基于博弈论的虚拟资源竞拍分配研究.pdf

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1、硕士学位论文题目:基于博弈论的虚拟资源竞拍分配研究研究生段良成专业计算机应用与技术指导教师周丽副教授完成日期2012年12月杭州电子科技大学硕士学位论文基于博弈论的虚拟资源竞拍分配研究研究生：段良成指导教师：周丽副教授2012年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterAuctionAllocationofVirtualResourcesBasedonGameTheoryCandidate:DuanLiangche

2、ngSupervisor:Associate-Prof.ZhouLiDecember，2012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

3、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虚拟化技术的出现改变了管理计算机操作系统、存储以及应用程序的方式，它提供了共享物理资源的能力，使

4、得物理资源能够在同一时间内被多个不同的虚拟机使用，消除了操作系统对物理硬件的依赖性。随着云计算的兴起，云环境下的资源管理成为人们研究的热点，而虚拟化技术作为云计算中的关键技术日益显示出其资源管理方面的独特优势。然而，在利用虚拟化技术进行资源管理时也遇到了一些挑战，其中的一个挑战就是多虚拟机之间资源分配的公平性。有效合理的虚拟机资源分配是虚拟化及云计算环境下系统性能及服务质量保证的关键。在虚拟化环境中当多个虚拟机共存于同一物理机时，由于物理资源的有限性，可能会发生激烈的资源竞争。传统虚拟机资源分配通常没有考虑这种

5、竞争给系统造成的影响，而是按照物理资源数量进行均值分配或者系统对资源的峰值需求来进行分配。这些分配方式没有考虑到各虚拟机自身的负载情况，往往会造成资源的浪费。本文针对这一问题进行了研究，运用经济学中博弈论的思想提出了基于惩罚机制的CPU竞拍模型和基于市场机制的内存预测分配模型。本文针对Xen虚拟化平台主要做了如下几个方面的工作：本文首先系统介绍了虚拟机以及虚拟化的相关技术，详细阐述了虚拟化技术的分类，并且简要介绍了每种虚拟化技术的主要产品以及这些产品的优缺点，而且还对这五种虚拟化技术进行了比较。然后重点分析了半

6、虚拟化产品Xen的资源管理的特点，并在此基础上将博弈论的思想引入到Xen虚拟资源分配中，分别提出了CPU和内存的博弈分配方案。在Xen中，CPU资源一旦分配给某一虚拟机即可投入使用，针对这一特征，本文提出了基于激励惩罚机制的博弈竞拍模型。在这个模型中，本文选取应用程序的响应时间和CPU利用率作为系统的评价指标，并且采用博弈竞拍的思想探讨了CPU分配与竞争对这些指标的影响关系，然后利用合作博弈的NASH均衡进行求解多虚拟机的动态资源分配问题。为验证这种方案的有效性，我们通过实验对模型的稳定性和公平性进行了验证，通

7、过对比发现采用博弈控制之后比单纯的平均分配资源更能实现按需分配资源，提高资源利用率，这样才能真正体现资源的公平分配。在Xen虚拟平台下，内存资源通过Ballooning机制分配给虚拟机，有着比较严重的延迟效应。针对这个问题，本文提出了基于市场机制的内存预测分配模型。该模型中，首先我们采用基于马尔科夫链残差GM(1,1)灰色预测模型来预测I杭州电子科技大学硕士学位论文未来一段时间虚拟机的内存使用量，然后虚拟机管理器根据这些预测值，按照虚拟机拥有的股份按比例地分配与回收内存资源。最后通过系统仿真发现这一模型能够提高

8、物理内存在虚拟操作系统中的利用率，实现内存的按需分配。本文提出的虚拟资源分配方案是面向大规模服务器集群的，具有一般性，可以推广到网络带宽、I/O已经其他计算资源方面的分配与管理工作。关键词：合作博弈，竞拍，激励惩罚，灰色预测，资源分配，虚拟化II杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTVirtualizationtechnologyhaschangedthemanagementof