[发明专利]一种基于网络感知的新型云数据中心资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于网络感知的新型云数据中心资源分配方法，属于计算机网络技术领域。

背景技术

随着互联网的迅猛发展和信息数据规模的爆发式增长，工业界和学术界对大规模计算和海量数据处理的需求也日益增多。云计算作为一种新型的商业计算模型和服务模式应运而生，它将计算任务分配在由大量计算节点构成的大型数据中心上，使得各种应用能够按需获取计算能力、存储空间和信息服务。

资源分配问题是云数据中心能够提供高效服务的关键问题之一。资源规模的巨大、虚拟化技术的运用以及应用请求的实时多变性都对云数据中心的资源分配提出了诸多挑战。云数据中心的资源分配需要考虑以下几个问题。第一是性能保证，在数据中心的网络性能实时变化的情况下，如何保证用户的作业获取稳定性能；第二，对于数据中心而言，用户的资源需要是动态变化的；第三，数据中心的资源是多元化的，包括CPU、内存和网络等，而用户的资源需求也是多元化的；第四，无论是企业的私有云，还是数据中心运营商，都要考虑运营成本和实际效益。

现有的资源分配技术往往只针对上述的其中一个或几个角度来进行设计，例如在满足用户资源需求多元化的基础上，却无法保证网络性能的效率，从而也就增加了数据中心的运营成本，降低了实际效益；在保证网络性能的前提下，却忽略了数据中心的资源多元化问题。

本发明所提供的基于网络感知的新型云数据中心资源分配方法，根据云数据中心自身所具有的树状网络拓扑特征进行算法设计，同时通过引入“二维背包”算法来解决用户及数据中心资源的多元化问题，与现有技术相比可以更好的应对上述四个问题。

发明内容

本发明提供了一种基于网络感知的新型云数据中心资源分配方法，可以有效降低云数据中心内部网络带宽消耗，提升用户服务性能，同时还可以满足云数据中心资源和用户所需资源的多元化特性。

本发明的处理流程如图1所示，首先，依据云数据中心内部的拓扑结构，由云数据中心内部的资源分配模块构建包含交换机和物理机的逻辑树(具体构建方法可参考实施例，另外逻辑树的具体结构由云数据中心内部交换机和物理机之间的拓扑结构决定)，其中物理机服务器为该逻辑树的叶子节点，云数据中心的所有已用和可用计算资源(即虚拟机)皆放置在各叶子节点对应的物理机上，并通过树形拓扑连接的交换机实现彼此的通信。显然，为了降低虚拟机之间的通信代价，提高通信效率，应该尽可能的将那些彼此之间通信需求较大的虚拟机集合分配到同一个叶子节点上或者逻辑距离相近的几个不同叶子节点上。

因此，本发明的核心思想在于当云数据中心接收到用户发来的虚拟机需求集合时(包括所需虚拟机的数量，每个虚拟机所需要配置的CPU、内存大小，以及虚拟机之间的通信需求)，依次以该数据中心中的每个结点(即所有的交换机和物理机)为根构建逻辑子树，其中对于每个逻辑子树，分别进行后续遍历物理机，对于遍历过程中遇到的每个物理机，依次采用二维背包原则将还未分配的虚拟机集合中通信量最大的虚拟机子集预分配到该物理机上。

这样，如果整个数据中心含有M个结点，则存在M个逻辑子树，分别后续遍历后，可以得到最多M种用户虚拟机预分配方案。最终，选择树高最低的逻辑子树所对应的预分配方案作为最终分配方案(即用户虚拟机所在物理机之间的逻辑距离最近，连接所有虚拟机所需的交换机层级最少)。

本发明的技术方案为：

一种基于网络感知的新型云数据中心资源分配方法，其步骤为：

1)根据云数据中心的拓扑结构为该云数据中心构建一逻辑树；其中，云数据中心的物理机为该逻辑树的叶子节点，物理机通过树形拓扑连接的交换机实现彼此的通信；

2)当该云数据中心接收到一虚拟机需求集合时，以该逻辑树中的每个节点为根分别构建一逻辑子树；

3)对于每一逻辑子树，遍历其中的物理机，对遍历到的每个物理机，采用二维背包原则将该虚拟机需求集合中还未分配的通信量最大的虚拟机子集预分配到该物理机上；如果该虚拟机需求集合分配成功，则保存该逻辑子树对应的虚拟机预分配方案；

4)从步骤3)得到的若干种虚拟机预分配方案中选择一树高最低的逻辑子树对应的预分配方案作为该虚拟机需求集合的最终分配方案。

进一步的，所述虚拟机需求集合的信息包括：所需虚拟机的数量，每个虚拟机所需要配置的物理资源，以及虚拟机之间的通信需求。

进一步的，分别以该云数据中心的每一物理机、交换机为根构建一逻辑子树。

进一步的，所述云数据中心保存每一物理机的物理资源。