[发明专利]基于虚拟机迁移和负载感知整合的云数据中心节能方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机系统结构领域的系统级虚拟化技术及节能技术，尤其涉及了一种基于虚拟机迁移和负载感知整合的云数据中心节能方法。

背景技术

数据中心作为一个传统的概念已经存在很多了，它的建立为特定科研关键领域提供巨大的计算和存储能力，如对地观测、高能物理、科学计算和仿真，石油探测等领域。近年来，随着计算机技术的发展尤其是计算机硬件设计能力和工艺的提升，服务器的能力变得越来越强，数据中心的规模也正变的越来越大，但同时能量的消耗也成为了一个突出的问题。根据有关部门的统计，目前服务器的能耗比10年前翻了10倍。在现代数据中心中，服务器的管理维护以及能源的开销已经超过了服务器设备的花费。面对高能耗问题，传统的节能方法主要从处理器芯片、内存管理和网络等方面开展一些能耗优化，但是这些方法往往针对特定的平台，通用性较差，而且实现较复杂。因此，在云数据中心中迫切需要新的节能技术来减少能耗的开销，基于虚拟机技术的节能方法是一种有效易操作的方法。

虚拟化技术的发展，为云计算的出现奠定了基础，并带动了相关技术的发展。虚拟化技术作为实现云计算基础设施即服务(IaaS)的关键技术，在云数据中心中扮演者越来越重要的角色。它把物理资源虚拟化，有效的提升了物理资源的利用率，并同时获得良好的可扩展性、动态灵活性等。虚拟化技术的两个重要应用场景是服务器整合和虚拟机在线迁移。服务器整合允许一台物理服务器上同时运行多个虚拟机实例，同时保证每个虚拟机之间相互隔离。通过服务器整合技术，可以把多个虚拟机服务器整合到一个物理服务器上，从而减少物理服务器的数目，有效减少能耗的使用，达到节能目的。虚拟机在线迁移技术，即在停机时间很短的情况下，把运行中的虚拟机负载迁移到目标物理服务器上，在这一过程中，用户感觉不出停机的发生。

在典型的云数据中心服务器中，每一种程序负载对资源的需求往往不同，有些负载是CPU密集型，有些是内存密集型的，有些是I/O密集型的。当把多个不同类型的服务器整合到一个服务器上，可以最大化各个维度的资源的使用，从而避免传统数据中心中应用程序对某一种特定系统资源需求很大，而其他系统资源得不到充分利用的状况。在无虚拟化环境下，尽管同一服务器上可以通过多线程的方式同时运行多个应用程序，但是程序之间存在相互干扰，稳定性、隔离性较差，一种应用程序的崩溃可以殃及其他程序的正常运行。引入虚拟化技术之后，多个应用程序在各自虚拟机里运行，虚拟机之间有着良好的隔离性，这样把多个虚拟机整合到一台物理服务器上，既可以提高系统的资源利用率，也维持了各应用程序之间的隔离性。

另外，很多情况下，用户对数据中心提供的服务质量的需求是连续的、不可中断的。传统的停机迁移技术，无法满足不中断服务的需求。虚拟机在线迁移技术，在极少停机时间的情况下(一般为几十毫秒，用户感觉不出来)完成虚拟机的迁移。这对于云数据中心在线设备维护、高可用性等方面有着重要的意义。把服务器整合和虚拟机在线迁移这两种技术结合在一起，并在负载感知的整合策略和自适应的迁移技术的统一协调控制下，可以有效实现云数据中心的节能目的。其过程示例如附图1所示，开始时第一台物理服务器上面运行有一台虚拟机，其占用的系统资源情况如下：CPU：25％，Mem：30％，Net：0％，可见这是一台资源利用率相对较低的服务器，为了节能，应把上面的虚拟机负载迁移到其他服务器上去。第二台物理服务器一开始运行有两台虚拟机，其占用的系统资源情况分别是CPU：50％，Mem：50％，Net：0％和CPU：20％，Mem：5％，Net：80％，第二台物理机可用的空闲资源为：CPU：30％，Mem：45％，Net：20％。这样通过负载感知的整合技术可以制定一个合理的整合策略，即把第一台服务器上的虚拟机迁移到第二台服务器上，使得各个维度的资源得到充分利用。最后通过迁移策略的制定，以及迁移的执行，真正把第一台物理机上的虚拟机迁移到第二台物理机上去。这样第二台物理机的系统资源利用率在各个维度上达到一个较理想的状态(CPU：95％，Mem：85％，Net：80％)，充分利用了闲置的系统资源，同时可以把第一台服务器关掉，节省了能耗。

发明内容

本发明针对现有技术中数据中心能耗消耗过大的缺点，提出了一种通过充分利用系统各个维度的资源，降低云数据中心实际需要的物理服务器数量，实现绿色节能的基于虚拟机迁移和负载感知整合的云数据中心节能方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

基于虚拟机迁移和负载感知整合的云数据中心节能方法，包括如下步骤：