云计算数据中心虚拟机动态管理机制研究

摘要

云计算是一种通过互联网实现便捷、按需地访问共享资源池（如网络、服务器、存储、应用和服务等）的计算模型，数据中心作为云计算的核心，其性能对上层云计算服务具有重要影响。目前云计算数据中心存在着电能消耗过高，资源使用率过低以及资源使用不平衡等突出问题，为解决这些问题，改善数据中心的整体性能，本文对数据中心虚拟机动态管理问题进行研究。
　　虚拟机动态管理包括主机迁移触发时机决策、迁移虚拟机选择和迁移虚拟机放置三个过程，因此本文分别从主机触发迁移策略、虚拟机选择策略和虚拟机动态放置策略三个方面对数据中心虚拟机动态管理机制进行研究。主机触发迁移策略的核心是主机状态检测，本文提出了基于滑动窗口的两级状态检测策略和基于霍尔特指数平滑法的状态预测模型，消除了波动性和趋势性对主机状态检测的影响，提高了主机状态检测的有效性。为选择最优的虚拟机进行迁移，本文综合考虑虚拟机占用的主机资源大小、虚拟机迁移时间、虚拟机性能损失和虚拟机资源使用率等因素，设计了虚拟机迁移收益、虚拟机迁移代价和虚拟机资源竞争等多个评估指标，并采用多目标决策分析的方法平衡多个选择指标的冲突性。针对以往研究在对虚拟机放置时只优化服务质量、电能消耗和资源使用率中某个目标，本文统筹考虑服务质量保证、电能消耗、资源使用率和资源平衡多个管理目标，对迁移虚拟机进行放置，并提出了一种时间复杂度更低的虚拟机动态放置算法DPKS，以适应数据中心大规模增长的情况。
　　本文基于开源云计算平台OpenStack，设计并开发了云计算数据中心虚拟机动态管理系统VDMCloud，并在曙光集群部署和测试。测试结果表明，本文所提出的模型、算法以及管理策略能够在保证服务质量的前提下，显著降低数据中心电能消耗，提高资源使用率，并使数据中心资源使用相对平衡，达到了改善数据中心性能的目的，为数据中心管理领域的技术发展做出了有益的贡献。

目录

声明

摘要

图例索引

表格索引

缩略词表

第1章 引言

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 虚拟机动态管理目标研究现状

1．2．2 虚拟机动态管理策略研究现状

1．2．3 研究现状总结

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 论文组织结构

第2章 主机触发迁移策略

2．1 主机状态检测

2．1．1 基于滑动窗口的两级状态检测策略

2．1．2 基于霍尔特指数平滑的状态预测模型

2．2 主机迁移触发算法

2．2．1 低负载触发

2．2．2 过载触发

2．3 算法验证与分析

2．3．1 实验设置

2．3．2 实验结果

2．4 小结

第3章 虚拟机选择策略

3．1 虚拟机选择

3．1．1 虚拟机迁移收益

3．1．2 虚拟机迁移代价

3．1．3 虚拟机资源竞争

3．2 虚拟机选择算法

3．3 算法验证与分析

3．4 小结

第4章 虚拟机动态放置策略

4．1 虚拟机动态放置

4．1．1 SLA度量

4．1．2 能耗模型

4．1．3 资源使用率

4．1．4 资源平衡度

4．1．5 虚拟机动态放置问题

4．2 虚拟机动态放置算法

4．2．1 Top-K选择

4．2．2 SLA约束

4．2．3 选择策略

4．3 算法验证与分析

4．3．1 K值确定

4．3．2 性能对比

4．4 小结

第5章 虚拟机动态管理系统的设计与实现

5．1 VDMCloud的设计与实现

5．1．1 OpenStack简介

5．1．2 VDMCloud总体设计

5．1．3 VDMCloud具体实现

5．2 VDMCloud的部署与测试

5．2．1 系统部署环境

5．2．2 系统测试

5．3 小结

第6章 结束语

6．1 论文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间相关研究成果