基于启发式算法与虚拟化技术的数据中心动态调度模拟的设计与实现

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近年来,随着信息化业务的不断发展和IT系统的日益复杂,数据中心的规模在不断扩张,而严重的电力消耗日益成为数据中心在成本控制和后续发展方面不可忽视的问题。各国的研究者纷纷提出新的数据中心运营方式,希望能够使数据中心在不降低性能的前提下,尽可能的降低能量消耗。   本文基于启发式算法与虚拟化技术,提出了一种数据中心的动态调度模块,主要实现了以下功能:   (1)服务器应用易于部署与维护。虚拟化技术在数据中心的管理维护中具有可靠性、可扩展性和易管理性。本文通过XEN虚拟化技术,改变了原有的“一服务器一应用程序”的服务器部署方式,数据中心的管理者可以简便地部署新的虚拟服务器以及对旧的虚拟服务器进行实时迁移,在管理、维护的过程中只需要在虚拟机管理器中即可以实时实施,减少了应用部署和维护的代价。   (2)服务器的实时监测与调度。本文基于对工业电力检测模块的应用以及对虚拟机远程控制API的调用,实现了对所有物理服务器在电力消耗、CPU使用率、内存使用率以及虚拟服务器的CPU使用率、内率使用率方面的远程实时检测。同时,基于XEN虚拟机的远程控制API,动态调度模块实现了虚拟机根据实时运行状况的进行实时迁移功能。本文采用Tremulous游戏服务作为测试应用程序,在虚拟机实时迁移的过程中,使用者不会察觉到服务迁移带来的任何阻碍。   (3)服务器负载均衡和充分利用。本文设计了一种基于启发式的搜索算法,搜索最优的虚拟服务器与物理服务器的对应部署方案,从而实现根据实时负载,对虚拟服务器进行实时最优调度。在服务访问负荷动态增长的时候,新的物理服务器就会被动态投入使用;如果服务访问负荷降低,物理服务器资源就自动回收进入休眠状态,从而使所有运转中的服务器资源最大化利用。   (4)服务器的节能以及环保特性。基于启发式算法以及虚拟化技术,在服务器访问负荷降低时,动态调度模块会自动回收多余的服务器资源,通过关闭服务器、减少制冷与进风等方式,实现数据中心根据访问负荷动态调整电力投入,从而达到节能降耗的作用。本文经过在IBM System X服务器上进行了模拟实验评估,采用动态调度模块的数据中心相对于未添加动态调度模块的数据中心共可节省27%的能耗,达到了数据中心节能降耗的目的。   同时,本文尚存在需要进一步研究验证的工作。因实验条件的限制,在课题实验中采用的物理服务器和虚拟服务器的数量较少,同时只应用了一种应用程序作为测试服务。在下一步的工作中,本文所涉及课题将需要进一步在多服务器、多应用的应用场景先进行验证改进。
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