CN102662746A

CN102662746A - 利用虚拟机并发迁移技术降低云计算平台能源消耗的方法

Info

Publication number: CN102662746A
Application number: CN2012101179185A
Authority: CN
Inventors: 宋翔; 施继成; 夏虞斌; 陈海波; 臧斌宇
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2012-04-22
Filing date: 2012-04-22
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明属于云计算平台技术领域，具体为一种利用虚拟机并发迁移技术降低云计算平台能源消耗的方法。具体实现为：对于虚拟机在线迁移的单次内存扫描，使用多核并发的扫描方式，减少单次扫描时间；对于改动内存单次数据传输，使用多网卡并发的传输方式，减少单次数据传输的时间；计算两次内存传输的差异量，若差异量小于阈值，则暂停虚拟机运行并进入末轮扫描与传输，从而减少不必要的轮次。该方法可以有效提高虚拟机在线迁移的效率，减少对不必要的内存更改所做的数据传输，从而减少服务器系统在运行时的整体能量消耗。

Description

利用虚拟机并发迁移技术降低云计算平台能源消耗的方法

技术领域

本发明属于云计算平台技术领域，具体为一种利用虚拟机并发迁移技术降低云计算平台能源消耗的方法。

背景技术

当今世界，由于可用能源的存储总量有限，而能源的消耗总量却不断增加，因此，节能技术越来越受到人们的重视。随着近年来云计算的迅猛发展，各大公司都推出了服务器规模达到数以百万计的大型数据中心，对能源的消耗非常高，因此如何降低云计算平台的能耗成为了一个重要的课题。因此，本专利所描述的节能方法，能够通过降低完成相同任务情况下服务器所需要的能耗，同时也为节能事业做出贡献。

虚拟机在线迁移是云计算平台提供的重要功能之一。云计算平台可通过在线迁移技术，在多个不同物理主机之间进行负载均衡与服务器整合，将多台物理主机的服务整合在一台或少数几台物理主机上，同时关闭闲置的物理主机，从而降低整体功耗。与此同时，在线迁移技术能够所运行服务的可用性，一次迁移所造成的服务不可用时间仅仅为数百毫秒。

现有的在线迁移技术需要将虚拟机的所有内存通过网络从源主机传输至目标主机。由于虚拟机所运行的服务持续运行，因此在网络传输过程中，虚拟机的内存同时不断发生变化，因此单轮传输并不足够完成虚拟机迁移，而是通过多轮传输进行。每一轮需要首先扫描虚拟机内存相对比上一轮传输时所产生的差异，并传输内存差异量，在末轮会暂停虚拟机并传输剩余的内存。由于每一轮都需要传输内存差异量，因此每一轮所消耗的时间越长，就会产生更多的内存差异量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够方便、有效降低云计算平台能源消耗的方法。

本发明提出的降低云计算平台能源消耗的方法，是通过减少虚拟机在线迁移时无效数据传输，提高虚拟机迁移的效率，降低完成迁移的能量消耗，从而减少服务器能耗。

本发明的主要原理为：将虚拟机在线迁移中的内存扫描与网络传输步骤进行并行化,进而减少无效的内存传输，避免不必要的能量消耗。原理有以下几点：第一，通过并发内存扫描，降低单次扫描的时间。第二，通过并发网络传输，降低单次传输的时间。第三，通过前两者，降低单轮扫描/传输的时间，从而降低两轮之间所产生的内存差异量,进而减少由于重复的内存变化而发生的网络传输。第四，无效网络传输的减少使得迁移的效率增加，从而减少了单次迁移所消耗的能量。第五，单次迁移性能的提高有助于云计算全局的迁移策略更灵活，管理员能够更加充分的利用迁移进行负载均衡与服务整合，从而在更大的范围内进行能耗的管理与优化。

本发明提出的降低云计算平台能源消耗的方法，具体步骤为：

首先，使用多核处理器并发进行内存扫描，减少单次内存扫描所需要的时间；

其次，使用多网卡并发传输方式进行内存数据的传输，从而减少单次传输的时间。由于单次扫描/传输时间的减少，使得在此期间的内存变化量随之减少，从而降低了完成在线更新所需要的扫描/传输轮次。

再次对两次传输的内存差异量进行判断，若差异量小于一定阈值，则暂停虚拟机并进入末轮扫描/传输，从而进一步减少不必要的轮次。

本发明方法一方面能够在保证最小化服务不可用时间的同时，有效提高虚拟机在线迁移的效率，压缩虚拟机在线迁移的时间，减少无效数据的传输总量，从而降低完成等效工作量的服务器能耗。另一方面，由于单次迁移所需要的功耗降低，管理员可对云计算平台的整体迁移策略进行进一步优化，通过更灵活的利用虚拟机动态迁移技术来，在更大的节点范围进行负载均衡，从而进一步提高全局的服务器能量利用效率。

本发明的具体实现为对虚拟机监控器（VMM，Virtual Machine Monitor）进行修改，对虚拟机在线迁移中的以下步骤进行优化。第一，对于内存扫描步骤，将传统的单核扫描方式改为多核扫描方式。若处理器核的数量为n，则每个处理器核负责虚拟机所有内存的1/n，将内存扫描时间降低为原来的1/n。第二，将扫描后得到的内存差异通过多块网卡同时进行发送。若网卡的数量为m，则每块网卡负责发送所有数据的1/m，将数据发送时间降低为原来的1/m。第三，对数据扫描/传输轮次的控制。每次内存差异量扫描与内存传输时，均对差异量与传输量进行评测，若本地的内存差异量与上次传输量的差值小于阈值T，则表示内存的改动速度已经超过了扫描/传输的速度，通常是由于虚拟机正在运行内存敏感型应用，不断修改大量内存。由于内存的修改速度远大于扫描/传输内存的速度，因此部分内存可能会在传输过程中又一次被修改，导致两次或多次重复的内存传输。因此当差值小雨阈值时暂停整个虚拟机的运行，将剩余所有的内存通过网络进行传输，从而进一步减少无效数据的传输。

本书面说明可使该技术领域具有普通技能的人能够使用含有与权利要求所列要素近似的可替代要素的实施方案。因此，这项发明的范围包括与权利要求的字面意思完全相同的方法，还包括其他与权利要求的字面意思没有实质性区别的方法。虽然在这里只描述和说明了部分特征和实施方案，但相关技术的基本方法可以进行许多修改和变化。所附权利要求将涵盖所有这些修改和变化。

附图说明

图1为虚拟机监控器在使用并发在线迁移后的数据流示意图。

图2为实现并发在线迁移的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行进一步说明。

当前，许多公司与机构均拥有大规模的数据中心，并使用虚拟化技术对服务进行部署，虚拟机在线迁移成为了负载均衡与服务整合的核心技术，迁移发生的频率也相当高。现有的迁移方法可能对同一内存区域进行多次重复扫描与传输，不但因此降低了性能，而且浪费了能耗。尤其是当虚拟机内部运行的服务需要进行大量内存写操作时，这一浪费更为明显：对于内存为16G且运行memcached服务的虚拟机，迁移的时间大于半小时。因此，通过本发明对迁移过程的能耗进行优化，从数据中心整体来看，能够节约的能量总量非常可观。

该方法也同样能够对全局的以迁移为核心的节能策略进行调整。传统的以迁移为核心的节能策略通常通过将若干运行于不同物理主机的虚拟机整合至同一台物理主机，关闭空闲主机来节约能耗。但由于迁移本身会带来能耗成本，因此必须考虑迁移所带来的能耗节约是否大于迁移操作本身。未采用本方法前，由于迁移的能耗成本较大，因此对节能策略有较大约束。通过本方法，可以使得节能策略更加灵活，从而为进一步降低云计算环境的全局能耗打下了基础。

Claims

1. 一种利用虚拟机并发迁移技术降低云计算平台能源消耗的方法，其特征在于具体步骤为：

其次，使用多网卡并发传输方式进行内存数据的传输，减少单次传输的时间；由于单次扫描和传输时间的减少，使得在此期间的内存变化量随之减少，从而降低完成在线更新所需要的扫描/传输轮次；

再次，对两次传输的内存差异量进行判断，若差异量小于一定阈值，则暂停虚拟机并进入末轮扫描/传输，从而进一步减少不必要的轮次。