[发明专利]一种面向web集群的低能耗调度系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机集群系统中资源的调度技术，特别涉及一种面向web集群的低能耗调度系统和方法。

背景技术

研究发现，计算机数据中心的主要开销是机器供电和制冷系统，由于对资源的访问存在地区不均衡、时间不均衡等突发性负载的影响，导致整个数据中心资源利用率低下，由于其不能根据负载的实际变化来提供最合理的服务，造成资源的浪费，增加不必要的经济开销。在数据中心的表现则是徒耗不必要的电能，增加了制冷设备的负担。数据显示：2003年，美国某一数据中心要使用22TWh电量用于供能、网络交换设备、制冷等，而当时电价是每兆瓦100美元，在用电高峰期电价则更高，同时消耗1兆瓦电就会产生12M吨的二氧化碳，加重了地球的温室效应，且数据中心高昂的开销主要是用于机器供电和冷却系统。

互联网数据中心的WEB负载通常具有动态变化、易产生短暂峰值等现象。负载的突发性变化分为细粒度突发性变化和粗粒度突发性变化。前者在较短时间内负载产生突变。后者则在间隔较长的时间内，负载产生了较明显的变化。这种变化导致了负载的高峰期和低谷期，并呈现出一定的规律。例如，对于在线游戏来说，傍晚的负载大于白天，白天的负载大于深夜，周末和节假日的负载又大于工作日。突发性负载在实际应用中屡见不鲜。来自IBM官方网站的数据显示，在2001年2月仅5天时间有大量的访问，随后几天访问量急剧下降。1998年6月世界杯举行期间的世界杯网站在比赛直播期间，访问量达到高峰值，而在非比赛直播时间段，访问量突降。传统的计算机系统（如集群、数据中心）往往是基于预期的峰值负载来对资源进行静态的配置。但是，当系统的负载骤降或者从波峰转向波谷时，这种静态的资源分配方式导致极低的资源利用率。许多大型企业的IT基础设施的利用率大约只有35%,在某些企业中可能会低至15%。Google也报告称其服务器的利用率往往在10%到15%之间。如果从能耗的角度考虑，就会发现系统中大量的闲置资源在没有对外提供服务的情况下也消耗了大量的能量。因此由于数据访问的突发性行为，使得整个数据中心资源利用率非常的低，加大了使用成本。

现有技术主要通过静态资源分配与动态资源分配的方式实现计算机集群系统中的资源分配，但是静态资源分配方式没有考虑集群系统的能耗问题，因此无法做到系统的能耗自适应匹配系统的负载；而动态资源分配所使用的传统资源监测方式主要是监测CPU、内存、网络等物理资源的利用率，这导致检测系统非常复杂。

周文煜等人在期刊《华中科技大学学报》2011年12期中发表了基于虚拟机迁移的虚拟机集群资源调度，是通过对CPU、内存和网络三种计算机物理资源的使用情况进行监测而实现虚拟机集群资源调度的，该虚拟机集群资源调度方法使用3维向量对资源进行评估，根据集群本身性能设定合适阈值。但是，对物理源进行监控存在一定的问题，例如，当CPU利用率在一定时刻内变化较弱，则具有较差的自回归性及无周期性，在这种情况下，自动迁移策略不能带来好的效果；另外，CPU只是三种主要计算机物理资源中的一种，要将三种资源完全考虑到，相当困难而且准确度也不高；再者，他们也没有考虑虚拟集群系统的能耗问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种低能耗的面向web集群的调度系统，该调度系统使得web集群系统中的资源利用率有了较为明显的提高。

本发明的另一个目的在于利用上述系统实现一种面向web集群的低能耗调度方法。

为了达到上述第一个目的，本发明采用以下技术方案：一种面向web集群的低能耗调度系统，包括

可能量感知调度模块：以负载连接数作为敏感因子，根据敏感因子的动态变化对集群中的资源进行定制分配；

滞回控制器：用于控制web集群系统中集群节点的调度周期；

管理器：根据可能量感知调度模块发送出来的命令，对web集群系统中的集群节点做出调度；

可能量感知调度模块、滞回控制器和管理器连接依次连接。

为了达到上述第二个目的，本发明采用以下技术方案：一种面向web集群的低能耗调度方法，包括以下步骤：

（1）在web集群系统选中一个集群节点作为辅控节点PM1，控制该辅控节点PM1中的m个虚拟机始终处于工作状态，在负载连接数达到辅控节点PM1的负载连接数最大阈值之前，仅由辅控节点PM1处于工作状态；

（2）web集群系统中可能量感知调度模块对web集群系统的负载连接数进行监控，收集处于工作状态下的虚拟机中的负载连接数；滞回控制器控制web集群系统中集群节点的调度周期t；