一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)及其資源管理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種云計(jì)算系統(tǒng)及其系統(tǒng)資源管理方法，云計(jì)算系統(tǒng)包括云計(jì)算子系統(tǒng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端設(shè)備，其特征在于：云計(jì)算子系統(tǒng)包括若干物理結(jié)點(diǎn)和若干物理結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備，所述物理結(jié)點(diǎn)中包括CPU和至少一虛擬機(jī)。云計(jì)算系統(tǒng)的資源管理方法包括：虛擬機(jī)控制循環(huán)步驟、結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)步驟、遷移域控制循環(huán)步驟、全局控制循環(huán)步驟。
【專利說明】一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)及其資源管理方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于云計(jì)算虛擬機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)及其資源管理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]云計(jì)算概念的提出，至今只有短短的幾年。但是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)云計(jì)算背后包含的計(jì)算科學(xué)概念并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算等都展開了廣泛和深入的研究。虛擬化和效用計(jì)算的引入，給云計(jì)算的應(yīng)用和發(fā)展帶來了更多的機(jī)會(huì)，同時(shí)也提出了更多和更高的挑戰(zhàn)。云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施將超大規(guī)模的計(jì)算資源進(jìn)行整合并向眾多用戶提供按需的極其廉價(jià)的服務(wù)。由于云計(jì)算中軟硬件和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣性和豐富性、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的負(fù)載的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化性和人工管理復(fù)雜系統(tǒng)的限制性，給虛擬化云計(jì)算的控制和管理帶來新的問題。同時(shí)云計(jì)算的超大規(guī)模性使得能耗成為制約云計(jì)算系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)主要因素。
[0003]本發(fā)明提供了一種專門用于移動(dòng)通信領(lǐng)域的云計(jì)算系統(tǒng)和相應(yīng)的系統(tǒng)資源管理方法。該方法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了不同時(shí)間范圍和空間規(guī)模下的多層資源控制器?；谒膫€(gè)不同的控制器(虛擬機(jī)控制器、結(jié)點(diǎn)控制器、遷移域控制器和全局控制器)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了四個(gè)控制步驟，有效的改善了移動(dòng)通信領(lǐng)域的云計(jì)算過程中虛擬資源和能耗的管理和使用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括云計(jì)算子系統(tǒng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端設(shè)備，其特征在于:云計(jì)算子系統(tǒng)包括若干物理結(jié)點(diǎn)和若干物理結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備，所述物理結(jié)點(diǎn)中包括CPU和至少一虛擬機(jī)。
[0005]本發(fā)明還提供了一種用于上述云計(jì)算系統(tǒng)的資源管理方法，其特征在于，該方法包括以下四個(gè)控制循環(huán):
步驟一:虛擬機(jī)控制循環(huán)步驟，具體包括:
第I步，利用虛擬機(jī)中的性能監(jiān)控器測(cè)量上一個(gè)控制周期中應(yīng)用性能指標(biāo)的值，同時(shí)利用虛擬機(jī)中的能耗監(jiān)控器測(cè)量上一個(gè)控制周期中虛擬機(jī)的能耗值，然后通過反饋路徑將性能指標(biāo)值和能耗指標(biāo)值發(fā)送給虛擬機(jī)控制器；虛擬機(jī)中的資源使用監(jiān)控器發(fā)送上一個(gè)控制周期中該虛擬機(jī)的資源使用情況數(shù)據(jù)給虛擬機(jī)控制器，同時(shí)結(jié)點(diǎn)控制器將上一個(gè)控制周期中給虛擬機(jī)設(shè)置的CPU工作電壓/頻率數(shù)據(jù)發(fā)送給虛擬機(jī)控制器；
第2步，虛擬機(jī)控制器使用上述數(shù)據(jù)來更新應(yīng)用性能及能耗與所用資源及CPU工作電壓/頻率之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系模型，該動(dòng)態(tài)關(guān)系模型將在下一個(gè)控制周期中優(yōu)化資源分配和CPU工作電壓/頻率 的設(shè)置；
第3步，虛擬機(jī)控制器將測(cè)量得到的應(yīng)用性能指標(biāo)的值和應(yīng)用的服務(wù)級(jí)目標(biāo)進(jìn)行比較并得到第一差值，同時(shí)將測(cè)量得到的能耗值和能耗預(yù)算進(jìn)行比較并得到第二差值，基于上述第一差值和第二差值來 確定下一個(gè)控制周期所需的資源分配和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置，并發(fā)送資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求給應(yīng)用所在結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)控制器；
步驟二:結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)步驟，具體包括:
第I步，結(jié)點(diǎn)控制器收集來自相應(yīng)結(jié)點(diǎn)中虛擬機(jī)控制器的資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求，然后，確定結(jié)點(diǎn)是否有滿足這些請(qǐng)求的足夠資源以及能耗是否超過預(yù)算，如果可以滿足所有請(qǐng)求，則繼續(xù)步驟二中的第2步；如果部分請(qǐng)求無法得到滿足并且發(fā)出請(qǐng)求的應(yīng)用優(yōu)先級(jí)比較低，則跳轉(zhuǎn)到步驟二的第3步；否則，跳轉(zhuǎn)到步驟三的第2步；
第2步，結(jié)點(diǎn)控制器計(jì)算實(shí)際分配的資源和設(shè)置的CPU工作電壓/頻率，然后跳轉(zhuǎn)到第4步；
第3步，根據(jù)應(yīng)用向用戶提供的服務(wù)級(jí)別的不同，結(jié)點(diǎn)控制器計(jì)算實(shí)際分配的資源和設(shè)置的CPU工作電壓/頻率；
第4步，結(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送計(jì)算得到的資源分配值給資源驅(qū)動(dòng)器，資源驅(qū)動(dòng)器將這些值輸入到結(jié)點(diǎn)中的資源調(diào)度器；
第5步，資源調(diào)度器分配相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)資源給多個(gè)虛擬機(jī)，同時(shí)利用動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)節(jié)器為每個(gè)虛擬機(jī)設(shè)定CPU電壓/頻率；
第6步，在結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)的每個(gè)控制周期結(jié)束時(shí)，結(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率情況給遷移域控制器和全局控制器；
步驟三:遷移域控制循環(huán)步驟，具體包括:
第I步，遷移域控制器接收來自遷移域內(nèi)的資源使用監(jiān)控器獲得的每個(gè)虛擬機(jī)的資源使用情況、能耗監(jiān)控器獲得的每個(gè)虛擬機(jī)的能耗情況、來自結(jié)點(diǎn)控制器的虛擬機(jī)遷移請(qǐng)求以及每個(gè)結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率的情況，根據(jù)上述接收內(nèi)容，遷移域控制器制定虛擬機(jī)的放置策略；
第2步，遷移域控制器根據(jù)制定的虛擬機(jī)的放置策略設(shè)計(jì)虛擬機(jī)的遷移規(guī)劃，然后將遷移規(guī)劃發(fā)送給遷移驅(qū)動(dòng)器；
第3步，遷移驅(qū)動(dòng)器按照遷移規(guī)劃執(zhí)行虛擬機(jī)的遷移；
步驟四:全局控制循環(huán)步驟，具體包括:
第I步，通過云計(jì)算系統(tǒng)中部署的全局控制器收集來自全局范圍內(nèi)的每個(gè)虛擬機(jī)的資源使用情況和能耗情況、每個(gè)結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率、每個(gè)應(yīng)用的性能指標(biāo)、能耗預(yù)算和虛擬機(jī)遷移請(qǐng)求；
第2步，全局控制器將上述收集到的信息發(fā)送給策略生成器，所述策略生成器分析每個(gè)應(yīng)用的歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)應(yīng)用所需的資源和CPU電壓/頻率值，并結(jié)合上述信息設(shè)計(jì)云計(jì)算的能力規(guī)劃，制定應(yīng)用部署到虛擬機(jī)的方案和相應(yīng)的全局遷移規(guī)劃，根據(jù)部署方案和全局遷移規(guī)劃重新在整個(gè)全局范圍內(nèi)中進(jìn)行虛擬機(jī)的布局和遷移應(yīng)用，在某些結(jié)點(diǎn)使用率低和閑置時(shí)，將其關(guān)閉，從而降低整個(gè)云系統(tǒng)的使用代價(jià)和能耗。
[0006]【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1云計(jì)算系統(tǒng)框架圖；
圖2基于云計(jì)算系統(tǒng)的資源管理流程圖。
[0008]【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，并不是把本發(fā)明的實(shí)施范圍局限于此。
[0010]如圖1所示，云計(jì)算系統(tǒng)包括云計(jì)算子系統(tǒng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端設(shè)備，其特征在于:云計(jì)算子系統(tǒng)包括若干物理結(jié)點(diǎn)和若干物理結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備，所述物理結(jié)點(diǎn)中包括CPU和至少一虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)使用物理結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備中的虛擬存儲(chǔ)資源。移動(dòng)終端設(shè)備，如手機(jī)，可以通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將需要處理的數(shù)據(jù)發(fā)送到云計(jì)算子系統(tǒng)，并接收處理后的數(shù)據(jù)。
[0011]針對(duì)虛擬化云計(jì)算的大規(guī)模和高復(fù)雜性，采用層次化和模塊化的方法將自適應(yīng)管理體系分為虛擬機(jī)管理、結(jié)點(diǎn)管理、遷移域管理和全局管理四個(gè)層次。基于四個(gè)不同的控制器(虛擬機(jī)控制器、結(jié)點(diǎn)控制器、遷移域控制器和全局控制器)，設(shè)計(jì)了四個(gè)控制循環(huán)。虛擬機(jī)和結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)采取被動(dòng)方式調(diào)整虛擬化資源的分配和CPU工作電壓/頻率，以適應(yīng)短期和結(jié)點(diǎn)范圍的負(fù)載變化。全局控制循環(huán)采取主動(dòng)方式預(yù)測(cè)整體的資源需求和能耗并通過虛擬機(jī)遷移來適應(yīng)長期和全局范圍的負(fù)載變化。結(jié)合被動(dòng)和主動(dòng)適應(yīng)方式，遷移域控制循環(huán)對(duì)域內(nèi)的虛擬化資源和能耗進(jìn)行自適應(yīng)控制和管理。
[0012]下面詳細(xì)描述四個(gè)控制循環(huán)以及如何對(duì)它們進(jìn)行整合。
[0013](一)虛擬機(jī)控制循環(huán)
虛擬機(jī)控制循環(huán)中的主要組件包括資源使用監(jiān)控器、性能監(jiān)控器、能耗監(jiān)控器和虛擬機(jī)控制器。資源使用監(jiān)控器負(fù)責(zé)監(jiān)控虛擬機(jī)的資源使用情況。性能監(jiān)控器負(fù)責(zé)監(jiān)控應(yīng)用的性能指標(biāo)。能耗監(jiān)控器負(fù)責(zé)監(jiān)控虛擬機(jī)的能耗情況。每個(gè)結(jié)點(diǎn)中的虛擬機(jī)部署一個(gè)虛擬機(jī)控制器。一個(gè)虛擬機(jī)封裝一個(gè)應(yīng)用(或多層應(yīng)用中的一層，如邏輯層，數(shù)據(jù)層)。將被控制的虛擬化系統(tǒng)(虛擬機(jī)及封裝的應(yīng)用)看成是一個(gè)黑盒系統(tǒng)。系統(tǒng)的控制輸入是分配給虛擬機(jī)的多種資源和一定的CPU工作電壓/頻率，測(cè)量輸出是應(yīng)用的性能指標(biāo)和能耗，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的是應(yīng)用負(fù)載的變化或系統(tǒng)的管理和維護(hù)需求等。根據(jù)被控制的虛擬化系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關(guān)系，采用合適的系統(tǒng)辨識(shí)方法建立描述被控制的虛擬化系統(tǒng)行為的資源能效模型。在模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用反饋控制方法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制器。根據(jù)負(fù)載的變化，優(yōu)化控制器動(dòng)態(tài)調(diào)整控制輸入(多種資源的分配和CPU工作電壓/頻率的設(shè)定)使得控制輸出(應(yīng)用的性能指標(biāo)和能耗)滿足所期望的需求，即應(yīng)用的服務(wù)級(jí)目標(biāo)和不超過能耗預(yù)算(參考輸入)。資源能效模型和優(yōu)化控制器構(gòu)成虛擬機(jī)控制器。
[0014]按一定的時(shí)間周期(秒或分鐘級(jí))執(zhí)行虛擬機(jī)控制循環(huán)。基于控制器穩(wěn)定時(shí)間(settling time)和被控制的虛擬化系統(tǒng)的穩(wěn)定性之間的權(quán)衡來選擇控制循環(huán)周期的時(shí)間。過長的控制周期可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)搜集的時(shí)間變長和降低虛擬機(jī)控制器的響應(yīng)速度。而控制周期過短會(huì)引起被控制的虛擬化系統(tǒng)的不穩(wěn)定。本實(shí)施例將虛擬機(jī)控制周期設(shè)為20秒。在每個(gè)虛擬機(jī)控制循環(huán)周期中，虛擬機(jī)控制器計(jì)算為滿足服務(wù)級(jí)目標(biāo)所需的資源和CPU工作電壓/頻率值，將資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求發(fā)送給結(jié)點(diǎn)控制器。在每個(gè)虛擬機(jī)控制循環(huán)周期結(jié)束時(shí)，執(zhí)行以下步驟:
第I步性能監(jiān)控器測(cè)量上一個(gè)控制周期中應(yīng)用性能指標(biāo)的值(例如，一個(gè)web應(yīng)用的客戶感知平均響應(yīng)時(shí)間是2秒)，同時(shí)能耗監(jiān)控器測(cè)量上一個(gè)控制周期中虛擬機(jī)的能耗值，然后通過其反饋路徑將性能指標(biāo)值和能耗指標(biāo)值發(fā)送給虛擬機(jī)控制器。應(yīng)用性能和能耗是控制循環(huán)中的被控制變量。每個(gè)虛擬機(jī)中的資源使用監(jiān)控器發(fā)送上一個(gè)控制周期中該虛擬機(jī)的資源使用情況(例如，測(cè)得的磁盤消耗量為100MB)給虛擬機(jī)控制器。同時(shí)結(jié)點(diǎn)控制器將上一個(gè)控制周期中給虛擬機(jī)設(shè)置的CPU工作電壓/頻率值發(fā)送給虛擬機(jī)控制器。
[0015]第2步虛擬機(jī)控制器使用這些測(cè)量值來更新應(yīng)用性能及能耗與所用資源及CPU工作電壓/頻率之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系模型，模型將在下一個(gè)控制周期中優(yōu)化資源分配和CPU工作電壓/頻率設(shè)置來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)級(jí)目標(biāo)和降低能耗。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述測(cè)量值建立動(dòng)態(tài)關(guān)系模型的方法是已知的，這里不再詳細(xì)陳述。
[0016]第3步虛擬機(jī)控制器將測(cè)得的性能指標(biāo)值和應(yīng)用的服務(wù)級(jí)目標(biāo)進(jìn)行比較，同時(shí)將測(cè)得的能耗值和能耗預(yù)算進(jìn)行比較，基于兩者之間的差值，來確定下一個(gè)控制周期所需的資源分配和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置，并發(fā)送資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求給應(yīng)用所在結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)控制器。所需的資源分配和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置是虛擬機(jī)控制循環(huán)的控制變量。
[0017](二)結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)
每個(gè)結(jié)點(diǎn)部署一個(gè)結(jié)點(diǎn)控制器，用于控制分配給該結(jié)點(diǎn)上的所有虛擬機(jī)的資源和調(diào)節(jié)分配給虛擬機(jī)的虛擬CPU的動(dòng)態(tài)電壓/頻率。結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)的主要組件包括結(jié)點(diǎn)中的所有虛擬機(jī)控制器，一個(gè)資源驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)節(jié)器和一個(gè)結(jié)點(diǎn)控制器。在每個(gè)結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)周期(秒或分鐘級(jí))中，結(jié)點(diǎn)控制器收集結(jié)點(diǎn)內(nèi)所有虛擬機(jī)控制器發(fā)來的資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求，確定是否有足夠的資源滿足所有請(qǐng)求以及能耗是否超過預(yù)算，若滿足則通過資源驅(qū)動(dòng)器為各個(gè)虛擬機(jī)分配資源，同時(shí)通過動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)節(jié)器設(shè)定虛擬機(jī)的CPU電壓/頻率，若部分滿足則根據(jù)應(yīng)用優(yōu)先級(jí)(由應(yīng)用服務(wù)提供者和用戶協(xié)商確定)提供區(qū)分服務(wù)，若不滿足則向遷移域和全局控制器發(fā)出請(qǐng)求，將某些虛擬機(jī)遷移到其他結(jié)點(diǎn)。
[0018]緊接著上一個(gè)控制周期中的虛擬機(jī)控制循環(huán)周期性地調(diào)用結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)。在每個(gè)結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)周期結(jié)束時(shí)，執(zhí)行以下步驟:
第I步結(jié)點(diǎn)控制器收集來自相應(yīng)結(jié)點(diǎn)中虛擬機(jī)控制器的資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求。然后，確定結(jié)點(diǎn)是否有滿足這些請(qǐng)求的足夠資源以及能耗是否超過預(yù)算。如果可以滿足所有請(qǐng)求，則繼續(xù)第2步；如果部分請(qǐng)求無法得到滿足并且發(fā)出請(qǐng)求的應(yīng)用優(yōu)先級(jí)比較低，則跳轉(zhuǎn)到第3步；否則，跳轉(zhuǎn)到遷移域控制循環(huán)的第2步，遷移一些虛擬機(jī)到其他結(jié)點(diǎn)。
[0019]第2步結(jié)點(diǎn)控制器計(jì)算實(shí)際分配的資源和設(shè)置的CPU工作電壓/頻率，然后跳轉(zhuǎn)到第4步。
[0020]第3步根據(jù)服務(wù)級(jí)區(qū)分，結(jié)點(diǎn)控制器計(jì)算實(shí)際分配的資源和設(shè)置的CPU工作電壓/頻率。上述“服務(wù)級(jí)”指應(yīng)用向用戶提供的性能指標(biāo)，比如應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間在I秒之內(nèi)。即應(yīng)用向用戶提供的服務(wù)級(jí)別。
[0021]第4步結(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送計(jì)算得到的資源分配值給資源驅(qū)動(dòng)器，資源驅(qū)動(dòng)器將這些值輸入到結(jié)點(diǎn)中的資源調(diào)度器。
[0022]第5步資源調(diào)度器分配相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)資源部分給多個(gè)虛擬機(jī)，同時(shí)，動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)節(jié)器為多個(gè)虛擬機(jī)設(shè)定CPU電壓/頻率。[0023]另外，在結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)的每個(gè)控制周期結(jié)束時(shí)，結(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送結(jié)點(diǎn)的資源使用情況和可用性給遷移域控制器和全局控制器。
[0024](三)遷移域控制循環(huán)
通過將相互距離比較近的一些結(jié)點(diǎn)組成一個(gè)遷移域，把云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施(即云系統(tǒng))劃分為多個(gè)遷移域。在遷移域控制循環(huán)周期(分鐘或小時(shí)級(jí))中，虛擬機(jī)在域內(nèi)的結(jié)點(diǎn)之間遷移。當(dāng)物理結(jié)點(diǎn)中的所有應(yīng)用的資源請(qǐng)求超過結(jié)點(diǎn)容量、能耗超過預(yù)算、被控制系統(tǒng)更新和軟硬件失效時(shí)，遷移域控制器將該結(jié)點(diǎn)上的虛擬機(jī)重新放置到其他結(jié)點(diǎn)上。遷移域控制器接收來自域內(nèi)的資源使用監(jiān)控器的每個(gè)虛擬機(jī)的資源使用情況、能耗監(jiān)控器的每個(gè)虛擬機(jī)的能耗情況和來自結(jié)點(diǎn)控制器的虛擬機(jī)遷移請(qǐng)求及每個(gè)結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率情況。
[0025]遷移域控制循環(huán)的主要部件包括域內(nèi)的所有資源使用監(jiān)控器、能耗監(jiān)控器、結(jié)點(diǎn)控制器、一個(gè)遷移域控制器和一個(gè)遷移驅(qū)動(dòng)器。在每個(gè)遷移域控制循環(huán)周期結(jié)束時(shí)，執(zhí)行以下步驟:
第I步遷移域控制器制定放置策略。
[0026]第2步遷移域控制器根據(jù)放置策略設(shè)計(jì)遷移規(guī)劃，然后將遷移規(guī)劃發(fā)送給遷移驅(qū)動(dòng)器。
[0027]第3步遷移驅(qū)動(dòng)器按遷移規(guī)劃執(zhí)行虛擬機(jī)的遷移。
[0028](四)全局控制循環(huán)
云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施中部署一個(gè)全局控制器。全局控制器收集來自全局范圍內(nèi)的每個(gè)虛擬機(jī)的資源使用情況和能耗情況、每個(gè)結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率、每個(gè)應(yīng)用的性能指標(biāo)、能耗預(yù)算和虛擬機(jī)遷移請(qǐng)求，然后將這些信息發(fā)送給策略生成器。在每個(gè)全局控制循環(huán)周期(小時(shí)或天級(jí))中，通過模擬的方法，策略生成器分析每個(gè)應(yīng)用的歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)應(yīng)用所需的資源和CPU電壓/頻率值，并結(jié)合以上信息設(shè)計(jì)云計(jì)算的能力規(guī)劃，制定應(yīng)用部署到虛擬機(jī)的方案和相應(yīng)的遷移規(guī)劃，根據(jù)部署方案和遷移規(guī)劃重新在整個(gè)全局范圍內(nèi)中進(jìn)行虛擬機(jī)布局，遷移應(yīng)用。在某些結(jié)點(diǎn)使用率低和閑置時(shí)，可以將其關(guān)閉，從而降低整個(gè)云基礎(chǔ)設(shè)施的使用代價(jià)和能耗。
[0029]值得注意的是，“遷移規(guī)劃”在遷移域控制器和全局控制器中都有制定，遷移域控制器是在遷移域范圍內(nèi)控制虛擬機(jī)的遷移，而全局控制器則在全局云系統(tǒng)范圍內(nèi)控制虛擬機(jī)的遷移。
[0030]管理綜合架構(gòu)由四層的資源和能耗控制循環(huán)組成:虛擬機(jī)控制循環(huán)、結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)、遷移域控制循環(huán)和全局控制循環(huán)。管理綜合架構(gòu)還定義了各層之間的接口，從而使得不同層能相互協(xié)調(diào)工作?？刂破髦g的接口比較簡單。結(jié)點(diǎn)上的每個(gè)虛擬機(jī)控制器提交其所需的資源值和CPU電壓/頻率值給相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)控制器。然后，結(jié)點(diǎn)控制器決定如何為每個(gè)虛擬機(jī)分配資源和CPU電壓/頻率，并基于這些所需的資源來滿足應(yīng)用服務(wù)級(jí)目標(biāo)以及CPU電壓/頻率來限制能耗。否則，結(jié)點(diǎn)控制器也許無法合理地為所有虛擬機(jī)分配資源和設(shè)置CPU電壓/頻率，以至于違背一個(gè)或幾個(gè)應(yīng)用的服務(wù)級(jí)目標(biāo)和超過能耗預(yù)算。如果結(jié)點(diǎn)控制器確定的所需資源值超過了結(jié)點(diǎn)容量或者能耗超過預(yù)算，結(jié)點(diǎn)控制器將請(qǐng)求遷移域控制器遷移一些虛擬機(jī)到其他結(jié)點(diǎn)。模塊化和分層的解決方法有助于虛擬機(jī)和結(jié)點(diǎn)之間及控制器間的相互聯(lián)系簡單化。另外，可以只考慮某個(gè)控制循環(huán)內(nèi)的部件間的相互作用，而不用同時(shí)關(guān)注其他控制循環(huán)內(nèi)的部件。因此，模塊化和分層降低了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。
[0031]本發(fā)明的上述方法有效的改善了云計(jì)算中資源和能耗的分配和管理，提高了資源的利用效率、系統(tǒng)的運(yùn)算效率并降低了能耗。
[0032]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法與范圍的情況下，還可以做出各種變化，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)有權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括云計(jì)算子系統(tǒng)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端設(shè)備，其特征在于:云計(jì)算子系統(tǒng)包括若干物理結(jié)點(diǎn)和若干物理結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)設(shè)備，所述物理結(jié)點(diǎn)中包括CPU和至少一虛擬機(jī)。
2.一種用于如權(quán)利要求1所述云計(jì)算系統(tǒng)的資源管理方法，其特征在于，所述方法包括以下四個(gè)控制循環(huán): 步驟一:虛擬機(jī)控制循環(huán)步驟，具體包括: 第I步，利用虛擬機(jī)中的性能監(jiān)控器測(cè)量上一個(gè)控制周期中應(yīng)用性能指標(biāo)的值，同時(shí)利用虛擬機(jī)中的能耗監(jiān)控器測(cè)量上一個(gè)控制周期中虛擬機(jī)的能耗值，然后通過反饋路徑將性能指標(biāo)值和能耗指標(biāo)值發(fā)送給虛擬機(jī)控制器；虛擬機(jī)中的資源使用監(jiān)控器發(fā)送上一個(gè)控制周期中該虛擬機(jī)的資源使用情況數(shù)據(jù)給虛擬機(jī)控制器，同時(shí)結(jié)點(diǎn)控制器將上一個(gè)控制周期中給虛擬機(jī)設(shè)置的CPU工作電壓/頻率數(shù)據(jù)發(fā)送給虛擬機(jī)控制器； 第2步，虛擬機(jī)控制器使用上述數(shù)據(jù)來更新應(yīng)用性能及能耗與所用資源及CPU工作電壓/頻率之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系模型，該動(dòng)態(tài)關(guān)系模型將在下一個(gè)控制周期中優(yōu)化資源分配和CPU工作電壓/頻率的設(shè)置； 第3步，虛擬機(jī)控制器將測(cè)量得到的應(yīng)用性能指標(biāo)的值和應(yīng)用的服務(wù)級(jí)目標(biāo)進(jìn)行比較并得到第一差值，同時(shí)將測(cè)量得到的能耗值和能耗預(yù)算進(jìn)行比較并得到第二差值，基于上述第一差值和第二差值來確定下一個(gè)控制周期所需的資源分配和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置，并發(fā)送資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求給應(yīng)用所在結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)控制器； 步驟二:結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)，具體包括: 第I步，結(jié)點(diǎn)控制器收集來`自相應(yīng)結(jié)點(diǎn)中虛擬機(jī)控制器的資源請(qǐng)求和CPU工作電壓/頻率值的設(shè)置請(qǐng)求，然后，確定結(jié)點(diǎn)是否有滿足這些請(qǐng)求的足夠資源以及能耗是否超過預(yù)算，如果可以滿足所有請(qǐng)求，則繼續(xù)步驟二中的第2步；如果部分請(qǐng)求無法得到滿足并且發(fā)出請(qǐng)求的應(yīng)用優(yōu)先級(jí)比較低，則跳轉(zhuǎn)到步驟二的第3步；否則，跳轉(zhuǎn)到步驟三的第2步； 第2步，結(jié)點(diǎn)控制器計(jì)算實(shí)際分配的資源和設(shè)置的CPU工作電壓/頻率，然后跳轉(zhuǎn)到第4步； 第3步，根據(jù)應(yīng)用向用戶提供的服務(wù)級(jí)別的不同，結(jié)點(diǎn)控制器計(jì)算實(shí)際分配的資源和設(shè)置的CPU工作電壓/頻率； 第4步，結(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送計(jì)算得到的資源分配值給資源驅(qū)動(dòng)器，資源驅(qū)動(dòng)器將這些值輸入到結(jié)點(diǎn)中的資源調(diào)度器； 第5步，資源調(diào)度器分配相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)資源給多個(gè)虛擬機(jī)，同時(shí)利用動(dòng)態(tài)電壓/頻率調(diào)節(jié)器為每個(gè)虛擬機(jī)設(shè)定CPU電壓/頻率； 第6步，在結(jié)點(diǎn)控制循環(huán)的每個(gè)控制周期結(jié)束時(shí)，結(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率情況給遷移域控制器和全局控制器； 步驟三:遷移域控制循環(huán)，具體包括: 第I步，遷移域控制器接收來自遷移域內(nèi)的資源使用監(jiān)控器獲得的每個(gè)虛擬機(jī)的資源使用情況、能耗監(jiān)控器獲得的每個(gè)虛擬機(jī)的能耗情況、來自結(jié)點(diǎn)控制器的虛擬機(jī)遷移請(qǐng)求以及每個(gè)結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率的情況，根據(jù)上述接收內(nèi)容，遷移域控制器制定虛擬機(jī)的放置策略；第2步，遷移域控制器根據(jù)制定的虛擬機(jī)的放置策略設(shè)計(jì)虛擬機(jī)的遷移規(guī)劃，然后將遷移規(guī)劃發(fā)送給遷移驅(qū)動(dòng)器； 第3步，遷移驅(qū)動(dòng)器按照遷移規(guī)劃執(zhí)行虛擬機(jī)的遷移； 步驟四:全局控制循環(huán)，具體包括: 第I步，通過云計(jì)算系統(tǒng)中部署的全局控制器收集來自全局范圍內(nèi)的每個(gè)虛擬機(jī)的資源使用情況和能耗情況、每個(gè)結(jié)點(diǎn)的資源使用、能耗和可用率、每個(gè)應(yīng)用的性能指標(biāo)、能耗預(yù)算和虛擬機(jī)遷移請(qǐng)求； 第2步，全局控制器將上述收集到的信息發(fā)送給策略生成器，所述策略生成器分析每個(gè)應(yīng)用的歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)應(yīng)用所需的資源和CPU電壓/頻率值，并結(jié)合上述信息設(shè)計(jì)云計(jì)算的能力規(guī)劃，制定應(yīng)用部署到虛擬機(jī)的方案和相應(yīng)的全局遷移規(guī)劃，根據(jù)部署方案和全局遷移規(guī)劃重新在整個(gè)全局范圍內(nèi)中進(jìn)行虛擬機(jī)的布局和遷移應(yīng)用，在部分結(jié)點(diǎn)使用率低和閑置時(shí)，將其關(guān)閉，從而降低整個(gè)云系統(tǒng)的使用代價(jià)和能耗。
【文檔編號(hào)】G06F1/32GK103685563SQ201310744722
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】李強(qiáng), 黃金貴, 侯志華, 鄒暾 申請(qǐng)人:湖南師范大學(xué)