集群功耗與服務(wù)質(zhì)量的協(xié)調(diào)控制調(diào)度策略研究

顧軍林

(淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院計通學(xué)院,江蘇 淮安223003)

1 引言

服務(wù)器規(guī)模龐大,能耗開銷大,資源異構(gòu)多樣,用戶群體廣泛,應(yīng)用任務(wù)類型各異,QoS目標(biāo)約束要求各不相同,云計算系統(tǒng)時刻都要處理大量的用戶任務(wù)和海量數(shù)據(jù)。如何對云系統(tǒng)中的資源進行合理分配管理,使得海量用戶服務(wù)請求均能在一個相對較短的響應(yīng)時間內(nèi)完成,同時確保云計算系統(tǒng)的資源利用率較高且整體負(fù)載水平相對均衡,成為了云計算領(lǐng)域中的一個研究熱點和技術(shù)難點。本文針對現(xiàn)有研究策略所存在的缺陷,設(shè)計并提出了功耗性能層級資源調(diào)度控制架構(gòu),并對集群級功耗控制層系統(tǒng)建模。

2 集群級功耗控制層架構(gòu)

集群級功耗控制層是多層級控制架構(gòu)中的主控制層,基于集群級的功耗控制而設(shè)計架構(gòu),每個集群一個集群級功耗控制層。集群級功耗主控制層的主要設(shè)計實現(xiàn)原理如下：在集群級功耗控制過程中,通過功耗控制器提供一個接口,根據(jù)從上一控制周期得到的各服務(wù)器對各自響應(yīng)時間數(shù)據(jù)的反饋情況,對各臺服務(wù)器按需分配集群功率,即給不同服務(wù)器分配不同的功率分配權(quán)重,并通過動態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)(DVFS)來調(diào)整每臺服務(wù)器的CPU頻率,從而使集群級功耗控制器能動態(tài)控制集群內(nèi)部所有服務(wù)器的整體功耗,在滿足硬件本身的功率、CPU頻率限定的范圍內(nèi),實現(xiàn)對集群功率資源的合理分配,使集群電力功耗能夠被充分有效的利用,并實現(xiàn)保證服務(wù)質(zhì)量并有效降耗的目的。在集群級功耗控制層中包括集群級的功耗控制器和功耗監(jiān)控器(萬用表),服務(wù)器級的CPU頻率調(diào)節(jié)器,以及虛擬機級的QoS監(jiān)控器(主要負(fù)責(zé)監(jiān)控應(yīng)用響應(yīng)時間)。

3 集群級功耗控制層系統(tǒng)建模

基于控制理論原理,可以得到第i臺服務(wù)器的功耗模型如下：Power(k＋1,i)＝Power(k,i)＋ai△f(k,i),其中ai是一個廣義參數(shù),其具體值會因服務(wù)器系統(tǒng)和工作負(fù)載的不同而變化。系統(tǒng)模型中,控制目標(biāo)是在某一設(shè)定時間內(nèi)(即控制周期內(nèi)),保證Powertotal(k)收斂于Powerset,模型的準(zhǔn)確性已經(jīng)通過偽隨機數(shù)字白噪聲輸入驗證,總功耗Powertotal(k)則是指所有服務(wù)器的功耗之和,即,可得集群級總功耗控制系統(tǒng)模型如下：Powertotal(k＋1)＝Powertotal(k)＋A△f(k)其中,A＝{a1,a2……an},△f(k,i)＝{△f(k,1),△f(k,2)……△f(k,n)}。

圖1 集群級功耗控制層架構(gòu)圖

[1]Wang X,Wang Y.Coordinating power control and performance management for virtualized server clusters[C].IEEE TRANS.PARALLEL DISTRIB.SYST,2011：245-259.

[2]Franklin G F,Powell J D,Workman M L.Digital Control of Dynamic Systems[J].Reading,Ma.：Addison－ Wesley,1980,19(4)：457-458.