[发明专利]一种云服务器在能耗约束下感知负载性能优化方法

说明书

本发明提供了一种云数据中心服务器在能耗约束下负载感知性能优化方法，主要涉及到电子信息和云计算等领域。本发明特征在于，包括如下模块：(1)对大规模云中心服务器的性能和功耗进行整体分析建模，将云中心服务器在能耗约束下感知负载性能优化问题转化成一个背包问题，同时将背包问题转化成一个有向无环图DAG；(2)根据任务到达率和任务迁移策略实时更新该DAG，然后使用改进的动态规划算法在DAG中遍历一条从源节点S到目的节点D之间的最短路径，最短路径上的频率值，即是问题最优的解，最后云服务器实时按照上述得到的频率值调节其运行速度，即可得到能耗约束下的最优性能；该方法能够感知负载变化，快速实现云中心服务器在能耗约束下最优的能量分配。

技术领域

本发明涉及电子信息、云计算等领域，特别涉及到了一种云服务器在能耗约束下感知负载性能优化方法设计。

背景技术

数据中心是云计算的实现平台，为云计算服务提供强大的IT硬件支撑，特别是大规模云计算环境下，则需要建设专用的大型数据中心以承载复杂的云服务，如google、亚马逊等超大规模云中心，而由此产生的能耗问题成为云中心运营成本中首要考虑的因素之一。虽然近年来在低功耗服务器设计和数据中心能效优化等领域研究已经取得了显著进步，但随着数据中心规模不断扩大，其总体能耗仍然呈持续快速增长的趋势，如美国数据中心每年电力能耗占到全美电力的1.5％以上，同时产生的温室气体排放，对全球环境的影响也不容忽视。所以，不管是在能耗成本，还是在环保等方面，云中心的能耗问题对企业，乃至社会，都是一个极大的挑战。

因此，考虑到能源成本和环保方面的因素，云中心的能耗不能无限制的增长下去，其总能耗必将受到限制。那么，在可接受的能耗成本或者环保指数条件下，如何通过采取优化策略，使得整个云中心在有限能耗成本下最大化效益，将是云中心亟待解决的问题。

由于云计算数据中心服务器众多，并且用户请求一般具有随机性和快速性，同时部分服务器由于负载迁移可能会暂时休眠，所以在给定能耗约束条件下，能量分配方法需要灵敏的感知负载变化且快速收敛。考虑到云中心具有充足的计算资源，所以可以充分利用其计算优势，采用并行计算方式，通过实时感知负载的变化，快速实现云中心能量的分配，最大化系统的总体性能。

发明内容

本发明主要研究如何在能耗约束条件下，云中心通过灵敏的感知负载变化，优化系统的整体性能，特别是在大规模云数据中心环境下，设计一个高效而快速的能量分配方法。

为了实现发明的目的，本发明先对云中心服务器的能耗和性能分析建模，然后将能耗模型和性能建模结合起来，将问题定义成一个背包问题，通过将背包问题转化成一个有向无环图(DAG)，利用改进的动态规划算法在DAG中并行的遍历一条最短路径，最短路径上的频率值，即是该问题的最优解，也是云中心性能最优的运行频率。

本发明采用如下的技术。

s1.性能建模方法如下：假设云中心有n台服务器，记为集合S＝{s₁,s₂,…,s_n},每台服务器的运行频率记为f_i且每台服务器有m个可调频率,其运行频率，即速度集合记为F＝{f₁,f₂,…,f_n}；云中心用户请求模型一般分为两个阶段：请求以速率先到达云中心任务分配器和任务分配器采取任务调度策略将任务以的速率分配到相应的服务器中；考虑到问题的复杂度，本发明重点关注第二阶段的性能优化问题；假设每台服务器的请求负载到达服从速率为λ_i的泊松分布，服务器服务时间服从参数为μ_i的指数分布，且每台服务器相互独立。

按照上述假设，可以将云中心每台服务器的任务请求-处理过程视为排队过程，记为M/M/1，云中心服务器的性能可由任务的平均响应时间R表示，平均响应时间R可以表示为。