云环境下集群负载的分析与调度策略研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文云环境下的集群负载分析及调度策略研究研究生：应俊指导教师：万健教授2013年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonClusterWorkloadsandSchedulingPoliciesinCloudComputingCandidate：YingJunSupervisor：Prof.WanJianDecember，2013杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原

2、创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍

3、然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要越来越多的用户使用了云计算服务，云数据中心的集群是云服务的主要提供者。由于云环境的复杂性，理解云集群的负载特征是提高云系统性能、优化云集群的关键手段。然而，云数据中心下的集群负载分析，尤其是在大规模生产环境下，目前还没有被充分研究。虚拟化技术是云环境中的核心技

4、术，为了提高集群的资源利用率，通常采用虚拟机动态调度的办法，目前该领域仍没有标准的算法策略。本文对云集群进行了负载分析，并从云集群负载特征的角度出发，同时考虑减少云数据中心能源消耗和保证用户服务等级协定（SLA），对虚拟机的调度策略进行了研究。本文首先研究了传统数据中心的特点及其缺点，分析了云数据中心的特点，接着研究了云集群的负载监控技术以及基于libvirt的虚拟机负载搜集技术。介绍了云环境下调度的概念和特征，并以OpenStack云平台为例详细分析了云环境下的调度机制。以CloudSim为例分析了云模拟技术，并研究了

5、其中的主要模块。随后，为了能深入理解云数据中心负载特征，本文搜集了实际公有云中生产集群的负载数据，涉及1082个虚拟机实例和100台物理机，时间跨度为2013年4月11日至4月17日。从不同角度分析了云数据中心的负载特征，包括虚拟机分布特征与调度机制，虚拟机内存分布特征，虚拟机CPU与I/O特征，物理节点负载特征，虚拟机与物理节点负载联系。通过负载分析，得出了一些观察结论并从中提出了一些优化云集群的方法。最后，在云集群负载分析的基础上，本文研究了云环境调度特点和虚拟机调度模型，并提出了优化算法ERSG（EnergyRed

6、ucingandSLAGuarantee）。该算法优化了虚拟机调度的3个步骤，针对虚拟机调度时机上，引入了负载预测模型；针对虚拟机选择策略，保证了用户SLA；针对调度目标节点选择上，引入了概率分析方法。最后利用云模拟器模拟了云数据中心，并对ERSG算法进行实现与分析，验证了ERSG算法相比其他算法在降低云数据中心能量消耗和保证用户SLA方面的性能优势。关键词：云数据中心、负载分析、虚拟机调度、降低能耗、SLAI杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTMoreandmoreusersusecloudcomputings

7、ervices,theclusterinclouddatacenteristhemaincloudserviceprovider.Duetothecomplexityofthecloudenvironment,understandingthecharacteristicsofcloudworkloadsisthekeytoimprovingthesystemperformanceandoptimizingthecloudcluster.However,workloadcharacterizationofcloud,esp

8、eciallyinalargescaleproductionenvironment,hasnotbeenfullystudiedyet.Virtualizationtechnologyisthecoretechniqueincloudenvironmentanddynamicschedulingofvirtualma