专利名称：云计算数据中心节能方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及互联网技术领域，特别涉及一种云计算数据中心节能方法及系统。
背景技术：
云计算是一种基于互联网的计算模式，它将计算任务分布在大量计算节点构成的资源池上，使用户能够按需获取计算能力、存储空间和信息服务，云计算的处理方式主要包括并行计算和计算资源虚拟化等。云计算的核心理念是资源池，其通常是一些可以自我维护和管理的计算资源虚拟化，包括计算服务器、存储服务器和带宽资源等。并行计算的作用是将大型的计算任务拆分，然后再派发到云中的节点进行分布式的并行计算，最终再将结果收集后统一整理(如排序、合并等)。计算资源虚拟化是将云中的所有计算资源都被看成一个可分配和回收的计算资源池，用户可根据自己的实际需求购买相应的计算资源。这种资源虚拟化得益于近日重新兴起的虚拟机技术，采用虚拟机实现资源的虚拟化，既可以避免了硬件异构的特性，更可以实现资源的动态调整，因此能极大的节约了云中的计算资源。虚拟机的迁移主要是通过内存迭代的方法，将工作信息传送到新开启的虚拟机中，来实现工作的动态迁移。该过程是一个内存信息的移交与转换过程，其主要限制来自网络带宽。因此，在迁移过程中待迁移内存信息的大小以及源、宿物理机间的距离是影响迁移成本的主要因素。能耗开支成为了云计算数据中心主要的运营成本。2011年，美国的数据中心预计消耗能量1000亿千瓦时，折合74亿美元。节能问题成为数据中心运营的重要问题。云计算数据中心在工作一段时间后，活跃的虚拟机会分散在不同的物理机上工作，当工作负载相对稳定时，某些物理机上运行的虚拟机数目较少，此时这些物理机处于低利用率状态，仍要保持基线能耗，从而造成能耗上的浪费，现有技术中为避免能耗的浪费， 在此时需要将处在不同物理服务器上的虚拟机通过迁移进行聚集，从而关停或休眠迁空的物理服务器。当前对虚拟机迁移的研究主要从负载均衡角度出发，考虑虚拟机之间的应用相关性，目前的研究通常将虚拟机放置问题抽象为一个NP问题，采用启发式的方法来确定虚拟机的放置位置，最典型的方法是将其抽象为装箱问题，仅从虚拟机数目的大小出发使用装箱算法来对其进行迁移，因此会造成整个数据中心通信成本的提高，进而影响云计算的工作性能，也并不能有效降低能耗。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何在虚拟机迁移过程中，不降低云计算数据中心的工作性能的情况下，实现降低能耗。(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种云计算数据中心节能方法，所述方法包括以下步骤Sl 获取当前数据中心中所具有的虚拟机个数；S2:统计当前数据中心中每台物理机上的虚拟机个数，并根据所述每台物理机上的虚拟机个数进行排序；S3 根据所述数据中心中每台物理机的最大虚拟机容量、以及所述虚拟机个数判断所需物理机的最小下限个数η ；S4 根据步骤S2的排序结果选择虚拟机个数最多的η个物理机作为目标集合；S5:将除去所述目标集合外的物理机上的虚拟机作为迁移集合，并根据除去所述目标集合外的物理机的虚拟机数目进行排序；S6:在迁移集合中根据物理机上虚拟机数目从少到多依次进行选择，并将选择的当前虚拟机与所述目标集合进行对应，直至迁移集合中所有虚拟机均与所述目标集合对应后，根据所述迁移集合与所述目标集合之间的对应关系依次实现虚拟机迁移。优选地，步骤S6中，将选择的虚拟机放入所述目标集合之前，还包括以下步骤S61 将选择的当前虚拟机与目标集合中虚拟机个数最多的物理机对应，并计算出相应的总迁移成本，并将所述迁移成本作为最小成本；S62:遍历所述目标集合中的其它物理机，计算对应的当前总迁移成本，并将当前迁移总成本与所述最小成本进行比较，若当前迁移总成本大于等于所述最小成本，则重复执行步骤S62，否则将当前迁移总成本作为最小成本，将当前虚拟机与当前物理机对应。优选地，所述总迁移成本通过如下公式计算，Cost(Vi5Ph) =HiigXD(VijPh)+Σ [W(Vi5Vj)XD' (Ph, Vj)]其中，Cost (Vi, Ph)为当前虚拟机Vi迁移到当前物理机1\的总迁移成本，mig为常数，D(VyPh)为当前虚拟机Vi到当前物理机的拓扑步数，W(Vi，Vp为当前虚拟机Vi与数据中心中其它虚拟机Vj之间的通信流量，D' (Ph, Vj)为当前虚拟机Vi迁移到物理机后， 物理机到数据中心中其它虚拟机\的拓扑步数。优选地，在步骤Sl之前还包括以下步骤SO 当数据中心中负载相对稳定均衡，但物理机利用率低于阈值时，执行步骤Si。本发明还公开了一种云计算数据中心节能系统，所述系统包括获取模块，用于获取当前数据中心中所具有的虚拟机个数；统计排序模块，用于统计当前数据中心中每台物理机上的虚拟机个数，并根据所述每台物理机上的虚拟机个数进行排序；下限判断模块，用于根据所述数据中心中每台物理机的最大虚拟机容量、以及所述虚拟机个数判断所需物理机的最小下限个数η ；目标选择模块，用于根据统计排序模块的排序结果选择虚拟机个数最多的η个物理机作为目标集合；迁移集合确定模块，用于将除去所述目标集合外的物理机上的虚拟机作为迁移集合，并根据除去所述目标集合外的物理机的虚拟机数目进行排序；迁移模块，用于在迁移集合中根据物理机上虚拟机数目从少到多依次进行选择， 并将选择的当前虚拟机与所述目标集合进行对应，直至迁移集合中所有虚拟机均与所述目标集合对应后，根据所述迁移集合与所述目标集合之间的对应关系依次实现虚拟机迁移。优选地，迁移模块中，将选择的虚拟机放入所述目标集合之前，还包括以下步骤迁移成本计算模块，用于将选择的当前虚拟机与目标集合中虚拟机个数最多的物理机对应，并计算出相应的总迁移成本，并将所述迁移成本作为最小成本；遍历模块，用于遍历所述目标集合中的其它物理机，计算对应的当前总迁移成本， 并将当前迁移总成本与所述最小成本进行比较，若当前迁移总成本大于等于所述最小成本，则重复执行遍历模块，否则将当前迁移总成本作为最小成本，将当前虚拟机与当前物理机对应。优选地，所述总迁移成本通过如下公式计算，Cost(Vi5Ph) =HiigXD(VijPh)+Σ [W(Vi5Vj)XD' (Ph, Vj)]其中，Cost (Vi, Ph)为当前虚拟机Vi迁移到当前物理机1\的总迁移成本，mig为常数，D(VyPh)为当前虚拟机Vi到当前物理机的拓扑步数，W(Vi，Vp为当前虚拟机Vi与数据中心中其它虚拟机Vj之间的通信流量，D' (Ph, Vj)为当前虚拟机Vi迁移到物理机后， 物理机到数据中心中其它虚拟机\的拓扑步数。优选地，在获取模块之前还包括判断模块，用于当数据中心中负载相对稳定均衡，但物理机利用率低于阈值时，执行获取模块。(三)有益效果本发明从物理机上虚拟机数目从少到多依次进行迁移判断，能够尽快迁空物理机，在虚拟机迁移过程中，不降低云计算数据中心的工作性能的情况下，实现了降低能耗。
图1是按照本发明一种实施方式的云计算数据中心节能方法的流程图；图2是按照本发明一种实施例中数据中心的网络拓扑结构。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。图1是按照本发明一种实施方式的云计算数据中心节能方法的流程图，本实施方式的方法包括以下步骤Sl 获取当前数据中心中所具有的虚拟机个数；S2:统计当前数据中心中每台物理机上的虚拟机个数，并根据所述每台物理机上的虚拟机个数进行排序；S3 根据所述数据中心中每台物理机的最大虚拟机容量、以及所述虚拟机个数判断所需物理机的最小下限个数η ；S4 根据步骤S2的排序结果选择虚拟机个数最多的η个物理机作为目标集合；S5:将除去所述目标集合外的物理机上的虚拟机作为迁移集合，并根据除去所述目标集合外的物理机的虚拟机数目进行排序；S6:在迁移集合中根据物理机上虚拟机数目从少到多依次进行选择，并将选择的当前虚拟机与所述目标集合进行对应，直至迁移集合中所有虚拟机均与所述目标集合对应后，根据所述迁移集合与所述目标集合之间的对应关系依次实现虚拟机迁移。本发明在进行迁移判断时，还综合考虑了迁移成本和通信成本。结合数据中心网络拓扑距离、及迁移参数得到迁移本身的成本；考虑拓扑距离和虚拟机之间的通信流量得到通信成本。这样在每次进行迁移判断时，都选取总成本最小的物理机作为目标物理机，保证了通信成本和迁移成本最小，从而保证了数据中心的工作性能，优选地，步骤S6中，将选择的虚拟机放入所述目标集合之前，还包括以下步骤S61 将选择的当前虚拟机与目标集合中虚拟机个数最多的物理机对应，并计算出相应的总迁移成本，并将所述迁移成本作为最小成本；S62:遍历所述目标集合中的其它物理机，计算对应的当前总迁移成本，并将当前迁移总成本与所述最小成本进行比较，若当前迁移总成本大于等于所述最小成本，则重复执行步骤S62，否则将当前迁移总成本作为最小成本，将当前虚拟机与当前物理机对应。优选地，所述总迁移成本通过如下公式计算，Cost(Vi5Ph) =HiigXD(VijPh)+Σ [W(Vi5Vj)XD' (Ph, Vj)]其中，Cost (Vi, Ph)为当前虚拟机Vi迁移到当前物理机1\的总迁移成本，mig为常数，D(VyPh)为当前虚拟机Vi到当前物理机的拓扑步数，W(Vi，Vp为当前虚拟机Vi与数据中心中其它虚拟机Vj之间的通信流量，D' (Ph, Vj)为当前虚拟机Vi迁移到物理机后， 物理机到数据中心中其它虚拟机\的拓扑步数。优选地，在步骤Sl之前还包括以下步骤SO 当数据中心中负载相对稳定均衡，但物理机利用率(即物理机上虚拟机个数与最大虚拟机容量之间的比值)低于阈值时，执行步骤Si。利用本实施方式的方法在云计算数据中心进行从节能角度出发的虚拟机迁移，具有以下优点1、给出了物理机的下限，通过尽可能逼近目标物理机下限来实现能耗节省，对数据中心节能研究有一定的参考意义和应用价值。2、考虑了虚拟机之间的应用相关性，每次迁移是将虚拟机放置在总通信成本较少的物理机上，本方法能更好的降低网络流量，从而降低通信成本，保证数据中心的工作性能。实施例1步骤101 负载相对稳定均衡，物理机利用率低于阈值时，触发虚拟机迁移。步骤102 获取整个数据中心的物理机利用率、当前物理机上的虚拟机数目、虚拟机之间的通信流量、以及数据中心的拓扑结构。步骤103 统计物理机上的虚拟机数目，并将物理机按虚拟机数目降序进行排列。 计算得出目标物理机集合和待迁移的虚拟机集合。数据中心的虚拟机集合表示为V= Iv1, V2, V3,…，VJ，数据中心的物理机集合表示为P = {P1; P2，P3,…，Ps}，其中m彡S。定义Zy. = {I, i e (1，m)，j e (1，S)，即如果虚拟机Vi被放在物理机Pj
上，则Xij = 1 ；否则Xij = 0，按对物理机进行降序排序。
i步骤104 根据整个数据中心虚拟机的总数除以每台物理机的最大虚拟机容量，得出开启的物理机数目的最小下限，并将最小下限的数目作为目标物理机的数目，从高到低依次选取最小下限个物理机，将其作为目标物理机集合。用C表示每台物理服务器最多
能运行的虚拟机数目，通过计算/:
权利要求
1.一种云计算数据中心节能方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤51获取当前数据中心中所具有的虚拟机个数；52统计当前数据中心中每台物理机上的虚拟机个数，并根据所述每台物理机上的虚拟机个数进行排序；53根据所述数据中心中每台物理机的最大虚拟机容量、以及所述虚拟机个数判断所需物理机的最小下限个数η;54根据步骤S2的排序结果选择虚拟机个数最多的η个物理机作为目标集合；S5:将除去所述目标集合外的物理机上的虚拟机作为迁移集合，并根据除去所述目标集合外的物理机的虚拟机数目进行排序；S6:在迁移集合中根据物理机上虚拟机数目从少到多依次进行选择，并将选择的当前虚拟机与所述目标集合进行对应，直至迁移集合中所有虚拟机均与所述目标集合对应后， 根据所述迁移集合与所述目标集合之间的对应关系依次实现虚拟机迁移。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S6中，将选择的虚拟机放入所述目标集合之前，还包括以下步骤S61 将选择的当前虚拟机与目标集合中虚拟机个数最多的物理机对应，并计算出相应的总迁移成本，并将所述迁移成本作为最小成本；S62:遍历所述目标集合中的其它物理机，计算对应的当前总迁移成本，并将当前迁移总成本与所述最小成本进行比较，若当前迁移总成本大于等于所述最小成本，则重复执行步骤S62，否则将当前迁移总成本作为最小成本，将当前虚拟机与当前物理机对应。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述总迁移成本通过如下公式计算，
4.如权利要求1 3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤Sl之前还包括以下步骤SO 当数据中心中负载相对稳定均衡，但物理机利用率低于阈值时，执行步骤Si。
5.一种云计算数据中心节能系统，其特征在于，所述系统包括 获取模块，用于获取当前数据中心中所具有的虚拟机个数；统计排序模块，用于统计当前数据中心中每台物理机上的虚拟机个数，并根据所述每台物理机上的虚拟机个数进行排序；下限判断模块，用于根据所述数据中心中每台物理机的最大虚拟机容量、以及所述虚拟机个数判断所需物理机的最小下限个数η ；目标选择模块，用于根据统计排序模块的排序结果选择虚拟机个数最多的η个物理机作为目标集合；迁移集合确定模块，用于将除去所述目标集合外的物理机上的虚拟机作为迁移集合， 并根据除去所述目标集合外的物理机的虚拟机数目进行排序；迁移模块，用于在迁移集合中根据物理机上虚拟机数目从少到多依次进行选择，并将选择的当前虚拟机与所述目标集合进行对应，直至迁移集合中所有虚拟机均与所述目标集合对应后，根据所述迁移集合与所述目标集合之间的对应关系依次实现虚拟机迁移。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，迁移模块中，将选择的虚拟机放入所述目标集合之前，还包括以下步骤迁移成本计算模块，用于将选择的当前虚拟机与目标集合中虚拟机个数最多的物理机对应，并计算出相应的总迁移成本，并将所述迁移成本作为最小成本；遍历模块，用于遍历所述目标集合中的其它物理机，计算对应的当前总迁移成本，并将当前迁移总成本与所述最小成本进行比较，若当前迁移总成本大于等于所述最小成本，则重复执行遍历模块，否则将当前迁移总成本作为最小成本，将当前虚拟机与当前物理机对应。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述总迁移成本通过如下公式计算， Cost (Vi, Ph) = migXD^, Ph)+ Σ [W(Vi, Vj) XD' (Ph, Vj)]其中，Cost (Vi, Ph)为当前虚拟机Vi迁移到当前物理机1\的总迁移成本，mig为常数， D (Vi, Ph)为当前虚拟机Vi到当前物理机的拓扑步数，W(Vi; V》为当前虚拟机Vi与数据中心中其它虚拟机Vj之间的通信流量，D' (Ph, Vj)为当前虚拟机Vi迁移到物理机后，物理机到数据中心中其它虚拟机\的拓扑步数。
8.如权利要求5 7中任一项所述的系统，其特征在于，在获取模块之前还包括 判断模块，用于当数据中心中负载相对稳定均衡，但物理机利用率低于阈值时，执行获取模块。
全文摘要
本发明公开了一种云计算数据中心节能方法及系统，涉及互联网技术领域，所述方法包括S1获取当前数据中心中所具有的虚拟机个数；S2根据所述每台物理机上的虚拟机个数进行排序；S3判断所需物理机的最小下限个数n；S4选择虚拟机个数最多的n个物理机作为目标集合；S5将除去所述目标集合外的物理机上的虚拟机作为迁移集合；S6将选择的当前虚拟机与所述目标集合进行对应，根据所述迁移集合与所述目标集合之间的对应关系依次实现虚拟机迁移。本发明从物理机上虚拟机数目从少到多依次进行迁移判断，能够尽快迁空物理机，在虚拟机迁移过程中，不降低云计算数据中心的工作性能的情况下，实现了降低能耗。
文档编号H04L29/08GK102404412SQ201110448689
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者孟洛明, 李文璟, 殷波, 熊翱, 王智立, 王颖, 詹志强 申请人:北京邮电大学