数据中心计算资源节能算法研究

【摘要】：目前，数据中心普遍存在高耗能、资源浪费严重等问题。如何高效整合计算资源和降低能耗成本是数据中心研究的热点。由于虚拟化技术能够实现对资源的高效利用和简单管理，所以数据中心广泛采用基于虚拟机迁移的节能算法对资源进行分配和调度，实现服务器上的资源负载均衡和降低数据中心能耗的目的。然而，现有针对数据中心节能的算法大多没有考虑服务器之间虚拟机迁移的能耗开销，过度的依赖虚拟机迁移可以实现资源的平均分配，但有可能达不到降低系统能耗的目的。 因此，研究虚拟机迁移过程中的能耗开销和设计合理的节能调度算法对于数据中心能耗管理具有十分重要的意义。具体来讲，本文研究的主要内容和创新包括以下几点： 1.建立数据中心服务器能耗模型。本文对影响数据中心服务器能耗的各项因素（CPU利用率，内存利用率，磁盘读写情况等）进行逐一分析，并结合实验数据，建立服务器能耗模型； 2.建立虚拟机迁移能耗模型。本文对虚拟机迁移过程中的迁移性能、虚拟机性能损耗以及虚拟机迁移对服务器能耗的影响三个方面进行研究，建立虚拟机迁移能耗模型。 3.节能算法设计。本文在建立服务器能耗模型和虚拟机迁移能耗模型的基础上，设计了离线负载跨度最大节能算法和在线迁移节能算法。前者主要通过考虑负载的区间跨度，实现对虚拟机资源的合理分配；后者主要通过虚拟机迁移，以较少数量的服务器满足请求分配，达到降低数据中心总能耗的目的。 4.虚拟机迁移能耗实验验证。通过对虚拟机迁移过程中服务器能耗数据的采集和分析，验证了虚拟机迁移过程中存在能耗开销。实验结果显示，CPU利用率、VM内存大小和网络带宽对虚拟机迁移过程中的服务器能耗存在较大影响。 5.节能算法对比。通过与负载均衡节能算法、在线DRR节能算法、在线EAM节能算法和MBFD节能算法进行对比，实验结果表明，本文设计的离线负载跨度最大节能算法和在线迁移节能算法分别在数据中心总能耗、服务器开启总时间、服务器开启总数量和请求的拒绝次数等方面具有明显的优势。 【关键词】：数据中心 节能算法 虚拟机迁移 迁移能耗
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP308
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 主要工作13-14
• 1.4 论文的结构安排14-16
• 第二章 数据中心能耗管理与资源调度16-28
• 2.1 数据中心能耗管理16-19
• 2.1.1 能耗管理的挑战16-17
• 2.1.2 数据中心节能管理17-19
• 2.2 数据中心虚拟化技术19-23
• 2.2.1 虚拟化定义19-20
• 2.2.2 服务器虚拟化20-21
• 2.2.3 存储虚拟化21-22
• 2.2.4 网络虚拟化22-23
• 2.3 数据中心资源调度23-27
• 2.3.1 资源调度关键技术23-24
• 2.3.2 虚拟机分配和优化24-25
• 2.3.3 常见资源调度策略25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 数据中心能耗建模28-38
• 3.1 数据中心能效定量评价指标28-29
• 3.2 服务器能耗模型29-31
• 3.2.1 服务器能耗影响因素分析29-30
• 3.2.2 服务器能耗建模30-31
• 3.3 虚拟机迁移能耗模型31-37
• 3.3.1 虚拟机迁移过程分析31-33
• 3.3.2 虚拟机迁移开销研究33-35
• 3.3.3 虚拟机迁移能耗建模35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 数据中心节能算法设计38-50
• 4.1 算法简介38-43
• 4.1.1 应用场景描述38-39
• 4.1.2 调度资源和请求描述39-41
• 4.1.3 算法大致思想41-42
• 4.1.4 算法输入输出42-43
• 4.2 离线负载跨度最大节能算法43-46
• 4.2.1 算法步骤43-44
• 4.2.2 算法流程图44-45
• 4.2.3 算法核心代码45-46
• 4.3 在线迁移节能调度算法46-49
• 4.3.1 算法步骤46-47
• 4.3.2 算法流程图47-48
• 4.3.3 算法核心代码48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 实验论证与模拟测试50-63
• 5.1 虚拟机迁移能耗验证实验50-55
• 5.1.1 实验环境搭建50-51
• 5.1.2 实验结果及分析51-55
• 5.2 算法模拟测试55-62
• 5.2.1 模拟环境简介55-56
• 5.2.2 模拟参数设置56
• 5.2.3 实验结果及分析56-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 结论63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 存在的问题与不足64
• 6.3 工作展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 攻硕期间取得的研究成果70-71

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