[发明专利]一种基于性价比的虚拟化资源调度优化方法

权利要求书

1.一种基于性价比的虚拟化资源调度优化方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：首先根据物理服务器的当前整合比，将所有的物理服务器划分至相应的整合比区间中，整合比的大小表示物理服务器所能承载虚拟资源的能力；

在用户申请虚拟资源时，首先根据申请的虚拟资源的配置将其创建到虚拟资源配置所属的整合比区间中，如果所属整合比区间中的所有物理服务器均不能承载该虚拟资源，则将其创建至其它整合比区间中；

在云计算系统运行时，周期性地判断整合比区间上的物理服务器属于重负载还是轻负载，对于重负载物理服务器，将其上运行的资源使用率小的若干虚拟资源迁移到整合比区间内的其它物理服务器上，如果本区间内的其它物理服务器不能承载待迁移虚拟资源，则将其迁移至整合比更小的相邻区间中的物理服务器上；对于轻负载物理服务器，将其上运行的资源使用率大的若干虚拟资源迁移到本整合比区间内的其它物理服务器上，如果本区间内的其它物理服务器不能承载待迁移虚拟资源，则将其迁移至整合比更大的相邻区间中的物理服务器上。

2.根据权利要求1所述的基于性价比的虚拟化资源调度优化方法，其特征在于：物理服务器属性定义：物理服务器通过同一虚拟化技术标准可以虚拟出来的标准虚拟资源的数量定义为虚拟化整合比，简称整合比，用R表示；R_max为最大整合比，即额定整合比，表示物理服务器整合比的最高额定值，系统在动态调整时不能超过该值；R_min表示最小整合比，表示物理服务器整合比的最小额定值，系统在动态调整时不能低于该值；S_HP为规格整合参数，表示采用数值量化的物理服务器的硬件配置规格，S_FH为空闲配置，表示当前物理服务器还可以量化的标准虚拟资源配置；U_max为资源使用率上限，表示采用数值量化后的当前物理服务器使用率上限，U_min为资源使用率下限，表示采用数值量化后的当前物理服务器使用率下限；RS_i为整合比区间标识，为根据物理服务器的整合比划分出的第i区间，PS_i,j为物理服务器 标识，表示隶属于RS_i区间上的第j台物理服务器，R_i,j当前整合比，表示隶属于RS_i区间上的第j台物理服务器当前的虚拟整合比，物理服务器当前运行的标准虚拟资源不能使其超过该整合比R_i,j，R_min≤R_i,j≤R_max；CV为虚拟资源数量，表示当前物理服务器承载的虚拟资源的数量，AT为调度周期，表示系统动态资源调度周期；

虚拟资源属性的定义：S_HV为虚拟资源配置规格，为采用数值表示的虚拟资源的硬件配置；VS_i,j,k为虚拟资源标识，表示隶属于RS_i区间内的PS_i,j物理服务器上的第k台虚拟资源；HP为虚拟资源硬件参数，表示一组用户选择的虚拟资源硬件配置集合，R_V为虚拟资源标准比，通过统一的算法和虚拟资源的配置得出的虚拟资源对应的标准整合比，R_V＝1的虚拟资源称为标准虚拟资源；

U_now表示当前资源使用率，表示采用数值量化后的当前物理服务器或者虚拟资源的使用率；

所述虚拟化资源调度优化方法包括初始设置、一级调度和二级调度；

所述初始设置通过以下步骤来实现：

A).计算并初始化物理服务器的基本属性，首先根据物理服务器的硬件配置规格，采用具体的整合算法计算出其规格整合参数S_HP，根据物理服务器的运行要求，计算出最大整合比R_max、最小整合比R_min和当前整合比R_i,j；在物理服务器上运行一台最小量和最大量的标准虚拟资源，计算出资源使用率下限U_min、资源使用率上限U_max；

B).划分整合比区间，根据所有物理服务器的最小整合比和最大整合比，划分出m个整合比区间，其集合为RS＝{RS_i|i＝1,2,3,...,m}，RS_i代表第i个整合比区间，整合比区间按照升序排列，RS_i区间的上限小于RS_i+1区间的下限；

C).物理服务器所属区间的划分，设云计算中心具有n台异构物理服务器，其集合表示为PS＝{PS_i,j|i＝1,2,3,...,m；j＝1,2,3,...n}，其中PS_i,j表示在第i个整合比区间中的第j个物理服务器；并将每一个整合比区间RS_i中的物理服务 器按其当前资源使用率U_now升序排列；

所述一级调度通过以下方法来实现：

a).求取虚拟资源标准比，根据用户所要创建的虚拟资源的配置S_HV，求取出所对应的虚拟资源标准比R_V；

b).判断虚拟资源标准比所属区间，从具有最大整合比的区间RS_m开始判断，判断R_V所属的整合比区间；设判断出虚拟资源标准比R_V属于区间RS_i；

c).依次查找物理服务器，首先查找出当前整合比区间中所有物理服务器的列表，记为{PS_i,1,PS_i,2,...,PS_i,N}，共计N台物理服务器，然后从区间RS_i中的第一台物理服务器依次查找，执行步骤d)；

d).判断是否存在目标物理服务器，判断当前物理服务器的空闲配置S_FH是否可承载待建虚拟资源S_HV，如果可以承载，则返回该目标物理服务器PS_target的ID，执行步骤i)；如果该物理服务器不能承载待创建的虚拟资源的配置S_HV，则执行步骤e)；

e).扩充物理服务器的当前整合比，首先利用物理服务器的最大整合比R_max减去其当前的整合比R_i,j，获取当前物理服务器还可扩充的整合比，记为Total_available_R_V；

f).判断扩充后的物理服务器是否能承载R_V，从数目1开始直至Total_available_R_V对物理服务器的当前整合比依次进行增加，并判断当前整合比增加后的物理服务器是否能承载虚拟资源R_V，如果能承载，则返回该目标物理服务器PS_target的ID，执行步骤i)；如果不能承载，执行步骤g)；

g).区间是否判断完毕，判断当前整合比区间内的所有物理服务器是否判断完毕，如果判断完毕，则执行步骤h)；如果没有判断完毕，则执行步骤c)；

h).切换至下一整合比区间，将判断是否有能容纳待建虚拟资源S_HV的区间调整至下一整合比区间，执行步骤b)；

i).创建虚拟资源，根据返回的目标物理服务器PS_target的ID，在该物理服务器上创建用户申请的虚拟资源；

二级调度根据用户设定的调度周期AT对云计算中心上运行的虚拟资源进行迁移，通过以下方法来实现：

1).获取物理服务器列表，设当前待处理的整合比区间为RS_i，获取区间RS_i中物理服务器的列表，记为{PS_i,1,PS_i,2,...,PS_i,N}；依次对该整合比区间中的N台物理服务器进行判断；

2).获取虚拟资源列表，设当前待判断的物理服务器为PS_i,j，获取PS_i,j上运行的所有虚拟资源的列表，记为{VS_i,j,1,VS_i,j,2,...,VS_i,j,M}；依次对物理服务器PS_i,j上的M台虚拟资源的使用率U_now进行判断；

3).判断虚拟资源类型，设当前待判断的虚拟资源为区间RS_i内第j台物理服务器上的第k台虚拟资源PS_i,j,k，判断虚拟资源PS_i,j,k的当前资源使用率U_now是否大于所在物理服务器的资源使用率上限U_max，如果大于，则表明当前虚拟资源为重负载虚拟资源，将重负载虚拟资源的数目计数器Count_heavy加1；如果不大于，判断资源使用率U_now是否小于或等于所在物理服务器的资源使用率下限U_min，如果成立，则表明当前虚拟资源为轻负载虚拟资源，将轻负载虚拟资源的数目计数器Count_light加1；

4).判断是否判断完毕，判断当前物理服务器上的所有虚拟资源的负载类型是否判断完毕，如果判断完毕，执行步骤5)；如果没有判断完毕，则执行步骤2)；

5).判断物理服务器类型，根据步骤3)中求取的重负载虚拟资源数目Count_heavy和轻负载虚拟资源数目Count_light，判断重负载资源的数量是否超过了该物理服务器上所有虚拟资源数量的一半，如果超过一半，则表明该物理服务器为重负载物理服务器，执行步骤6)；如果没有超过一半，则表明该物理服务器为轻负载物理服务器，执行步骤7)；

6).降低当前整合比，在物理服务器的当前整合比R_i,j降低后仍旧满足承载所有虚拟服务器的要求和大于最小整合比R_min的条件下，对物理服务器的当前整合比R_i,j进行降低处理；执行步骤8)；

7).增加当前整合比，在物理服务器的当前整合比R_i,j增加后仍旧满足 小于最大整合比R_max的条件下，对物理服务器的当前整合比R_i,j进行增加处理；执行步骤8)；

8).判断物理服务器是否判断完毕，判断整合比区间RS_i中的所有物理服务器是否均已判断完毕，如果判断完毕，则执行步骤9)；如果没有判断完毕，则执行步骤1)；

9).虚拟机的迁移，对于轻负载类型的物理服务器，选择前K％个重负载类型的虚拟资源迁移到该区间中整合比降低的物理服务器上，如果迁移失败，则执行步骤10)；对于重负载类型的物理服务器，选择前K％个轻负载类型的虚拟资源迁移到该区间中整合比增加的物理服务器上，如果迁移失败，则执行步骤11)；

10).区间之间迁移，将选择出的前K％个重负载类型的虚拟资源迁移到整合比区间标记小于i的区间物理服务器上；如果其它整合比区间不存在满足承载能力的物理服务器，则退出迁移；

11).区间之间迁移，将选择出的前K％个轻负载类型的虚拟资源迁移到整合比区间标记大于i的区间物理服务器上；如果其它整合比区间不存在满足承载能力的物理服务器，则退出迁移。

3.根据权利要求2所述的基于性价比的虚拟化资源调度优化方法，其特征在于：在物理服务器的规格整合参数S_HP计算的过程中，需采集的物理服务器的i个硬件规格，分别表示为H₁,H₂,…,H_i，规格整合参数的算法为F_H(H₁,H₂,...,H_i)，则S_HP＝F_H(H₁,H₂,...,H_i)，H₁需满足条件C₁,H₂需满足条件C₂,…,H_i需满足条件C_i，H_X为某一项硬件配置参数，C_X为配置参数所遵循的条件；物理服务器的整合比R_min、R_i,j和R_max均通过整合参数算法F_H()求取，S_HV的整合算法与S_HP相同；

R_V通过标准化虚拟资源配置函数F_S()进行计算，R_V＝F_S(S_HV)，当R_V＝1时定义为标准虚拟资源；在根据虚拟资源的配置进行第一级调度时，通过R_V判断虚拟资源所在的物理服务器区间；

物理服务器或虚拟资源的使用率U_now通过使用率整合算法F_U()进行计 算，设当前物理服务器使用率的i个采集项目分别表示为U₁,U₂,…,U_i,在U₁满足条件D₁，U₂满足条件D₂，…，U_i满足条件D_i的情况下，当前物理服务器的使用率可以表示为U_now＝F_U(U,U,...,U),U_x为一项使用率采集指标，D_x为该项采集指标所遵循的整合条件；

资源使用率下限和上限的求取：首先分别配置1台R_V＝1的满负荷运行的虚拟资源到每一台物理服务器上，此时得出的物理服务器的资源使用率就记为U_min；通过增加R_V＝1的虚拟资源数目分别记录当前物理服务器的使用率直至到该物理服务器所能承载的最大标准虚拟资源数量，这时物理服务器的资源使用率就为U_max。