CN106209433B - 一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，架设于云数据中心的服务器上，通过对云数据中心虚拟机进行策略调度达到云数据中心节能增效的目的，装置包括：架构模板生成模块，用于生成架构模板，并对其信息进行封装；应用系统生成模块，用于对架构模板生成模块生成并封装后的架构模板进行参数配置和实例化，得到应用系统架构；监控评估模块，用于对应用系统生成模块得到的应用系统架构进行监控数据的采集和应用系统评估；系统调度模块，用于根据监控评估模块的系统评估结果进行节能策略的配置，并根据配置的节能策略来对应用系统各组件进行部署与调度。与现有技术相比，本发明具有节约能源、提升能源效率以及摆脱硬件局限等优点。

Description

一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置

技术领域

本发明涉及云计算数据中心自动化监控运维领域，尤其是涉及一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置。

背景技术

能源效率是数据中心的主要成本驱动力，能源的使用是数据中心设计一个日益重要的因素。然而，传统的数据中心在设计过程中往往只关注风火水电，考虑地理位置、供电量、冗余做到多少级等，很少关注承载的IT设备的特性更不用说上层具体业务应用。然而随着IT技术架构的演进，传统数据中心逐渐向着云数据中心过渡，而在云数据中心环境下，支撑的计算规模和存储规模与传统数据中心相比相差巨大，甚至超过几个数量级，因此当下数据中心普遍存在着机架供给慢、扩展能力差、能源效率低等问题。

当下绝大多数厂商主要通过对数据中心和服务器硬件层面设计优化来改善其整体能源效率，但这种改善方式具有一定局限性，在达到一定程度的能源效率提升后，进一步提高效率的机会将低于40％，如想继续提升能源效率，只能依靠软件层面进行协同提升。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种节约能源、提升能源效率以及摆脱硬件局限的云环境下面向架构的应用系统节能部署装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，架设于云数据中心的服务器上，通过对云数据中心虚拟机进行策略调度达到云数据中心节能增效的目的，所述装置包括：

架构模板生成模块，用于生成架构模板，并对架构模板的信息进行封装；

应用系统生成模块，用于对架构模板生成模块生成并封装后的架构模板进行参数配置和实例化，得到应用系统架构；

监控评估模块，用于对应用系统生成模块得到的应用系统架构进行监控数据的采集和应用系统评估；

系统调度模块，用于根据监控评估模块的系统评估结果进行节能策略的配置，并根据配置的节能策略来对应用系统各组件进行部署与调度。

所述架构模板生成模块包括：

架构模板库，用于存储历史架构模板；

架构模板判断单元，用于判断架构模板库中是否有适用于当前应用系统的架构模板；

架构模板生成单元，用于在架构模板判断单元的反馈结果为是时调用架构模板库中的历史架构模板，反馈结果为否时新建架构模板；

架构模板封装单元，用于对架构模板生成单元生成的架构模板的信息进行封装。

所述架构模板的信息包括服务类型、服务分类、一级分类、二级分类、服务名称、服务描述、组件数量和组件详细列表。

所述应用系统生成模块包括：

参数配置单元，用于对架构模板生成模块封装后的架构模板的参数进行配置；

实例化单元，用于根据参数配置单元对架构模板配置的参数对架构模板分配相关计算、存储和网络资源，得到应用系统架构。

所述监控评估模块包括：

监控评估数据库，用于存储应用系统架构的历史监控运行数据；

数据采集与判断单元，与历史监控运行数据库连接，用于采集监控运行数据并判断是否有类似应用架构的历史监控运行数据；

评估计算单元，在数据采集与判断单元的反馈结果为是时根据历史监控运行数据进行应用系统架构整体评估计算、云数据中心能源效率计算和节能估算。

所述节能估算具体为：

1)对服务器进行配置初始化，生成服务器队列；

2)生成请求队列和结果队列，获取虚拟机请求；

3)将虚拟机请求加入请求队列；

4)判断请求队列是否为空，若是则结束节能估算步骤，若否则进入步骤5)；

5)请求队列中的虚拟机请求遍历服务器队列，得到云数据中心的内存、CPU、网络和磁盘使用率数据；

6)根据步骤5)中得到的数据，计算云数据中心的整体负载，并将计算结果加入结果队列；

7)从结果队列中得到最接近70％的结果，即为节能估算结果。

所述应用系统架构整体评估计算和节能估算的算法相同。

所述云数据中心能源效率具体为：

其中，PUE是基础设施运行效率，SPUE是服务器电源的转换效率，所述PUE和SPUE具体为：

所述电子设备能耗具体为：

E＝W×H

其中，E为电子设备能耗，W为电子设备电功率，H为电子设备通电运行时间。

所述系统调度模块包括：

系统调度判断单元，用于判断监控评估模块中是否存在应用系统评估结果；

节能策略配置单元，用于在系统调度判断单元的反馈结果为是时根据应用系统评估结果配置节能策略，反馈结果为否时选择默认节能策略；

系统调度单元，用于根据配置的节能策略来对应用系统各组件进行部署与调度与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，通过对云数据中心虚拟机进行策略调度，降低了整体云数据中心的能耗，达到了节约能源的目的。

(2)由于降低了整体云数据中心的能耗，且并没有增加多余能源的使用，因而明显提升了云数据中心对于能源的利用效率。

(3)本装置架设在服务器上，通过软件达到能源效率的提升，摆脱了硬件设备的限制。

(4)由于本装置实现的效果无需增设新的硬件系统，因而节约了成本，同时也节约了资源。

(5)本装置通过四个模块的协同配合，对应用系统进行架构形式的封装来对其各个模块进行能效估值，达到节能增效的目的，实现了装置模块化，便于管理与维护。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明装置的工作流程图；

图3为节能估算算法的算法流程图；

其中，1为架构模板生成模块，2为应用系统生成模块，3为监控评估模块，4为系统调度模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明主要涉及一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，该装置包含依次连接的四个模块：架构模板生成模块1、应用系统生成模块2、监控评估模块3与系统调度模块4。其中架构模板生成模块1能根据应用系统相关组件架构和组件监控指标项生成相关的模板，应用系统生成模块2通过对架构模板进行相应个性化配置从而使其更加适合应用系统需求，并对其进行实例化从而为进行应用系统的资源分配并为后期部署调度作准备；监控评估模块3通过对应用系统架构各项运行关键指标进行监控并根据数据进行系统评估，再由系统调度模块4将评估得到的结果结合当前云数据中心整体能源效率情况进行动态的节能策略配置并根据相关策略对应用系统各组件进行策略部署与调度。

其中架构模板生成模块包括：架构模板库，用于存储历史架构模板；架构模板判断单元，用于判断架构模板库中是否有适用于当前应用系统的架构模板；架构模板生成单元，用于在架构模板判断单元的反馈结果为是时调用架构模板库中的历史架构模板，反馈结果为否时新建架构模板；架构模板封装单元，用于对架构模板生成单元生成的架构模板的信息进行封装。应用系统生成模块包括：参数配置单元，用于对架构模板生成模块封装后的架构模板的参数进行配置；实例化单元，用于根据参数配置单元对架构模板配置的参数对架构模板分配相关计算、存储和网络资源，得到应用系统架构。监控评估模块包括：监控评估数据库，用于存储应用系统架构的历史监控运行数据；数据采集与判断单元，与历史监控运行数据库连接，用于采集监控运行数据并判断是否有类似应用架构的历史监控运行数据；评估计算单元，在数据采集与判断单元的反馈结果为是时根据历史监控运行数据进行应用系统架构整体评估计算、云数据中心能源效率计算和节能估算。系统调度模块包括：系统调度判断单元，用于判断监控评估模块中是否存在应用系统评估结果；节能策略配置单元，用于在系统调度判断单元的反馈结果为是时根据应用系统评估结果配置节能策略，反馈结果为否时选择默认节能策略；系统调度单元，用于根据配置的节能策略来对应用系统各组件进行部署与调度。

如图2所示，上述四个模块协同配合达到节能提效的主要方法包括下列步骤：

s1)应用系统管理根据应用系统具体情况使用架构生成工具构建适用该应用系统的架构模板；

s2)该应用系统模板创建完成后，在架构模板生成模块1以JSON的方式对该应用系统架构模板信息进行服务化封装，架构模板资源封装信息主要包括：服务类型、服务分类、一级分类、二级分类、服务名称、服务描述、组件数量、组件详细列表等；

s3)对架构模板中每个架构组件的详细参数进行配置并根据配置分配相关计算、存储、网络资源；

s4)资源分配完成后，对应用架构进行整体评估，检查是否有类似应用架构的历史监控运行数据，如果有则根据历史数据进行评估,得出应用架构的整体以及各组件能源效率；

s5)根据系统评估结果结合整个云数据中心环境整体运行与能耗情况进行节能估算与策略配置；

s6)根据节能策略对应用系统各个组件进行部署；

s7)对应用系统运行情况进行搜集，同时观测数据中心整体能耗情况，并在一定的时间间隔内进行动态调整部署，是数据中心能源效率保持在最优状态。

其中，对应用系统的节能估算算法的前提基于自然规律共识，数据中心是用来容纳各种连接形式存在的计算和存储基础设施的建筑(或是建筑群)，其主要功能是提供设备、人员所需的共用基础设施：电源、冷却、维护和安全。其设计的核心就是对输入电力的分配以及机房内热量的排放。一般数据中心能源效率计算方法为：

其中，其中PUE用于衡量基础设施运行效率，反映的是数据中心基础设施建设本身的运行质量，其计算方法是：

而SPUE用于衡量服务器电源的转换效率，即服务器输入电量与有效耗电量之比。能耗模型决定着能源的开销，通常，电子设备能耗用于衡量服务器的运算效率，其计算公式为：

E＝W×H

其中，E为电子设备能耗，W为电子设备电功率，H为电子设备通电运行时间。

在硬件设备进行能量消耗时主要是由静态功耗和动态能耗组成，其中动态能耗主要由硬件资源运行的过程所消耗，如CPU、RAM、网络、磁盘。

其中，在步骤s5)中涉及到的节能估算的具体算法如图3所示，包括下列步骤：

s31)对服务器进行配置初始化，生成服务器队列；

s32)生成请求队列和结果队列，获取虚拟机请求；

s33)将虚拟机请求加入请求队列；

s34)判断请求队列是否为空，若是则结束节能估算步骤，若否则进入步骤5)；

s35)请求队列中的虚拟机请求遍历服务器队列，得到云数据中心的内存、CPU、网络和磁盘使用率数据；

s36)根据步骤5)中得到的数据，计算云数据中心的整体负载，并将计算结果加入结果队列；

s37)从结果队列中得到最接近70％的结果，即为节能估算结果。

上述步骤s37)中选择最接近70％的结果是由于在同一个数据中心中，基础设施功率、IT设备功率、服务器输入电量、电子设备电功率等参数基本保持不变，因此可以获知，同样的数据中心、设备、应用，其PUE、SPUE、电子设备内耗相同，服务器架构的不同是造成能源效率不同的主要因素。低利用率的计算系统的效率往往明显比高利用率计算系统低。经过长时间运行测算对比可知，当数据中心设备的硬件整体使用率在70％时，其能耗开销最低。而要计算服务器架构的利用率，主要搜集磁盘、文件系统、内存、CPU等运行信息，并对其数值进行综合计算，获取平均计算服务器架构使用率，通过比较不同情况下调度对平均计算服务器架构使用率的影响，再根据节能部署算法进行调度部署。

根据上述描述的具体实施步骤如下：

步骤一：管理人员通过架构生成模块，按照业务系统的具体架构模型创建一个面向业务系统的架构部署模板，该模板可以根据架构快速创建多个虚拟机并自动生成业务系统架构。模板内容包含但不限于服务类型、服务分类、一级分类、二级分类、服务名称、服务描述、组件数量、组件详细列表等

架构服务模板信息用表1标识：

表1架构服务模板信息

表1中，Id是作为架构服务的唯一标识用于对服务模板唯一性进行区分；Name表示服务的名称也可标识架构；Type表示该架构的服务类型从而便于用户进行服务的选择；ServiceType服务分类是对架构的分类进行划分主要用于与其他服务进行区分；FirstClass是对架构进行第一类别的划分，主要用于区别该架构是单一组件架构还是组合多组件架构；SecondClass是对架构的第二类别进行划分，主要用于区别；ServiceNum是对架构有多少组件进行统计的数量；ConfigList；对于组件详细配置列表内容主要欧包含以下几方面的内容：

CPU表示某一组件的CPU核数；MEM表示其内存大小；OS是其内部的客户操作系统；ARCH是表明组件系统架构；DISK是组件需要的磁盘数量；SIZE是每个磁盘对应的大小；NETWORKCARD是网卡的数量。使用JSON格式对多个组件详细配置列表进行描述。

步骤二：按照该架构模板创建完成后，在应用系统生成模块2对相关应用系统进行自动化部署，部署完成后通过监控评估模块3对整个应用系统的运行情况进行监控评估。监控评估接口通过REST API获取监控信息。

REST API格式如下表2标识：

表2REST API格式

表2中的REST API是可以通过访问其地址达到控制底层资源操作。

步骤三：监控评估模块3通过REST API接口获取组件的各种资源使用率以后按照节能评估算法进行计算评估，评估完成后通过计算形成一条策略调度规则，系统调度模块4根据该规则进行具体组件的具体调度。该策略规则格式如下表3所示：

表3策略规则格式

表3中应用系统ID指的是需要调度的应用系统ID，模板名称指的是应用系统所用模板的名称用于检索所有相关的组件id，组件ID指的是需要进行调度的组件所在虚拟机的ID号，原始主机地址指的是组件虚拟机原始的主机地址，调度主机地址指的是组件虚拟机目标的主机地址。在迁移的过程中，由原始地址迁移到目标地址。

Claims (6)

1.一种云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，架设于云数据中心的服务器上，通过对云数据中心虚拟机进行策略调度达到云数据中心节能增效的目的，其特征在于，所述装置包括：

架构模板生成模块，用于生成架构模板，并对架构模板的信息进行封装；

应用系统生成模块，用于对架构模板生成模块生成并封装后的架构模板进行参数配置和实例化，得到应用系统架构；

监控评估模块，用于对应用系统生成模块得到的应用系统架构进行监控数据的采集和应用系统评估；

系统调度模块，用于根据监控评估模块的系统评估结果进行节能策略的配置，并根据配置的节能策略来对应用系统各组件进行部署与调度；

所述监控评估模块包括：

监控评估数据库，用于存储应用系统架构的历史监控运行数据；

数据采集与判断单元，与监控评估数据库连接，用于采集监控运行数据并判断是否有类似应用架构的历史监控运行数据；

评估计算单元，在数据采集与判断单元的反馈结果为是时根据历史监控运行数据进行应用系统架构整体评估计算、云数据中心能源效率计算和节能估算；

所述节能估算具体为：

1)对服务器进行配置初始化，生成服务器队列；

2)生成请求队列和结果队列，获取虚拟机请求；

3)将虚拟机请求加入请求队列；

4)判断请求队列是否为空，若是则结束节能估算步骤，若否则进入步骤5)；

5)请求队列中的虚拟机请求遍历服务器队列，得到云数据中心的内存、CPU、网络和磁盘使用率数据；

6)根据步骤5)中得到的数据，计算云数据中心的整体负载，并将计算结果加入结果队列；

7)从结果队列中得到最接近70％的结果，即为节能估算结果。

2.根据权利要求1所述的云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，其特征在于，所述架构模板生成模块包括：

架构模板库，用于存储历史架构模板；

架构模板判断单元，用于判断架构模板库中是否有适用于当前应用系统的架构模板；

架构模板生成单元，用于在架构模板判断单元的反馈结果为是时调用架构模板库中的历史架构模板，反馈结果为否时新建架构模板；

架构模板封装单元，用于对架构模板生成单元生成的架构模板的信息进行封装。

3.根据权利要求2所述的云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，其特征在于，所述架构模板的信息包括服务类型、服务分类、一级分类、二级分类、服务名称、服务描述、组件数量和组件详细列表。

4.根据权利要求1所述的云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，其特征在于，所述应用系统生成模块包括：

参数配置单元，用于对架构模板生成模块封装后的架构模板的参数进行配置；

实例化单元，用于根据参数配置单元对架构模板配置的参数对架构模板分配相关计算、存储和网络资源，得到应用系统架构。

5.根据权利要求1所述的云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，其特征在于，所述应用系统架构整体评估计算和节能估算的算法相同。

6.根据权利要求1所述的云环境下面向架构的应用系统节能部署装置，其特征在于，所述系统调度模块包括：

系统调度判断单元，用于判断监控评估模块中是否存在应用系统评估结果；

节能策略配置单元，用于在系统调度判断单元的反馈结果为是时根据应用系统评估结果配置节能策略，反馈结果为否时选择默认节能策略；

系统调度单元，用于根据配置的节能策略来对应用系统各组件进行部署与调度。