面向云計(jì)算中心效能優(yōu)化的負(fù)載平衡方法

向 沖

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 信息咨詢研究院，武漢 430023）

企業(yè)服務(wù)器運(yùn)行期間，應(yīng)盡可能節(jié)約電能資源，以此降低運(yùn)行成本，優(yōu)化服務(wù)質(zhì)量。目前，云計(jì)算中心服務(wù)系統(tǒng)大范圍應(yīng)用，為取得云計(jì)算中心效能優(yōu)化的良好效果，應(yīng)用負(fù)載平衡方法具有必要性和重要性，這對虛擬化技術(shù)高效利用、效能優(yōu)化有積極作用。由此可見，這一論題探究的現(xiàn)實(shí)意義較顯著，論題探究如下。

1 虛擬化技術(shù)簡介

云計(jì)算中心為企業(yè)提供便利的同時(shí)，存在能耗浪費(fèi)現(xiàn)象，對此，研究人員提出相關(guān)補(bǔ)救措施，通過運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)以及先進(jìn)方法盡可能實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，其中，虛擬化技術(shù)通過負(fù)載整合，完成能耗管理目的。

虛擬化技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)七十年代，云計(jì)算思想提出后，該技術(shù)被研究學(xué)者高度關(guān)注，同時(shí)，虛擬設(shè)備大量上市。數(shù)據(jù)中心利用這一技術(shù)，能夠大大提高資源利用率，取得資源管理的良好效果，最終減少能耗成本。虛擬化技術(shù)性能指標(biāo)表現(xiàn)為整體遷移時(shí)間、應(yīng)用程序性能、停機(jī)時(shí)間三方面，常見遷移方式有兩種，分別為動態(tài)遷移和靜態(tài)遷移。虛擬化技術(shù)合理運(yùn)用，是順應(yīng)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的基本表現(xiàn)，同時(shí)，能夠優(yōu)化企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，確保資源遷移工作滿足實(shí)際需要，針對能源高效管理、合理配置，實(shí)現(xiàn)效能優(yōu)化的目的。下文具體探究效能優(yōu)化框架以及具體方法[1]。

2 負(fù)載平衡方法探究

2.1 系統(tǒng)框架

負(fù)載平衡框架位置在虛擬化技術(shù)數(shù)據(jù)中心，系統(tǒng)框架如圖1所示，它主要受系統(tǒng)主機(jī)操控，聽從系統(tǒng)主機(jī)調(diào)度，同時(shí)，傳遞相應(yīng)的遷移信息。分析系統(tǒng)可知，系統(tǒng)守護(hù)進(jìn)程包括兩個(gè)，分別為全局式和主機(jī)式，前者通過網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)備完成通信任務(wù)，同時(shí)，全過程操控主機(jī)守護(hù)進(jìn)程，在這一過程中，虛擬監(jiān)視設(shè)備負(fù)責(zé)信息獲取和信息提交，最終能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)中心信息的全面掌控。后者主要在特權(quán)虛擬機(jī)應(yīng)用層發(fā)揮應(yīng)用作用，在分析虛擬機(jī)內(nèi)存利用情況的基礎(chǔ)上，間接掌握虛擬設(shè)備負(fù)載。與此同時(shí)，這一進(jìn)程在能耗獲取、反饋等方面發(fā)揮積極作用，以此為依據(jù)掌握相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)信息提交于全局守護(hù)進(jìn)程。

圖1 負(fù)載平衡系統(tǒng)框架

負(fù)載平衡系統(tǒng)框架在子系統(tǒng)任務(wù)細(xì)分的基礎(chǔ)上，合理配置虛擬機(jī)資源，充分發(fā)揮虛擬機(jī)設(shè)備利用率，與此同時(shí)，及時(shí)預(yù)測負(fù)載信息，針對性制定遷移方案，根據(jù)信息提示完成資源分配任務(wù)，從整體優(yōu)化主機(jī)服務(wù)質(zhì)量[2]。

2.2 遷移策略

負(fù)載平衡框架應(yīng)用后，根據(jù)能耗特點(diǎn)提出合理的節(jié)能對策，其中，DVFS技術(shù)在調(diào)節(jié)處理器頻率和電壓的基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整功耗。CMOS電路功耗特征總結(jié)為數(shù)據(jù)中心總功率能耗比為為了避免服務(wù)質(zhì)量受到影響，通過定理證明的方式分析處理器頻率與功率間的變化，在此期間，優(yōu)選適合的資源分配法，保證數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定、有序運(yùn)行。此外，運(yùn)用虛擬機(jī)優(yōu)化遷移算法驗(yàn)證虛擬機(jī)遷移目的，同時(shí)，為遷移操作是否持續(xù)推進(jìn)提供依據(jù)。

2.3 系統(tǒng)仿真

計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的過程中，系統(tǒng)仿真技術(shù)隨之出現(xiàn)，系統(tǒng)仿真以相關(guān)理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)設(shè)備為工具，借助模型仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，在這一過程中，總結(jié)專家研究經(jīng)驗(yàn)，最終得出合理決策。仿真技術(shù)類型多樣，它具有離散性、連續(xù)性等特點(diǎn)，仿真虛擬機(jī)不同于虛擬機(jī)。云計(jì)算仿真軟件支持云計(jì)算研發(fā)工作，并且在云計(jì)算資源調(diào)用、管理方法發(fā)揮輔助作用，負(fù)責(zé)資源監(jiān)測、設(shè)備映射、信息交互、模擬調(diào)度。除此之外，還能客觀判斷云計(jì)算服務(wù)，該仿真軟件發(fā)揮服務(wù)優(yōu)勢的同時(shí)，會遇到資源分配、負(fù)載處理等問題，因此，借助這一表達(dá)式估計(jì)功率，最終通過調(diào)整處理器頻率電壓，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約目的。

2.4 仿真實(shí)驗(yàn)及評估

仿真實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)中心，主機(jī)數(shù)量為八個(gè)，主機(jī)內(nèi)存為9GBm，處理器數(shù)量為一個(gè)，處理能力為3100MIPS，最大功率為255W。設(shè)定遷移周期為78s，每間隔78s檢查遷移需求。其中，仿真工具提供兩種策略，分別為無遷移策略和DVFS策略，前者利用模塊提高動態(tài)調(diào)頻技術(shù)利用率，完成電壓調(diào)節(jié)目的，但不支持虛擬機(jī)遷移；后者配合應(yīng)用虛擬機(jī)分配策略，支持虛擬機(jī)遷移。本文提出效能優(yōu)化策略，三種策略對比可知，效能優(yōu)化策略能耗最低，為5.88能耗/kWh，遷移數(shù)為216；無遷移策略為7.81能耗/kWh，無遷移；DVFS策略為6.96能耗/kWh，遷移數(shù)為2641。從中能夠看出，效能優(yōu)化策略具有良好的節(jié)能效果，雖然DVFS策略節(jié)能效果較良好，但該策略實(shí)用性較差[3]。

3 結(jié)束語

綜上所述，云計(jì)算中心負(fù)載平衡方法具有良好的節(jié)能效果，該方法在優(yōu)化服務(wù)質(zhì)量、提升服務(wù)性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，這對云計(jì)算中心有序運(yùn)行有推動作用。與此同時(shí)，還能大范圍推廣負(fù)載平衡方法，為理論研究人員提供支持。本文在理論介紹的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)框架、遷移策略、系統(tǒng)仿真、仿真實(shí)驗(yàn)及評估來探究負(fù)載平衡方法，這對虛擬化技術(shù)高效運(yùn)用，云計(jì)算中心系統(tǒng)優(yōu)化有積極影響。