【摘要】：云計算作為一種新型的分布式計算服務(wù)提供模式,為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或服務(wù)的持續(xù)發(fā)展提供了強有力的支持。而數(shù)據(jù)中心作為當(dāng)前云計算的主流底層物理資源組織架構(gòu),為云計算的高效運行提供了靈活以及穩(wěn)定的硬件環(huán)境。利用數(shù)據(jù)中心多樣化以及高效的資源管理手段,底層物理服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)等資源可以實現(xiàn)按需分配,從而有利于更加合理的使用。此外,云計算中資源按使用量付費的租用模式,也促進了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及服務(wù)朝著數(shù)量的規(guī)�；约邦愋偷亩嘣较虬l(fā)展。在云計算中,虛擬化技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)中心分散化的物理計算資源以及網(wǎng)絡(luò)資源被抽象,形成統(tǒng)一的虛擬資源分配池并向租戶提供。而云計算提供者(Cloud Provider,CP)所面臨的一個重要問題即是,如何對此資源池中的資源進行合理的管理,從而實現(xiàn)在滿足租戶SLA(Servcie Level Agreement)請求的同時,達到資源的高效使用。而高效的資源管理策略往往不僅有利于提高數(shù)據(jù)中心物理資源的利用率、降低物理設(shè)備的能耗使用,同時還有助于提高云計算資源提供者的收益。因此,設(shè)計高效的數(shù)據(jù)中心資源管理策略就成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界廣泛關(guān)注的熱點問題。本文在第一章主要敘述了云計算的定義、發(fā)展歷史、云計算背后的支撐技術(shù)——虛擬化、以及虛擬化數(shù)據(jù)中心資源管理關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀。第二章研究了動態(tài)到達虛擬機(Virtual Machine,VM)請求的接入控制與資源分配聯(lián)合優(yōu)化問題。針對當(dāng)前VM資源分配策略將兩者分開考慮,導(dǎo)致CP無法制定全局最優(yōu)的資源管理決策這一不足,提出了VM接入控制與資源分配相結(jié)合的聯(lián)合優(yōu)化策略。并基于馬爾科夫決策過程(Markov Decision Process,MDP)給出了此聯(lián)合優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型。并設(shè)計了采樣路徑的近似動態(tài)規(guī)劃算法,通過針對到達VM請求的類型及其資源需求特性進行采樣,以達到在保證算法一定準(zhǔn)確度的情況下,對MDP模型進行快速求解的目的。仿真結(jié)果顯示,本文所提出的基于接入控制與資源放置聯(lián)合優(yōu)化策略可以有效提升CP的預(yù)期收益。第三章研究了VM資源需求動態(tài)變化環(huán)境下VM的遷移問題。針對當(dāng)前VM遷移策略不能很好地應(yīng)對動態(tài)環(huán)境下VM遷移需求,導(dǎo)致遷移成本過高的問題,提出了基于資源需求相關(guān)性的VM遷移策略。首先提出了基于VM服務(wù)水平協(xié)議(Service Level Agreement,SLA)的“軟門限”遷移機制。通過監(jiān)測VM過去一段時間內(nèi)的資源需求變化,以綜合判斷最佳的VM遷移時機,降低VM突發(fā)資源需求所造成的頻繁遷移觸發(fā)�；诖藱C制,給出了基于動態(tài)資源需求相關(guān)性的VM遷移策略。通過對VM資源需求的動態(tài)變化特性與物理服務(wù)器資源使用變化特性之間的關(guān)聯(lián)性進行定量分析,實現(xiàn)更優(yōu)的遷移VM及其遷移順序選擇,以及遷移目的主機選擇。綜合上述基本VM遷移機制/策略,分別設(shè)計了具有VM SLA服務(wù)質(zhì)量保障的VM遷移算法,以及促進數(shù)據(jù)中心(Data Center,DC)綠色節(jié)能的VM遷移算法。仿真結(jié)果顯示,本文所提出的基于相關(guān)性的虛擬機遷移算法不僅可以有效降低遷移成本,同時還可以提高虛擬機的SLA性能保障。第四章研究了具有響應(yīng)時延性能保障的高效VM部署問題。針對當(dāng)前VM資源分配策略沒有完全利用虛擬資源靈活分配特性,導(dǎo)致物理資源碎片率過高這一不足,提出了具有響應(yīng)時延性能保障的VM資源分配策略。首先采用理論分析與實驗驗證相結(jié)合的方式,對VM在不同部署以及資源分配方案下的響應(yīng)時延性能進行了深入的分析�；诖朔治�,給出了具有時延性能保障的VM拆分以及資源分配算法。該算法根據(jù)資源分配量與VM響應(yīng)時延性能之間的對應(yīng)關(guān)系,通過對較大資源需求的VM進行合理的拆分,以達到保障VM響應(yīng)時延的同時,降低資源碎片率、提高物理資源的目的。仿真結(jié)果顯示,本文論所提出的基于虛擬機拆分的虛擬機放置以及資源分配策略可以顯著減少服務(wù)器的使用數(shù)量,進而降低服務(wù)器的能耗,從而達到數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的目的。第五章研究了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化環(huán)境下虛擬網(wǎng)絡(luò)功能鏈(virtualized Network Function Chain,v NFC)的靈活部署問題。針對現(xiàn)有v NF部署策略不能完全利用虛擬資源靈活的分配特性,導(dǎo)致底層物理資源利用率過低這一問題,提出了基于多虛一實例化的v NF部署策略。該策略根據(jù)當(dāng)前物理資源分配狀況,為單個v NF實例化一個或多個功能實例,以促進v NF部署以及位置選擇的靈活性,以及v NF動態(tài)橫向擴展與伸縮的能力。此外,該策略通過為每個v NF實例進行細粒度的負載控制與資源分配,以實現(xiàn)對底層物理資源的精細化管理,從而提高底層物理資源的利用率。仿真結(jié)果顯示,本論文所提出的基于虛擬網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)多虛一實例化的部署策略不僅可以提高v NFC的接入率,同時還能有效提高服務(wù)器的資源利用率。第六章對全文研究工作進行了總結(jié),并對未來的研究工作做了展望。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP308

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本文編號：2541149