基于MapReduce虚拟集群的能耗优化算法

随着全球能源危机的出现,许多研究者开始关注数据中心的能耗问题。在满足用户需求的前提下,减少数据中心的活跃节点个数能够有效地降低其能耗。传统的减少活跃节点的方式是虚拟机迁移,但虚拟机迁移会造成极大的系统开销。提出一种基于MapReduce虚拟集群的能耗优化算法--在线时间平衡算法OTBA,能够减少活跃物理节点数,有效降低数据中心的能耗,并且避免了虚拟机的迁移。通过建立云数据中心的能耗模型、用户提交服务的排队模型和评价作业完成质量的作业运行模型,确定了数据中心节能模型的目标函数和变量因子。在线时间平衡算法是基于虚拟云环境和在线MapReduce作业的一种节能调度算法,能够在虚拟机的生命周期和资源利用率之间做出权衡,使数据中心激活的服务器达到最少,能耗降到最低。此外,该结果通过仿真和Hadoop平台上的实验得到了验证。     

云环境下基于CROTS算法的虚拟机放置策略

随着越来越多数据中心的构建和部署,能耗问题成为研究热点。作为一种有效的节能策略,虚拟机整合受到了研究人员和业界的关注。针对传统的虚拟机放置策略的不足,利用化学反应优化算法CRO求解数据中心的虚拟机放置问题,并通过禁忌搜索算法提高CRO算法中器壁无损碰撞对解的勘探能力。仿真实验表明,相对于传统的贪婪放置策略FFD和基于ACO的放置策略,提出的CROTS算法可有效降低数据中心物理机的使用个数,进而降低了数据中心的能耗。     

利用蚁群算法完成虚拟机放置的优化

提出利用蚁群算法来完成虚拟机放置过程的优化策略(ant colony optimization based virtual machine placement,ACO-VMP).建立基于向量代数的物理服务器多维资源的描述,以云数据中心的整体能量消耗降低和活动物理主机数量减少为目标函数;蚁群算法中信息素增强变量的更新与所有虚拟机-物理主机的映射密切相关,且每次都考虑物理主机的多维资源的平衡利用.Cloudsim模拟器仿真结果表明,虚拟机的装箱效率明显提高,活动物理主机数量和能量消耗减少比其它放置策略明显减少.     

数据中心网络拓扑感知型能耗优化算法

针对数据中心网络中高能耗的问题,提出了一种拓扑感知型能耗优化算法。算法首先根据广义超立方体拓扑多维正交和单维全连接的结构特性,优化虚拟机的部署位置,进而提出多维最佳适应策略来充分利用服务器各维资源。然后利用虚拟机资源需求预测模型并结合迁移代价公式,均衡考虑服务器资源使用代价、虚拟机通信代价和迁移资源消耗,在合理迁移虚拟机以满足系统性能的前提下,降低了网络的能耗并且缓解了网络链路的拥塞。最终将网络的能耗优化问题转化成虚拟机在服务器上的优化配置问题。实验结果表明,与其他三种算法比较,算法在降低系统能耗和减少拥塞方面获得了良好的效果。     

基于混合群智能的节能虚拟机整合方法

数据中心的虚拟机（virtual machine,VM）整合技术是当今云计算领域的一个研究热点.要在保证服务质量（QoS）的前提下尽可能地降低云数据中心的服务器能耗,本质上是一个多目标优化的NP难问题.为了更好地解决该问题,面向异构服务器云环境提出了一种基于差分进化与粒子群优化的混合群智能节能虚拟机整合方法（HSI-VMC）.该方法包括基于峰值效能比的静态阈值超载服务器检测策略（PEBST）、基于迁移价值比的待迁移虚拟机选择策略（MRB）、目标服务器选择策略、混合离散化启发式差分进化粒子群优化虚拟机放置算法（HDH-DEPSO）以及基于负载均值的欠载服务器处理策略（AVG）.其中,PEBST,MRB,AVG策略的结合能够根据服务器的峰值效能比和CPU的负载均值检测出超载和欠载服务器,并选出合适的虚拟机进行迁移,降低负载波动引起的服务水平协议违约率（SLAV）和虚拟机迁移的次数;HDH-DEPSO算法结合DE和PSO的优点,能够搜索出更优的虚拟机放置方案,使服务器尽可能地保持在峰值效能比下运行,降低服务器的能耗开销.基于真实云环境数据集（PlanetLab/Mix/Gan）的一系列实验结果表明：HSI-VMC方法与当前主流的几种节能虚拟机整合方法相比,能够更好地兼顾多个QoS指标,并有效地降低云数据中心的服务器能耗开销.     

云环境中多目标优化的虚拟机放置算法

虚拟机放置（VMP）是虚拟机整合的核心,是一个多资源约束的多目标优化问题。高效的VMP算法不仅能显著地降低云数据中心能耗、提高资源利用率,还能保证服务质量（QoS）。针对数据中心能耗高和资源利用率低的问题,提出了基于离散蝙蝠算法的虚拟机放置（DBA-VMP）算法。首先,把最小化能耗和最大化资源利用率作为优化目标,建立多目标约束的VMP优化模型;然后,通过效仿人工蚁群在觅食过程中共享信息素的机制,将信息素反馈机制引入蝙蝠算法,并对经典蝙蝠算法进行离散化改进;最后,用改进的离散蝙蝠算法求解模型的Pareto最优解。实验结果表明,与其他多目标优化的VMP算法相比,所提算法在使用不同数据集的情况下都能有效降低能耗,提高资源利用率,实现了在保证QoS的前提下的降低能耗和提高资源利用率两者之间的优化平衡。     

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。     

云计算中面向能耗降低的虚拟机多资源放置算法

为降低云计算系统产生的能耗,实现系统多类型资源的合理利用,提出虚拟机多资源能耗优化放置模型,并给出虚拟机多目标资源随机多组优化算法(RMRO)。RMRO算法随机生成多组虚拟机放置序列,并对每组序列进行优化,从中选出最优的序列作为最终的虚拟机序列。基于RMRO,进一步提出了3种虚拟机放置序列的再优化策略,通过实验对比,选择MMBA策略作为最佳策略。仿真结果表明,RMRO相比传统的MBFD和MBFH算法,能明显降低数据中心的能耗,同时使系统多种资源利用更合理。     

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。     

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%。     

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.     

云计算中能耗和性能感知的虚拟机优化部署算法

优化虚拟机部署是数据中心降低能耗的一个重要方法。目前大多数虚拟机部署算法都明显地降低了能耗,但过度虚拟机整合和迁移引起了系统性能较大的退化。针对该问题,首先构建虚拟机优化部署模型。然后提出一种二阶段迭代启发式算法来求解该模型,第一阶段是基于首次适应下降装箱算法,提出一种虚拟机优化部署算法,目标是最小化主机数;第二阶段是提出了一种虚拟机在线迁移选择算法,目标是最小化待迁移虚拟机数。实验结果表明,该算法能够有效地降低能耗,具有较低的服务等级协定(SLA)违背率和较好的时间性能。     

云数据中心能效可靠的虚拟机部署

优化虚拟机部署是降低云数据中心能耗的有效方法,但是,过度对虚拟机部署进行合并可能导致主机机架出现热点,影响数据中心提供服务的可靠性。提出一种基于能效和可靠性的虚拟机部署算法。综合考虑主机利用率、主机温度、主机功耗、冷却系统功耗和主机可靠性间的相互关系,建立确保主机可靠性的冗余模型。在主动避免机架热点情况下,实现动态的虚拟机部署决策,在降低数据中心总体能耗前提下,确保主机服务可靠性。仿真结果表明,该算法不仅可以节省更多能耗,避免热点主机,而且性能保障上也更好。     

异构云平台中能源有效的虚拟机部署研究

能源消耗已经成为数据中心操作成本的重要组成部分,虚拟化技术是降低数据中心能源消耗的有效方法之一.为了降低数据中心过高的能源消耗,利用虚拟化技术,结合数据中心中物理机的异构性和虚拟机所需资源的多维性,提出了一个衡量不同类型物理机性能的模型和一个衡量多维资源利用率的模型,在此基础上提出了一个异构云平台下能源有效的虚拟机部署算法.仿真实验表明,与MBFD算法及BFD算法相比,该算法不仅可以有效地降低系统的能源消耗,而且还提高了资源利用率,减少了资源的浪费.     

An efficient energy-aware method for virtual machine placement in cloud data centers using the cultural algorithm

Excessive consumption of energy in cloud data centers whose number is increasing day by day has led to substantial problems. Hence, offering efficient schemes for virtual machine (VM) placement to decrease energy consumption in cloud computing environments has become a significant research field in recent years. In this paper, with the goal of reducing energy consumption in cloud data centers, we present a VM placement method using the cultural algorithm. In the proposed algorithm called balance-based cultural algorithm for virtual machine placement (BCAVMP), a new fitness function is introduced to evaluate VM allocation solutions. In this function, by using the sum of balance vector lengths for each VM placement, balanced utilization of resources is considered. Also, by applying the amount of energy usage in the fitness function, solutions with lower energy consumption are intended. The performance of the proposed method is evaluated using CloudSim simulator. The simulation results indicate that by appropriate VM assignment and resource wastage reduction, energy consumption in cloud data centers can be decreased.

     

Energy-credit scheduler: An energy-aware virtual machine scheduler for cloud systems

Virtualization facilitates the provision of flexible resources and improves energy efficiency through the consolidation of virtualized servers into a smaller number of physical servers. As an increasingly essential component of the emerging cloud computing model, virtualized environments bill their users based on processor time or the number of virtual machine instances. However, accounting based only on the depreciation of server hardware is not sufficient because the cooling and energy costs for data centers will exceed the purchase costs for hardware. This paper suggests a model for estimating the energy consumption of each virtual machine without dedicated measurement hardware. Our model estimates the energy consumption of a virtual machine based on in-processor events generated by the virtual machine. Based on this estimation model, we also propose a virtual machine scheduling algorithm that can provide computing resources according to the energy budget of each virtual machine. The suggested schemes are implemented in the Xen virtualization system, and an evaluation shows that the suggested schemes estimate and provide energy consumption with errors of less than 5% of the total energy consumption.     

利用遗传算法完成虚拟机放置策略的优化

提出基于遗传算法的虚拟机放置方法GA-VMP(Genetic Algorithm based Virtual Machine Placement)。GA-VMP是一种应用于虚拟机迁移过程的优化算法。在物理主机状态检测和虚拟机选择阶段分别选取了鲁棒局部归约检测方法和最小迁移时间选择方法;在最后的虚拟机放置阶段,GA-VMP将遗传算法应用到虚拟机的重新分配过程中形成了一个全新的虚拟机迁移模型。设计云数据中心的能量消耗数学模型,以能量消耗最小作为遗传算法的目标函数。Cloudsim模拟器仿真结果表明：在总体能量消耗、虚拟机迁移次数、服务等级协议违规率等指标上明显降低,平衡指标参数只有少量的增加。仿真结果可为其他企业构造节能云数据中心提供参考作用。     

云计算环境下基于多目标优化的虚拟机放置研究

云数据中心的规模日益增长导致其产生的能源消耗及成本呈指数级增长。虚拟机的放置是提高云计算环境服务质量与节约成本的核心。针对传统的虚拟机放置算法存在考虑目标单一化和多目标优化难以找到最优解的问题,提出一种面向能耗、资源利用率、负载均衡的多目标优化虚拟机放置模型。通过改进蚁群算法求解优化模型,利用其信息素正反馈机制和启发式搜索寻找最优解。实验结果表明,该算法综合性能表现良好,符合云环境对高效率低能耗的要求。