IaaS云环境下一种基于综合满意度的虚拟机放置策略

基础设施即服务(IaaS)环境下的一个关键需求是对租户申请的虚拟机进行合理放置。当前虚拟机放置策略的研究大都集中在数据中心能耗、资源损耗以及负载均衡等方面,很少有工作关注其对租户虚拟机启动时间的影响。为了减少虚拟机请求的周转时间,降低数据中心的资源损耗,本文首先建立了云服务租户满意度模型,给出了虚拟机请求到达云端后周转时间的量化方法;然后基于数据中心的资源损耗建立了云服务提供商满意度模型;最后,基于租户虚拟机启动时间与系统资源损耗建立了多目标约束优化模型,并提出了一种基于综合满意度(Comprehensive Satisfaction Based,CS-B)的虚拟机放置策略,该策略综合考虑了云服务租户与云服务提供商的需求,将租户所申请的虚拟机放置到综合满意度最高的服务器中运行。在OpenStack云平台上的仿真实验表明,CS-B虚拟机放置策略能够有效减少租户虚拟机在云端的部署时间,降低数据中心的资源损耗,有效提高了云服务商及租户的满意度。     

一种能量感知的虚拟机放置智能优化算法

针对数据中心的虚拟机放置优化问题,首先对异构数据中心的能耗进行建模,然后提出了一种基于离散粒子群优化的能量感知的虚拟机放置智能优化算法.重新定义了粒子的参数及算子,提出了一种二维编码方法,引入了一种自适应权重机制和一种能耗感知的局部适应优先机制以分别更新粒子的速度和位置,有效地提高了求解质量.仿真实验对比表明,本算法大大提高了数据中心服务器资源的平均利用率,减少了能耗,降低了数据中心的运营成本.     

数据中心多目标虚拟机管理研究

通过建立起资源使用、服务器热点与电源能耗三者的统一优化模型,设计多目标虚拟机动态管理系统,协同优化资源使用、服务器热点和电源能耗,以使得数据中心的效益达到最优.鉴于数据中心负载流量的动态波动性,采用基于滑动窗口的两级状态检测策略来决策迁移虚拟机时刻,基于多目标统一优化模型设计相应算法来解决迁移虚拟机和目的主机的选择问题.最后在Xen虚拟机平台上测试该系统,实验结果表明:本文设计的虚拟机动态管理方法能够较好地协同优化数据中心的资源使用、服务器热点和电源能耗,使得数据中心的效益达到最优.     

云计算中基于多目标优化的虚拟机整合算法

云数据中心中存在着高能耗和高服务水平协议违约率的问题,为了解决此问题,提出了一种基于多目标优化的虚拟机整合算法.综合考虑能耗、服务质量和迁移开销等多种因素,将虚拟机整合问题构建为一个具有资源约束的多目标优化问题.使用蚁群系统算法对该多目标优化问题进行求解,进行虚拟机整合,获得近似最优的虚拟机主机映射关系.为了减少算法复杂度,利用CPU利用率双阈值来判断主机负载状态,根据主机负载状态分阶段进行整合并使用不同的整合策略.基于CloudSim平台对多目标优化的虚拟机整合算法和其他6种虚拟机整合算法进行仿真实验,将本文算法与现有虚拟机整合算法实验结果进行比较,结果表明本文提出的算法在能耗和服务水平协议违约方面优化显著,具有较好的综合性能.     

基于层次拓扑树的虚拟机节能分配算法

为了均衡分布式数据中心物理主机多维资源的利用率,减少物理主机使用数量,节约能耗,提出了一种基于层次拓扑树的虚拟机节能分配算法HTES(hierarchical topology energy saving),此算法可以有效提升虚拟机分配效率.利用Laplacian矩阵,对大规模网络拓扑分割,建立了层次拓扑树模型.基于层次拓扑模型,根据虚拟机请求中IP地址与数据中心的距离,将虚拟机请求分组,从层次拓扑树模型中查询合适的物理主机区域,按虚拟机请求与物理主机的资源匹配度进行虚拟机的分配.将HTES与其他3种算法进行模拟仿真实验,从虚拟机分配时间、资源均衡率、能耗和物理主机使用情况等方面验证了HTES算法能够有效加快物理主机搜索速度,增加底层占用物理主机的集中度,降低底层物理主机的使用数量,达到节约能耗的目的.     

IaaS云环境下一种能耗和资源损耗优化的虚拟机放置策略

为了降低IaaS云中物理服务器的资源开销和能耗,提出了一种资源损耗模型;同时结合服务器能耗模型,提出了一种能耗和资源损耗优化的虚拟机放置策略;设计并实现了一种能耗有效且物理资源损耗优化的多目标虚拟机放置算法。仿真实验结果表明,该算法不仅能有效地降低物理服务器的能源消耗,同时能较好地控制物理资源损耗,从而实现节能减排,具有较强的理论和现实意义。     

基于互补机制的虚拟机放置算法

有效的虚拟机放置算法可以优化分配计算资源,提高云计算资源的利用效率。通过分析资源分配中存在的问题,提出了一个基于互补机制的虚拟机放置算法。首先基于虚拟机之间的资源互补关系,将资源粒度较小的虚拟机组合成为新的虚拟机,然后基于虚拟机和服务器之间的资源互补关系,依次将虚拟机放置到互补的服务器中,使服务器中各个资源量呈现均衡分布状态。仿真结果表明,CBVMP算法降低了运行的服务器个数和数据中心的能耗,提高了云计算资源的利用效率。     

云数据中心基于负载预测的物理主机状态检测策略

针对云数据中心现有物理主机状态检测算法对提高云数据中心物理资源的利用率效果不明显问题,提出了基于负载预测的物理主机状态检测策略(load prediction based physical host status detection,LP-PHSD),LP-PHSD利用时间序列和二次指数平滑法预测出物理主机在未来一段时间内的资源利用率情况,同时结合绝对中位差方法,确定资源利用率动态阈值边界,选择适当的时刻进行迁移,提高物理资源的利用效率,降低能量消耗.LP-PHSD包括源物理主机状态检测和目标物理主机状态检测2个部分,可以很好地判断出虚拟机迁移的时刻.实验表明,经LP-PHSD策略优化后的新虚拟机迁移方法与近几年的BenchMark迁移模型比较起来,云数据中心的总体能量消耗降低,虚拟机迁移次数减少,云服务质量明显提高.     

基于蚁群优化算法的云计算资源负载均衡研究

针对云数据中心虚拟机分配物理机时存在负载不均衡的问题,提出了一种基于蚁群优化算法的资源调度算法.对问题场景进行了分析,提出了数据中心负载不均衡度以及物理机与虚拟机之间不匹配度的概念,并给出了问题的形式化描述.在蚁群算法选择概率规则中参考了用户对虚拟机资源的需求,尽量避免对相同类型虚拟机部署在一台物理机上,同时对信息素的初始化、信息素的更新进行了改进.通过CloudSim模拟平台进行仿真实验,并与其他的分配算法进行了比较,实验结果表明:该调度算法能够快速地完成虚拟机的放置,并且使云数据中心的物理机具有较低负载不均衡度,提高了资源的利用率.     

云环境下面向能耗降低的虚拟机部署算法

为降低大规模数据中心的能耗,提出了一种虚拟机部署算法——三阈值节能算法(TTEA).该算法利用能耗与处理器资源利用率的线性关系,将负载过重和负载过轻主机上的虚拟机迁移到负载适度的主机上,而负载正常主机上的虚拟机不发生迁移.基于TTEA,进一步提出了4种虚拟机的选择策略,并通过实验对比选择HLGP策略作为最佳策略.仿真结果表明,与单阈值算法和双阈值算法相比,HLGP策略能有效降低数据中心的能耗,保持高的服务质量.     

监控与预测的云资源优化配置

针对云环境下虚拟机资源在多数时间中处于闲置状态导致云资源利用率低的问题,设计一种云资源监控系统,并在云监控基础上提出一种基于自回归积分滑动平均(ARIMA)模型的动态负载预测与资源配置的方法.该方法利用虚拟机负载与配置的关系,通过预测负载情况,提前启动或者挂起虚拟机,提高云资源的利用率.研究结合OpenStack云环境提供的虚拟机,实现其下的云资源监控,预测和弹性分配功能.结果表明:该系统能准确预测虚拟机的需求量,所制定的资源弹性分配策略能够提高云资源的利用率,进一步节约成本.     

基于负载预测的虚拟机资源优化分配方案

云计算环境下,为了提高主机资源利用率和保证性能,考虑了主机负载因素的影响,提出了一种基于负载预测的虚拟机资源优化分配方案。通过预测主机负载情况,过滤掉即将达到警告值的主机,保证主机性能,防止虚拟机因负载过重发生不必要的迁移;对参与分配的物理机进行资源最大化利用分配,提高物理主机的资源利用率。通过仿真实验对该方案进行验证。实验结果表明该方案在保证了主机性能的同时提高了资源利用率。     

云计算数据中心的虚拟资源自适应供给模型

随着云计算技术的飞速发展,云计算数据中心的规模越来越大,随之而来的资源管理、运维调度、能耗开销等问题也开始日益严峻。本文对云计算数据中心的设计思路与设计结构进行了详细的介绍,先从云计算数据中心的总体结构进行分析,随后引入虚拟资源自适应供给模型概述,通过综合分析三种不同的虚拟资源供给模型优劣,提出利用多层次网络队列方法搭建虚拟资源自适应供给模型,通过综合考量模型的平均响应时间、服务器利用率、使用成本等因素,对虚拟资源进行合理的规划与调度,最终帮助云计算数据中心配置合适数量的虚拟机,做出合理的资源调度策略,力求优化数据中心的运维调度,降低能耗开销,提高能源利用效率,推动能源发展。     

基于多目标优化的虚拟机部署策略

为解决虚拟机部署过程中对虚拟机性能、资源利用率、负载均衡值等多个目标的优化问题,提出一种基于强化学习的改进部署算法.首先,用多个目标组成的多维奖励代替原来的单一奖励;然后将资源状态、优化目标及目标占比输入所提的预测器中来预测每个部署方案对应的多维奖励值,并通过反馈结果调节不同优化目标的占比以达到动态多目标优化的目的;最后,为了减少部署时间,用改进的均值聚类算法对服务器资源进行聚类加快部署.通过CloudsimPy平台对算法进行验证,结果表明本文算法可以在相同资源下完成更多的虚拟机请求且具有较高的部署成功率和较低的时延消耗.     

Virtual Machine-Based Task Scheduling Algorithm in a Cloud Computing Environment

Virtualization technology has been widely used to virtualize single server into multiple servers, which not only creates an operating environment for a virtual machine-based cloud computing platform but also potentially improves its efficiency. Currently, most task scheduling-based algorithms used in cloud computing environments are slow to convergence or easily fall into a local optimum. This paper introduces a Greedy Particle Swarm Optimization(GPSO) based algorithm to solve the task scheduling problem. It uses a greedy algorithm to quickly solve the initial particle value of a particle swarm optimization algorithm derived from a virtual machine-based cloud platform. The archived experimental results show that the algorithm exhibits better performance such as a faster convergence rate, stronger local and global search capabilities, and a more balanced workload on each virtual machine. Therefore, the GPSO algorithm demonstrates improved virtual machine efficiency and resource utilization compared with the traditional particle swarm optimization algorithm.     

云计算环境下多目标约束的虚拟资源动态调度

为了解决静态资源调度所导致的CPU利用率不高的问题,研究了多目标约束的虚拟资源动态调度方法。给出了云计算虚拟资源调度模型,设计了多目标约束的虚拟资源表示方法,采用马尔科夫链对虚拟资源的下一时刻状态进行预测,从而得到可用资源向量;最后,计算任务与可用资源向量之间的匹配向量,将任务分配给匹配向量中具有最大各维分量之和的虚拟资源进行调度,并提出了具体的采用基于马尔科夫链预测的云计算虚拟资源动态调度算法。实验结果表明：该算法能有效解决云环境下多目标约束的虚拟资源动态调度问题,具有较小的负载均衡离差和任务执行跨度,较其它方法具有较大的优越性。     

基于粒子群算法的云计算资源配置研究

对于云计算而言,虚拟机资源的合理高效配置具有重要意义.该文对粒子群方法进行到云计算资源配置的映射,详细地设计了3个约束条件和目标函数.目标函数中包含了资源利用率和迁移次数2个优化目标,整个虚拟机资源的配置过程设置了8个步骤.实验结果表明:同2种参照方法相比,该文所提出的基于粒子群算法的云资源配置方法完成配置后,不仅资源利用率高、迁移次数低,其迭代过程和迭代时间也令人满意.     

基于电力物联网的边缘计算任务卸载优化

为了解决传统卸载模型仅涉及用户设备和边缘计算资源,而在云端资源利用上存在局限性的问题,通过有效利用计算任务时延、能耗及计算资源配置,提出了基于深度强化学习算法的计算任务卸载策略和资源配置优化算法,建立了边云协同的时延、能耗及能效模型,研究了用户设备数量、任务量、任务优先级等对时延、能耗及能效的影响。结果表明：边缘计算服务器资源配置为30 GHz较为合理;高级计算任务优先处理策略和计算资源优化分配,使得时延、能耗均较低;本文所提出的优化算法在时延、能耗及能效方面均优于其他3个对比算法,表明针对不同用户设备数量和计算任务量场景,本文所提出的优化算法和建立的模型能够更有效的实现基于电力物联网的计算任务卸载策略和资源配置优化。     

一种融合虚拟机选择的虚拟机放置方法

为了节省云数据中心的能量消耗,提出一种融合虚拟机选择的虚拟机放置方法.该策略将虚拟机迁移过程划分为物理主机状态检测,虚拟机选择和虚拟机放置3个步骤;在物理主机状态检测和虚拟机选择阶段,选取了Cloudsim项目中已有的且被证明是优秀的鲁棒局部归约检测方法和最小迁移时间选择方法;在最后的虚拟机放置阶段,以虚拟机和物理主机双方稳定匹配为目标,采用一种融合虚拟机选择与放置过程之间密切结合的虚拟机迁移策略,该策略可以保证活动物理主机的硬件资源有比较满意的利用效率;使用CloudSim作为云数据中心仿真环境.实验结果表明:与Cloudsim中已有的虚拟机迁移办法相比,提出的放置方法中云数据中心的各类性能指标都可以得到改善,该实验结果对于其他企业构造节能云数据中心有很好的参考价值.