CN102708000A - 通过虚拟机迁移实现能耗控制的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统和方法，其监测服务器集群系统中各主服务器上的虚拟机使用信息；当监测到在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到其他主服务器上；然后计量所述各主服务器的总的耗电情况，并根据耗电情况再次反馈控制虚拟机负载的迁移。本发明通过监测服务器总的耗电情况，根据耗电情况对虚拟机负载迁移过程进行反馈控制，使得负载迁移之后的各主服务器的负载均衡，不会将CPU置于超负荷工作状态，从而既能够保证CPU对用户虚拟机的响应速度，又能节省CPU的能耗。
Description
技术领域
本发明属于虚拟化技术领域，尤其涉及一种在云计算中通过虚拟机迁移实现能耗控制的系统和方法。
背景技术
当前，云计算技术是IT行业一个技术热点，很多企业都在积极部署自己的私有云，也有很多企业正在考虑给公众提供公有云服务，可以预见，未来的云计算技术将为互联网带来新的革命，人们的生活和工作将更多地基于互联网。虽然云计算技术本身通过集中计算提高了设备的使用效率，并节约了能耗。然而，节能是整个社会节能减排的需求，云计算环境中数量众多的计算和存储设备无时无刻不在消耗着大量的能源，对于云计算提供商来说，如何进一步减少云计算中心的能耗也已经成为云计算技术发展关注的焦点之一。通过有效地对云计算环境的能耗进行评估和优化进而减少能耗成本，这是当前云计算技术中亟待解决的技术问题。
在服务器系统中，内存和磁盘不是计算机中功耗的主要部件，它们在实际系统中耗电比例很小(一块普通磁盘正常工作的功耗大约是2、3w)，而处理器是计算机中能耗的大头，研究结果显示，处理器能耗跟电压的三次方成正比关系，和频率也有很直接的关系。根据负载的情况动态调整处理器的电压或频率就能够节省电能的消耗。因此，如果能够控制服务器中处理器的能耗就能够有效控制整个服务器系统的能耗。
现有技术中，存在通过动态负载平衡机制，将低负载的虚拟机集中迁移(使用热迁移”技术)到少数的物理机上，当物理机上不再有虚拟机时，将该物理机下电，从而可以减少能耗，然而，由于将低负载的物理机关闭，使得其他物理机的负载必然会升高，从而使得其他物理机的CPU处于高负荷状态，而高负荷状态不仅使得用户使用虚拟机的响应速度变慢，而且使得CPU的能耗增加很大，如果由于动态负载平衡机制导致部分CPU处于高负荷状态，而使得能耗更大，那么就需要对这种动态负载平衡机制进行修正，而目前本领域还没有提出一种能够解决该问题的技术方案。
发明内容
鉴于现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统，包括：
至少两台主服务器，其中每台主服务器包括硬件层、运行在所述硬件层之上的虚拟机监控单元VMM，以及运行在所述虚拟机监控单元VMM之上的至少一个虚拟机VM；
管理服务器，其包括电源管理模块、负载管理模块、虚拟机监测模块；
所述虚拟机监测模块，用于监测所述主服务器上的虚拟机使用信息，并将所监测到的信息提供给负载管理模块；
所述负载管理模块，用于根据虚拟机监测模块所提供的信息，在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到另一主服务器上；
所述电源管理模块，用于控制所述主服务器的电源，当某一主服务器上的虚拟机负载被迁移到另一主服务器时，关闭所述某一主服务器的电源；
其特征在于：
所述电源管理模块包括服务器耗电计量模块，用于在所述电源管理模块关闭某一主服务器的电源之后计量正运行的其他主服务器的总的耗电情况，并根据耗电情况反馈控制负载管理模块对虚拟机负载的迁移。
进一步，本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统，其特征在于所述耗电量计量模块计量的正运行的其他主服务器的总的耗电情况为某一时间段内的平均耗电量，如果平均耗电量稳定在一定的波动范围内，则负载管理模块按照其设定的负载迁移管理策略继续对其他主服务器的虚拟机负载进行管理；如果平均耗电量升高超过波动范围，则电源管理模块检测除了被关闭的主服务器之外剩余各主服务器的CPU使用情况，如果剩余的某一主服务器的CPU的使用率超过设定的门限，则所述负载管理模块将该剩余的某一主服务器上的部分虚拟机迁移到剩余的另一主服务器上。
进一步，本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统，其特征在于满足虚拟机迁移的条件为：某一主服务器上CPU的使用率小于一定门限，并且同时另一主服务器上存在能够接纳当前所述某一主服务器上的虚拟机的CPU空闲率。
此外，本发明提供一种云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法，包括如下步骤：
步骤一、监测服务器集群系统中各主服务器上的虚拟机使用信息；
步骤二、当监测到在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到其他主服务器上，并关闭该某一主服务器；
步骤三、计量剩余的各主服务器的总的耗电情况，并根据耗电情况反馈控制虚拟机负载的迁移。
进一步，本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法，其特征在于步骤三中计量的剩余各主服务器的总的耗电情况为某一时间段内的平均耗电量，如果平均耗电量稳定在一定的波动范围内，则按照设定的负载迁移管理策略继续对剩余各主服务器上的虚拟机负载进行迁移管理；如果平均耗电量升高超过波动范围，则检测除了被关闭的主服务器之外剩余各主服务器的CPU使用情况，如果剩余的某一主服务器的CPU的使用率超过设定的门限，则将该剩余的某一主服务器上的部分虚拟机迁移到剩余的其他主服务器上。
进一步，本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法，其特征在于满足虚拟机迁移的条件为：某一主服务器上CPU的使用率小于一定门限，并且同时另一主服务器上存在能够接纳当前所述某一主服务器上的虚拟机的CPU空闲率。
本发明通过监测服务器总的耗电情况，根据耗电情况对虚拟机负载迁移过程进行反馈控制，使得负载迁移之后的各主服务器的负载均衡，不会将CPU置于超负荷工作状态，从而既能够保证CPU对用户虚拟机的响应速度，又能节省CPU的能耗。
附图说明
图1是根据本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统的功能框图；
图2是根据本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是根据本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统的功能框图；如图1所示，主服务器1、2……n上分别运行虚拟机监控单元VMM1、VMM2、……VMMn，虚拟机监控单元是用于管理虚拟机的计算机程序，其使得大量虚拟机能够在各主服务器上运行。例如，主服务器1上运行由虚拟监控单元VMM1支持的虚拟机VM1、VM2…….VMn。类似地，主服务器2上运行由虚拟监控单元VMM2支持的虚拟机VM1、VM2.......VMn；主服务器n上运行由虚拟监控单元VMMn支持的虚拟机VM1、VM2.......VMn。虚拟监控单元VMM是单独的分段，它们使得各主服务器上能够运行独立的多个操作系统的实例，比如Microsoft Windows操作系统的各版本、UNIX操作系统的各个版本。因而，虚拟机VM1、VM2.......VMn可以分别被考虑成虚拟计算机，其中，虚拟机上运行的操作系统进行工作，就如同它们是在其相应的主服务器上运行的唯一操作系统。因此，虚拟机计算机程序是支持多系统映像的计算机内的单系统映像。每个系统映像都包含操作系统及其相关联的应用，并且每个映像可以具有相同或不同的操作系统。虚拟机计算机程序上运行的操作系统允许在其上执行应用计算机程序。
管理服务器包括电源管理模块、负载管理模块和虚拟机监测模块。
所述虚拟机监测模块，用于基于主服务器上运行的管理代理计算机程序监测各主服务器1、2......n上的虚拟机VM1、VM2.......VMn的使用信息，所述信息例如是主服务器的故障信息、主服务器的CPU资源利用率、主服务器的功率消耗，并将所监测到的信息提供给负载管理模块；所述负载管理模块，用于根据虚拟机监测模块所提供的信息，在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到另一主服务器上。例如，满足虚拟机迁移的条件之一可以是主服务器1、2......n之一已经被检测或者预测到有故障倾向。即，主服务器上运行的管理代理计算机程序可以预测到很可能近期在服务器上发生故障。作为说明性的示例，主服务器的操作温度可能超出了理想范围，这指示出服务器的冷却子系统发生了故障，并且这可能预示了整个服务器本身的故障。因此，将虚拟机计算机程序从这类有故障倾向的主服务器迁移出来提供了最大的服务器可用性。另一种满足虚拟机迁移的条件之一是主服务器1、2......n之一的资源利用被确定为小于阈值。例如，服务器的处理器的利用率平均可能小于20％。将虚拟机计算机程序从这类利用率不足的服务器迁移出来，从而该主服务器可以被关闭以便减少服务器集群系统整体的功率消耗。使用如此少量的服务器资源的虚拟机计被迁移到另一个主服务器。再一种满足虚拟机迁移的条件之一是主服务器1、2......n之一的功率消耗被确定为小于阈值。例如，主服务器在较常规的操作期间耗费的功率可能超过100瓦，那么当某一个服务器正耗费的功率小于30瓦时，这类低功率消耗间接地指示出服务器的利用率不足，从而将虚拟机从所述服务器迁移出来可以被实现，使得该服务器可以被关闭以便减少功率消耗。此外，在云计算系统中，还存在多种动态负载平衡机制，将低负载主服务器的虚拟机集中迁移(使用“热迁移”技术)到其他的主服务器上，当某一低负载主服务器上不再有虚拟机时，将该主服务器下电，从而可以减少能耗，然而，由于将低负载的主服务器关闭，使得其他主服务器的负载必然会升高，从而使得其他主服务器的CPU处于高负荷状态，而高负荷状态不仅使得用户使用虚拟机的响应速度变慢，而且使得CPU的能耗增加很大，如果由于动态负载平衡机制导致部分CPU处于高负荷状态，而使得能耗更大，那么就需要对这种动态负载平衡机制进行修正。
正是基于上述问题的考虑，本发明的管理服务器中设置了电源管理模块，用于控制所述各主服务器1、2......n的电源，当某一主服务器1上的虚拟机负载被迁移到另一主服务器2时，关闭所述某一主服务器1的电源；本发明的电源管理模块还包括服务器耗电计量模块，用于在电源管理模块关闭某一主服务器1的电源之后计量正运行的其他主服务器2......n的总的耗电情况，并根据耗电情况反馈控制负载管理模块对虚拟机负载的迁移。具体来说，在本发明的服务器集群系统中，服务器耗电计量模块在电源总线输入端通过一电流互感器检测服务器集群系统中所有主服务器的实时消耗电流，并转换成模拟电压信号之后传送给一电量感应产生器；电量感应产生器将模拟电压信号转换成数字信号并换算成单位为瓦特的功率值，从而产生服务器集群系统中正运行的所有主服务器的实时耗电量。例如，当负载管理模块将主服务器1中的虚拟机热迁移到主服务器2中时，所述耗电量计量模块计量正运行的其他主服务器2......n的总的耗电情况，优选地为某一时间段内的平均耗电量，如果平均耗电量稳定在一定的波动范围内，例如，上下波动不超过100瓦，或者更小，则负载管理模块按照其设定的负载迁移管理策略继续对其他主服务器的虚拟机负载管理，对于此前关闭主服务器1而进行的虚拟机迁移到主服务器2不作调整，即，由负载管理模块将主服务器1中的虚拟机热迁移到主服务器2中。如果虚拟机迁移到主服务器2之后的一段时间后，如果服务器耗电量计量模块计量的平均耗电量升高超过波动范围，例如比没做迁移之前的平均耗电量升高超过100瓦，则电源管理模块检测剩余各主服务器的CPU使用情况，如果剩余的某一主服务器2......n，例如主服务器2的CPU的使用率超过设定的门限，例如90％，并且同时另一主服务器2上存在能够接纳当前所述某一主服务器1上的虚拟机的CPU空闲率。则所述负载管理模块将该剩余的某一主服务器2上的部分虚拟机再次迁移到剩余的另一主服务器3......n上。然后，电源管理模块继续监视服务器集群系统的耗电情况，并再次执行迁移调整过程，从而最终达到降低服务器集群系统总的耗电情况。
图2是根据本发明所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法的流程图。其中包括如下步骤：
步骤一、监测服务器集群系统中各主服务器上的虚拟机使用信息；
具体来说，虚拟机监测模块基于主服务器上运行的管理代理计算机程序监测各主服务器1、2......n上的虚拟机VM1、VM2.......VMn的使用信息，所述信息例如是主服务器的故障信息、主服务器的CPU资源利用率、主服务器的功率消耗，并将所监测到的信息提供给负载管理模块；
步骤二、当监测到在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到其他主服务器上，并关闭该某一主服务器；
具体来说，负载管理模块根据虚拟机监测模块所提供的信息，在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到另一主服务器上。例如，满足虚拟机迁移的条件之一可以是主服务器1、2......n之一已经被检测或者预测到有故障倾向。即，主服务器上运行的管理代理计算机程序可以预测到很可能近期在服务器上发生故障。作为说明性的示例，主服务器的操作温度可能超出了理想范围，这指示出服务器的冷却子系统发生了故障，并且这可能预示了整个服务器本身的故障。因此，将虚拟机计算机程序从这类有故障倾向的主服务器迁移出来提供了最大的服务器可用性。另一种满足虚拟机迁移的条件之一是主服务器1、2......n之一的资源利用被确定为小于阈值。例如，服务器的处理器的利用率平均可能小于20％。将虚拟机计算机程序从这类利用率不足的服务器迁移出来，从而该主服务器可以被关闭以便减少服务器集群系统整体的功率消耗。使用如此少量的服务器资源的虚拟机计被迁移到另一个主服务器。再一种满足虚拟机迁移的条件之一是主服务器1、2......n之一的功率消耗被确定为小于阈值。例如，主服务器在较常规的操作期间耗费的功率可能超过100瓦，那么当某一个服务器正耗费的功率小于30瓦时，这类低功率消耗间接地指示出服务器的利用率不足，从而将虚拟机从所述服务器迁移出来可以被实现，使得该服务器可以被关闭以便减少功率消耗。
步骤三、计量剩余的各主服务器的总的耗电情况，并根据耗电情况反馈控制虚拟机负载的迁移。
具体来说，电源管理模块控制所述各主服务器1、2......n的电源，当某一主服务器1上的虚拟机负载被迁移到另一主服务器2时，关闭所述某一主服务器1的电源；在电源管理模块关闭某一主服务器1的电源之后，服务器耗电计量模块计量正运行的其他主服务器2......n的总的耗电情况，优选地为某一时间段内的平均耗电量，如果平均耗电量稳定在一定的波动范围内，例如，上下波动不超过100瓦，或者更小，则负载管理模块按照其设定的负载迁移管理策略继续对其他主服务器的虚拟机负载管理，对于此前关闭主服务器1而进行的虚拟机迁移到主服务器2不作调整，即，由负载管理模块将主服务器1中的虚拟机热迁移到主服务器2中。如果虚拟机迁移到主服务器2之后的一段时间后，服务器耗电量计量模块计量的平均耗电量升高超过波动范围，例如比没做迁移之前的平均耗电量升高超过100瓦，则电源管理模块检测剩余各主服务器的CPU使用情况，如果剩余的某一主服务器2......n，例如主服务器2的CPU的使用率超过设定的门限，例如90％，并且同时另一主服务器2上存在能够接纳当前所述某一主服务器1上的虚拟机的CPU空闲率。则所述负载管理模块将该剩余的某一主服务器2上的部分虚拟机再次迁移到剩余的另一主服务器3......n上。然后，电源管理模块继续监视服务器集群系统的耗电情况，并再次执行迁移调整过程，从而最终达到降低服务器集群系统总的耗电情况。
本发明通过监测服务器总的耗电情况，根据耗电情况对虚拟机负载迁移过程进行反馈控制，使得负载迁移之后的各主服务器的负载均衡，不会将CPU置于超负荷工作状态，从而既能够保证CPU对用户虚拟机的响应速度，又能节省CPU的能耗。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (6)
1.一种云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统，包括：
至少两台主服务器，其中每台主服务器包括硬件层、运行在所述硬件层之上的虚拟机监控单元VMM，以及运行在所述虚拟机监控单元VMM之上的至少一个虚拟机VM；
管理服务器，其包括电源管理模块、负载管理模块、虚拟机监测模块；
所述虚拟机监测模块，用于监测所述主服务器上的虚拟机使用信息，并将所监测到的信息提供给负载管理模块；
所述负载管理模块，用于根据虚拟机监测模块所提供的信息，在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到另一主服务器上；
所述电源管理模块，用于控制所述主服务器的电源，当某一主服务器上的全部的虚拟机负载被迁移到另一主服务器时，关闭所述某一主服务器的电源；
其特征在于：
所述电源管理模块包括服务器耗电计量模块，用于在所述电源管理模块关闭某一主服务器的电源之后计量正运行的其他主服务器的总的耗电情况，并根据耗电情况反馈控制负载管理模块对虚拟机负载的迁移。
2.根据权利要求1所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统，其特征在于所述耗电量计量模块计量的正运行的其他主服务器的总的耗电情况为某一时间段内的平均耗电量，如果平均耗电量稳定在一定的波动范围内，则负载管理模块按照其设定的负载迁移管理策略继续对其他主服务器的虚拟机负载进行管理；如果平均耗电量升高超过波动范围，则电源管理模块检测除了被关闭的主服务器之外剩余各主服务器的CPU使用情况，如果剩余的某一主服务器的CPU的使用率超过设定的门限，则所述负载管理模块将该剩余的某一主服务器上的部分虚拟机迁移到剩余的另一主服务器上。
3.根据权利要求1或2所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的系统，其特征在于满足虚拟机迁移的条件为：某一主服务器上CPU的使用率小于一定门限，并且同时另一主服务器上存在能够接纳当前所述某一主服务器上的虚拟机的CPU空闲率。
4.一种云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法，包括如下步骤：
步骤一、监测服务器集群系统中各主服务器上的虚拟机使用信息；
步骤二、当监测到在某一主服务器上的虚拟机满足虚拟机迁移条件的情况下，将该某一主服务器上的虚拟机迁移到其他主服务器上，并关闭该某一主服务器；
步骤三、计量剩余的各主服务器的总的耗电情况，并根据耗电情况反馈控制虚拟机负载的迁移。
5.根据权利要求4所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法，其特征在于步骤三中计量的剩余各主服务器的总的耗电情况为某一时间段内的平均耗电量，如果平均耗电量稳定在一定的波动范围内，则按照设定的负载迁移管理策略继续对剩余各主服务器上的虚拟机负载进行迁移管理；如果平均耗电量升高超过波动范围，则检测除了被关闭的主服务器之外剩余各主服务器的CPU使用情况，如果剩余的某一主服务器的CPU的使用率超过设定的门限，则将该剩余的某一主服务器上的部分虚拟机迁移到剩余的其他主服务器上。
6.根据权利要求4或5所述的云计算服务器集群系统中通过控制虚拟机迁移实现能耗控制的方法，其特征在于满足虚拟机迁移的条件为：某一主服务器上CPU的使用率小于一定门限，并且同时另一主服务器上存在能够接纳当前所述某一主服务器上的虚拟机的CPU空闲率。
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