专利名称：一种云计算中基于绿色计算的虚拟机调度方法
技术领域：
本发明涉及一种云计算中的虚拟机调度方法，并涉及绿色计算的思想，可降低系统能耗，属于分布式计算和计算机网络应用领域。
背景技术：
云计算是目前国内外商业和科研机构研究的热点之一，它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够按需获取计算力、存储空间和信息服务。伴随着对计算需求的增长，云中的IT设备越来越多，规模越来越大，能耗成本问题也越来越明显。据美国环保署(us EPA)报告，2006年美国数据中心共消耗了高达610亿千瓦的电量。 另一方面，来自环境保护组织的数据表明，当前世界范围内数据中心碳的排放量要比荷兰和阿根廷两个国家的排放量还要多，约占全球二氧化碳排放量的2%。在能耗成本和碳排放量如此惊人的情况下，计算机与服务器的使用者们都期待一种绿色节能的新技术——绿色计算。目前对绿色计算还没有统一的定义，维基百科认为，绿色计算指利用各种软/硬件先进技术，将目前大量计算机系统的工作负载降低，提高其运算效率(如flop/watt指标)，减少计算机系统数量，进一步降低系统配套电源能耗，同时，改善计算机系统的设计，提高其资源利用率和回收率，降低二氧化碳/温室气体排放，从而达到节能、环保和节约的目的。绿色计算其实并不复杂，它主要体现了节能降耗、保护环境的理念。云环境下的虚拟机调度实现在应用层和虚拟资源层。云计算采用虚拟化技术将主机的资源映射到虚拟机层，执行用户的任务。虚拟机调度问题是将任务与资源以一定的优化目标为原则进行映射，云计算机制简化了任务与资源的匹配，使任务所需资源以一台虚拟机的形式体现，则资源搜索过程被封装为搜索虚拟机的过程。虚拟机在物理机上的调度有基于优先级、基于用户期待和基于负载均衡的调度。例如，一篇中国发明专利文献(申请号为200910241371. 8，授权公告号为CN 101706743 A)公开了一种多核环境下的虚拟机调度方法，该方法是在系统启动时将CPU资源按照调度策略类型进行分区，并在系统运行时实时监控各分区的CPU负载情况，动态调整分区CPU资源的大小，并使用相同调度策略的虚拟机在同一个分区中进行调度，提高了调度的效率，通过动态调整分区CPU资源的大小达到资源负载均衡的目的，实现了资源的充分利用，减少了资源的浪费，但是没有考虑到任务执行消耗能耗的问题。本发明主要从节能的角度来考虑云计算中的虚拟机调度问题，体现绿色计算的理念。将任务调度到虚拟机上执行，需经过网络互联设备传输到计算机设备上，因此本发明中考虑了传输能耗；由于计算机设备消耗电力资源，本发明考虑了计算能耗。并把计算能耗和传输能耗的和作为绿色计算的主要指标，进行虚拟机调度。
发明内容
本发明的目的是将绿色计算的思想应用于云计算中进行虚拟机调度，提出了一种云计算中基于绿色计算的虚拟机调度方法。本发明的方法主要是首先对任务按优先级进行排序，得到任务列表
Γ = {ΑΓ2，…, ；}，m表示当前总任务数。然后估算任务在所有可用虚拟机上的计算能耗和
传输能耗之和，选择每个任务的最小能耗对应的虚拟机进行调度，并周期性监控主机负载， 调整调度计划，待任务全部执行完后销毁虚拟机。一种云计算中基于绿色计算的虚拟机调度方法详细设计
在云计算环境中，绿色计算主要通过降低能耗来体现。能耗是指系统在一段时间内消耗电力资源的总量。云计算中的能耗主要体现在计算机设备、网络互联设备及存储设备上。 计算机设备上产生的能耗叫做计算能耗，与任务大小、虚拟机处理速度和功耗相关，用公式 (2)计算。网络互联设备产生的能耗主要体现在任务与虚拟机的位置上，与距离及任务的大小有关。本发明把网络互联设备上产生的能耗叫做传输能耗，用公式(3)计算。存储设备能耗主要与存储设备产品与存储方法有关，与本发明的调度方法关系不大，因此本发明的虚拟机调度方法在云平台上产生的能耗主要考虑了前两种，即当虚拟机的状态为可用时， 能耗用计算能耗和传输能耗之和来表示，当虚拟机的状态为不可用时，能耗用无穷大表示， 如公式(1)所示。
^ _ οο 若状态为不可用
权利要求
1.1、一种云计算中基于绿色计算的虚拟机调度方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1)接收用户提交的任务，并按照任务的优先级，对到达的任务进行排序，得到一个需调度的当前任务列表T = P^r2,…，？；}，其中m表示当前总任务数，如果是首次接收用户任务，则执行下一步骤；否则，转向步骤3)；步骤2)系统初始化，包括初始化矩阵MCTE，根据任务数，创建虚拟机，虚拟机个数与用户提交的任务数相同，得到一个虚拟机列表= (FM1,VM2，…，FMJ，其中n表示虚拟机个数，然后初始化各个虚拟机的参数，包括虚拟机编号(ID)、中央处理器(CPU)数量、分配内存大小、带宽、功率、处理速度和状态，初始时每个虚拟机的状态为可用；步骤3)判断任务列表是否为空，如果是，则销毁虚拟机，全过程结束；否则，执行下一步骤；步骤4)根据最小能耗策略，选择任务对应能耗最小的虚拟机进行调度； 步骤5)判断时钟周期是否到期，如果是，则执行下一步骤；否则，转向步骤1)； 步骤6)根据主机负载，调整调度计划，转向步骤1)。
2.2、根据权利要求1所述的虚拟机调度方法，其特征在于所述步骤4)根据最小能耗策略，选择任务对应能耗最小的虚拟机进行调度包括以下步骤步骤401)用一个mXn的矩阵MCTE来表示m个任务在η个虚拟机上消耗的能耗，矩阵中的每一行代表同一个任务在η个虚拟机上的能耗，每一列代表m个任务在同一个虚拟机上的能耗，这里，用 !表示T中的第i个任务，VMj表示VM中的第j个虚拟机，Eii表示忑在上执行消耗的能耗；步骤402)读取当前任务列表T，按下式估算T中所有任务在每个虚拟机上消耗的能耗乓，填入矩阵MCTE的第i行，第j列，即MCTE [i，j] =马·；Γ ,若KlfiW状态为不可用B·· = {(1)δ若KMi的状态为可用
3. 3、根据权利要求1所述的虚拟机调度方法，其特征在于所述步骤6)根据主机负载， 调整调度计划包括以下步骤步骤601)本发明中，从能耗的角度，某一时刻主机的负载最终体现在主机的功耗大小上，这里，用表示第b个主机，b e [i,j], y为主机总数，主机 某一时刻的功耗用m表示，主机H、的最大功耗用證办表示,用冬=HF/'HMPh作为某一时刻主机的功耗利用率，为主机的功耗利用率阈值； 步骤602)对每个主机，若4 <aS0 力休眠因子，aeCO, 10%),则待Ib上的虚拟机执行完任务后，销毁虚拟机，并休眠该主机；步骤603)对每个主机，若冬>Srj，则说明Hh负载过重，在本时钟周期内，将在该主机上运行的所有虚拟机的状态标志为不可用，即不能再向该主机上的虚拟机分配任务；步骤604)若大于存的主机功耗利用率而,存为过载因子，於e(70%，100 ),则说明大部分主机都负载过重，唤醒休眠的主机并在其上创建虚拟机，唤醒的主机数目不超过本时钟周期已经过载的主机数目。
全文摘要
本发明提出了一种云计算中基于绿色计算的虚拟机调度方法，属于计算机网络领域。本发明将绿色计算的思想应用于云计算中进行虚拟机调度，首先按照优先级对任务排序，然后估算每个任务在各个虚拟机上的能耗总和，选择每个任务的最小能耗对应的虚拟机进行调度，并周期性监控主机负载，调整调度计划。本发明降低了虚拟机调度的能耗，考虑了能量负载均衡，体现了绿色计算。
文档编号G06F9/48GK102508714SQ20111034258
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者徐小龙, 潘钰, 程春玲 申请人:南京邮电大学