虚拟化云计算平台的能耗管理

数据中心的高能耗是一个亟待解决的问题.近年来,虚拟化技术和云计算模式快速发展起来,因其具有资源利用率高、管理灵活、可扩展性好等优点,未来的数据中心将广泛采用虚拟化技术和云计算技术.将传统的能耗管理技术与虚拟化技术相结合,为云计算数据中心的能耗管理问题提供了新的解决思路,是一个重要的研究方向.文中从能耗测量、能耗建模、能耗管理实现机制、能耗管理优化算法4个方面对虚拟化云计算平台能耗管理的最新研究成果进行了介绍.论文分析了虚拟化云计算平台面临的操作管理和能耗管理两方面的问题,指出了虚拟化云计算平台能耗监控与测量的难点;介绍了能耗监测步骤及能耗轮廓分析方法;提出了虚拟机系统的整体能耗模型及服务器整合和在线迁移两种关键技术本身的能耗模型;从虚拟化层和云平台层两个层次总结了目前能耗管理机制方面取得的进展;并对能耗管理算法进行分类、比较.最后对全文进行总结,提出了未来十个值得进一步研究的方向.     

面向云计算数据中心的能耗建模方法

云计算对计算能力的需求,促进了大规模数据中心的飞速发展.与此同时,云计算数据中心产生了巨大的能耗.由于云计算的弹性服务和可扩展性等特性,云计算数据中心的硬件规模近年来极度膨胀,这使得过去分散的能耗问题变成了集中的能耗问题.因此,深入研究云计算数据中心的节能问题具有重要意义.为此,针对云计算数据中心的能耗问题,提出了一种精确度高的能耗模型来预测云计算数据中心单台服务器的能耗状况.精确的能量模型是很多能耗感知资源调度方法的研究基础,在大多数现有的云计算能耗研究中,多采用线性模型来描述能耗和资源利用率之间的关系.然而随着云计算数据中心服务器体系结构的变化,能耗和资源使用率的关系已经难以用简单的线性函数来描述.因此,从处理器性能计数器和系统使用情况入手,结合多元线性回归和非线性回归的数学方法,分析总结了不同参数和方法对服务器能耗建模的影响,提出了适合云计算数据中心基础架构的服务器能耗模型.实验结果表明,该能耗模型在只监控系统使用率的情况下,在系统稳定后,能耗预测精度可达到95%以上.     

基于预测及蚁群算法的云计算资源调度策略

研究云计算资源调度问题,针对目前静态的网格资源调度算法只考虑任务完成时间最小化,导致了不能满足动态的云计算资源调度要求。为了适应云计算的动态性和实时性,解决云计算资源调度问题,降低数据中心用电量,提出一种基于预测及蚁群算法的云计算资源调度策略。当数据中心利用率较低时运行改进蚁群算法来合理调度虚拟机至宿主机,通过动态趋势预测算法预测数据中心负载来智能开关宿主机。仿真结果表明,采用预测及蚁群算法进行的云计算资源调度策略,保证了云计算的实时性,并有效减少数据中心用电量。     

虚拟化数据中心全局能耗优化调度方法

虚拟化数据中心的制冷和供电设备能耗比重大且浪费严重,但当前虚拟化能耗优化的研究仅考虑IT设备能耗,针对该问题,通过对数据中心能耗逻辑的研究,提出一种虚拟化数据中心全局能耗优化调度方法。该方法通过感知数据中心负载和热分布状况,依据虚拟化调度规则生成动态调度策略,并对虚拟设备组的制冷供电设备进行同步调度,减少数据中心冗余制冷和设备空载损耗,以此最小化数据中心能耗。实验结果表明,该调度方法可节省制冷设备近26％的冗余制冷,并提升供电设备8％左右的供电效率,提高数据中心的能耗有效性,降低整体能耗。     

云计算系统中数据中心的节能算法研究

简要介绍了云计算的定义和特点,重点研究了云计算数据中心的高能耗问题,对目前的节能算法进行了分类,重点综述了基于DVFS的节能算法、基于虚拟化的节能算法以及基于主机关闭/开启的节能算法,并对算法的优缺点和适用环境作了比较分析。最后总结了云计算数据中心的能耗管理中进一步的研究难题。     

云计算系统中数据中心的节能算法研究

简要介绍了云计算的定义和特点,重点研究了云计算数据中心的高能耗问题,对目前的节能算法进行了分类,重点综述了基于DVFS的节能算法、基于虚拟化的节能算法以及基于主机关闭/开启的节能算法,并对算法的优缺点和适用环境作了比较分析。最后总结了云计算数据中心的能耗管理中进一步的研究难题。     

虚拟机放置问题的研究综述

随着云计算数据中心规模和数量的日益增长,以及虚拟化技术的普遍采用,虚拟机放置问题逐步成为产业界和学术界研究的热点。虚拟机放置策略和方法的选择对数据中心的能耗,物理资源的利用率和虚拟机性能具有重大影响。合理的放置方法和策略在保证上层应用和业务不受影响的同时,能有效降低云计算数据中心的能耗,提升物理资源利用率,减少物理资源的浪费。阐述了虚拟机放置问题中的3个基本要素:优化目标、约束限制和实现方法,并基于已有的研究工作进行归纳与总结。最后,结合已有成果,展望了未来的研究方向和亟待解决的关键问题。     

基于三支决策的虚拟机节能迁移策略

虚拟机迁移技术作为云计算中降低数据中心能耗的重要手段被广泛应用。结合三支决策的分、治、效模型提出一种基于三支决策的虚拟机迁移调度策略（TWD-VMM）。首先,通过建立层次阈值树搜索所有可能取到的阈值,由此以数据中心能耗为优化目标得到总能耗最低的一对阈值,从而实现三分区域,即高负载区域、中负载区域和低负载区域。其次,针对不同负载的主机采取不同的迁移策略：对于高负载主机,以主机预迁出后的多维资源均衡度和主机负载下降幅度为目标;对于低负载主机,主要考虑主机预放置后的多维资源均衡度;对于中等负载主机,如果迁移过来的虚拟机依旧满足中负载特性,则可以接受迁入。实验采用CloudSim模拟器进行,将TWD-VMM算法分别与基于阈值调度算法（TVMS）、基于虚拟机迁移节能调度算法（EEVS）、云计算中心节能调度算法（REVMS）算法在主机负载、主机多维资源利用均衡度、数据中心总能耗等方面进行比较,结果表明TWD-VMM算法在提高主机资源利用率、均衡主机负载等方面有明显效果,且能耗平均降低了27%。     

云计算数据中心虚拟机节能管理机制研究

云计算数据中心的耗电量巨大,但绝大多数的云计算数据中心并没有取得较高的资源利用率,通常只有15%-20%,有相当数量的服务器处于闲置工作状态,导致大量的能耗白白浪费。为了能够有效降低云计算数据中心的能耗,提出了一种适用于异构集群系统的云计算数据中心虚拟机节能调度算法(PVMAP算法),仿真实验结果表明：与经典算法PABFD相比,PVMAP算法的能耗明显更低,可扩展性与稳定性都更好。与此同时,随着〈Hosts,VMs〉数目的不断增加,PVMAP 算法虚拟机迁移总数和关闭主机总数的增长幅度都要低于PABFD算法。     

探析云计算时代的数据中心建设与发展

数据中心的建设对虚拟化技术、网络架构设计、安全技术、网络融合技术以及绿色节能技术都具有较高的要求,所以针对当前云计算时代背景,结合不同技术的应用对数据中心的建设和发展进行了分析,希望提供相应的理论参照.     

面向移动云计算的自适应虚拟机调度算法

随着移动云计算的快速发展和应用普及,如何对移动云中心资源进行有效管理同时又降低能耗、确保资源高可用是目前移动云计算数据中心的热点问题之一.本文从CPU、内存、网络带宽和磁盘四个维度,建立了基于多目标优化的虚拟机调度模型VMSM-EUN(Virtual Machine Scheduling Model based on Energy consumption,Utility and minimum Number of servers),将最小化数据中心能耗、最大化数据中心效用以及最小化服务器数量作为调度目标.设计了基于改进粒子群的自适应参数调整的虚拟机调度算法VMSA-IPSO(Virtual Machine Scheduling Algorithm based on Improved Particle Swarm Optimization)来求解该模型.最后通过仿真实验验证了本文提出的调度算法的可行性与有效性.对比实验结果表明,本文设计的基于改进粒子群的自适应虚拟机调度算法在进行虚拟机调度时,能在降低能耗的同时提高数据中心效用.     

云环境下基于模糊隶属度的虚拟机放置算法

虚拟机放置问题是云数据中心资源调度的核心问题之一,它对数据中心的性能、资源利用率和能耗有着重要的影响。针对此问题,以降低数据中心能耗、改善资源利用率和保证服务质量(QoS)为优化目标,借助模糊聚类的思想提出了一种基于模糊隶属度的虚拟机放置算法。首先,结合物理主机过载概率和虚拟机与物理主机之间的相适性放置关系,提出了新的距离度量方法;然后,根据模糊隶属度函数计算得出虚拟机与物理主机之间的相适性模糊隶属度矩阵;最后,借助能耗感知机制,在模糊隶属度矩阵中进行局部搜索从而获得迁移虚拟机的最优放置方案。仿真实验结果表明,提出的算法在降低云数据中心能耗、改善资源利用率和保证QoS方面表现比较优异。     

容器云环境虚拟资源配置策略的优化

针对容器化云环境中数据中心能耗较高的问题，提出了一种基于最佳能耗优先（Power Full，PF）物理机选择算法的虚拟资源配置策略。首先，提出容器云虚拟资源的配置和迁移方案，发现物理机选择策略对数据中心能耗有重要影响；其次，通过研究主机利用率与容器利用率，主机利用率与虚拟机利用率，主机利用率与数据中心能耗之间的数学关系，建立容器云数据中心能耗的数学模型，定义出优化目标函数；最后，通过对物理机的能耗函数使用线性插值进行模拟，依据邻近事物相类似的特性，提出改进的最佳能耗优先物理机选择算法。仿真实验将此算法与先来先得（First Fit，FF）、最低利用率优先（Least Fit，LF）、最高利用率优先（Most Full，MF）进行比较，实验结果表明，在有规律不同物理机群的计算服务中，其能耗比FF、LF、MF分别平均降低45%、53%和49%；在有规律相同物理机群的计算服务中，其能耗比FF、LF、MF分别平均降低56%、46%和58%；在无规律不同物理机群的计算服务中，其能耗比FF、LF、MF分别平均降低32%、24%和12%。所提算法实现了对容器云虚拟资源的合理配置，且在数据中心节能方面具有优越性。     

基于IFWA-ABC的云计算资源任务调度算法的研究

针对云计算资源任务调度效率低,资源分配不均的情况,将改进的烟花算法和人工蜂群算法算法进行融合为IFWA-ABC。首先,对云计算资源任务调度进行描述;其次,在FWA初始化中采用混沌反向学习和柯西分布进行优化,对核心烟花和非核心烟花的半径分别进行优化,将FWA中最优个体通过改进的ABC算法进行获得;最后,将IFWA-ABC算法用于云计算任务调度。仿真实验中,通过与FWA、ABC在虚拟机、执行时间、消耗成本、能量消耗指标对比中,IFWA-ABC具有明显的优势能够有效地提高云计算资源分配效率。     

基于动态能量感知的云计算任务调度模型

针对传统云计算任务调度模型出现的计算量大、能耗高、效率低、调配精度差等问题,基于动态能量感知设计了一种新的云计算任务调度模型;以动态能量感知为基础,选取资源分配服务器的中央处理器的使用率、存储器的占用率、控制器的负载率等3个参数,构建三维云计算任务节点投影空间,将上述参数向量投影到空间中;引入动态能量感知建立云计算任务调度模型,采用虚拟技术将多个服务器合并成一台服务器,对调度任务进行需求分析和分类,采用能量感知算法将待调度任务分配给满足调度需求的虚拟资源,将任务调度到服务器资源上,实现任务调度;实验结果表明,基于动态能量感知的云计算任务调度模型在从小任务集和大任务集两个角度都能给有效缩短调度时间,降低调度能耗。     

A load prediction model for cloud computing using PSO-based weighted wavelet support vector machine

In order to reduce the energy consumption in the cloud data center, it is necessary to make reasonable scheduling of resources in the cloud. The accurate prediction for cloud computing load can be very helpful for resource scheduling to minimize the energy consumption. In this paper, a cloud load prediction model based on weighted wavelet support vector machine(WWSVM) is proposed to predict the host load sequence in the cloud data center. The model combines the wavelet transform and support vector machine to combine the advantages of them, and assigns weight to the sample, which reflects the importance of different sample points and improves the accuracy of load prediction. In order to find the optimal combination of the parameters, we proposed a parameter optimization algorithm based on particle swarm optimization(PSO). Finally, based on the WWSVM model, a load prediction algorithm is proposed for cloud computing using PSO-based weighted support vector machine. The Google cloud computing data set is used to verify the algorithm proposed in this paper by experiments. The experiment results indicate that comparing with the wavelet support vector machine, autoregressive integrated moving average, adaptive network-based fuzzy inference system and tuned support vector regression, the proposed algorithm is superior to the other four prediction algorithms in prediction accuracy and efficiency.     

云计算资源调度研究综述

资源调度是云计算的一个主要研究方向.首先对云计算资源调度的相关研究现状进行深入调查和分析;然后重点讨论以降低云计算数据中心能耗为目标的资源调度方法、以提高系统资源利用率为目标的资源管理方法、基于经济学的云资源管理模型,给出最小能耗的云计算资源调度模型和最小服务器数量的云计算资源调度模型,并深入分析和比较现有的云资源调度方法;最后指出云计算资源管理的未来重要研究方向:基于预测的资源调度、能耗与性能折衷的调度、面向不同应用负载的资源管理策略与机制、面向计算能力(CPU、内存)和网络带宽的综合资源分配、多目标优化的资源调度,以便为云计算研究提供有益的参考.     

能耗感知下云资源三支粒度调度策略研究

云资源调度是云数据中心的一种重要节能方式。然而,实际云平台中,受单一物理机资源限制,存在虚拟机资源竞争和利用率低的问题。对此,通过分析虚拟机负载相似性及资源占有度问题,提出一种基于三支决策的能耗感知虚拟机迁移策略。首先,在虚拟机迁移过程中,设计云资源的三支划分策略,并使用K-means算法在划分区域选择待迁移的虚拟机序列;其次,依据虚拟机与物理机的负载相似度,获取虚拟机放置顺序;最后,依托CloudSimPlus云仿真平台验证了所提方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够有效降低云能耗,实现资源充分利用。