虛擬化云計算平臺的能耗管理

陳俊茹

摘要：對于虛擬化云計算平臺的能耗管理的研究，其目的在于更深入的了解虛擬機和云計算平臺的能耗管理挑戰(zhàn)，從而進一步解決其能耗管理所存在的問題。高能耗的數(shù)據(jù)中心一度成為被解決的重點，如此便急需一種先進的科學(xué)技術(shù)或平臺為人類所用，而虛擬化技術(shù)和云計算模式憑借自身超強的實力和過硬的優(yōu)點出現(xiàn)在人類現(xiàn)實生活、工作和生產(chǎn)中，虛擬化技術(shù)和云計算模式以其特有的魅力飛速迅猛的發(fā)展，由于其具有較高的資源利用率等優(yōu)點，使虛擬化技術(shù)和云計算技術(shù)廣泛應(yīng)用于日漸發(fā)展的信息時代中，該文簡要概括了虛擬化云計算平臺的能耗管理問題并對其進行深入分析。

關(guān)鍵詞：虛擬化；云計算平臺；能耗管理

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）21-0018-02

隨著世界經(jīng)濟文化的日益發(fā)展，信息化時代的來臨，數(shù)據(jù)中心的高能耗問題日漸成為一個應(yīng)當(dāng)被重點關(guān)注的問題。當(dāng)虛擬化云計算平臺在計算機的頻繁使用中誕生，諸多人類能夠使用到的信息逐漸被存放于云端，給計算機能耗的管理問題帶來十分困難的挑戰(zhàn)。高能耗問題的存在主要顯示于兩方面，數(shù)據(jù)中心的能耗和處理區(qū)的能耗，由于計算機的頻繁使用，使數(shù)據(jù)中心所運用到的范圍日益擴張，過量的消耗能量不斷體現(xiàn)在服務(wù)器數(shù)量日益增多上，由于服務(wù)器之間的利用率過于低下，從而使更多的有效電能被浪費，而在人類共同使用計算機的同時，處理器的高效運轉(zhuǎn)，也帶來了高能耗問題。但是，虛擬化技術(shù)的迅猛發(fā)展為高耗能問題提供了諸多新的解決問題的對策。

1 虛擬化云計算平臺的能耗測量

1） 虛擬云計算平臺的概念

虛擬化涉及的范圍十分寬廣，包括服務(wù)器虛擬化與存儲虛擬化。在服務(wù)器虛擬化過程中，需要將一臺物理計算機的服務(wù)器分化出來，將其虛擬成為多個不同的虛化虛擬機器，在更上一級的操作系統(tǒng)和軟件看來，所分化出來的各虛擬機是相對獨立所存在的服務(wù)器，但處于領(lǐng)導(dǎo)地位的不屬于其中任何一臺虛化虛擬機，而是屬于被分化出虛擬化虛擬機的主物理機的計算機。在虛擬化逐漸被人類所熟知的前提下，其所存在的不同場合標(biāo)志其所具有的不同意義。云計算則是通過對互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，按照計算機主機與虛擬機的需要，將通過計算所獲得的有效資源和信息傳輸給計算機或其他設(shè)備[1]。

2） 虛擬化云計算平臺的管理問題

計算機管理方面操作顯現(xiàn)出的良好的方便性是由虛擬化技術(shù)提供的，當(dāng)虛擬化數(shù)據(jù)中心需要維護時，可以將虛化虛擬機轉(zhuǎn)移到其他的服務(wù)器，重要的是不需要終止計算機的應(yīng)用程序，雖然此法顯現(xiàn)出優(yōu)越的方便性，但同時也為資金的解決帶來麻煩，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)增加了對寬帶的求購，由此便需要應(yīng)用更高性能的設(shè)備來滿足計算機的需求。另外，引進虛擬化技術(shù)，不僅可以改變計算機數(shù)據(jù)中心某些自動化的決策，同時也可以使計算機耗能問題得到有效控制。需要選購最新并且具有硬件虛擬化支持的處理器，同時，由于同一臺計算機主機上可能同時運行數(shù)以千計任務(wù)的虛擬機，所以在硬件設(shè)施的選擇上，其要求明顯更加嚴(yán)格。上述由數(shù)據(jù)中心的高能耗產(chǎn)生的問題，是對虛擬化云計算機平臺管理的重大挑戰(zhàn)[2]。

3） 虛擬機的能耗管理挑戰(zhàn)

虛擬化技術(shù)在給數(shù)據(jù)中心帶來解決對策的同時，也為能耗管理帶來新的挑戰(zhàn)。首先，由于在虛擬化平臺中，虛擬和物理兩種資源是不存在同一性的，所以，客戶機器所觀察到的虛擬資源與物理資源是不相同的。因此，將客戶虛擬機中的能耗問題進行有效管理和控制是十分重要的問題；其次，在計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心，伴隨著人類對網(wǎng)絡(luò)的追求日趨增多，導(dǎo)致計算機平臺不斷出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)更新和數(shù)據(jù)故障等問題。而由于虛擬機有其自身特有的特點，所以不僅可以實現(xiàn)對客戶虛擬機的能耗管理，同時也可以對虛擬機的能耗管理進行操作，另外，可以通過硬件能耗管理機制完成對單獨存在的虛擬機的降能耗處理，實際上，提出的解決對策依然存在局限性。由于信息是硬件資源被虛擬后，同時由各虛擬機共享的，因此對于硬件的降能耗管理問題不能夠被機器直接運用，會導(dǎo)致其他的虛擬機無法正常運行；利用硬件能耗管理機制中，由于硬件能耗管理策略被多個客戶虛擬機共享，所以部件不可以被用來進行能耗管理操作，綜合看來，兩套解決方案都存在不合理的因素，有局限性，因而研究出能將“軟”和“硬”同時結(jié)合到一起的能耗調(diào)節(jié)技術(shù)的方案，是十分必要的[3]。

4） 計算機虛擬機的能耗測量

在虛擬化云計算機平臺中，能耗使用過程中的可視性是十分重要的。隨著信息化的發(fā)展，可視信息能夠自動發(fā)現(xiàn)能耗管理中的問題并加以解決，由此便需要考慮一個十分重要的問題，即虛擬機的能耗測量問題，因為在計算機時代，計算機中心相對于能耗管理問題存在諸多需求，當(dāng)前眾多新研究出的計算機服務(wù)器都為能耗的測量提供了保障，而過時的計算機處理器也存在相應(yīng)的解決策略，可以使用功耗分布單元通過電源測試系統(tǒng)能耗，但此解決辦法不包括在虛擬化的環(huán)境中，虛擬機能耗無法直接測量[4]。

在云計算系統(tǒng)中心，通常情況下，為了確定虛擬化計算機的耗能狀況，會采取預(yù)算當(dāng)前計算機虛擬器內(nèi)存的利用率來決定。但遺憾的是，由于無法精準(zhǔn)的預(yù)算當(dāng)前計算機虛擬器內(nèi)存的使用情況，因此無法測量出根據(jù)測量出計算機內(nèi)存的利用率。由于云計算數(shù)據(jù)中心存在各種類型的負(fù)載，并且都有資源需求和動態(tài)變化，所以想要在云計算數(shù)據(jù)中心獲得精準(zhǔn)的虛擬機的能耗并不是一件容易的事情。另外，需要采用新的技術(shù)觀察虛擬機能耗的原因在于，管理計算機數(shù)據(jù)的工作人員無法預(yù)測知曉虛擬機里的內(nèi)容，更無法改變其行為軌道。

5） 對虛擬機能耗問題的分析

在虛擬化計算力網(wǎng)絡(luò)平臺中，大部分的在線能耗監(jiān)控都建立在物理節(jié)點基礎(chǔ)上，采用計算機平臺以外的功耗計量器，對計算機主機的能耗進行管理，并為計算機主機提供系統(tǒng)以內(nèi)的能耗，并非按照計算機的能耗問題，而對能量消耗進行統(tǒng)計，由此導(dǎo)致能耗管理的精準(zhǔn)度極低，為此，為了更進一步的對能耗管理進行精準(zhǔn)的測量，可以認(rèn)真開發(fā)資源和能耗輪廓分析法，虛擬機能耗輪廓分析法，可以自動分析每臺計算機下屬虛擬機的能耗問題。計算機領(lǐng)域的專家學(xué)者為了考慮能耗的優(yōu)化問題，在軟件程序上對相應(yīng)的能耗輪廓進行深度分析，并為其他學(xué)者提供有價值的信息，通過對虛擬化云計算平臺服務(wù)器整合場景的能耗進行能耗輪廓分析，從而開發(fā)出一個新模型來預(yù)測評估整合場景下所應(yīng)用程序的持久能耗[5]。

2 計算機平臺的能耗管理機制

1） 計算機平臺能耗管理機制的概要

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬化云計算平臺也在不斷的向前發(fā)展，在發(fā)展過程中出現(xiàn)的問題便隨之而來，由于虛擬化云計算平臺使用的大大增加，導(dǎo)致云計算網(wǎng)絡(luò)需要不斷地更新配置，而虛擬化云計算平臺同時在能耗的管理層面面臨更多新的挑戰(zhàn)，因此，為了加強計算機平臺需要對能耗管理機制進行不斷的開發(fā)。在計算機平臺管理中，需要將虛擬化云計算平臺的能耗管理分離成兩種管理機制，并根據(jù)相應(yīng)的管理機制管轄范圍的不同，使其管理不同的層面，并積極支持分析計算機管理層及其內(nèi)部更深入的管理層面[6]。

2）對虛擬化層的能耗管理

在計算機平臺虛擬化的能耗管理中，虛擬機管理器可以進行參與計算機平臺的能耗管理問題，其方式簡要分為兩種，第一種是計算機管理平臺中的虛擬機可以對整個計算機系統(tǒng)進行全程監(jiān)控，此時的計算機平臺下的虛擬機作為操作系統(tǒng)參與管理行程。第二種則是通過計算機平臺下虛擬機的能耗管理的操作方式不同，將其所有的操作完整的展現(xiàn)到計算機硬件能耗狀態(tài)上，此時的計算機平臺下的虛擬機作為運作系統(tǒng)維持原系統(tǒng)所存有的資源。虛擬機管理器層的重要特征是對虛擬機在線轉(zhuǎn)移的支持，通過虛擬機的轉(zhuǎn)移可以對動態(tài)虛擬機進行能耗感知的整合，從而達到節(jié)能的要求，并且只有物理主機之間可以互相轉(zhuǎn)移，離線轉(zhuǎn)移需要使用暫停的辦法將虛擬機從主機轉(zhuǎn)移到另一臺主機上，對重要信息進行復(fù)制后，逐漸恢復(fù)虛擬機的運行。

3）計算機云計算層的能耗管理問題

計算機平臺中的云計算層的能耗管理實際上是對計算機平臺下的虛擬機能耗管理進行操作的功能。計算機云計算層通過其能耗管理機制的問題，為其他平臺提供統(tǒng)一有效的管理方法，進而達到其在計算機虛擬機內(nèi)的能耗管理操作目的。云平臺層允許硬伸縮、軟伸縮和整合等形式對虛擬機進行能耗管理。硬伸縮的功能需要依靠計算機虛擬層所擁有的信息，其平臺和設(shè)備不同，硬伸縮所反映出的能力隨之不同，當(dāng)然規(guī)則也會自行判斷狀態(tài)是否會輕易改變。在硬伸縮無法通過計算機虛擬層提供的信息做出正確反饋時，軟伸縮便被重視，軟伸縮管理器通過對計算機虛擬機的屬性進行深入滲透，并加以整合修改，從而模擬出新的可能需要的性能屬性，如果計算機處理器停止工作，軟伸縮的功能會發(fā)揮的更細致，同時可以降低能耗的使用率，促進可持續(xù)發(fā)展。云計算平臺層的管理機制最優(yōu)的觀點是可以針對不同性能原因，選擇最佳的平臺進行降節(jié)能降耗操作[7]。

4）計算機虛擬機性能與能耗的分析

虛擬化云計算平臺的能耗管理問題是存在節(jié)能效果的，其所使用的節(jié)能方法是將正在使用的服務(wù)器進行統(tǒng)一，從而改善服務(wù)器過度耗能的問題。但在對服務(wù)器進行統(tǒng)一時需要對計算機性能與能耗進行深入分析，并對其權(quán)衡利弊。因為計算機處理器隨時處在變化之中，所以在對計算機軟件整合統(tǒng)一時，不僅要考慮服務(wù)器整合的能耗和性能權(quán)衡，對資源進行重置的開銷問題也在考慮范圍之內(nèi)[8]。

3 結(jié)束語

隨著世界的不斷發(fā)展，人類已由電氣時代逐漸進入科技發(fā)達的網(wǎng)絡(luò)信息時代，在當(dāng)今以網(wǎng)絡(luò)信息為潮流的時代中，計算機領(lǐng)域迅速的崛起，并不斷地更新主題、創(chuàng)新發(fā)展，虛擬化云計算平臺的使用更是逐漸頻繁，因此，對虛擬化云計算平臺的能耗管理技術(shù)進行深入的分析，對各行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)張都有一定的引導(dǎo)作用，并能夠不斷促進人類社會朝著更先進的信息時代發(fā)展。

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