虛擬化云計(jì)算平臺能耗管理分析

江蘇省無錫汽車工程中等專業(yè)學(xué)校 劉 赟

虛擬化云計(jì)算平臺能耗管理分析

江蘇省無錫汽車工程中等專業(yè)學(xué)校 劉 赟

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，人們就需要擁有一種產(chǎn)品、平臺或者是技術(shù)為其提供服務(wù)，這種平臺還需要滿足人們相關(guān)要求。自然，虛擬化計(jì)算平臺應(yīng)該是人們最好的選擇。因這種平臺是以數(shù)據(jù)作為核心的信息化平臺，能夠?yàn)樯a(chǎn)與生活提供技術(shù)與平臺上的支持。但是從應(yīng)用來看，這種平臺在應(yīng)用中存在新的問題，尤其能耗管理是相關(guān)人士探究的重要課題。本文闡述了虛擬化云計(jì)算平臺概念及特征，分析了能耗管理的基本理念，并從該平臺能耗管理現(xiàn)狀中探析存在的問題，有針對性提出加強(qiáng)能耗管理措施建議。

虛擬化云計(jì)算；平臺；能耗管理

1.前言

隨著信息技術(shù)快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給人們的生活與工作帶來了巨大的便利，不斷改變著人們的工作與生活方式，實(shí)現(xiàn)了有效利用平臺資源。但是從虛擬化云計(jì)算平臺應(yīng)用來看，這種平臺在帶來便利同時也消耗大量能源，對該平臺發(fā)展造成影響，因此為促進(jìn)該平臺得到更好發(fā)展，就必須要加強(qiáng)能耗管理。在這種形勢下，虛擬化云計(jì)算平臺的能耗管理具有現(xiàn)實(shí)意義。

2.虛擬化云計(jì)算平臺的概述及能耗管理理念

2.1概念及特征

（1）概念；所謂虛擬化就是把虛擬化技術(shù)使用到計(jì)算機(jī)中，把該計(jì)算機(jī)虛擬為其他許多具備邏輯性計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了不同操作系統(tǒng)之應(yīng)用，最大化發(fā)揮資源的利用率，迅速擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的硬件容量，對簡化軟件進(jìn)行重組與配置，為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)資源及存儲資源等提供了有效的邏輯視圖。而且云計(jì)算屬于一種計(jì)算機(jī)共享池，這種計(jì)算模式就是依照使用量進(jìn)行付費(fèi)的共享模式，可以給用戶提供訪問、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用軟件及服務(wù)器等等，實(shí)現(xiàn)了快速利用資源。而虛擬化是云計(jì)算技術(shù)的核心，必須要通過虛擬化平臺構(gòu)建云計(jì)算。

（2）特征；虛擬化云計(jì)算平臺就是從原有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)發(fā)展出來的，具有虛擬化、規(guī)模較大及潛在危險的特征。該平臺就是把新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入到原有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)中去，從而形成眾多服務(wù)器。不但包含了谷歌等原有服務(wù)器，還把微軟、IBM及亞馬遜等各種服務(wù)器應(yīng)用起來，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的計(jì)算能力與超大規(guī)模；該平臺的核心技術(shù)即為云計(jì)算，自然虛擬化就成為基本特征，用戶使用過程時，不被地理位置所約束，其他任何終端都可以通過虛擬化進(jìn)入該平臺，從中獲得相應(yīng)的信息與服務(wù)；因虛擬化云計(jì)算平臺請求的服務(wù)內(nèi)容，都是云計(jì)算中的云服務(wù)，因此該服務(wù)內(nèi)容不但會實(shí)現(xiàn)用戶計(jì)算服務(wù)，還會存儲計(jì)算的數(shù)據(jù)，自然給用戶個人信息帶來風(fēng)險。

2.2能耗管理

（1）虛擬化層的能耗管理；虛擬化層能耗管理劃分成兩種模式，首先是把虛擬層當(dāng)成一個操作系統(tǒng)，對具體系統(tǒng)性能評估檢測，結(jié)合DVFS技術(shù)逐漸縮減系統(tǒng)內(nèi)部各部件耗能；另一種方式就是依托具體管理應(yīng)用程序信息的能耗，把虛擬層耗能情況通過硬件能耗情況映射出來。換而言之，通過虛擬層把電源接口與高配置硬件能耗管理系統(tǒng)，采用監(jiān)控CPU使用頻率監(jiān)控系統(tǒng)功率狀態(tài)，從而形成一個命令系統(tǒng)、獨(dú)立的平臺，依據(jù)整體消耗功率的變化曲線，實(shí)時調(diào)節(jié)硬件所處功率狀態(tài)，降低了能耗。

（2）能耗管理的基本理念；管理云計(jì)算平臺能耗就是通過軟硬伸縮與整合實(shí)現(xiàn)，修改Hypervisor調(diào)度屬性達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，并在多個資源上軟伸縮多個虛擬層，就能有效降低能耗。

（3）權(quán)衡平臺性能和能耗；在實(shí)際運(yùn)行過程中，性能始終和能耗掛鉤，因此就要權(quán)衡性能和能耗間的關(guān)系，尋找二者間的動態(tài)平衡，這種平衡也是管理虛擬化平臺能耗的手段。系統(tǒng)負(fù)載也會隨用戶及任務(wù)不同而發(fā)生變化，所以權(quán)衡性能和能耗同時，還必須要考慮到資源重置對開銷與收益產(chǎn)生的影響。例如負(fù)載發(fā)生很快變化時，主動去損失部分的性能可能比去出發(fā)一個遷移更為合理，否則就會在還未完成該遷移時觸發(fā)到下一個遷移，逐漸擴(kuò)大能耗。

3.虛擬云計(jì)算平臺的能耗管理分析

前面分析了能耗管理的理念及權(quán)衡性能與能耗，體現(xiàn)出了管理平臺能耗的重要性。因此從能耗管理現(xiàn)狀分析存在的不足，才能夠有針對性提出強(qiáng)化能耗管理的措施。

3.1存在的問題

從能耗管理現(xiàn)狀來看，虛擬云計(jì)算平臺在能耗管理中還存在各種問題，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）極難實(shí)現(xiàn)內(nèi)部虛擬機(jī)能耗管理；該平臺在運(yùn)行過程中就必須要依賴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，在管理計(jì)算機(jī)硬件能耗時，雖然能夠管理單獨(dú)虛擬機(jī)的能耗，但因硬件降能管理極難被機(jī)器利用，自然也就極難實(shí)現(xiàn)內(nèi)部各虛擬機(jī)間的共享。所以就會造成其他虛擬機(jī)不能給正常進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)與運(yùn)行，乃至被許多用戶所操作，極難真正實(shí)現(xiàn)降低平臺產(chǎn)生的能耗。

（2）數(shù)據(jù)中心存在高能耗，導(dǎo)致驅(qū)動器易發(fā)生故障；平臺運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)中心極易出現(xiàn)高能耗現(xiàn)象，造成云計(jì)算平臺服務(wù)器表現(xiàn)集群現(xiàn)象，而且傳輸設(shè)備也極易消耗大量的能源。因使用平臺的人數(shù)逐漸增多，自然云計(jì)算數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷增大，制冷需求及配電需求都在不斷增高，也就不斷提高數(shù)據(jù)中心驅(qū)動器的故障率，缺乏了可靠性。

（3）使用頻率較高，易產(chǎn)生大量能耗；虛擬化云計(jì)算平臺擁有絕對優(yōu)勢，被生產(chǎn)與生活中大量應(yīng)用。而且用戶數(shù)量與規(guī)模不斷擴(kuò)大，許多服務(wù)器與傳輸設(shè)備都被重負(fù)使用，讓平臺上大量服務(wù)于數(shù)據(jù)運(yùn)算均重復(fù)進(jìn)行，自然平臺使用也較為頻繁，引發(fā)大量的能耗問題。

3.2加強(qiáng)平臺能耗管理的措施

要加強(qiáng)云計(jì)算平臺中的能耗管理，應(yīng)該經(jīng)過哦固件相應(yīng)的能耗測量系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)，獲得能耗數(shù)據(jù)后再建模，分析消耗能量的情況，從而使用技能技術(shù)。例如采用服務(wù)等級協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)了能耗管理。

（1）實(shí)時監(jiān)控平臺能耗；要實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控平臺的能耗，就必須要構(gòu)建相應(yīng)能耗模型，把計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中一些特定類型資源的利用率，和計(jì)算機(jī)整體系統(tǒng)的能耗有效連接起來。對各種輕量級監(jiān)控工具聯(lián)合起來，測量平臺中虛擬機(jī)的利用資源情況，按照測量結(jié)果，測量虛擬化云計(jì)算平臺的總能耗：Eserver=Eidle+Ecpu+Emem+Edisk+Enet

（2）分析能量消耗情況；平臺中的能量消耗分成了動態(tài)能量消耗及靜態(tài)消耗。靜態(tài)消耗主要包含了虛擬機(jī)、CPU及內(nèi)存等平臺上各種系統(tǒng)部件；而動態(tài)消耗包含了在線遷移及服務(wù)器整合消耗等等。對CPU能量消耗的建模是：Ecpu=αcpuμcpu+γcpu，虛擬機(jī)能耗就是：Ecpu.A=αcpuμcpu.A。通過記錄計(jì)算機(jī)的處理器，就能夠把這個平臺中內(nèi)存能耗模型作為：Emem（T）=αmemNLLC（T）+γmem；系統(tǒng)整體的能耗模型是：P｛cpu，cache｝=a1+a2pcpu+a3pcache。

（3）使用技能技術(shù)加強(qiáng)能耗管理；節(jié)能技術(shù)成為國際問題，自然平臺也要高度重視技能技術(shù)。平臺技能技術(shù)主要劃分成兩種，就是靜態(tài)和動態(tài)兩種技能技術(shù)。靜態(tài)節(jié)能技術(shù)就是設(shè)計(jì)平臺系統(tǒng)與部件過程中，采用電路層的節(jié)能技術(shù)管理能耗的方法；動態(tài)節(jié)能技術(shù)就是安裝智能管理軟件模式，實(shí)現(xiàn)了能耗管理。就在通過這兩種節(jié)能技術(shù)，依據(jù)云計(jì)算平臺的能耗實(shí)況，有針對性選擇合適的能耗管理措施。

4.結(jié)束語

一直以來，虛擬化云計(jì)算的平臺都具備虛擬化、規(guī)模大等各種顯著特征，如今被生產(chǎn)與生活中大量應(yīng)用，但是隨著人數(shù)與使用范圍不斷擴(kuò)大，該平臺存在的高能耗問題也凸顯出來。就需要從能耗管理現(xiàn)狀入手，分析管理過程中存在的問題，從而加強(qiáng)管理平臺能耗，采取有效措施監(jiān)控能耗及分析能耗，并且要選擇合適的節(jié)能技術(shù)，加強(qiáng)對云計(jì)算平臺能耗的管理。

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［2］李妍霏.云計(jì)算中的能耗計(jì)量模型和節(jié)能優(yōu)化機(jī)制［D］.北京郵電大學(xué)，2013.

［3］蘇命峰.云計(jì)算環(huán)境下高校數(shù)據(jù)中心的虛擬化研究與實(shí)現(xiàn)［D］.湖南大學(xué)，2015.

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