[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

说明书

(一)技术领域

本发明涉及资源分配，尤其涉及一种虚拟化环境中自适应按需资源分配的方法及系统，属于计算机技术领域。

(二)背景技术

随着Internet应用的飞速发展，越来越多的服务提供商把服务外包给数据中心，使得数据中心的规模变得越来越大、越来越复杂。虚拟化技术由于具有以下特点使得其在构建大规模数据中心中发挥着越来越重要的作用：1、提升基础架构的资源利用率。一台物理机(PM)上可以同时运行多台虚拟机(VM)，虚拟机监控器(VMM)提供更细粒度的资源分配机制支持，例如xen(一种开源的虚拟化产品)默认的credit调度策略提供CPU资源动态分配的机制支持，balloon driver提供memory资源动态分配机制支持，细粒度的资源分配接近于优化分配；2、更好的安全、隔离性。一台虚拟机受到病毒、安全威胁或其中的应用导致系统崩溃不会影响其他虚拟机的运行；3、具有更好的高可用性。当虚拟机所运行的物理机意外宕机，可以使用虚拟机迁移机制将整个虚拟机快速迁移到其他物理机继续运行；4、能更好的降低功耗、制冷和机房空间。利用服务器整合技术，减少数据中心物理服务器和相关硬件的数量，从减少机房空间、能耗与制冷需求中获益；5、提高了IT员工的工作效率。一台新服务器的上线需要复杂的流程，而新建虚拟机只是几分钟的事，大大简化了服务器的供应。

数据中心中的资源管理分三个层次：(1)同一台物理机上多个虚拟机之间如何划分物理机资源；(2)虚拟机在物理机上的放置问题；(3)对外提供服务的服务器不止一台，如何在提供相同服务的虚拟机之间进行请求分发。

在目前的资源管理系统中，对于资源的分配与管理，存在着如下几个问题：

1)这三个层次相互独立考虑，没有考虑相互之间的依赖关系。例如，层次(3)中的请求分发策略设计的不合理，不能感知到虚拟机资源的动态变化，会出现层次(1)中“徒劳”增加或减少虚拟机资源的现象。在层次(1)中准确的按需为虚拟机分配资源，可以使得层次(2)中虚拟机在更少量的物理机上进行放置。

2)目前针对层次(1)HP公司的HP-UX Workload Manager、VMware的DRS、IBM的Tivoli都是基于定义的期望资源使用率来激发资源重新分配调整的。在学术界P.Padala，X.Zhu等也都是基于类似的思路进行资源的调整。基于资源使用率进行调整存在着以下一些缺点：(a)随着Internet应用的发展，应用变得越来越“庞大”、越来越复杂，期望的资源使用率定义多少合适变得越来越困难。如果定义的太高，会影响应用的性能。如果定义的过低，导致浪费资源。(b)在虚拟化环境下，准确的资源使用率采样变得更加困难，因为需要过滤虚拟机监控器带来的开销。(c)当多个虚拟机运行于同一个物理机上时，以当前测得的资源使用率预测真实的资源需求准确性很差。

3)传统的针对物理机环境下的请求分发策略在虚拟化环境下不再适用。在物理机环境下除非管理员手工进行scale up或scale down，否则在运行过程中应用所占用的服务器资源容量是不变的，而在虚拟化环境下由于VMM提供动态的更细粒度资源分配机制支持，虚拟机的资源容量在应用运行过程中会发生动态变化。

4)传统情况下为了降低功耗和制冷成本，不使用的物理机进行关机以达到节能的目的。但是实际情况下web服务具有很大的突发性，这种情况发生时加入新的物理机器参与运行时间上的开销太大。据统计，如果系统不能对用户的请求按时响应超出用户的满意度，服务提供商不仅面临着“提升”用户对服务沮丧程度的风险，更有甚者用户可能会转向竞争者的服务，影响公司的产品和公司声誉，带来很大的经济损失。

为了解决以上存在的问题，我们设计了一套自适应按需资源分配系统。针对问题2)，在层次(1)根据用户的期望响应时间进行一台物理机上多个虚拟机之间资源重新分配的依据，这种方式更直接更符合现实情况。针对问题3)，在层次(2)设计了一个虚拟机资源容量动态感知模块能实时感知虚拟机容量的动态变化。针对问题4)，维护了一个空闲资源池，当物理机不使用加入空闲资源池时，不是让其立即关机，而是让其处于休眠状态维持一段时间。针对问题1)我们所设计的系统考虑这三个层次之间的相互依赖。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种虚拟化环境中自适应按需资源分配的方法及系统，以更有效的满足用户体验，更有效的使用资源。

本发明是通过以下技术方案实现的：