[发明专利]一种在IaaS云中安全提高资源效率的虚拟机调度方法

权利要求书

1.一种在IaaS云中安全提高资源效率的虚拟机调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，虚拟机的静态部署方面，根据物理容量和带宽容量，最小化数据中心的资源消耗；

步骤2，虚拟机的动态迁移方面，用最小化迁移成本，获得最大链路利用率。

2.根据权利要求1所述的在IaaS云中安全提高资源效率的虚拟机调度方法，其特征在于，步骤1所述虚拟机的静态部署方面，根据物理容量和带宽容量，最小化数据中心的资源消耗，具体步骤如下：

步骤1.1，定义输入变量tp、A、B、初始化X、A、B，tp选择当前物理机，并置物理机数量pm＝1；

其中，X为虚拟机到物理机的映射；A为虚拟机之间的流量需求，表示为(a_i,j)_N×N，其中i、j为虚拟机矩阵坐标标号，i＝1,2,…,N，j＝1,2,…,N；B为物理机之间的通信费用矩阵，表示为(b_h,p)_M×M，其中h和p表示物理机矩阵坐标标号，h＝1,2,…,M，p＝1,2,…,M；tp为网络拓扑流量；表示所有虚拟机资源需求集合；表示所有物理机资源需求集合；

步骤1.2，根据虚拟机之间的流量需求A，将虚拟机对的流量按照降序排列；

步骤1.3，选择最大流量的虚拟机对s和t，将虚拟机s和t部署在物理机m上；

步骤1.4，选择一个未被选中的虚拟机，当所选的虚拟机属于没有被部署的虚拟机时，执行步骤1.5，否则执行步骤1.8；

步骤1.5，计算物理机m上的虚拟机与未部署的虚拟机之间的流量，选择最大通信流量的虚拟机s；

步骤1.6，如果虚拟机s的容量大于物理机m的剩余容量，执行激活新的物理机new，并将物理机数量加1，使new替换m，否则执行步骤1.7；

步骤1.7，如果虚拟机s无法满足网络带宽容量，执行激活新的物理机new，并将物理机数量加1，使new替换m，否则执行步骤1.8；

步骤1.8，将虚拟机s放置在物理机m上；

步骤1.9，根据虚拟机之间的流量需求A，网络拓扑流量tp和路由算法计算最优的交换器数量sw；所述路由算法为LS算法或Dijkstra算法；

步骤1.10，输出虚拟机到物理机的映射X，物理机数量pm和最优的交换器数量sw。

3.根据权利要求1所述的在IaaS云中安全提高资源效率的虚拟机调度方法，其特征在于，步骤2所述虚拟机的动态迁移方面，用最小化迁移成本，获得最大链路利用率，具体步骤如下：

步骤2.1，步骤1所求得的虚拟机到物理机的映射为目标映射X^target，代表物理机和网络带宽的容量限制，然后计算出满足最佳的要求和需要迁移的虚拟机集合C，如果需要迁移的虚拟机数量小于tv，那么根据目标映射X^target迁移，直至迁移结束；

步骤2.2，如果需要迁移的虚拟机数量大于tv，设置一个最大迭代次数nMax，进行迭代找到一个更好的映射；

步骤2.3，在每一次迭代中，随机选择一个虚拟机，根据目标映射X^target迁移到对应的物理机上，然后将虚拟机从当前物理机删除，并定义这个物理机为PM_mig；

步骤2.4，从X^target找到映射到PM_mig的虚拟机，该虚拟机在X上的映射是P_ori；将虚拟机迁移到PM_mig，从PM_ori到PM_mig之间重复迭代，直到迁移次数达到tv；

步骤2.5，N_mig表示迁移的虚拟机的数量，Min Cost_mig表示最小的迁移成本：

Min Cost_mig＝N_mig

最终花费Min f为：

Min f＝Cost_ser+αCost_net+βCost_mig

其中，Cost_ser表示服务器的消耗，α表示服务器与虚拟机之间连接损耗率，Cost_net表示服务器与虚拟机之间的消耗，β表示虚拟机消耗效率，Cost_mig虚拟机迁移的消耗。

4.根据权利要求2所述的在IaaS云中安全提高资源效率的虚拟机调度方法，其特征在于，步骤1.10所述输出虚拟机到物理机的映射X，物理机数量pm和最优的交换器数量sw，具体如下：

(1)假设每个租户需要N个VMs，VM i的资源需求是一个d-维向量每一维代表某种类型的VM资源；对于向量{s_i,1，s_i,2，..，s_i,d}，d是资源类型的数量，s_i,2代表在VM i中资源类型为2所需的值；向量集表示所有的虚VM资源需求；同样PM集也可以给出：P＝{p₁，p₂.,p_m}，PM_m＝1，2，..,m也是一个d维向量，表示{H_m,1，H_m,d，...H_m,d}对应的值；p_m是在PM_m上的虚拟机集；

(2)对于服务器资源优化，定义X_i,m为二元变量，描述如下

X_i,m＝1，当VM i部署在PM_m上时，否则X_i,m＝0

$F=\left\{X_{i,m}\right|X_{i,m}\∈\{0,1\},\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{X}_{i,m}=1,\∀i\}---\left(1\right)$

集合F表示所有的VM选择的集合，意味着每个VM只能放置一个PM上，但一个PM可以部署多个VM，因此需要最小化PM数量，而输出变量pm即最小PM的数量：

$Min{\mathrm{Cost}}_{ser}=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{Y}_{i,m}{E}_{ser}^m---\left(2\right)$

受约束于：

二元变量Y_m∈{0,1}表明PM_m正在运行或者要被激活；

约束表明PM上的VM数量不能超过PM资源数，表示PM_m的能耗，

P(u)＝(k+u-ku)P_max (3)

P(u)代表处理机的能耗，k的取值一般为0.7,u是指CPU的利用率，因此式(3)可以写为

P(u)＝(0.7+0.3u)P_max (4)

$E_{ser}^m=\underset{t}{\∫}p\left(u\left(t\right)\right)dt---\left(5\right)$

(3)对于网络资源的优化，主要是指优化通信费用，而通信费用与经过PM之间的交换器数量呈正比关系；

根据权利要求2所述的步骤1.10输出变量sw即是最优的交换器数量；

$Min{\mathrm{Cost}}_{net}={\mathrm{\Σ}}_{i,j=1}^N(a_{i,j}{b}_{\mathrm{\π}\left(i\right)\mathrm{\π}\left(j\right)}+e_i{g}_{\mathrm{\π}\left(i\right)})---\left(6\right)$

a_i,j表示服务器i和虚拟机j之间的链接，b_π(i)π(j)表示虚拟机i和虚拟机j两者交换之间的流量，e_i是虚拟机与外部通信的流量，g_π(i)表示虚拟机i所在的处理机和外部交换机之间的流量；函数的第二部分假设是一个固定的值，因此(6)可以表示为：

$Min{\mathrm{Cost}}_{net}={\mathrm{\Σ}}_{i,j=1}^N\left(a_{i,j}{b}_{\mathrm{\π}\left(i\right)\mathrm{\π}\left(j\right)}\right)---\left(7\right)$

因此对于静态部署的最低能耗可表示为

Min F＝Cost_ser+Cost_net (8)

其中Cost_ser表示服务器处理的消耗，Cost_net表示处理机和外部交换机之间连接的消耗。