专利名称：云计算环境中一种基于性能计数器的虚拟机功耗测量方法
技术领域：
本发明涉及云计算领域，特指一种针对虚拟机的功耗测量方法及其实现技术。
背景技术：
云计算系统已经逐步成为当前最具应用前景的分布式计算平台。为了保证云系统的服务质量，数据中心的服务器往往需要为用户提供全天候24小时的资源访问能力，而这种“过度供给”的资源共享方式导致了极大的能耗开销。因此，针对云系统的能耗控制与优化管理成为当前一个极具应用价值和商业价值的研究课题。在云计算环境中，高性能数据中心往往通过资源虚拟化技术来为上层用户提供服务，即资源分配和管理的基本单元为一个个独立的“虚拟机”。因此，实现云系统能耗控制与优化管理的基本前提就是准确、高效地度量虚拟机的功耗。由于虚拟机是被虚拟化软件动态创建出来的，而非一般的物理计算机，因此其功耗无法通过物理设备进行测量，而只能采用间接方式进行度量。以下是现有的虚拟机功耗测量技术的简要概括和缺陷分析
(I)基于线性模型的虚拟机功耗测量技术该类技术基于“物理设备的动态功耗与设备利用率成正比”这一假设前提，通过分析设备动态利用率与实际功耗之间的关系来获得两者的相关系数，然后通过线性叠加方式来估测虚拟机的功耗。该技术的主要缺点是准确性低，功耗模型的建模周期长，且所获得的功耗模型只能应用于特定物理设备。(2)基于模式分析的虚拟机功耗测量技术该类技术采用统计分析方法来提取各类虚拟机的功耗特征，然后利用数据库技术来建立“特征-功耗”之间的关系数据库，最后通过模式匹配技术来查询实际虚拟机的“最近似”功耗值。该技术的主要缺点是建立和维护“特征-功耗”数据库的开销很大、模式匹配算法的效率会制约功耗测量的实时性、只能获得近似功耗而无法获得精确的功耗值。(3)基于闭环控制理论的虚拟机功耗测量技术该类技术采用控制论中“闭环负反馈”技术来构建虚拟机与其负载之间的动态关系模型，然后通过输出误差来校正功耗模型中的相关参数。其优点是只要“闭环负反馈”模型的样本参数足够多，所获得功耗模型就能具备相当高的准确性。其主要缺点是功耗模型的构建时间很长，无法满足实时功耗测量的要求。
发明内容
本发明利用处理器内置的“性能计数器”(Performance Monitor Counter,简称PMC)来统计系统运行过程中的“能耗事件”，并通过“多阶逐次逼近”的方法来建立各类“功耗事件”与“设备实际功耗”之间的映射关系，从而获得针对虚拟机的功耗测量模型。该技术方案的总体流程如
图1所示，其主要步骤如下
步骤一采用“相关系数”分析技术，对所有性能计数器进行筛选，从而筛选出最能设备功耗情况的PMC集合，其该步骤的流程如图2所示，具体流程说明如下首先，在虚拟服务器上执行标准测试程序，统计所有PMC的实时数据，同时利用外接功耗测量仪器(例如WattsUp Pro)来记录处理器、磁盘、内存和I/O设备的实时功耗数据；然后利用所测得的实时功耗数据信息，计算出所有性能计数器与以上四类物理设备功耗之间的相关系数，其计算公式如下
权利要求
1.一种云计算系统中基于性能计数器的虚拟机功耗测量方法，其特征在于包括以下步骤步骤(I):计算出所有性能计数器与四类物理设备(处理器、磁盘、内存、I/O设备)功耗之间的相关系数； 步骤(2):针对每类物理设备，选择并保留与其能耗相关系数大于O. 5的性能计数器作为最具功耗代表性的性能计数器集合； 步骤(3):对步骤(2)中筛选出的性能计数器集合，依据其相关系数降序进行排列，并以一阶模型的方式构建“性能计数器-设备功耗”之间的映射模型； 步骤(4):若一阶模型的精度无法达到要求，则继续使用二阶模型来构建“性能计数器-设备功耗”之间的映射模型； 步骤(5):若二阶模型的精度仍然无法达到精度要求，则将误差范围增加O. 01，并重复执行上述步骤(2) 步骤(4)，直至获得满足要求的“性能计数器-设备功耗”映射模型；步骤(6):针对四类物理设备(处理器、磁盘、内存、I/O设备)，重复步骤(2) 步骤(5)，得到其各自对应的“性能计数器-设备功耗”映射模型； 步骤(7):利用以上步骤所获得的四类物理设备的“性能计数器-设备功耗”映射模型，通过线性叠加方式获得虚拟机的总体功耗测量模型，并用该功耗模型对虚拟机的能耗进行测量。
全文摘要
本发明公开一种针对云计算系统的虚拟机功耗测量方法。该方法首先选择出最具功耗代表性的性能计数器集合，然后利用“多阶逐次逼近”的方法来构建从性能计数器到物理设备功耗的映射关系和模型，从而获得虚拟机的总体功耗测量模型。本发明的主要优点是虚拟机功耗模型的精确度相对已有方法而言得到了显著提高；功耗测量的采样时间精度从“毫秒”级提高到了“微秒”级，从而为实现云系统的细粒度功耗控制和管理提供了有效支持。
文档编号G06F9/455GK103034525SQ20121051911
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者肖鹏, 胡志刚, 刘洞波, 屈喜龙 申请人:湖南工程学院, 肖鹏