虚拟集群高能效在线迁移策略的研究

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1、分类号：ＴＰ３９３单位代码；１０１８３研究生学号：２０１３５３２００６密级；公开參古林大学硕古学位论文健术学化）虚拟集群高能效在线迁移策略的硏究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｔｒａｔｅｇｙｏｆＶｉｒｔｕａｌＣｌｕｓｔｅｒＬｉｖｅＭｉｒａｔｉｏｎｆｏｒＨｉｈｇｇＥｎｅｒ－Ｅｆｆｇｙｉｃｉｅｎｃｙ作者姓名：金越专业：计算机系统结构研究方向；高性能计算与云计算指导教师：魏晓輝教授培养单位：计算机科学与技术学院２０１６年４月未经本论文作者的书面授权，依法

2、收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，巧不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修放、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使巧（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明，本人郑重声明：所呈交的硕±学位论文是本人在指导教师的指导下，独立进斤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不包含任何其他个人或集体己经发表或撰号过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识

3、到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：Ｗ日期：２０１６年ｙ月日虚拟集群高能效在线迁移策略的研究ResearchonStrategyofVirtualClusterLiveMigrationforHighEnergy-Efficiency作者姓名：金越专业名称：计算机系统结构指导教师：魏晓辉教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年5月24日摘要摘要虚拟集群高能效在线迁移策略的研究随着虚拟化技术的发展，基于虚拟化技术的云平台得到了广泛关注，越来越多的领域利用云平台去完成他们的任务。云平台对物理资源进行

4、抽象、封装，并以虚拟机的形式提供给用户。利用虚拟化技术云平台不但能够对物理资源进行更加细粒度的划分，并且可以实现动态的资源管理。通常应用程序作业和物理节点之间的映射影响着系统的吞吐量、负载平衡和能源消耗，云平台的弹性特点使得对于资源配置的在线调整成为可能。目前云平台带来的巨大的能源消耗问题成为关注热点。它利用超大规模的物理集群为用户作业提供计算支持。然而节点资源的不充分利用将会导致占用大量额外的物理节点，造成云计算系统能耗过高。存在大量低能效的物理节点成为云服务提供商面临的亟待解决的问题。通过动态资源管理机制能够有效的控制

5、云平台的能源消耗。目前很多研究工作都致力于利用虚拟机在线迁移技术提高云平台的能源效率。伴随着云计算技术快速发展以及被广泛的使用，应用程序类型变得多样化，如并行计算等分布式应用程序。由于单机虚拟化技术无法满足并行计算应用的需求，虚拟化技术正逐渐向分布式虚拟化环境发展。虚拟集群基于虚拟机和虚拟网络技术的发展而产生，被云平台用来为并行和分布式应用程序提供可定制的、独立的和可靠的高性能计算环境。但是与此同时为云平台高能效带来了新的挑战：(1)虚拟集群是由一组相互关联的虚拟机组成。对虚拟集群存在的云平台进行能耗管理，单一的虚拟机迁移

6、技术无法保证并行应用程序在运行过程中的正确性。所以对能效问题进行建模需要考虑虚拟集群的虚拟机之间的关联性。(2)根据运行的并行应用程序的特点，虚拟集群中的虚拟机往往同时启动、同时退出。当虚拟集群跨越多个物理节点映射时，它将会对多个物理节点在运行过程中的能源效率产生影响，并且虚拟集群的虚拟机之间也会产生更多的通信开销。另外，内存资源的使用情况是限制作业运行数目的关键因素之一。通常数据密集型作业对于内存资源的需求较为严格。如果对于虚拟机所需内存资源的分配不合理，会导致资源碎片的生成，影响节点资源的利用率。针对上述问题，本文利用

7、虚拟集群在线迁移技术对虚拟化资源进行整合，它可以对I摘要并行作业的整体环境进行迁移，保证了并行应用高效、正确的执行。并且分析同一个虚拟集群中的虚拟机在节点上的映射分布对于云平台能效的影响之后，将虚拟机的剩余时间作为选择虚拟机迁移与再映射目标节点的评判准则之一。为了实现云计算系统中物理节点的高能效，本文将此问题形式化描述为一个组合优化问题，即在满足虚拟集群性能需求的前提下最大化单位能耗上所能处理的数据量。并提出基于虚拟集群在线迁移的整合策略来对虚拟化资源进行整合。首先，针对虚拟机的内存资源进行整合。针对此类问题进行形式化描述

8、，提出了一个两阶段的虚拟集群在线迁移策略。第一阶段先利用虚拟集群中虚拟机之间的关联性和虚拟集群之间剩余时间是否相近的特点将虚拟集群分组，算法VCGM依次对每个分组进行整合来构造最终映射状态。第二阶段采用二分图匹配中的低开销完全匹配机制获得初始映射状态和最终映射状态之间的迁移方案，此迁移方案将带来较低的迁