[发明专利]一种面向虚拟机放置的化学反应优化算法

说明书

技术领域

本发明属于化学反应优化领域，具体是一种面向虚拟机放置的化学反应优化算法。

背景技术

近些年，云计算作为新的计算模式变得越来越受欢迎，同时也越来越重要。它能够像社会公共服务(比如：水电气等)，通过即买即用的方式按需提供计算资源。目前，主要有三种云服务模式：基础设施即服务(infrastructure as a service,IaaS)，平台即服务(platform as a service,PaaS)和软件即服务(software as a service,SaaS)。但是，这三种类型的服务模式都紧密依赖于虚拟化技术，该技术能够将物理资源虚拟化为多个独立的执行单元来共享计算资源。虚拟化技术能够使多个虚拟机(virtual machines,VMs)运行在同一个物理机(physical machine,PM)上，而对于用户来说，好像单个虚拟机独占一个物理机似的。在云计算中，我们可以通过虚拟机整合的方式将尽可能多的虚拟机整合到尽可能少的物理机上，同时将未使用的虚拟机关闭或者调至休眠状态，以达到提高资源利用率，减少能耗的目的，降低云服务提供商的运营成本。

随着云计算数据中心规模的快速增长，能源消耗已经到了新的高度。然而，在大部分时间内，总的资源利用率一直处于较低水平，在11％～50％之间。因此，在云计算领域，降低能耗及提高资源利用率逐渐成为研究热点且具有重要的研究意义。该问题可以归纳为虚拟机放置问题(virtual machine placement problem,VMP)，即将一组虚拟机映射到一组物理机上。可以看出，虚拟机放置问题可以模型化为装箱问题，该问题是典型的组合优化问题，也是NP难问题，即在多项式时间内找不到问题的最优解。

云服务提供商在做成本控制的时候，首先考虑的就是降低云数据中心的能量消耗。当然，一个好的虚拟机放置方案能够有效提高资源利用率，降低物理机的使用数量，最终降低能量消耗。在之前的研究中，出于不同的目标提出了不同的解决方法。比如：文献《The cost of a cloud:research problems in data center networks》通过优化虚拟机的放置来提高宿主物理服务器的能耗效率并提高了数据中心网络的灵敏度；文献《Automatic scaling of internet applications for cloud computing services》将单个应用程序封装到一个虚拟机上，并将虚拟机放置问题模型化为类约束装箱问题，通过减少负载较低时使用的物理服务器数量，提高物理服务器的资源利用率，以达到节能的目的；文献《Cloud server optimization with load balancing and green computing techniques using dynamic compare and balance algorithm》提出了动态比较和均衡算法，以均衡数据中心的负载，提高物理服务器的效率，减少物理服务器的使用数量，以达到降低云服务提供商服务成本的目的；文献《Virtual data center embedding across distributed infrastructures》提出了一个整体的资源管理框架，用于将虚拟数据中心嵌入到骨干网连接的地理分布式数据中心，以最大化云服务提供商的营收，同时确保环保，等等。

而虚拟机放置问题是云计算领域的一个重要问题。一个好的虚拟机放置方案能够降低物理服务器的使用数量，提高物理服务器的资源利用率，降低物理服务器的能量消耗，减少云服务提供商的运营成本，保证云服务质量，保证数据中心的可持续发展。所以，虚拟机放置问题的研究，不仅具有重要的学术价值，同时具有重要的工程实践意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种面向虚拟机放置的化学反应优化算法，解决现有的物理服务器的资源利用率不高，物理服务器的使用数量较多，以及数据中心的能源消耗较大的问题。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：

一种面向虚拟机放置的化学反应优化算法，包括以下步骤：

步骤1：建立物理服务器能耗模型；

步骤2：建立虚拟机放置问题模型；

步骤3：分子结构设计；

步骤4：基本操作设计。

进一步地，作为优选技术方案，所述步骤1中，物理服务器的能耗来自于中央处理器、内存、存储系统等硬件设备，物理服务器的能耗与中央处理器的利用率成线性关系，其关系式为：