhuǎn)至步驟S4，否則轉(zhuǎn)至S31 ；
[0030]所述步驟S4具體為
[0031]S41、查看新任務隊列為空，若是，則退出；
[0032]S42、否則,若是不為空,則順序讀取Qi = {q1； q2, q3,......，qn}新任務節(jié)點Qi信
息作為虛擬機部署策略的輸入?yún)?shù)；
[0033]S43、啟用虛擬機部署策略；
[0034]S44、若虛擬機部署策略返回0，則跳至步驟S5 ；
[0035]S45、若虛擬機部署策略返回目標宿主機ID，
[0036]則建立當前映射f: cI1..............HS..........*即將新請求虛擬機qi部署到返回ID編號為j
的宿主機上；
[0037]S46、根據(jù)S45中信息，更新云平臺中宿主機上部署的虛擬機信息V ；
[0038]S47、刪除新任務隊列首節(jié)點，若新任務隊列為空，則退出，
[0039]否則轉(zhuǎn)至S41。
[0040]優(yōu)選的，所述基于負載性能加權(quán)的負載性能度量模型，其具體如下:
[0041]O為云平臺的負載均衡值，
【權(quán)利要求】
1.一種云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于，所述方法包括下列步驟: . 51、云平臺管理員預先配置好虛擬機規(guī)模及各性能權(quán)值預設值和宿主機負載性能權(quán)重參數(shù)并提供選擇模板，允許用戶在線選擇虛擬機配置及自定義各性能要求權(quán)值，允許用戶手動選擇需要優(yōu)化的虛擬機； .52、資源監(jiān)控器進行資源狀態(tài)動態(tài)監(jiān)控，實時監(jiān)測云平臺系統(tǒng)中虛擬機和宿主機的性能值，當虛擬機監(jiān)測器監(jiān)測到宿主機的性能值超過指定閾值，則通知虛擬機調(diào)度器進行預警處理，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略； . 53、查看優(yōu)化隊列，當用戶請求手動選擇需要優(yōu)化的虛擬機時，通知虛擬機調(diào)度器進行資源優(yōu)化，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略； .54、查看新任務隊列，當用戶請求新的虛擬機時，通知虛擬機調(diào)度器進行資源自動部署，動態(tài)更新，結(jié)合當前云平臺中虛擬機和宿主機負載性能參數(shù)及各性能監(jiān)測值，根據(jù)基于負載性能加權(quán)的負載性能度量模型，啟動虛擬機部署策略，從當前調(diào)度域中為用戶計算出最合適的目標宿主機，若當前調(diào)度域無法找到滿足條件的宿主機，則啟用動態(tài)遷移策略，選擇合適的虛擬機在調(diào)度域內(nèi)遷移后再重新布置當前請求的虛擬機； .55、云平臺將當前宿主機組分為η組，默認開啟第一組，當?shù)谝唤M無法滿足系統(tǒng)新的需求時，則開啟下一組為啟動的宿主機組并與當前活動組合并為一組，若當前調(diào)度域包括云平臺系統(tǒng)所有宿主機，則輸出相應信息，返回失敗，否則啟動下一組未啟動的宿主機，并與當前調(diào)度域合并為一組，如此循環(huán)，直到所有宿主機已經(jīng)開啟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于，所述步驟SI具體為:. 511、預置云平臺中宿主機集合P及分組信息、系統(tǒng)監(jiān)測的各宿主機性能數(shù)據(jù)集合{Sp.ljeNJ.j e [l，m]}和宿主機性能權(quán)重矩陣Wp ; . 512、預置云平臺中所有的宿主機上部署的虛擬機信息V、虛擬機配置權(quán)重矩陣Wv、虛擬機預設配置矩陣； . 513、初始化告警隊列； . 514、初始化用戶指定優(yōu)化處理的宿主機隊列及指定參數(shù)信息；. 515、初始化新虛擬機申請隊列Q0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于: 所述步驟S2具體為 . 521、查看告警隊列是否不為空； . 522、若是不為空，則讀取隊列首節(jié)點宿主機ID； . 523、將該宿主機ID、系統(tǒng)單宿主機性能閾值、云平臺中所有未進預警隊列的宿主機集合作為輸入?yún)?shù)，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略，若動態(tài)遷移調(diào)度策略返回失敗，則跳至步驟S5 ；. 524、刪除告警隊列首節(jié)點，若隊列為空，則轉(zhuǎn)至步驟S3，否則轉(zhuǎn)至S21； 所述步驟S3具體為 . S31、查看優(yōu)化隊列是否不為空；S32、若是不為空，則讀取隊列首節(jié)點宿主機ID； S33、將該宿主機ID、用戶指定該宿主機性能值、云平臺內(nèi)所有未進優(yōu)化隊列的宿主機集合作為輸入?yún)?shù)，啟動動態(tài)遷移調(diào)度策略，若動態(tài)遷移調(diào)度策略返回失敗，則跳至步驟S5 ； S34、刪除優(yōu)化隊列首節(jié)點，若隊列為空，則轉(zhuǎn)至步驟S4，否則轉(zhuǎn)至S31； 所述步驟S4具體為 S41、查看新任務隊列為空，若是，則退出； S42、否則,若是不為空,則順序讀取Qi= {q1； q2, q3,......，qj新任務節(jié)點Qi信息作為虛擬機部署策略的輸入?yún)?shù)； S43、啟用虛擬機部署策略； S44、若虛擬機部署策略返回O，則跳至步驟S5； S45、若虛擬機部署策略返回目標宿主機ID， 則建立當前映射
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于，所述基于負載性能加權(quán)的負載性能度量模型，其具體如下:0為云平臺的負載均衡值，
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于:所述虛擬機部署策略的輸入為請求虛擬機類別，輸出為目標宿主機的ID編號，若返回O表示無宿主機可以部署該虛擬機，具體步驟為: SX1、若當前調(diào)度組內(nèi)存在一臺空負載宿主機且該宿主機各性能剩余資源均大于該虛擬機資源請求，則返回該宿主機ID編號； SX2、若當前調(diào)度組所有宿主機各項剩余資源之和不全大于虛擬機各項資源請求，則返回O ; SX3、順序掃描當前調(diào)度組內(nèi)各宿主機，若該宿主機各項剩余資源均大于虛擬機各項資源請求，則將該宿主機加入候選隊列{Pi，P2，P3，......，P1I ; SX4、若候選隊列為空，則將請求虛擬機類別id、云平臺指定閾值、云平臺中所有宿主機集合作為輸入?yún)?shù)，調(diào)用動態(tài)遷移調(diào)度策略處理； SX5、否則順序掃描候選隊列，若云平臺啟動的宿主機數(shù)目m>指定閾值，則返回Hiinje [1；1] Abl (j)對應的j,否則返回Hiinj e [1；1] AO(j)對應的j，其中宿主機Pj部署了新虛擬機Vx前后，宿主機P」負載性能變化值記為Λ bl (j)，云平臺中宿主機P」部署新虛擬機Vx后，云平臺負載性能變化值記為AO(j)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于:所述動態(tài)遷移調(diào)度策略的輸入為宿主機ID編號或新虛擬機類別id、單宿主機負載閾值、可調(diào)度域宿主機集合，輸出為成功或失敗信息，具體步驟為: SD1、將云平臺所有宿主機隊列按照剩余資源大小降序排列，加入待調(diào)整隊列； SD2、若為告警隊列或優(yōu)化隊列調(diào)用此動態(tài)遷移調(diào)度策略，則將ID為輸入?yún)?shù)中宿主機ID的節(jié)點從調(diào)整隊列中刪除，并將請求虛擬機設置為宿主機ID上負載最大的虛擬機，否則將請求虛擬機設置為輸入?yún)?shù)的新虛擬機； SD3、順序掃描該待調(diào)整隊列，找到一臺宿主機px使得同時滿足(tl) (t2)， 其中(tl)在向量Vx中存在最小可被遷移的虛擬機組合，此組合被遷移后，此宿主機可以部署請求虛擬機， (t2)此組合中每臺虛擬機按照虛擬機部署策略調(diào)度都能找到目標宿主機； SD4、若步驟SD3找不到符合條件的宿主機，則返回失敗并退出， 否則調(diào)用虛擬機部署策略在本調(diào)度組內(nèi)除Px外順序部署待遷移的虛擬機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于，所述方法還包括以下前提條件: (1)只要云平臺還有可滿足用戶需求的資源，則不拒絕用戶的請求； (2)用戶可選的虛擬機性能權(quán)重配置是系統(tǒng)預設的規(guī)格之一； (3)每臺宿主機的性能指標可以被監(jiān)控并且能將狀態(tài)返回給虛擬機監(jiān)測器，若出現(xiàn)宿主機的性能值超過系統(tǒng)預設閾值的，則立即將該宿主機ID加入預警隊列； (4)分配給一臺宿主機上所有虛擬機的參數(shù)上限不能超過物理服務器提供的上限。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于:所述§^=((:?ν Mpi, Hpj, 1%)為節(jié)點？」的實時性能數(shù)據(jù)向量，其中(^4」，化，^分別為節(jié)點P」當前的CPU性能值、內(nèi)存性能值、外存性能值、網(wǎng)絡性能值。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法，其特征在于，所述的Abl(j)和Λ O (j)，具體計算如下:
10.一種使用云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 客戶層，用于向系統(tǒng)請求虛擬機服務； 中央控制器，系統(tǒng)的核心處理器，是主要的控制器組件，負責管理整個系統(tǒng)，具體負責處理用戶和系統(tǒng)內(nèi)部各組件提出的各種請求，并根據(jù)對應管理策略進行處理； 虛擬機調(diào)度器，通過分析虛擬機監(jiān)測器的實時數(shù)據(jù)針對中央控制器發(fā)送的請求運用權(quán)利要求I至9任一項所述的云平臺下性能加權(quán)的虛擬資源動態(tài)管理策略方法進行進行動態(tài)的虛擬機部署調(diào)度； 虛擬機監(jiān)測器，可以監(jiān)控宿主機的性能指標并且能將狀態(tài)返回給虛擬機調(diào)度器； 集群控制器，負責維護和管理集群內(nèi)所有虛擬機，集群控制器包括一個或一個以上宿主機，每個宿主機包含一個或一個以上的虛擬機，每個宿主機上都有一個宿主機控制器控制運行在本機的虛擬機； 存儲控制器，負責云存儲方面的管理，包括申請存儲空間，回收閑置空間，訪問權(quán)限控制； 中央管理器，是平臺管理模塊，包括服務管理、用戶管理、安全管理； 客戶層發(fā)送請求給中央控制器，或者虛擬機監(jiān)測器監(jiān)測到負載超過指定閾值的宿主機，則告警并將超閾值宿主機加入告警隊列并通知中央控制器觸發(fā)虛擬機調(diào)度器處理告警隊列；中央控制器將請求發(fā)送給虛擬機調(diào)度器；虛擬機調(diào)度器發(fā)送請求給虛擬機監(jiān)測器索取平臺集群性能數(shù)據(jù)；虛擬機監(jiān)測器返回數(shù)據(jù)至虛擬機調(diào)度器；虛擬機調(diào)度器采用權(quán)利要求5中所述的虛擬機部署策略返回結(jié)果至中央控制器，并通知集群控制器在目標宿主機上啟動虛擬機；中央控制器將部署結(jié)果返回給客戶層。
【文檔編號】H04L29/08GK104010028SQ201410184681
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】郭芬, 閔華清, 杜卿, 王亮明 申請人:華南理工大學