[发明专利]一种面向容器集群的能耗优化资源调度系统及其方法

权利要求书

1.一种面向容器集群的能耗优化资源调度系统,其特征在于,包括

服务器资源监控器、容器性能测试池、容器能耗模型管理器、容器能耗缓存模块、容器调度决策器、动态调整模块和多个服务器，

所述服务器用于给容器提供运行环境，

所述服务器资源监控器用于采集容器的环境运行特征向量，

所述容器性能测试池用于提供容器能耗训练数据集，

所述容器能耗模型管理器用于接收容器性能测试池中的容器能耗训练数据集，构建实时估算容器能耗模型和检查当前容器能耗实时估算模型的状态；

所述容器能耗实时估算模型的建模步骤具体如下：

初始化训练集，预先向容器性能测试池添加不同负载模式的容器；

提取容器自身特征向量C＝(c₁,...,c_m)；

提取容器性能测试池中容器所在的运行环境特征向量R＝(r₁,...,r_k)；

构建容器能耗训练数据集的样本空间：合并容器自身特征向量C＝(c₁,...,c_m)和运行环境特征向量R＝(r₁,...,r_k)后形成单个容器能耗样本特征向量x＝(R,C)，样本数量设为n，形成的样本空间为X＝(x₁,x₂,...,x_N)^T∈R^n×p，其中x_i∈R^p表示维度长为p＝k+m的单个容器能耗样本，样本的标签列数据为容器的实际能耗参数Y=(y₁,y₂,...,y_N)^T∈Rⁿ；

从实际生产环境中周期性地复制容器到容器性能测试池中，迭代更新容器能耗训练数据集；

容器能耗模型管理器接收容器性能测试池中的容器能耗训练数据集，构建容器能耗实时估算模型；

所述容器能耗训练步骤具体如下：

估算单个容器能耗样本x_i的输出值f(x_i)，如公式(1)所示：

其中w_m，w₀均表示为模型参数，x_im表示样本x_i的特征m，w为模型参数的矩阵表示，w^T表示模型参数矩阵w的转置；

提取单个容器能耗估算值f(x_i)和单个容器能耗实际值y_i的均方差为损失函数J(w)，如公式(2)所示：

其中X为样本空间矩阵表示，y为训练集容器能耗数据的矩阵表示；

计算目标函数J(w)的最小值，得到模型参数的解析解，其中X^T表示样本空间X的转置，如公式(3)所示：

采用局部加权的方式提升容器能耗实时估算模型的拟合度，得到模型参数如公式(4)所示：

其中W是一个矩阵，用于给每个数据点赋予权重，使用高斯核对权重赋值，如公式(5)所示：

其中x⁽ⁱ⁾与x为样本点，k为设定的参数，w(i,i)构成了一个对角矩阵W；

所述容器能耗缓存模块用于存储请求容器的能耗估算值，

所述容器调度决策器用于根据请求容器的能耗估算值生成容器调度决策表；

所述容器调度决策器根据请求容器的能耗估算值生成容器调度决策表的具体步骤如下：

根据容器能耗实时估算模型获得在t时刻到达系统的容器请求在不同的服务器的能耗估算值其中下标i表示服务器编号，上标表示分配给服务器的容器请求为

设置容器调度决策器，将在t时刻的容器调度决策表记为集合计算获得总体能耗最优的容器调度决策表χ_best，约束条件为：

其中将在t时刻新容器请求集合记为rc_i表示容器所需服务器资源i的数量，表示在t时刻的服务资源i已使用的量，表示在t时刻的服务器资源i的上限，表示在t时刻分配给服务器i容器请求的副本数量；

所述动态调整模块用于调整服务器数量和状态。