[发明专利]一种虚拟化环境中自适应按需资源分配的方法及系统

权利要求书

1.一种虚拟化环境中自适应按需资源分配的系统，其特征在于：它包括动态感知请求分发模块、一台物理机上多个虚拟机之间的按需分配模块即1-PM:N-VM模块和数据中心全局管理模块，1-PM:N-VM模块根据实时收集的用户体验进行一台物理机上资源的分配；动态感知请求分发模块根据监测的应用请求负载信息和虚拟机容量信息把负载分发到合适的虚拟机上对请求进行响应；数据中心全局管理模块根据收集的物理机资源负载信息决定是否需要虚拟机在物理机之间进行迁移以重新进行放置，在物理机过量或不足时是否向空闲资源池释放或申请新的物理机以退出或加入应用的服务；

所述的动态感知请求分发模块包括：应用负载监控模块、应用负载预测模块、虚拟机容量动态感知模块和请求分发模块，应用负载监控模块监测请求负载信息，把结果传递给应用负载预测模块；应用负载预测模块使用长期预测加短期修正方法对负载量进行预测；虚拟机容量动态感知模块实时收集各个虚拟机的容量信息；请求分发模块根据负载预测的结果和各个虚拟机的容量信息选择合适的虚拟机处理请求对其进行响应；

该应用负载监控模块是：每一类应用都需要一台负载分发器，负载监控模块运行于其上；所有的请求首先到达相应的负载分发器，此处的应用负载监控模块可以很容易的获知全局负载信息，该模块是个程序元件；

该应用负载预测模块是：使用长期预测加短期修正的方法对负载进行预测；根据应用负载监控模块第i个阶段的实测负载和第i个阶段的预测误差预测第i+1个阶段的负载状态，该模块是个程序元件；

该虚拟机容量动态感知模块是：在物理机中的domain0控制台虚拟机中实时监测运行其上的各个虚拟机的容量变化，该模块是个程序元件；

该请求分发模块是：根据所设计的策略把请求转发到相应的虚拟机中进行处理，该模块是个程序元件；

所述的按需分配模块即1-PM:N-VM模块包括：请求响应时间获得模块、资源需求控制模块和资源裁决控制模块，请求响应时间模块实时获得每个虚拟机中所运行应用的请求响应时间；资源需求控制模块依据实时获得的实际响应时间和所定义的期望响应时间的差异，决定需要增加或减少的资源量；资源裁决控制模块根据资源需求控制模块所提供的各个虚拟需求和资源总量的限制条件，做出最终资源分配的决定；

该请求响应时间获得模块是：根据请求到达时间戳和响应处理完毕时间戳的差值获得每个请求在服务器端的实际处理时间，该模块是个程序元件；

该资源需求控制模块是：根据请求的实际处理时间和期望响应时间决定虚拟机的资源需求，该模块是个程序元件；

该资源裁决控制模块是：根据各个虚拟机的资源需求和资源总量的限制决定最终的资源分配结果；当不发生资源竞争时，按需为各个虚拟机分配资源；当发生竞争时，提供服务差异，优先保证高优先级应用的资源需求；该模块是个程序元件；

所述的数据中心全局管理模块包括：物理机资源监控模块、虚拟机迁移管理模块和空闲资源池管理模块，物理机资源监控模块监控物理机的各类资源使用情况；虚拟机迁移管理模块根据物理机资源监控模块收集的信息决定是否需要发生虚拟机在各个物理机之间的迁移进行重新放置，以及选择哪些虚拟机进行迁移；空闲资源池管理模块根据虚拟机迁移管理模块进行迁移后的结果决定是否需要向空闲池申请或释放物理机；

该物理机资源监控模块是：监控物理机的各类资源使用情况，该模块是个程序元件；

该虚拟机迁移管理模块是：当物理机监控模块监测到物理机的资源使用率过高时，需要把其上运行的一些虚拟机采取一定的策略迁移到其它负载资源使用率较轻的物理结点上；当物理机监控模块监测到大多数物理机的资源使用率过低时，需要把某些负载低的物理上运行的虚拟机采取一定的策略迁移到其他物理节点上，以空闲出更多的物理机释放到空闲资源池达到降低功耗的目的，该模块是个程序元件；

该空闲资源池管理模块是：负责维护空闲资源池，当前正在运行的物理机数量“过量”或“不足”时，空闲资源池管理模块负责向空闲资源池申请添加或释放物理机，该模块是个程序元件。

2.一种虚拟化环境中自适应按需资源分配的方法，其特征在于：它包括三个具体的策略：

1)自适应的虚拟机动态容量感知请求分发策略，其具体步骤如下：

步骤1：实时监控应用负载；

步骤2：使用长期预测和短期修正的方法，根据第i个阶段的实测负载和预测误差预测第i+1个阶段的应用负载；

步骤3：实时获得虚拟机的资源容量信息；

步骤4：据步骤1预测的负载量信息与预设的负载阈值进行比较，若小于负载阈值，应用负载很低时，应尽量将负载集中，以便空出更多的物理机释放到空闲资源池以达到降低功耗的目的；若高于负载阈值，应尽量将负载均衡，避免出现有的虚拟机“忙死”，有的虚拟机“闲死”现象的发生；

2)1-PM:N-VM资源分配策略，其具体步骤如下：

步骤1：实时获得运行在每个虚拟机上应用的请求响应时间；

步骤2：为每类应用定义一个期望的响应时间范围；统计在每个周期内响应时间落入期望响应时间范围左侧，正好落入期望响应时间范围内，落入期望响应时间范围右侧的请求数；定义期望的用户满意度，期望的用户满意度以落入期望响应时间范围内的请求数和总请求数的比例来表示，越高效果越好；当落入期望响应时间范围左侧的请求数和总请求数的比例超出一定的阈值意味着为应用提供的资源充足，应当减少资源；当落入期望响应时间范围右侧的请求数和总请求数的比例超出一定的阈值意味着发生资源不足供应的现象，应该增加资源；

步骤3：根据设计的资源差异和响应时间差异的函数模型决定需要增加或减少的资源量；

步骤4：依据设计的优化理论模型，根据各个虚拟机的资源需求和资源总量的限制裁决最终的资源分配；

3)虚拟机迁移策略，其具体步骤如下：

步骤1：为每台物理机定义一个资源使用率的上下限阈值；

步骤2：当物理机资源使用率低于下限此时又没有物理机的资源使用率高于上限，并且存在着物理机可以接收其上运行的虚拟机，预示着物理机“过量”供应，将其上运行的虚拟机迁移到可以接收的物理机上，减少物理机的数量；当物理机资源使用率高于上限，但存在物理机可以接收其上运行的虚拟机，需要把虚拟机迁移到可以接收的物理机上继续运行；当物理机资源使用率高于上限阈值并维持了一段时间，此时没有可以接收其上运行的虚拟机继续运行的物理机，应从空闲资源池中吸收正在休眠的物理机加入运行。