[发明专利]一种公平和效率均衡的虚拟机调度系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机科学与技术领域，更进一步涉及云计算中的IaaS(Infrastructure as a Service，即基础设施即服务)领域，具体是一种公平和效率均衡的虚拟机调度方法。本发明可以用于云计算平台的调度器组件中，为云计算平台提供更为合理的调度策略支持，获得更为合理的虚拟机分配组态。

背景技术

计算技术的不断发展，以及用户应用需求的多样化，使得应用提供商给出越来越多样化的解决方案，而这样会造成资源的浪费以及适应不同平台而造成的开销。云计算通过使用虚拟化技术对底层的物理资源进行重组和虚拟化，形成了巨大的资源池，计算中心将这些资源以弹性、动态的服务方式提供给用户，使得用户能够以一种极易的方式获得所需的计算服务(计算，网络，存储，安全等)。

在云计算环境下，用户以租赁的形式购买所需的计算资源。通过SDN实现的虚拟路由器和交换机，在隔离的网络环境下部署自己的私有云。或者与现有的计算环境通过安全隧道连接，形成公私兼顾的混合云。

虚拟化使得物理资源得到了有效的隔离，使得不同的服务可以无干扰的运行在物理节点上，最大化的复用物理资源。在某些特殊的任务中，如要求通信代价最低化，共享物理节点的虚拟机分配方案将是一个很好的决策。因此，在保证SLA和QoS的前提下，如何保证整个集群资源公平分配和任务高效执行一直是一个热点问题。

调度模块处于云计算控制中的核心位置，是云计算得以大规模应用和提高系统性能的关键组件。用户的任务请求是一个随机的、弹性的过程，需要根据集群的当前状态和实际请求以确定虚拟机的目标开启位置。在迁移和容灾部分，调度器也充当着重要的角色，当决策系统判定某个虚拟机需要迁移时，请求调度器得到一个新的开启位置。

目前典型的调度方法如下：

1)过滤器静态策略。调度器在接收到系统的请求后按照主机的条件进行过滤，对满足请求条件的主机进行权值排序，得到满足请求条件的主机集合。该方法从平台的负载角度考虑，使整个集群的负载趋于均衡。

2)最大化集群利用率。对于请求，每次从集群队列里选择一个剩余资源最小的节点，如果满足则放置在该节点，否则寻找下一个节点(First fit过程)。该方法使得集群中物理节点的使用量少。

3)随机分配。对于请求，每次从满足条件的主机列表里随机挑选一个主机进行放置。

4)动态迁移。基于虚拟机迁移技术，用最佳适配算法宣召迁移目标主机，通过约束资源利用率的方法，达到集群负载平衡和节能的目的。

上述方法在云计算环境下有各自的局限性：

1)静态策略使得调度策略没有动态特性，并且负载均衡仅仅从集群的角度考虑，忽略了虚拟机之间的关联关系。调度器降低了有协同需求的虚拟机之间高效协作的可能性，从而影响了需要协同计算的多个大型应用的服务质量。

2)最大化集群利用率减少了物理机使用的数量，但是物理集群偏负荷运行，如果某一物理节点宕机将造成大量的虚拟机宕机。

3)随机分配增加了控制部分的不可控性，调度器无法关联分配，降低了高效协同的可能性。由于随机行为的特性，容易造成某些极端情况，导致系统运行效率低下。

4)动态迁移技术为调度带来了动态特性，但是也带来了调度成本的增加，如虚拟机瞬时运行状态的保存、虚拟镜像副本迁移等问题。

综上所述，目前典型的虚拟机调度方法仅仅从静态策略配置、单主机利用率、集群负载等角度考虑，而忽略了任务的属性，降低了任务的执行效率。

发明内容

为了解决虚拟机调度的技术问题，弥补现有方案的不足，使得虚拟机请求得到合理的放置，提高集群利用率，并考虑任务间相关性的特点，本发明提出了一种云计算环境下公平和效率均衡的虚拟机调度系统及方法。

该方法综合考虑分配的公平性和任务通信要求，首先按照公平原理分配资源，然后对分配的中间结果按照任务的通信要求进行状态合并，通过状态合并达到对分配结果的优化，以获得更为合理的组态，实现任务执行效率和集群负载方面的综合优化。

调度器提供的是统一资源隔离，为不同框架的不同任务提供所需要的资源。调度器的运行需要多个模块的相互配合。

本发明提供一种公平和效率均衡的虚拟机调度系统，包括：

集群资源监控模块，用于集群的资源监控信息，将该息存入控制节点的nova数据库中，调度器和容灾模块调用这些信息获取集群的当前状态；

任务请求处理模块，用于接收上一级主控制中心调度器分发下来的任务请求，该请求由JSON形式的任务描述文件表示；