[发明专利]基于探测器的虚拟机性能干扰度量系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于探测器的虚拟机性能干扰度量系统，其中系统包括探测器模块、服务器理想状态指标获取模块、服务器实际状态值获取模块以及判定模块；本发明还涉及一种基于该系统实现探测器的虚拟机性能干扰度量方法。采用该发明的基于探测器的虚拟机性能干扰度量系统及方法，其中的探测器正是一种轻量级的、易于部署的(探测器中的样本任务为矩阵计算和web页面浏览等基本的application)、适应异构场景的、能有效度量性能干扰的(False Positive概率为5.63％，False Negative的概率为7.85％)虚拟机性能干扰监测方案，它可以有效地建立节能与SLA之间的桥梁，为后续更有效的节能算法提供支撑。同时，该方案也将对节能减排、空气质量的提升有着积极的意义。

技术领域

本发明涉及云计算技术领域，尤其涉及虚拟机调度技术领域，具体是指一种基于探测器的虚拟机性能干扰度量系统及方法。

背景技术

随着云计算pay-as-you-go模式的兴起，越来越多的用户将计算、存储、搜索等任务提交到云端解决。伴随着用户需求的激增，云数据中心硬件部署的规模也在逐渐扩张。典型的中、大型数据中心往往配备数百乃至数千个机架，其中包括成千上万台X86服务器组成的计算集群。

为了降低运营成本，数据中心运营商往往通过将物理资源虚拟化的方式提升资源利用率。通过应用多维资源装箱算法，可以最大限度地提升每台物理服务器的CPU、内存等资源的利用率。但是，随着物理服务器资源利用率的提高，其内部运行的若干虚拟机(VM)之间将会出现资源竞争的情况。物理机(PM)所存在的共享资源的竞争，会在一定程度上降低VM的性能，比如Web服务的响应时间(response time)增加，或者数据库事务操作的执行时间(execution time)延时。研究虚拟场景下VM之间的性能干扰问题，是数据中心提升服务水平(SLA)的重要课题，也是目前云计算领域资源分配、虚拟机调度等细分方向上的研究热点。

而从资源维度的角度来看，单一资源维度虽然容易监测，比较方便，但由于指标单一，不能完整地反映VM性能干扰情况，仅能应用于既定热点资源场景中(比如在某种特定场景下，网络带宽是唯一需要考虑的竞争资源)，实际应用场景受限。相比而言，同时考虑多个维度的资源监测，更贴近IaaS(Infrastructure as a service)云场景模式，也更加符合云数据中心的实际应用场景。

从监测方式的角度来看，直接性能指标虽然比较简易、快捷，但它们仅适合于简单的批处理任务，对于有相互间依赖关系的任务，或是交互程度较高的服务(比如Web服务)，这些简单的指标并不能及时、准确地反映VM间的性能干扰问题。对于硬件计数器指标而言，由于硬件指标众多，确实可以做到精准监测、实时反映资源竞争导致的性能下降问题。但是，要想同时监测多达十余种硬件指标，这种不间断的采集、抽样等监测行为本身将会带来巨大的系统资源开销。简而言之，这种同时监测所有硬件计数器指标的方式，虽然有效，但在服务器资源受限的实际场景中难以做到。相对性能统计(VM任务运行效率的相对值比较)提供了一种新的思路，就是抛开这些耗费资源的硬件性能监测行为，转而通过对比其任务运行效率(比如服务响应时间、任务执行时间)从而度量其性能干扰情况。这是一种简易、高效的方式，是一种很高的思路，但目前还不成熟，比如如何设计出适合异构场景的探测器，如何设置合适的用于比较性能高低的参照物，都是未解决的问题。

总体而言，一个优秀的虚拟机性能干扰监测方案，应该具备以下四点：多维资源指标、参照物性能的敏感性、监测的有效性，以及较低的资源开销。通过认真查找、比对和分析，目前尚未发现有同时做到以上4点的方案。与本专利最为接近的有两篇专利文献，“基于硬件计数器虚拟化的多虚拟机性能分析方法”(CN102073535A)的技术方案属于直接性能指标检测这一分类，同时监测诸多指标的系统开销太大，不具备较低资源开销这一项。“多维度资源性能干扰感知的虚拟机在线迁移方法及系统”(CN103294546A)则属于间接性能监测这一项，虽简单便捷，但阈值设定不能适应异构场景，监测的有效性有所欠缺。本专利所提出的监测方法同时具备上述4种特征，与之前的文献相比，此方案具备自己的特色。