基于能效的数据中心资源整合机制

摘要

随着人类社会的飞速发展，相应的环境问题也愈加突出，因全球变暖而引发的极端天气不断向人们发出警告，绿色能效、降低碳排放已成为研究热点，这一理念也深刻影响着IT领域。数据中心自发展之初就面临巨大的电能需求，而随着虚拟化技术的逐步升级，云计算理念的深入人心，利用“瘦前端”接入“云端”服务器直接使用架设在数据中心上的系统功能摆脱硬件配置束缚已经不再是设想，利用虚拟技术中的动态迁移技术取代传统业务整合为绿色能效资源管理问题开辟了新的技术途径。
　　本文第一章首先简单介绍了云计算以及数据中心的历史背景，介绍了相关技术的发展路线，并提出了基于能效的数据中心资源整合机制问题。
　　其次，整合机制的设计与实现都需要有实时监控数据的支持，在第二章中本文分析介绍了三种常用的数据中心监控系统，并针对其数据中心电源监控/管理和虚拟机监控扩展做了分析与概括，最后提出两种现阶段性能较优的数据中心监控解决方案。
　　再次，本文第三章详细介绍了现阶段数据中心的能耗问题，介绍了两种基于实时监控数据的服务器能耗模型，简要说明了现有硬件节能技术的功能与局限，并基于该能耗模型提出了物理机能效整合的基本准则。随后提出了基于双阈值的能效整合机制及整合机制的三个核心问题：阈值设置，待迁移虚拟机选择，虚拟机资源整合机制，最后本章提出三种虚拟机选择机制以供选择。
　　第四，为了更详细的分析资源整合机制本文将基于能效的资源管理问题中的虚拟机资源整合问题单独提出来，在第四章针对多虚拟机迁移场景从多种不同角度进行了分析和研究，提出了三种整合机制。RP整合机制基于随机放置，存在不可控性；FFD整合机制将迁移整合转化为装箱问题，但忽略了源主机的区别，导致算法存在不稳定性；GCBFD整合机制将分组思想引入FFD整合机制，提供了更好的算法性能和算法稳定性。仿真结果表明，GCBFD整合机制稳定准确且有效的降低了云数据中心的能耗，为最优选项。
　　最后，在第五章中，本文基于OpenStack开源云平台进行了资源整合机制的开发设计，设计了基于OpenStack的能耗感知型资源整合智慧云平台的模块功能和逻辑接口。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1云计算与面向云计算的数据中心

1.2面向云计算的数据中心资源监控系统

1.3基于能效的虚拟资源整合

1.4本文主要贡献与内容安排

第二章 数据中心的资源监控系统研究

2.1数据中心监控系统

2.2数据中心监控系统中的电源监控与电源管理

2.3数据中心监控系统中的虚拟机监控扩展

2.4数据中心监控系统的可监控对象

2.5本章小结

第三章 基于能效的资源管理研究

3.1数据中心能耗问题

3.2基于能效的资源管理架构

3.3本章小结

第四章 虚拟机资源迁移整合机制研究

4.1虚拟机资源迁移整合问题

4.2相关研究

4.3三种虚拟机资源迁移整合机制

4.4算法仿真与结果分析

4.5本章小结

第五章 基于OpenStack的能耗感知智慧云平台设计与实现

5.1 OpenStack项目

5.2能耗感知智慧云平台详细模块设计

5.3平台部署与实现

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果