[发明专利]一种应用服务器集群实时能耗优化方法

说明书

本发明公开了一种应用服务器集群实时能耗优化方法。本发明在保证开启服务器的CPU利用率不超过给定目标值的前提下，根据负载状况动态优化集群中各服务器的部署使得集群的能耗最小。本发明针对集群中服务器同构性的好坏，采用合适的变量定义方式，将集群能耗优化问题描述成混合整数线性规划问题，进而根据规划问题的求解结果确定各服务器的开关状态、CPU频率和负载。本发明所使用的规划变量定义方式能大幅度减少变量数目，并且规划问题是线性的，即使应用于大规模的集群，规划问题依然能够实时精确求解。本发明提供的方法在集群能耗优化问题中考虑了服务器开关的开销，并对服务器开关进行惩罚，能有效避免细小的负载变化导致服务器开关抖动。

技术领域

本发明涉及服务器集群能耗管理技术领域，尤其涉及一种基于混合整数线性规划的应用服务器集群实时能耗优化方法。

背景技术

网络应用服务运营商通常是按峰值负载来部署应用服务器集群(简称集群)的规模，但平时运营时的负载通常远低于峰值负载并且是波动的，因此必须根据实际的负载状况动态优化集群中各服务器的部署(包括开关、CPU频率和负载)以进行节能，从而降低运营成本提升竞争力。

基于规划问题的集群能耗优化是一种常用的方法，其通过定义变量描述集群中各个服务器的部署，将集群能耗优化描述成规划问题，然后求解。已有的方法大体上可分为两种模式，一种针对单个服务器定义变量，将集群能耗优化描述成线性规划问题，并采用工具包进行精确求解(即求得最优解)。但当集群规模很大时，变量数目巨大，规划问题无法实时精确求解。另一种针对服务器型号定义变量，将集群能耗优化描述成非线性规划问题，然后针对问题的特点提出求解算法(例如差分进化算法或遗传算法等)。但这些方法在很短的时间内通常只能求得次优解(近似解)，并且求解质量还取决于算法的参数。

另外，已有的方法都没有很好的解决服务器开关抖动的问题，即细小的负载变化可能导致服务器频繁的开关。因为一旦考虑该问题，将使得集群的能耗优化问题变得更加复杂，更加难以实时求解。也有些方法意识到了该问题，但仅采用简单的处理办法，例如“不关闭一台开启不到60秒的服务器”。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种应用服务器集群实时能耗优化方法。可在保证开启服务器的CPU利用率不超过给定目标值的前提下，根据负载状况动态优化集群中各服务器的部署使得集群的能耗最小，尤其是当集群规模较大时如何使得优化依然能够在线实时进行，以及如何避免细小的负载变化导致服务器开关抖动。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于混合整数线性规划的应用服务器集群实时能耗优化方法，包括具体以下步骤：

S1：测定每台服务器的每个离散频率对应的满载功率、空闲功率和负载能力，以及每台服务器关机时的待机功率，其中，负载是指承担的请求平均达到速率；

S2：计算每台服务器的开机开销和关机开销；

S3：根据历史负载数据预测下一个优化周期的集群负载；

S4：计算集群的同构指数；

S5：根据集群同构指数的不同，采用不同的变量定义方式描述集群中各服务器的部署，将集群能耗优化问题描述成混合整数线性规划问题；

S6：求解混合整数线性规划问题；

S7：根据求解结果确定各服务器的开关状态、CPU频率和负载，并实施新的部署。

具体地，所述步骤S2进一步包括：服务器的开机开销计算如下：(服务器开启过程中的平均功率*开机时间+惩罚参数)/优化周期；所述服务器的关机开销计算如下：(服务器关机过程中的平均功率*关机时间+惩罚参数)/优化周期。

进一步地，所述步骤S4进一步包括：所述集群同构指数的计算如下：其中，

n表示集群中服务器的数量，