基于负载预测的虚拟机动态调度技术研究与实现

摘要

云计算技术的飞速发展使得云计算系统的应用越来越广泛,如Amazon的AWS、IBM的Bluemix、阿里云的飞天、开源系统OpenStack。在云计算系统中虚拟化资源种类多、数量大，因此云计算系统的节能环保、资源高效利用、负载均衡等问题也越来越受到重视，而通过虚拟机调度可以有效的解决这些问题。
　　本文从云计算系统的负载均衡和提高资源利用率的方向出发，将负载预测和虚拟机动态调度相结合，设计了基于基于负载预测的虚拟机高效调度算法，并且在OpenStack系统中实现了基于负载预测的虚拟机高效动态调度系统，主要包括负载预测和动态调度功能。
　　(1)虚拟机或物理机的负载值是一个时间序列，是随时间而变化的，因此在本文中选择了时间序列预测方法，ARMA(4,3)作为负载预测模型，把负载值划分为多个时间序列，减少预测的步骤，提高了预测的准确性。
　　(2)设计了基于改进模拟退火算法的虚拟机动态调度算法，将算法中新解的生成过程分为虚拟机选择和虚拟机分配两个阶段。在虚拟机选择阶段通过比较物理机和虚拟机的负载变化规律，选择在宿主机的高负载时刻负载最高的虚拟机作为要迁移的虚拟机。在虚拟机分配阶段则是选择在虚拟机负高负载时刻负载较低的物理机作为目的物理机，同时在迁移到目的物理机之后不应该造成该物理机的负载过高。
　　通过组合负载变化规律不同的虚拟机和物理机，可以在物理机上运行更多的虚拟机，提高资源的利用率。通过负载预测提前知道物理机在未来一段时间内的负载变化规律并对系统进行调度，避免系统出现高负载的物理机，使系统的运行更加稳定。

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摘 要

ABSTRACT

绪论

研究背景

国内外研究现状

云计算研究现状

虚拟机调度研究现状

研究内容和创新点

研究内容

创新点概述

文档结构

关键技术研究与分析

云计算系统概述

云计算系统分类

云计算系统分析

虚拟机调度技术分析

虚拟机调度原理

虚拟机调度算法

现有虚拟机调度策略的不足

负载预测技术分析

负载变化特点

负载预测模型

时间序列预测法的不足

小结

动态调度系统架构设计

基于负载预测的动态调度系统分析

动态调度功能分析

OpenStack系统架构分析

基于OpenStack的动态调度系统架构设计

动态调度系统架构设计

动态调度系统流程设计

小结

基于时间序列法的负载预测模块设计与实现

时间序列预测法

时间序列预测原理

ARMA预测模型

负载预测模型选择

负载预测算法优化

负载信息采集

ARMA模型定阶

时间序列选择和负载预测

负载预测模块设计与实现

负载预测功能实现

负载信息采集功能实现

小结

虚拟机动态调度算法设计与实现

动态调度原理

装箱问题与模拟退火算法

动态调度问题描述

动态调度模型及其优化

基于模拟退火算法的动态调度算法设计

动态调度算法设计

虚拟机选择算法设计

虚拟机分配算法设计

动态调度模块实现

动态调度模块架构

动态调度功能流程

实验结果与分析

实验环境

结果分析

小结

总结与展望

本文工作总结

未来工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果