云计算中的能耗计量模型和节能优化机制

【摘要】：随着云计算的不断发展和数据中心规模的不断提升,服务器等基础设施的能耗花销急剧增长,这导致能耗的开支成为了云计算主要的运营成本,高昂的能耗开销也造成严重的环境和能源问题。因此,在保证用户性能的前提下,为云计算基础设施节省能耗,提高能源效率变得越来越重要。虚拟化技术和分布式计算是云计算得以实现的关键技术,为云计算能耗管理带来新的解决思路的同时,也为管理带来了新的挑战。虚拟化环境中能耗监控和管理调度的粒度变为虚拟机,因此,虚拟化层面的能耗计量和资源分配、以及物理层的资源调度都需要建立新的节能机制。 在以上背景和管理现状问题的驱动下,本课题分析了云计算及虚拟化环境中的能耗特点和能耗管理相关技术,展开了对云计算能耗管理的研究,提出一个实时计量虚拟机能耗的模型和一系列节能优化机制。本文的主要研究分为三个部分： (1)分析当前云计算中能耗管理的研究现状,以及虚拟化集群和分布式计算对节能方法的需求和限制。设计了一个云计算环境下的能耗管理系统框架,从整体层面描述对虚拟化集群的能耗监控、管理和优化,主要分为能耗计量和节能调度两个模块。 (2)提出虚拟机能耗计量模型,实现了对虚拟化平台能耗的等效能见度。该模型以各个虚拟机运行时处理器、内存和磁盘设备的性能监测数据为输入,可以实时估算出单个虚拟机和物理服务器的能耗值。能耗模型为节能管理策略的制定和决策提供了有力的支持。 (3)建立将虚拟机资源合理分配给作业以及将虚拟机合理映射到物理集群中的节能优化策略,既满足作业性能要求的同时降低执行作业的能耗。节能优化策略包括能耗-性能折中的虚拟机分配策略,以及考虑虚拟机资源容量和执行时间的放置策略。在放置策略中提出一个全局动态装箱算法完成虚拟机到服务器的映射,并利用虚拟机实时迁移实现服务器整合。 【关键词】：云计算 虚拟化 能耗管理 能耗模型
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 本文主要工作11-12
• 1.2.1 主要研究内容11-12
• 1.2.2 创新点12
• 1.3 研究生期间工作12-13
• 1.4 论文组织结构13-14
• 第二章 云计算能耗管理相关工作14-21
• 2.1 云计算架构概述14-15
• 2.2 虚拟化技术概述15-16
• 2.3 能耗管理概述16-20
• 2.3.1 基本技术16-17
• 2.3.2 能耗计量模型相关研究17-18
• 2.3.3 节能优化机制相关研究18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 云计算能耗管理系统架构21-25
• 3.1 研究场景分析和描述21-22
• 3.2 能耗管理系统架构22-24
• 3.3 本章小结24-25
• 第四章 虚拟化集群的能耗计量模型25-37
• 4.1 虚拟化集群能耗特征25-28
• 4.1.1 能耗计量模型系统结构25-26
• 4.1.2 能耗特征分析26-28
• 4.2 虚拟机能耗计量模型28-32
• 4.2.1 基本模型设计28-29
• 4.2.2 改进模型29-31
• 4.2.3 模型训练31-32
• 4.3 实验结果分析32-36
• 4.3.1 实验设置32-33
• 4.3.2 实验结果分析33-36
• 4.4 本章小结36-37
• 第五章 虚拟机资源节能优化机制37-52
• 5.1 节能优化的流程37-38
• 5.2 虚拟机分配策略38-41
• 5.2.1 性能模型39
• 5.2.2 基于效用优化的分配算法39-41
• 5.3 虚拟机节能放置策略41-43
• 5.3.1 问题描述41-42
• 5.3.2 放置策略具体实现42-43
• 5.4 全局动态装箱算法43-46
• 5.4.1 问题描述43-44
• 5.4.2 算法设计实现44-46
• 5.5 实验结果分析46-50
• 5.5.1 实验参数设置46-47
• 5.5.2 实验结果及分析47-50
• 5.6 本章小结50-52
• 第六章 总结与展望52-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文58

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