[发明专利]一种基于CPU动态调频技术的数据中心节能方法

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种基于CPU动态调频技术的数据中心节能方法。

背景技术

最近几年，云计算已经成为计算模式的研究和应用热点。各种各样的云计算产品方便了网络应用，例如AmazonEC2、Google AppEngine等。随着云数据中心的蓬勃发展和各类商业云的积极铺开，需求的飞速增长和多样化使得数据中心的规模越来越大、越来越复杂。据统计，Google、微软、拍卖网站eBay、雅虎、Facebook、亚马逊等所拥有的服务器数量均在几十万台。我国2009年各类数据中心和机房的总数量达到519990个，超过70%的服务器安装运行在数据中心。Internet数据中心预计，2012年我国数据中心数量以复合年增长率1.3%达到约540777个左右。40.6%的数据中心服务器数量以20%-50%速度增长。随着数据中心规模的激增，供应系统正常运行的电能和制冷等成本也呈爆炸式增长，由此造成的系统过热现象严重。

云数据中心的巨大能耗已经成为一个突出问题。据统计，2006年美国6000个左右的数据中心，消耗了大约610亿千瓦时的电能，总值高达45亿美元，超过了当年美国所有彩色电视机的总能耗。来自美国能源部的数据表明，数据中心的能耗占全美所有能耗的1.5％，并且对电能的需求仍在以每年12％的速度增长。2010年，美国数据中心的耗电量已达1000亿度，占总耗电量的2.5%，中国也达到了2.4%，资源环境问题已成为数据中心发展的瓶颈。

然而据统计，数据中心的资源利用率很低，平均只有30%左右，服务器在一天中有很大一部分时间处于闲置(CPU利用率为0)，即使空闲时也会带来满载(CPU利用率为100%)时60%的功耗。尽管云计算被认为是一种绿色计算，但其本身并没有提供成熟的解决方案来评价和降低能耗，仍需要一种高能效方法来切实地实现绿色计算。

如何在云端有效地整合资源，合理分配任务，使之既满足业务需求又降低系统功耗便成为云时代的一项新挑战。

当前，虚拟化技术已成为云基础设施资源实现按需动态伸缩的重要技术之一^[1]，以虚拟机为粒度实现云数据中心的资源按需分配已成为趋势。通过实时迁移虚拟机，数据中心可以将若干负载较低的虚拟机整合到较少物理机上，关闭那些没有虚拟机的物理机，从而实现节能。具体来说，实现虚拟机迁移的动机在于对物理机的实时监测，如果发现过热点（负载过重）或者过冷点（负载过轻），就会触发迁移，平衡热点、关掉过冷点，达到节能的目的。

我们将云数据中心从资源预测、触发迁移、待迁虚拟机选择、目的物理机选择的过程称为虚拟机到物理机的放置。文献^[2]提出通过预测各节点资源利用率，将资源利用率低的节点中的所有虚拟机迁出然后关机以节省能耗，将资源利用率过高的节点中的部分虚拟机迁出以降低资源利用率和防止形成热点。文献^[3]则提出监测资源利用率趋势的预测方法，以避免频繁迁移。这些方法存在预测不够准确导致无谓的迁移，而虚拟机的迁移会增加节点CPU资源的消耗，迁移发生的次数越多，消耗的CPU资源就越多，进而数据中心的电源消耗也越多。另一方面，迁移中的虚拟机将会遭受长时间的服务性能下降。所以在节能问题中有必要减少虚拟机迁移次数的发生。