[发明专利]一种云计算系统的服务器唤醒方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种云计算系统的服务器唤醒方法，属于云计算节能技术应用领域。

背景技术

云计算是一种商业计算模型和信息服务模式。作为一种新型的计算方式，云计算在短短的几年间就产生巨大的影响力，得到了工业界和学术界的广泛关注。然而随着云计算需求的不断增长，云中的硬件设备越来越多，数据中心的高能耗问题逐渐成为云计算领域一个突出的问题，已经严重制约云计算的发展。大量的能耗使得像Google、Microsoft和Facebook这样的IT公司每年的电费就高达几百万美元；据预测，如果维持当前的低能效水平，预计到2015年，仅全国数据中心的能耗量将约等于三峡水电站一年的发电量总和。随着数据中心规模的不断增长，数据中心出现了两难的情况：一方面由于物理服务器数量不断增多和处理能力不断增强，带来了更多的能量消耗，另一方面每个服务器过低的利用率又造成了巨大的电能浪费。调查显示我国数据中心主要由IT设备、空调系统和配电系统3部分组成，IT设备是能耗最高的部分，约占数据中心总能耗的50%，其中用于数据处理的服务器能耗约占40%；空调系统能耗约占云数据中心总能耗的40%；配电系统能耗约占云数据中心总能耗的10%。因此，在当前和未来一段时间内，云数据中心的能耗优化管理至关重要。

目前，云数据中心的能耗优化管理技术主要分为三大类：动态关闭/休眠技术、动态电压和频率调整技术、虚拟化技术。以上三种技术中，动态电压和频率调整技术主要是用来降低计算机中处理器的能耗，对整个云计算系统的能耗优化存在一定的局限性，并且在通信密集型应用中，网络通信的能耗在总能耗中占比重大于计算能耗，因此动态电压调整的好处可能会降低；虚拟化技术主要是用来降低服务器的奢侈能耗，通过对底层硬件到高层服务应用的层层虚拟，每一级的虚拟都不可避免地造成了一定程度的效能损耗，此外预估物理服务器的资源使用率并以此为基础来配置够用的虚拟服务器是虚拟化技术的关键，然而却仅有非常有限的工具具有预估资源使用趋势的能力，因此实现虚拟化技术本身要付出高昂的效能代价，并且具有一定的难度。由于动态电压和频率调整技术具有一定的局限性，虚拟化技术在实现上存在一定的难度，所以本发明主要研究的是动态关闭/休眠技术。

动态关闭/休眠技术(Dynamic Powering On/Off Servers,DPS)通常是针对服务器节点的关闭/休眠时机进行设定或预测，但是对于云计算系统而言，如何根据任务到达量决定处于运行状态的服务器数量却研究不多，处于运行状态的服务器数量过少直接影响到服务性能，然而过多的处于运行状态的服务器数量则会带来较多的额外能耗。因此对于包含有大量计算资源的云计算系统，如何根据到达的任务量决定处于运行状态的服务器数量，以及将哪些服务器处于运行状态从而做到性能与能耗的折中都给关闭/休眠技术赋予了新的研究难题。数据中心中的服务器分为两大模块，其中永久运行服务器构成服务主模块(service main module,SMM)，等待启动的服务器构成服务预留模块(service reserved module,SRM)，由系统当前排队的任务请求数是否超过任务请求数阈值决定是否开启SRM的服务器。高宏卿等人[高宏卿,任淑霞,种大双.基于服务器集群预留机制的高级云体系架构研究[J].计算机应用研究.2012,29(7):2593-2597.]提出基于服务器集群预留机制的服务器状态管理策略，服务预留模块（SRM）的状态受上、下阈值两个阈值影响，即当任务请求数超过上阈值时，SRM开始启动，当任务请求数递减到下阈值时，SRM进入休眠状态。肖志娇等人[肖志娇,明仲,蔡树彬.基于状态管理的服务器节能策略研究[J].计算机科学.2013,40(4):22-30]利用Petri网的分析技术建立服务器状态切换模型，并通过设置唤醒阈值和休眠阈值来控制SRM中服务器的状态。王巍、罗军舟等人[王巍,罗军舟,宋爱波.基于动态定价策略的数据中心功耗成本优化[J].计算机学报.2013,36(3):599-612.]基于休假排队系统中休假时间选择的思想提出了一种双阈值的服务器状态控制策略，然而该文不加证明地选取参数作为双阈值策略中的阈值。在基于DPS技术的服务器状态管理策略中，关闭服务器意味着减少提供服务的设备，直接影响到服务性能，而开启过多的服务预留模块的服务器则会带来大量的额外能耗，因此优化设置或动态设置状态转换中的阈值参数，找到使得能耗节省和性能保证的最优阈值平衡点至关重要，然而上述方法中的任务请求阈值都是静态设置的，不能根据实际情况动态选择阈值平衡点，此外，现有方法都没有考虑选择哪个服务器节点进行唤醒，而是随机开启处于休眠的服务器节点，然而温度变化情况对于云计算系统的服务器至关重要，温度越高，温度变化越快，服务器的失效率越高。综上，现有方法没有充分考虑能耗的优化且没有考虑保证系统的稳定性。