本文關(guān)鍵詞：面向CPU資源超售環(huán)境的虛擬化平臺管理方法研究

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【摘要】：電子商務(wù)和各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用已成為當下新興的產(chǎn)業(yè)方向。與傳統(tǒng)的科學計算類型的應(yīng)用相比,新興的商業(yè)應(yīng)用顯著特征是強交互性和資源需求彈性化。在虛擬化平臺下,為滿足強交互性應(yīng)用嚴苛的性能要求,服務(wù)提供商需加大對虛擬機資源供給。隨著此類應(yīng)用訪問量的增多,虛擬化平臺中CPU資源的浪費現(xiàn)象日益嚴重。在平臺對外服務(wù)期間,部分CPU資源處于閑置狀態(tài),嚴重影響了平臺CPU資源利用率。因此,面對當下出現(xiàn)的新型應(yīng)用形式和用戶體驗要求,如何釋放閑置資源,優(yōu)化資源管理方法是提升虛擬化平臺管理能力的關(guān)鍵。同時,強交互性商業(yè)應(yīng)用導致虛擬機的資源需求呈現(xiàn)彈性波動趨勢。面對這種新型的資源需求趨勢,如何改進虛擬化平臺的資源管理方法,主要面臨以下三個關(guān)鍵問題：(1)如何在保障應(yīng)用性能穩(wěn)定的前提下,改進虛擬機資源配置方式,實現(xiàn)超售策略,釋放閑置CPU資源?(2)如何在CPU資源超售環(huán)境下,及時而準確地探測資源熱點,并通過遷移操作將其徹底消除,實現(xiàn)負載均衡?(3)如何在CPU資源超售環(huán)境下,保持虛擬機性能隔離的同時,實現(xiàn)服務(wù)器整合策略?首先,不同類型的應(yīng)用有著不同的資源需求特征,即使是同一應(yīng)用,面對不同的用戶性能要求,資源需求的特征也會不同。同時,CPU資源配置的最小需求必須是以用戶性能穩(wěn)定為基礎(chǔ)。為了達到上述目標,將面臨如下挑戰(zhàn)：(1)在虛擬化環(huán)境下,用戶可包容的性能損耗程度該如何描述；(2)用戶性能要求的差異性該如何展現(xiàn)；(3)特定用戶性能要求與虛擬機CPU資源需求之間的量化映射關(guān)系該如何建立。為了解決這些挑戰(zhàn),提出一種基于虛擬機性能感知的CPU超額預訂機制,通過對虛擬機性能損耗的容忍度進行量化,并以此作為標準來構(gòu)建數(shù)學模型,統(tǒng)計分析從虛擬機內(nèi)部監(jiān)控得到的CPU資源使用狀態(tài)的特征數(shù)據(jù),從而估算得出相應(yīng)的資源需求量。此種資源配置方式代表著用戶可接受的性能要求下限,最大化釋放閑置資源。其次,當CPU資源以超額預訂的形式分配給虛擬機,資源的精簡配置使虛擬機對于負載強度的波動變得更加敏感。為了滿足強交互性應(yīng)用嚴苛的性能要求,提出了一種基于CPU資源超額預訂的負載均衡優(yōu)化策略。該策略通過動態(tài)資源熱點監(jiān)控和緩解串聯(lián)式熱點的虛擬機遷移管理兩個步驟,實現(xiàn)維持虛擬機性能要求的目標。動態(tài)資源熱點監(jiān)控是將熱點閾值設(shè)計成一個隨著負載強度、用戶性能要求浮動的動態(tài)閾值,盡可能防止過于寬松或者過于嚴格的判斷標準的出現(xiàn),同時會考慮短生命周期的商業(yè)應(yīng)用在程序執(zhí)行末期出現(xiàn)資源熱點時的優(yōu)化處理。串聯(lián)式熱點是指進行虛擬機遷移操作消除熱點后,在目的物理機上重新出現(xiàn)熱點的現(xiàn)象。避免其產(chǎn)生的方法是減少不必要遷移操作,并且精確地估算遷移備選物理機可用資源的大小。最后,在CPU資源超售環(huán)境下,虛擬機資源動態(tài)調(diào)整以及負載均衡策略引發(fā)的遷移操作可能使虛擬機布局零散,導致物理機資源碎片化,服務(wù)器整合是解決上述問題的主要思路。但在資源超售環(huán)境下,服務(wù)器整合策略卻可能遇到了以下問題：1)虛擬機資源的精簡大大提高了物理機的整合密度,導致物理機底層資源的供給出現(xiàn)不足,從而引起虛擬機性能下降以及相互之間的性能干擾；2)針對商業(yè)應(yīng)用場景,服務(wù)器整合策略被頻繁觸發(fā),導致極大的遷移開銷；3)部分虛擬機的資源超額預訂幅度減少,資源需求量變大。為了解決以上問題,提出了一種基于CPU超額預訂機制的服務(wù)器整合優(yōu)化策略。該策略通過控制整合密度來緩解底層資源的競爭,保護虛擬機之間的性能隔離;采用并行式在線裝箱算法減少服務(wù)器整合策略所帶來的遷移消耗；選擇應(yīng)用性能要求相同的虛擬機放置在同一個物理機之上,維護資源超額預訂機制效果。綜上所述,在新型應(yīng)用形式和用戶體驗要求下,面向CPU資源超售環(huán)境的虛擬化平臺管理方法從虛擬機資源配置、負載均衡、布局管理等方面優(yōu)化了云計算平臺的資源管理能力,提升了整個平臺的應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP302

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本文編號：1275040