面向绿色云计算的虚拟机迁移机制的研究

摘要

随着云计算的推广，其对能源的需求日益增加，对环境的影响日益加大，如何实现绿色云计算是当前亟需深入研究的一个研究点。绿色云计算理论致力于减少服务器、制冷系统等硬件资源的损耗，以此保护环境、降低供应商投资成本、减少用户使用成本。绿色云计算中的虚拟机动态迁移机制可以有效提高云数据中心资源利用率、节省能耗。通过合理的虚拟机部署算法与精确的负载预测，可以得到合适的虚拟机迁移时机、合理的虚拟机迁移目标宿主机，从而有效减少虚拟机迁移次数，减少数据中心能耗，对绿色云计算的实现具有重要意义。本文围绕着面向绿色云计算的虚拟机迁移机制展开研究，特别是针对虚拟机部署和负载预测进行了深入探索，对当前虚拟机迁移机制进行优化。本文主要研究了以下内容：
　　（1）考虑现有虚拟机部署机制的不足，从云数据中心实际的物理节点的部署场景问题和减少数据中心局部过热现象的出发点入手，创造性地根据云数据中心的服务器部署及温控模式，提出了一种基于引力效应的虚拟机部署算法。算法受物理引力模型启发，建立数据中心引力模型，定义了物理节点与虚拟机之间的热斥因子、逻辑引力、修正引力及其计算函数，并使用空间降维的思想，进行两次二维平面目标的选择，降低计算开销。实验证明该算法较之传统的虚拟机部署算法，其能量消耗显著降低，并且更适合真实的数据中心环境进行决策。
　　（2）考虑现有负载预测算法的不足，针对负载数据的特点，融合云模型与马尔可夫链优点，提出一种云平台负载预测算法，并且用于优化虚拟机迁移机制的性能。该算法创造性地提出对于云模型隶属度计算环节，融入马尔可夫链的转移矩阵与加权求和方式获取预测数据。实验表明，对于数值波动性很大、样本数据很多的数据模型，该预测算法较之传统算法，可以获得较高预测精度，适用于云计算环境的负载预测，可以为云计算数据中心节省大量能耗。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 研究内容

1.3 论文组织结构

1.4 本章小结

第二章 相关研究工作

2.1 云计算

2.2 云计算能耗问题

2.3 绿色云计算

2.4 节能优化技术

2.5 虚拟机迁移机制

2.6 本章小结

第三章 基于引力效应的虚拟机部署算法

3.1 问题分析

3.2 数据中心与其制冷方式

3.3 虚拟机部署算法

3.4 基于引力效应的虚拟机部署VSG算法

3.5 VSG实现

3.6 实验与性能分析

3.7 本章小结

第四章 基于CM-MC的负载预测算法

4.1 问题分析

4.2 相关工作

4.3 预备知识

4.4 CM-MC算法

4.5 基于CM-MC与VSG的虚拟机迁移机制

4.6 实验验证与性能分析

4.6 小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

致谢