[发明专利]一种利润感知的分布式数据中心负载管理方法

说明书

本发明公布了一种利润感知的分布式数据中心负载管理方法，该方法基于前端代理服务器、全局分派器和局部管理器的体系结构，以最大化分布式数据中心运营商的运营利润为目标，综合考虑不同时间和不同地点的电价差异、数据中心的能效差异以及服务质量需求，联合优化分布式数据中心的负载分配、活动服务器的数量以及活动服务器上CPU的运行频率，以便在高服务质量与低能耗之间进行有效的折中，从而使分布式数据中心运营商可以获得更多的利润。

技术领域

本发明涉及分布式数据中心的负载管理领域，尤其是涉及一种最大化数据中心运营商利润的分层负载管理方法。

背景技术

随着搜索引擎、在线游戏和社交网络等在线服务的盛行，数据中心作为支撑在线服务的核心物理平台，开始进入快速发展的阶段。许多数据中心运营商，包括Amazon、Google、Microsoft、Yahoo和IBM等，在世界各地新部署了大量的数据中心为日益增长的在线服务提供计算、存储和网络等资源。对于数据中心运营商而言，最关心的问题是如何最大化分布式数据中心的运营利润。

数据中心运营商的利润是运营收入减去运营成本，运营成本主要由分布式数据中心的电能消耗决定，运行收入主要由服务的质量与数量决定，目前的解决方案主要通过在保证服务质量的前提下尽可能减少分布式数据中心的电能消耗来降低分布式数据中心的运营成本，从而提高分布式数据中心运营商的利润。

在分布式数据中心里，服务的质量与能耗和服务量成正相关，服务质量越高所需的能耗也越高，相对的可服务量也越高，若为了满足服务质量，会迫使数据中心用较高的功耗进行运算，造成数据中心的能耗成本增加，若为了节省能耗而降低服务的质量会造成单位时间内服务量减少，导致客户满意度下降，并向客户支付罚金，造成数据中心的收入减少。由于目前的解决方案没有考虑上述的影响，所以不能在高质量服务与低能耗之间进行有效的折衷，从而无法获得更高的利润。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利润感知的分布式数据中心负载管理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种分布式数据中心利润感知的负载管理方法，由前端代理服务器、全局分派器和局部管理器构成；其中，前端代理服务器负责接收客户端的服务请求，并传递客户端的服务请求到全局分派器，然后基于全局分配器返回的负载分配方案，分发客户请求到对应的数据中心。

全局分派器负责计算负载如何在分布式数据中心间分配；基本思想是联合考虑数据中心的电力成本和服务能力来进行负载的指派。具体来说，首先使用下面的公式计算指派负载j到任意一个数据中心i的优先级PR_i,j：

上式中，PUE_i代表数据中心i的电能使用效率，大小等于数据中心的总能耗除以数据中心计算设备的能耗，理想的取值是1，该值越小表明数据中心的能源使用效率越高，P_i(t)代表数据中心i所在位置的电价，N代表分布式数据中心的总数，AC_i代表数据中心i的最大服务能力，基于上面公式的求解结果，指派负载到具有最大优先级的数据中心。

在每个数据中心内部，局部管理器负责将指派到该数据中心的负载在计算服务器间进行分配，并根据所形成的负载分配方案打开或关闭计算服务器，进行实际的负载分配，最后调节活动计算服务器上CPU的运行频率。具体的步骤如下：

(1)计算数据中心内每个计算服务器的CPU利用率，指派负载到利用率最小的服务器，该过程迭代进行，直到所有的负载都分配完毕，由此而形成的负载指派集合记作MapSet；根据负载指派的结果计算活动计算服务器的CPU频率，并记录到集合FreSet；然后设置空闲计算服务器的状态为不活动，将所有活动的计算服务器记录到集合NASet；