一种面向云环境的Ceph集群能耗管理策略研究

摘要

近年来，云计算与大数据技术得到了飞速发展。从智慧医疗到智慧城市、从精准扶贫到精密工业、从政府办公到个性化的推荐系统，都展示着云计算与大数据给人们生活带来的变化。但与此同时，数据中心巨大的能耗问题引起了人们的广泛关注，如何降低数据中心能耗成了工业界和学术界研究的热点问题。 本文首先介绍了云平台能耗管理的研究背景、意义、国内外现状及相关基础知识；其次，针对CRUSH算法在节能方面的不足，建立了一个Ceph集群能耗优化模型，并在此基础上提出了一种Ceph集群节能数据副本放置策略。该策略将集群分为运行区和待机区，在考虑用户 SLA 和集群性能的条件下，将顺序存储和随机存储相结合，从节约能耗的角度对Ceph集群进行了改进；再次，为进一步节约集群能耗，基于改进的Ceph集群建立了一个Docker云资源调度模型，并基于该模型提出了一种节能的云资源调度策略。该调度策略将 Ceph 集群和Docker 容器数据卷的特点相结合，包括应用部署算法和应用迁移算法，其中应用部署算法对Docker Swarm编排器进行了改进，而应用迁移算法则解决了应用迁移过程中容器数据卷不能跨主机迁移的问题；最后，用实验验证了两种策略的有效性和可行性。实验结果表明，该Ceph集群数据副本放置策略，在满足用户SLA（Service-Level Agreement）需求和保证集群性能的条件下，使得数据中心耗电量降低了14.3%；而提出的云资源节能调度策略与原始的Docker Swarm调度策略相比，对集群资源进行了更细粒度的划分，提高了集群资源利用率，进一步降低了数据中心能耗。

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摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文组织结构

第二章 相关理论知识

2.1 云计算与Openstack

2.2 Ceph分布式存储系统

2.3 Docker容器技术

2.4 Openstack、Ceph和Docker的整合

2.5 本章小结

第三章 改进的Ceph集群节能数据副本放置策略研究

3.1 问题描述

3.2 能耗优化模型

3.3 Ceph集群节能数据副本存储策略

3.4 实验结果与分析

3.4.1 实验环境

3.4.2 实验过程

3.4.3 实验对比及分析

3.5 本章小结

第四章 基于改进Ceph集群的节能云资源调度策略研究

4.1 问题描述

4.2 Docker云资源节能调度模型

4.2.1 改进的Ceph集群与Docker Swarm集群的整合

4.2.2 基于改进Ceph集群的节能调度模型

4.3 调度策略

4.3.1 应用容器部署算法

4.3.2 应用容器迁移算法

4.4 实验结果与分析

4.4.1 实验环境

4.4.2 实验过程

4.4.3 实验对比及分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致 谢

附 录

A 作者在硕士研究生期间参加的科研项目及成果

（一） 参加的科研项目

（二） 发表的论文

（三） 申请的软件著作权

B 表目录

C 图目录

D 运行区与待机区机架数量关系证明。