[发明专利]一种支持突发应急的云计算资源分配方法

权利要求书

1.一种支持突发应急的云计算资源分配方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).获取用户资源申请信息，收集包括用户优先级、资源需求的紧迫程度、资源申请数量和配置在内的用户资源申请信息，并将用户的资源申请按照时间顺序以虚拟机请求队列表示，其中表示请求队列中第i个虚拟机，其资源需求用表示，n为虚拟机数量，分别为用户所申请虚拟机的CPU数量、内存大小、磁盘容量；r表示用户资源需求的紧迫程度；

b).计算用户资源分配优先级，根据用户优先级和资源需求的紧迫程度计算用户资源分配优先级λ_i，资源分配优先级高的虚拟机申请将优先被分配资源，相同优先级的虚拟机按照队列V中先后顺序依次分配；

c).获取可用物理服务器的资源信息，首先获取云计算平台中每个可用物理服务器的资源总量分别表示物理服务器i的CPU总数量、内存总容量、磁盘总容量；然后采集每个可用物理服务器空闲资源容量，包括物理服务器的空闲CPU数量空闲内存容量和空闲磁盘容量建立云计算平台可用物理服务器组P＝(p₁，p₂,...，p_j，...p_m)，其中p_j为第j个物理服务器，m为可用物理服务器数量，其当前空闲资源容量表示为

d).采集物理服务器的资源利用率，计算包括CPU利用率内存利用率和磁盘利用率在内的物理服务器的资源利用率；

e).建立多目标函数及约束关系，以资源分配最优化和及时性为目标，并支持突发应急资源请求，建立虚拟机性能匹配最优、虚拟机提供时间最短、平台总体负载变化最小的多目标函数，并建立虚拟机资源请求与物理服务器空闲资源间的约束条件；

f).建立虚拟机请求与物理服务器的映射关系，根据步骤e)中的多目标函数和约束关系，采用多目标优化算法得到一组解集，选择其中一个解作为映射方案，建立虚拟机请求队列与物理服务器的映射关系，从而为虚拟机请求队列中的每一个虚拟机选择了最合适的物理服务器；

g).进行资源分配，根据步骤f)中为虚拟机选择的最合适的物理服务器，并按照步骤b)中求取的用户资源分配优先级，依次为用户在相应的物理服务器上创建虚拟机，实现资源分配；

步骤e)中，虚拟机性能匹配最优目标函数的建立过程中，虚拟机性能包括CPU核数、内存大小、磁盘容量，根据虚拟机和物理服务器性能向量建立虚拟机到物理服务器p_j性能间的匹配距离，匹配距离越小，说明虚拟机与物理服务器越匹配；具体通过以下步骤来实现：

e-1-1).计算虚拟机请求队列V中虚拟机的性能向量：

虚拟机CPU性能向量PV_i^c＝虚拟机CPU核数/物理服务器总核数；

虚拟机内存性能向量PV_i^m＝虚拟机内存容量/物理服务器总内存容量；

虚拟机磁盘性能向量PV_i^d＝虚拟机磁盘容量/物理服务器总磁盘容量；

e-1-2).归一化虚拟机的性能向量：

归一化虚拟机CPU性能向量

归一化虚拟机内存性能向量

归一化虚拟机磁盘性能向量

PV_max、PV_min分别代表所有虚拟机相对于物理服务器p_j的某种资源性能向量的最大值和最小值；

e-1-3).计算物理服务器p_j的性能向量：

物理服务器CPU性能向量＝空闲CPU核数/物理服务器总核数；

物理服务器内存性能向量＝空闲内存容量/物理服务器总内存容量；

物理服务器磁盘性能向量＝空闲磁盘容量/物理服务器总磁盘容量；

e-1-4).归一化物理服务器p_j的性能向量：

归一化物理服务器CPU性能向量

归一化物理服务器内存性能向量

归一化物理服务器磁盘性能向量

PP_max、PP_min分别代表所有物理服务器中某种资源性能向量的最大值和最小值；

e-1-5).计算匹配距离，通过公式(10)计算虚拟机到物理服务器p_j的匹配距离：

k＝1,2,3，分别表示CPU、内存、磁盘；NPV_ik中k分别取1，2，3时表示为NPV_i1、NPV_i2、NPV_i3，分别表示为虚拟机的归一化虚拟机CPU性能向量、归一化虚拟机内存性能向量、归一化虚拟机磁盘性能向量；NPP_jk中k分别取1，2，3时表示为NPP_j1、NPP_j2、NPP_j3，分别表示为物理服务器p_j的归一化物理服务器CPU性能向量、归一化物理服务器内存性能向量、归一化物理服务器磁盘性能向量；

步骤e)中所述的虚拟机提供时间最短的目标函数建立过程为：

e-2).云计算平台异构资源环境下，虚拟机在不同物理服务器上的创建时间会有所差异，假设S是任意一种虚拟机到物理服务器的映射方案，t_ij是虚拟机部署到物理服务器p_j的创建时间，目标之一是S映射方案下提供虚拟机的时间最短，虚拟机提供时间计算公式为：

n为虚拟机数量，t_s为映射方案S下部署虚拟机所花费的时间总和；

步骤e)中平台总体负载变化最小的目标函数建立过程中：由于云计算平台物理服务器上的负载是不断动态变化的，不仅其上已有虚拟机负载不断变化，而且用户申请的虚拟机放置到物理服务器后也会引起物理服务器负载的变化，负载变化越小越好；通过以下步骤来实现：

e-3-1).计算物理服务器p_j的平均负载，首先采集物理服务器的历史负载监控数据，通过公式(12)计算该物理服务器上已有的第h个虚拟机的综合负载：

式中，l_chj、l_mhj、l_dhj分别为第h个虚拟机的CPU、内存、磁盘的利用率，w_chj、w_mhj、w_dhj分别表示第h个虚拟机的CPU、内存、磁盘利用率的权重，0＜w_chj＜1，0＜w_mhj＜1，0＜w_dhj＜1，w_chj+w_mhj+w_dhj＝1；

然后，根据物理服务器p_j的平均负载等于其上所有c个虚拟机的负载之和，通过公式(13)进行求取：

c为物理服务器p_j上虚拟机的数量，为物理服务器p_j的平均负载；

e-3-2).计算放置虚拟机后的新负载，首先估算预放置虚拟机放置到物理服务器p_j上之后带来的新负载然后通过公式(14)利用加权平均算法计算新虚拟机放置后该物理服务器的平均负载L_j：

w_jt′为物理服务器p_j上已有虚拟机负载的权重，w′_jt为预放置虚拟机所带来的新负载的权重，0＜w_jt′＜1，0＜w′_jt＜1，w_jt′+w′_jt＝1；

如果多个虚拟机映射到同一个物理服务器上，则每放置一个虚拟机利用公式(14)重新计算一次平均负载L_j；

e-3-3).计算总体负载变化，通过步骤e-3-1)和步骤e-3-2)依次计算方案S下虚拟机请求队列中每个虚拟机映射到物理服务器后相应的平均负载L_k，k＝1,2,...,m；m为物理服务器数量；

通过公式(15)计算S映射方案下，用标准差表示的云计算平台总体负载变化δ_s：

云计算平台总体负载变化越小，则虚拟机性能越稳定；

步骤e)中，多目标函数的建立过程中，要求虚拟机性能匹配距离最短、虚拟机提供时间最少、平台总体负载变化最小，即目标函数为：

部署到某物理服务器的所有虚拟机资源总量要小于该服务器剩余资源重量，即虚拟机资源请求与物理服务器空闲资源间的约束条件为：

∑v_ik≤p_jk

k＝1,2,3分别代表CPU核数、内存大小、磁盘容量；v_ik中k分别取1,2,3时分别表示为v_i1、v_i2、v_i3，v_i1、v_i2、v_i3分别为虚拟机的CPU核数、内存大小、磁盘容量；p_ik中k分别取1,2,3时分别表示为p_i1、p_i2、p_i3，p_i1、p_i2、p_i3分别为物理服务器空闲的CPU核数、内存大小、磁盘容量。

2.根据权利要求1所述的支持突发应急的云计算资源分配方法，其特征在于：步骤a)中所述的用户优先级U划分为5级，最高用户优先级至最低用户优先级取值分别为5、4、3、2、1；步骤a)中所述的用户资源需求的紧迫程度划分为低、中、高三等，其数值分别用1、2、3表示；

步骤b)中所述的计算用户资源分配优先级，通过以下步骤来实现：

b-1).归一化优先级，通过公式(1)对用户的优先级进行归一化处理：

其中，U_min为最低用户优先级，为1；U_max为最高用户优先级，为5；U_i为用户i的优先级；

b-2).归一化资源需求级别，通过公式(2)对用户的资源需求的紧迫程度进行归一化处理：

其中，H_min为资源需求的最低等级，为1；H_max为资源需求的最高等级，为3；H_i为申请用户i的资源需求等级；

b-3).计算资源分配优先级，根据归一化的用户优先级和资源需求等级，采用公式(3)利用加权平均算法计算用户i的资源分配优先级A_i：

其中，α、β分别是归一化的用户优先级和资源需求等级的权重，0＜α＜1，0＜β＜1，α+β＝1。