CN102999376B - 一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法 - Google Patents
一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法，通过启动整体物理资源监测模式、单点物理资源监测模式和虚拟桌面资源监测模式监测虚拟桌面运行状态；直至整体物理服务器最优运行、单点物理服务器负载均衡、单个虚拟桌面资源占用合理。本发明完全通过自主设计来实现面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法。与现有技术相比，该方法兼顾了物理资源和虚拟桌面资源的动态调度，解决了整体物理资源的最优化运行问题、单点物理资源的负载均衡问题以及单个虚拟桌面资源占用合理问题，使得该方法能够有效提升资源利用率，符合国家节能环保政策。
Description
技术领域
本发明属于电力信息技术领域，具体涉及一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法。
背景技术
云计算（Cloud Computing）一词诞生于2006年，是并行计算（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）、网格计算（Grid Computing）、效用计算（UtilityComputing）等计算模式与网络存储（Network Storage）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等信息技术综合发展的结果。云计算的核心思想是根据用户需求，将大量用网络连接的计算资源集中，进行统一管理和调度，构成一个计算资源池，该网络向用户提供IT基础设施、数据和应用的服务，这个提供资源的网络就称为“云”。
桌面云是符合业界云计算定义的一种云，是一种基于服务器的计算模型。桌面云技术的发展为解决传统终端桌面面临的诸多问题提供了可能，用户可以利用PC、瘦终端等，鉴权认证后通过网络访问数据中心云端服务器和应用，本地不保留关键数据，实现桌面系统的集中存储、集中控制与集中管理。但是，基于这种集中化思路的桌面云将面临用户访问行为的突发性、用户访问并发数量的不确定性、信息网络的动态性等问题，如何保障虚拟桌面资源总体资源平衡、单个虚拟桌面使用合理是其面临的一个重要难题。为了有效解决该难题，引入“虚拟桌面资源调度”概念。虚拟桌面资源调度建立在底层物理资源和虚拟资源池之上，根据虚拟桌面资源的即时使用情况，进行动态调度，以满足整体虚拟桌面资源的平衡与单个虚拟桌面使用的合理。
目前，关于虚拟桌面资源调度，主流桌面云提供商通常采用基于阈值触发调度机制实现。但是，该方法需要进行用户使用数据采集，并且周期稍长、准确度差，缺乏明确的系统方法论和理论依据。学术界在面向虚拟桌面资源的分配算法研究上主要侧重于静态装箱算法的分配策略，集中于资源使用率单一目标，并不考虑服务的质量和用户的体验，通常不具备在线实时处理的能力。
国家电网公司作为特大型企业之一，桌面终端用户数量庞大，对于IT资源的需求也极为巨大。同时，国家电网公司具有较为独特的电力企业特征，业界或者学术界通用的虚拟桌面资源调度方法，明显不能够满足电力行业信息化的特定要求。因此，研究一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法，实现虚拟桌面资源的优化调度，从而有效提升虚拟桌面服务、节约IT总体投资成本，为国家电网公司统一桌面云建设与推广提供基础。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法，其能够有效整合后台虚拟桌面资源，并根据电力企业桌面终端用户特征自适应形成资源调度策略，实现虚拟桌面资源的动态调度，保证全局虚拟桌面资源分配的合理性与平衡性，提升虚拟桌面服务、节约IT总体投资成本。
本发明提供的一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：
（1）：设定整体物理资源使用率阈值，其中：WPRU为整体物理资源使用率；设定整体物理资源使用率WPRU上限值为WPRU_ULNum、下限值为WPRU_LLNum；启动整体物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态；
（2）：设定单点物理资源使用率阈值，其中：SPRU为单点物理资源使用率；设定单点物理资源使用率SPRU上限值为SPRU_ULNum、下限值为SPRU_LLNum，启动单点物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态；
（3）：在整体物理资源负载情况良好和单点物理资源负载情况良好的基础上，设定单个虚拟桌面资源使用率阈值，其中：SRU为单个虚拟桌面资源使用率；设定虚拟桌面资源合理阈值为SRU_ReasonableValue，启动虚拟桌面资源监测模式监测虚拟桌面运行状态；
（4）：重复步骤（1）-步骤（3），直至整体物理服务器最优运行、单点物理服务器负载均衡、单个虚拟桌面资源占用合理。本发明所述的最优运行是指通过虚拟机在线迁移，使得单点物理服务器处于负载最大化状态，并且空闲服务器处于休眠状态的运行状态。本发明所述的占用合理是指根据虚拟桌面资源实际使用需求，通过在线迁移技术，动态调整虚拟桌面资源配置，确保IT资源按需配备。
其中，所述整体物理资源使用率上限值WPRU_ULNum、整体物理资源使用率下限值为WPRU_LLNum、单点物理资源使用率上限值SPRU_ULNum、单点物理资源使用率下限值为SPRU_LLNum和虚拟桌面资源合理阈值SRU_ReasonableValue均为百分制。
其中，步骤（1）启动整体物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态时，
1）若整体物理资源使用率WPRU大于整体物理资源使用率上限值WPRU_ULNum，即整体物理资源超负载运行，则启动资源超负载告警，提醒需要弹性扩展物理资源；若整体物理资源使用率WPRU不大于整体物理资源使用率上限值WPRU_ULNum，则表明整体物理资源运行良好；
2）整体物理资源运行良好条件下，若整体物理资源使用率WPRU大于整体物理资源使用率下限值WPRU_LLNum，则整体物理资源负载情况良好；若整体物理资源使用率WPRU不大于整体物理资源使用率下限值WPRU_LLNum，即整体物理资源负载偏低，进行处理流程I。
其中，步骤2）整体物理资源负载偏低，进行处理流程I的步骤包括：
a）通过遍历算法，查找无任何虚拟桌面运行的物理服务器，并使其进入休眠状态；
b）对于有虚拟桌面运行的物理服务器，计算运行的虚拟桌面数量nRunVD，并估算需要物理服务器nMinPS的规模用以满足虚拟桌面正常运行；
c）根据单台物理服务器上虚拟桌面运行的数量进行降序排序，将nMinPS个服务器作为运行的物理服务器，同步计算其运行的虚拟桌面总数量nFrontVD，并根据剩余的虚拟桌面要求分布创建（nRunVD-nFrontVD）个虚拟桌面实例；
d）将运行虚拟桌面较少的（即：单点服务器资源使用率SPRU小于其下限值SPRU_LLNum）物理服务器上的虚拟桌面在线迁移至最终运行的物理服务器，同步将运行虚拟桌面较少的（即：单点服务器资源使用率SPRU小于其下限值SPRU_LLNum）物理服务器上的虚拟桌面销毁，并将其进入休眠状态。
其中，步骤（2）启动单点物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态时，
I、若单点物理资源使用率SPRU不大于单点物理资源使用率上限值SPRU_ULNum，则表明该单点物理资源运行良好；若单点物理资源使用率SPRU大于单点物理资源使用率SPRU上限值SPRU_ULNum，即该单点物理资源超负载运行，则进行虚拟桌面资源调度处理：
II、在单点物理资源运行良好条件下，若单点物理资源使用率SPRU大于单点物理资源使用率下限值SPRU_LLNum，说明该单点物理资源负载情况良好；若单点物理资源使用率SPRU不大于单点物理资源使用率下限值SPRU_LLNum，即该单点物理资源负载偏低，进行处理流程II：
其中，步骤I进行虚拟桌面资源调度处理，其步骤包括：
<1>根据运行虚拟桌面的数量，对所有物理服务器进行降序排序；
<2>检查超负载（即：单点服务器资源使用率SPRU大于等于其上限值SPRU_ULNum）运行的物理服务器，并计算出总计超出负载的虚拟桌面数量；
<3>根据总计超出负载的虚拟桌面数量，平均迁移至运行虚拟桌面数量最少的物理服务器。
其中，所述该单点物理资源负载偏低，进行处理流程II的步骤包括：
①根据运行虚拟桌面的数量，对所有物理服务器进行降序排序;
②标志负载偏低（即：单点服务器资源使用率SPRU大于等于其下限值SPRU_LLNum）的物理服务器，并计算其上运行的虚拟桌面数量;
③将负载偏低的物理服务器上的虚拟桌面，通过负载均衡，在线迁移至其他物理服务器上，并使迁移出的物理服务器处于休眠状态。
其中，步骤(3)启动虚拟桌面资源监测模式监测虚拟桌面运行状态时，若单个虚拟桌面资源使用率SRU大于虚拟桌面资源合理阈值SRU_ReasonableValue，即该虚拟桌面资源占用合理；若单个虚拟桌面资源使用率SRU不大于虚拟桌面资源合理阈值SRU_ReasonableValue，即该虚拟桌面资源占用冗余，则重新评估并创建虚拟桌面镜像完成在线迁移。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明完全通过自主设计来实现面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法。与现有技术相比，该方法兼顾了物理资源和虚拟桌面资源的动态调度，解决了整体物理资源的最优化运行问题、单点物理资源的负载均衡问题以及单个虚拟桌面资源占用合理问题，使得该方法能够有效提升资源利用率，符合国家节能环保政策。
附图说明
图1为本发明提供的面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法的流程图。
图2为本发明提供的快速查找无任何虚拟桌面运行的物理服务器的示意图。
图3为本发明提供的在进行整体物理资源监测时，对服务器进行降序排序示意图。图中，虚框VM表示新建虚拟桌面，为迁移做准备；实框VM表示正常运转的虚拟桌面。
图4为本发明提供的将运行虚拟桌面较少的物理服务器上的虚拟桌面迁移至运行的物理服务器的示意图。
图5为本发明提供的在进行单点物理资源监测时，对服务器进行降序排序示意图。
图6为本发明提供的在进行单点物理资源监测时，计算出总计超出负载的虚拟桌面数量的示意图。图中，白字VM表示超负载虚拟桌面。黑字VM表示正常运转的虚拟桌面。
图7为本发明提供的在进行单点物理资源监测时，将虚拟桌面平均迁移至运行虚拟桌面最少的物理服务器的示意图。图中，白字VM表示超负载虚拟桌面。黑字VM表示正常运转的虚拟桌面。
图8为本发明提供的单点物理资源负载偏低，进行处理时，对服务器降序排序示意图。
图9为本发明提供的单点物理资源负载偏低，标志负载偏低的物理服务器，计算运行的虚拟桌面数量示意图。
图10为本发明提供的将负载偏低的物理服务器上的虚拟桌面通过负载均衡，在线迁移至其他物理服务器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例提供的一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤1：设定整体物理资源使用率阈值，WPRU为整体物理资源使用率。设定WPRU上限值为WPRU_ULNum、下限值为WPRU_LLNum（注：WPRU_ULNum和WPRU_LLNum为百分制），启动整体物理资源监测模式。
（1）假如WPRU>WPRU_ULNum，说明整体物理资源超负载运行，立刻启动资源超负载告警模式，提醒需要立刻弹性扩展物理资源；WPRU≤WPRU_ULNum，则表明整体物理资源运行良好。
（2）整体物理资源运行良好条件下，假如WPRU>WPRU_LLNum，说明整体物理资源负载情况良好；WPRU≤WPRU_LLNum，说明整体物理资源负载偏低，不符合节能环保要求，需要进行以下处理：
a）通过遍历算法，快速查找无任何虚拟桌面运行的物理服务器，并使其进入休眠状态，其示意图如图2所示。其中服务器带点的为进入休眠的服务器。
b）对于有虚拟桌面运行的物理服务器，计算运行的虚拟桌面数量nRunVD，并估算需要多大规模的物理服务器nMinPS能够满足这些虚拟桌面正常运行。
c）根据单台物理服务器上虚拟桌面运行的数量进行快速降序排序，如图3所示。将前面nMinPS个服务器作为最终运行的物理服务器，同步计算其运行的虚拟桌面总数量nFrontVD，并根据剩余的虚拟桌面要求分布创建（nRunVD-nFrontVD）个虚拟桌面实例。
d）将运行虚拟桌面较少的物理服务器上的虚拟桌面在线迁移至最终运行的物理服务器，同步将运行虚拟桌面较少的物理服务器上的虚拟桌面销毁，并将物理服务器进入休眠状态，如图4所示。
步骤2：设定单点物理资源使用率阈值，SPRU为单点物理资源使用率。设定SPRU上限值为SPRU_ULNum、下限值为SPRU_LLNum（注：SPRU_ULNum和SPRU_LLNum为百分制），启动单点物理资源监测模式。
（1）假设SPRU≤SPRU_ULNum，则表明该单点物理资源运行良好；SPRU>SPRU_ULNum，说明该单点物理资源超负载运行，则进行虚拟桌面资源调度处理，具体操作如下：
a)根据运行虚拟桌面的数量，对所有物理服务器进行降序排序，如图5所示。
b)检查超负载运行的物理服务器，并计算出总计超出负载的虚拟桌面数量，如图6所示。
c)根据总计超出负载的虚拟桌面数量，平均迁移至运行虚拟桌面最少的物理服务器，如图7所示。
（2）该单点物理资源运行良好条件下，假如SPRU>SPRU_LLNum，说明该单点物理资源负载情况良好；SPRU≤SPRU_LLNum，说明该单点物理资源负载偏低，需要进行以下处理：
a）根据运行虚拟桌面的数量，对所有物理服务器进行降序排序，如图8所示。
b）标志负载偏低的物理服务器，并计算其上运行的虚拟桌面数量，如图9所示。
c）将负载偏低的物理服务器上的虚拟桌面，通过负载均衡，在线迁移至其他物理服务器上，并使迁移出的物理服务器处于休眠状态，如图10所示。
步骤3：满足步骤1和步骤2的基础上，设定单个虚拟桌面资源使用率阈值，SRU为单个虚拟桌面资源使用率。设定虚拟桌面资源合理阈值为SRU_ReasonableValue（注：SRU_ReasonableValue为百分制），启动虚拟桌面资源监测模式。
假设SRU>SRU_ReasonableValue，说明该虚拟桌面资源占用合理；SRU≤SRU_ReasonableValue，则表明该虚拟桌面资源占用冗余，需要重新评估并创建合适的虚拟桌面镜像完成在线迁移。
步骤4：重复上述步骤，直至整体物理服务器最优运行、单点物理服务器负载均衡、单个虚拟桌面资源占用合理。
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，尽管参照上述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等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种面向电力多租户的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)：设定整体物理资源使用率阈值，其中：WPRU为整体物理资源使用率；设定整体物理资源使用率WPRU上限值为WPRU_ULNum、下限值为WPRU_LLNum；启动整体物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态；
(2)：设定单点物理资源使用率阈值，其中：SPRU为单点物理资源使用率；设定单点物理资源使用率SPRU上限值为SPRU_ULNum、下限值为SPRU_LLNum，启动单点物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态；
(3)：在整体物理资源负载情况良好和单点物理资源负载情况良好的基础上，设定单个虚拟桌面资源使用率阈值，其中：SRU为单个虚拟桌面资源使用率；设定虚拟桌面资源合理阈值为SRU_ReasonableValue，启动虚拟桌面资源监测模式监测虚拟桌面运行状态；
(4)：重复步骤(1)-步骤(3)，直至整体物理服务器最优运行、单点物理服务器负载均衡、单个虚拟桌面资源占用合理；
所述的最优运行是指通过虚拟机在线迁移，使得单点物理服务器处于负载最大化状态，并且空闲服务器处于休眠状态的运行状态；所述的占用合理是指根据虚拟桌面资源实际使用需求，通过在线迁移技术，动态调整虚拟桌面资源配置，确保IT资源按需配备。
2.如权利要求1所述的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，所述整体物理资源使用率上限值WPRU_ULNum、整体物理资源使用率下限值为WPRU_LLNum、单点物理资源使用率上限值SPRU_ULNum、单点物理资源使用率下限值为SPRU_LLNum和虚拟桌面资源合理阈值SRU_ReasonableValue均为百分制。
3.如权利要求1所述的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，步骤(1)启动整体物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态时，
1)若整体物理资源使用率WPRU大于整体物理资源使用率上限值WPRU_ULNum，即整体物理资源超负载运行，则启动资源超负载告警，提醒需要弹性扩展物理资源；若整体物理资源使用率WPRU不大于整体物理资源使用率上限值WPRU_ULNum，则表明整体物理资源运行良好；
2)整体物理资源运行良好条件下，若整体物理资源使用率WPRU大于整体物理资源使用率下限值WPRU_LLNum，则整体物理资源负载情况良好；若整体物理资源使用率WPRU不大于整体物理资源使用率下限值WPRU_LLNum，即整体物理资源负载偏低，进行处理流程I。
4.如权利要求3所述的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，步骤2)整体物理资源负载偏低，进行处理流程I的步骤包括：
a)通过遍历算法，查找无任何虚拟桌面运行的物理服务器，并使其进入休眠状态；
b)对于有虚拟桌面运行的物理服务器，计算运行的虚拟桌面数量nRunVD，并估算需要物理服务器nMinPS的规模用以满足虚拟桌面正常运行；
c)根据单台物理服务器上虚拟桌面运行的数量进行降序排序，将nMinPS个服务器作为运行的物理服务器，同步计算其运行的虚拟桌面总数量nFrontVD，并根据剩余的虚拟桌面要求分布创建(nRunVD-nFrontVD)个虚拟桌面实例；
d)将运行虚拟桌面较少的物理服务器上的虚拟桌面在线迁移至最终运行的物理服务器，同步将运行虚拟桌面较少的物理服务器上的虚拟桌面销毁，并将其进入休眠状态。
5.如权利要求1所述的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，步骤(2)启动单点物理资源监测模式监测虚拟桌面运行状态时，
I、若单点物理资源使用率SPRU不大于单点物理资源使用率上限值SPRU_ULNum，则表明该单点物理资源运行良好；若单点物理资源使用率SPRU大于单点物理资源使用率SPRU上限值SPRU_ULNum，即该单点物理资源超负载运行，则进行虚拟桌面资源调度处理；
II、在单点物理资源运行良好条件下，若单点物理资源使用率SPRU大于单点物理资源使用率下限值SPRU_LLNum，说明该单点物理资源负载情况良好；若单点物理资源使用率SPRU不大于单点物理资源使用率下限值SPRU_LLNum，即该单点物理资源负载偏低，进行处理流程II。
6.如权利要求5所述的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，步骤I进行虚拟桌面资源调度处理，其步骤包括：
<1>根据运行虚拟桌面的数量，对所有物理服务器进行降序排序；
<2>检查超负载运行的物理服务器，并计算出总计超出负载的虚拟桌面数量；
<3>根据总计超出负载的虚拟桌面数量，平均迁移至运行虚拟桌面数量最少的物理服务器。
7.如权利要求5所述的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，所述该单点物理资源负载偏低，进行处理流程II的步骤包括：
①根据运行虚拟桌面的数量，对所有物理服务器进行降序排序；
②标志负载偏低的物理服务器，并计算其上运行的虚拟桌面数量；
③将负载偏低的物理服务器上的虚拟桌面，通过负载均衡，在线迁移至其他物理服务器上，并使迁移出的物理服务器处于休眠状态。
8.如权利要求1所述的虚拟桌面资源动态调度方法，其特征在于，步骤(3)启动虚拟桌面资源监测模式监测虚拟桌面运行状态时，若单个虚拟桌面资源使用率SRU大于虚拟桌面资源合理阈值SRU_ReasonableValue，即该虚拟桌面资源占用合理；若单个虚拟桌面资源使用率SRU不大于虚拟桌面资源合理阈值SRU_ReasonableValue，即该虚拟桌面资源占用冗余，则重新评估并创建虚拟桌面镜像完成在线迁移。
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