[发明专利]云计算数据中心兼顾能耗与访问延迟的虚拟机分配方法

说明书

本发明公开了云计算数据中心兼顾能耗与访问延迟的虚拟机分配方法，包括以下步骤：(1)模型抽象；(2)数据访问延迟矩阵线性化；(3)在当前阈值约束下，寻找计算节点和数据节点的候选集，以及计算节点的实际能力；(4)在当前阈值约束下，寻找中心节点集CenterNode和邻居节点集S；(5)虚拟机分配和分配策略的更新。本发明与现有技术相比具有以下优点：能够解决目前云计算数据中心的虚拟机分配中的能耗和数据访问延迟优化的互斥性问题，同时兼顾了优化能耗和数据访问延迟。

技术领域

本发明涉及一种云计算数据中心技术领域，特别是虚拟机的分配方法。

背景技术

随着云计算技术的逐渐成熟，越来越多的企业将应用部署到云计算平台上，因而云计算数据中心的规模越来越大。一个云计算数据中心涉及几十万台甚至几百万台规模的物理机(服务器)，这些物理机的运行需要消耗大量的能量，从而导致服务提供商的运营成本增加。面对如此规模的数据中心，如何降低数据中心的能耗，成为云服务提供商面临的一个重要挑战。随着云计算技术的快速发展，用户对云计算的服务质量要求越来越高，比如：带宽、最短响应时间以及系统延迟等等。许多对延迟敏感的应用(比如网站搜索、在线零售、广告以及推荐系统)云计算服务需要保证其较低的延迟要求。对于计算和数据分布在众多的节点(物理机)上的计算密集型和数据密集型应用来说，低延迟显得尤为重要。因此，计算服务的延迟是影响用户满意度的一个至关重要的因素。在这种情况下，如何减少数据访问延迟以满足用户需求是云服务提供商面临的另一个挑战。

用户通过云平台向云服务提供商提交资源(例如CPU、内存和带宽)需求，云服务提供商利用虚拟化技术将数据中心的资源以虚拟机的形式租售给用户，即虚拟机分配。有效的虚拟机分配可以降低数据中心的能耗和数据访问延迟。

已有的数据中心虚拟机分配方法要么关注能耗优化，要么关注数据访问延迟优化，很少有方法将两个目标同时考虑的。只考虑优化能耗，可能会带来较长的数据访问延迟。只考虑优化数据访问延迟，可能会带来较多的能耗。一种同时考虑能耗和数据访问延迟优化的虚拟机分配方法对减少能耗和降低数据访问延迟是非常重要的。值得注意的是，这两个目标可能是互斥的，已有的虚拟机分配方法不能有效同时优化能耗和数据访问延迟。例如，图1显示了一组计算节点和一组等待处理的数据节点。数据节点个数是4，计算节点个数是3，计算节点拥有的虚拟机数量分别为4，3，2。线上的数字表示计算节点和数据节点之间的数据访问延迟(为了表述清晰，图1省略了计算节点之间的数据访问延迟)。表达式P_k＝{ec,d,X}表示虚拟机分配策略，其中ec表示能耗，d表示最大数据访问延迟,X表示计算节点和数据节点的匹配关系(为了表述清晰，这里用匹配对表示)。仅优化能耗，可以得到一些分配策略，例如：P₁＝{1,20,(dn₁,cn₁),(dn₂,cn₁),(dn₃,cn₁),(dn₄,cn₁)}。这种分配策略能耗少，而数据访问延迟很大。同样的，只优化最大数据访问延迟也会开启较多的计算节点，进而产生较多的能耗。例如：P₂＝{3,9,(dn₁,cn₃),(dn₂,cn₁),(dn₃,cn₂),(dn₄,cn₁)}。这种分配策略的计算代价是3。另外，云服务提供商可以根据不同用户的需求提供不同的分配策略。如果用户的任务是实时任务并且用户愿意支付较高的费用，则可选择策略P₂。如果用户的任务稍微紧急，且费用有限，则可以采用分配策略P₃＝{2,14,(dn₁,cn₃),(dn₂,cn₁),(dn₃,cn₁),(dn₄,cn₃)}。很显然，在能耗和数据访问延迟之间有一个平衡问题，一个好的分配策略既要尽量减少数据中心的能耗又要满足不同用户的延迟需求。