TW201324129A - 動態資源規劃分配系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種動態資源規劃分配方法，該方法包括：從資料中心中獲取一次每個Host OS的CPU使用率；當有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，查找出該Host OS上需要遷出的Guest OS；當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS不能夠接收該查找出的Guest OS時，使用背包演算法重新分配資料中心的資源，使得該資料中心能夠運行所有的Host OS。

Description

動態資源規劃分配系統及方法

本發明涉及一種對資料中心的客戶作業系統進行控制的系統及方法，尤其是關於一種對資料中心的客戶作業系統進行預測遷移的系統及方法。

資料中心（data center），通常包括幾台乃至上萬台伺服器，也稱為伺服器農場（server farm），指用於安置電腦系統及相關部件的設施，例如，電信和儲存系統。通常，資料中心包含冗餘和備用電源，環境控制（例如空調、滅火器）和安全設備，冗餘資料通訊連接，其中，資料中心裡最重要的設備為用於儲存資料的伺服器。

虛擬機（Virtual Machine）是指透過軟體類比的、具有完整硬體系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整電腦系統。透過在資料中心的伺服器上安裝虛擬機宿主作業系統（Host Operation System，Host OS），可以在該安裝的Host OS上類比出一台或多台虛擬的客戶作業系統（Guest OS），每個Guest OS都相互獨立，互不影響。如此一來，可以減少資料中心的伺服器設備的採購成本。

一般而言，資料中心的資源利用率還存在很大的提升空間，具體而言，每個Host OS在運行的過程中CPU使用率都會有一些冗餘，例如，某個Host OS當前CPU使用率為70%，並不會超過設定的80%的值，10%為該Host OS的冗餘，在Host OS的CPU使用率大增導致超過設定的值的情況下，需要對Host OS中的Guest OS進行遷移，以減輕Host OS的CPU使用率，但是由於資料中心並沒有根據Guest OS的具體情況（例如，每個Guest OS的最大CPU使用率）對資料中心的資源進行合理分配，使得資料中心的冗餘不夠多，某些情況下若將Guest OS遷移到其他伺服器，會導致被遷入的伺服器上的Host OS也超過設定的值，導致Guest OS無法遷移，如此一來，會使得超過設定的值的Host OS所在的伺服器崩潰，影響用戶的使用。

鑒於以上內容，有必要提供一種動態資源規劃分配系統及方法，可以重新分配資料中心的資源，在資料中心的資源有限的情況下，可以最大程度的提高資料中心的使用效率，方便了用戶，提高了資料中心的穩定性。

一種動態資源規劃分配系統，該系統包括：獲取模組，用於每隔一段時間從資料中心中獲取一次每個主機作業系統的CPU使用率；查找模組，用於當有主機作業系統的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，查找出該主機作業系統上需要遷出的客戶作業系統；分配模組，用於當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統不能夠接收該查找出的客戶作業系統時，使用背包演算法重新分配資料中心的資源，使得該資料中心能夠運行所有的主機作業系統，而不超過預先設置的主機作業系統的CPU使用率；遷移模組，用於當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統能夠接收該查找出的客戶作業系統時，將該主機作業系統上的客戶作業系統遷移到其他伺服器的主機作業系統上，使該主機作業系統的CPU使用率小於或等於預先設置的CPU使用率。

一種動態資源規劃分配方法，該方法包括：每隔一段時間從資料中心中獲取一次每個主機作業系統的CPU使用率；當有主機作業系統的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，查找出該主機作業系統上需要遷出的客戶作業系統；當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統不能夠接收該查找出的客戶作業系統時，使用背包演算法重新分配資料中心的資源，使得該資料中心能夠運行所有的主機作業系統，而不超過預先設置的主機作業系統的CPU使用率；當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統能夠接收該查找出的客戶作業系統時，將該主機作業系統上的客戶作業系統遷移到其他伺服器的主機作業系統上，使該主機作業系統的CPU使用率小於或等於預先設置的CPU使用率。

相較於習知技術，本發明提供的動態資源規劃分配系統及方法，可以重新分配資料中心的資源，在資料中心的資源有限的情況下，可以最大程度的提高資料中心的使用效率，方便了用戶，提高了資料中心的穩定性，同時還可以根據效能的尖峰離峰需求，在各個伺服器或刀片伺服器的刀板間彈性動態遷移系統平台，讓IT人員做更有效的資源調度，並獲得更好且安全周密的防護。

參閱圖1所示，係本發明動態資源規劃分配系統200較佳實施例的應用環境圖。該動態資源規劃分配系統200應用於監控伺服器20中。該監控伺服器20與資料中心（Data Center）50透過網路40進行通訊連接。

所述網路40可以是網際網路、區域網路或者其他通訊網絡。

所述資料中心50包括多個伺服器500（圖中以四個為例），所述伺服器500可以為刀片伺服器。在本實施例中，所述伺服器500被稱為Host主機，每個Host主機上安裝有一個宿主作業系統（Host Operating System, Host OS），在該Host OS上還安裝有多個客戶作業系統（Guest Operating System，Guest OS），為了更有效的管理這些Guest OS，每個Host主機上還安裝有Hypervisor軟體。所述Hypervisor軟體是一種運行在伺服器500和伺服器500的Host OS之間的中間軟體層，可允許Guest OS共用伺服器500上的硬體，也可叫做虛擬機監視器（virtual machine monitor，VMM）。Hypervisor軟體可以訪問伺服器500上包括CPU、磁片和記憶體在內的所有物理設備，Hypervisor不但協調著這些硬體資源的訪問，也同時在各個Guest OS之間施加防護。當伺服器500啟動並執行Hypervisor軟體時，Hypervisor軟體會分配給每個Guest OS適量的記憶體、CPU、網路和磁片等資源，以保證Guest OS的運行。

所述監控伺服器20用於監控資料中心50的伺服器500中的Guest OS運行情況，若其中一個伺服器500中的Guest OS在運行時，該伺服器500的資源使用量（具體指伺服器500中CPU的使用率、記憶體使用率及網路使用率）超過了某一個設定的標準時，及時將該伺服器500中的一個或多個Guest OS遷移到其他伺服器500，以降低該伺服器500的資源使用量。該監控伺服器20還安裝有動態主機設置協定（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）服務，透過DHCP服務可以分配網路之間互連的協定（Internet Protocol，IP）位址給資料中心50中的各個伺服器500，使監控伺服器20能夠與資料中心50的各個伺服器500進行通訊。具體而言，如圖1所示，資料中心50有四個伺服器500，透過DHCP服務給每個伺服器500單獨分配一個IP位址，以和各個伺服器500建立通訊連接。該監控伺服器20可以是個人電腦、網路伺服器，還可以是任意其他適用的電腦。此外，該監控伺服器20還可以放置在資料中心50內部，用戶只需透過用戶端10進行操作就可以實現對伺服器500中Guest OS的監控。

所述監控伺服器20透過一個資料庫連接與資料庫30連接。其中，所述資料庫連接可為一開放式資料庫連接（Open Database Connectivity, ODBC），或Java資料庫連接(Java Database Connectivity, JDBC)。所述資料庫30用於儲存從資料中心50的各個伺服器500傳送過來的資料，該資料包括資料中心50的各個伺服器500的IP位址，每個Guest OS在各個時間段的資源使用量。

在此需說明的是，資料庫30可獨立於監控伺服器20，也可位於監控伺服器20內。所述資料庫30可儲存於監控伺服器20的硬碟或者快閃記憶體盤中。從系統安全性的角度考慮，本實施例中的資料庫30獨立於監控伺服器20。

此外，用戶端10用於提供一個互動式介面給用戶，便於用戶進行操作並將操作過程中的各種資料儲存於監控伺服器20中。該用戶端10可以是個人電腦、筆記本電腦以及其他任意能與監控伺服器20連接的設備或系統。

參閱圖2所示，係本發明監控伺服器20較佳實施例的結構示意圖。該監控伺服器20除了包括動態資源規劃分配系統200，還包括記憶體260和處理器270。該動態資源規劃分配系統200包括獲取模組210、判斷模組220、查找模組230、分配模組240及遷移模組250。模組210至250的程式化代碼儲存於記憶體260中，處理器270執行這些程式化代碼，實現動態資源規劃分配系統200提供的上述功能。

獲取模組210用於每隔一段時間從資料中心50中獲取一次每個Host OS的CPU使用率。通常，每個Host OS上有多個Guest OS，在Guest OS運行的過程中，每個Guest OS的資源管理器會即時顯示該Guest OS的CPU使用率，獲取模組210直接從Guest OS的資源管理器中獲取該Guest OS的CPU使用率，並將該Host OS上所有的Guest OS的CPU使用率匯總，從而得到該Host OS的CPU使用率。在本較佳實施例中，獲取模組210可以每隔一個小時（例如，在每小時的第5分鐘）讀取一次Guest OS的資源管理器中該Guest OS的CPU使用率。

判斷模組220用於判斷是否有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率。

查找模組230用於當有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，查找出該Host OS上需要遷出的Guest OS。具體而言，假設某一個Host OS的預先設置的CPU使用率為85%，若該Host OS的CPU使用率為87%，則表明有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率，需要在該Host OS上的Guest OS進行遷移，以減輕該Host OS的CPU使用率。查找出該Host OS上需要遷出的Guest OS的方式是：由於在對Guest OS進行遷移過程中，會對該Guest OS上運行的應用程式進行中斷，為了保證伺服器500的穩定性，首先考慮的是當前時間每個Guest OS是否為不可遷移，通常每個Guest OS都會定時向Host OS報告該Guest OS是否可遷移，例如，某個Guest OS上運行有上下班打卡系統，當時間為下班時間時，該Guest OS不允許遷移，以免資料丟失，而該Guest OS會像Host OS報告在打卡時間，該Guest OS不允許遷移。其次，考慮的是在執行遷入或遷出Guest OS時，找到所花費的時間最短的Guest OS，具體方式為讀取每個Guest OS所佔用的硬碟空間，記憶體空間，以及當前的網路速度，通常硬碟空間佔用最小，記憶體空間佔用最小的Guest OS在進行遷移時所花費的時間最短。

所述判斷模組220還用於判斷其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS是否能夠接收該查找出的Guest OS。具體而言，假設資料中心50有10個Host OS，其中，有一個Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率，其餘九個Host OS的CPU使用率都沒有超過預先設置的各自Host OS的CPU使用率，依次判斷其餘九個Host OS是否能夠接收查找出的Guest OS，即將該查找出的Guest OS遷移到剩餘九個Host OS中任意一個Host OS之後，是否會導致被遷入的Host OS的CPU使用率超過預先設置該遷入的Host OS的CPU使用率。若該查找出的Guest OS遷移到剩餘九個Host OS中任意一個Host OS之後，被遷入的Host OS的CPU使用率超過該被遷入的Host OS的預先設置的CPU使用率時，則表明其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS不能夠接收該查找出的Guest OS。若該查找出的Guest OS遷移到剩餘九個Host OS中任意一個Host OS之後，被遷入的Host OS的CPU使用率沒超過該被遷入的Host OS的預先設置的CPU使用率，則表明其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS能夠接收該查找出的Guest OS。

分配模組240用於當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS不能夠接收該查找出的Guest OS時，使用背包演算法重新分配資料中心50的資源，使得該資料中心50能夠運行所有的Host OS，而不超過預先設置的Host OS的CPU使用率。透過背包演算法重新分配資料中心50的資源，可以最大程度的提高資料中心50的使用效率。

遷移模組250用於當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS能夠接收該查找出的Guest OS時，將該Host OS上的Guest OS遷移到其他伺服器500上，使該Host OS的CPU使用率小於或等於預先設置的CPU使用率。具體而言，所述遷移模組250透過調用Hypervisor軟體將該Host OS上的Guest OS遷移到其他伺服器500上。需要說明的是，在遷移Host OS上的Guest OS之前，先獲得其他伺服器500在該時間段的CPU使用率，以向CPU使用率最低的伺服器500進行遷移，以平衡伺服器500的資源，最大化提高伺服器500的使用效率。遷移的方式是將伺服器500中的Guest OS一個一個的遷移，且每遷移一個Guest OS，立即判斷該伺服器500的CPU使用率是否小於或等於預先設置的CPU使用率，若判斷結果為小於或等於設置的CPU使用率，立即停止遷移。

如圖3所示，係本發明動態資源規劃分配方法較佳實施例的流程圖。

步驟S10，獲取模組210每隔一段時間從資料中心50中獲取一次每個Host OS的CPU使用率。通常，每個Host OS上有多個Guest OS，在Guest OS運行的過程中，每個Guest OS的資源管理器會即時顯示該Guest OS的CPU使用率，獲取模組210直接從Guest OS的資源管理器中獲取該Guest OS的CPU使用率，並將該Host OS上所有的Guest OS的CPU使用率匯總，從而得到Host OS的CPU使用率。在本較佳實施例中，獲取模組210可以每隔一個小時（例如，在每小時的第5分鐘）讀取一次Guest OS的資源管理器中該Guest OS的CPU使用率。

步驟S20，判斷模組220用於判斷是否有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率。當有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，流程進入步驟S30。當沒有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，則返回步驟S10。

步驟S30，查找模組230查找出該Host OS上需要遷出的Guest OS。具體而言，假設某一個Host OS的預先設置的CPU使用率為85%，若該Host OS的CPU使用率為87%，則表明有Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率，需要在該Host OS上的Guest OS進行遷移，以減輕該Host OS的CPU使用率。查找出該Host OS上需要遷出的Guest OS的方式是：由於在對Guest OS進行遷移過程中，會對該Guest OS上運行的應用程式進行中斷，為了保證伺服器500的穩定性，首先考慮的是當前時間每個Guest OS是否為不可遷移，通常每個Guest OS都會定時向Host OS報告該Guest OS是否可遷移，例如，某個Guest OS上運行有上下班打卡系統，當時間為下班時間時，該Guest OS不允許遷移，以免資料丟失，而該Guest OS會像Host OS報告在打卡時間，該Guest OS不允許遷移。其次，考慮的是在執行遷入或遷出Guest OS時，找到所花費的時間最短的Guest OS，具體方式為讀取每個Guest OS所佔用的硬碟空間，記憶體空間，以及當前的網路速度，通常硬碟空間佔用最小，記憶體空間佔用最小的Guest OS在進行遷移時所花費的時間最短。

步驟S40，判斷模組220判斷其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS是否能夠接收該查找出的Guest OS。具體而言，假設資料中心50有10個Host OS，其中，有一個Host OS的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率，其餘九個Host OS的CPU使用率都沒有超過預先設置的各自Host OS的CPU使用率，依次判斷其餘九個Host OS是否能夠接收查找出的Guest OS，即將該查找出的Guest OS遷移到剩餘九個Host OS中任意一個Host OS之後，是否會導致被遷入的Host OS的CPU使用率超過預先設置該遷入的Host OS的CPU使用率。若該查找出的Guest OS遷移到剩餘九個Host OS中任意一個Host OS之後，被遷入的Host OS的CPU使用率超過該被遷入的Host OS的預先設置的CPU使用率時，則表明其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS不能夠接收該查找出的Guest OS，流程進入步驟S50。若該查找出的Guest OS遷移到剩餘九個Host OS中任意一個Host OS之後，被遷入的Host OS的CPU使用率沒有超過該被遷入的Host OS的預先設置的CPU使用率，則表明其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的Host OS能夠接收該查找出的Guest OS，流程進入步驟S60。

步驟S50，分配模組240使用背包演算法重新分配資料中心50的資源，使得該資料中心50能夠運行所有的Host OS，而不超過預先設置的Host OS的CPU使用率。透過背包演算法重新分配資料中心50的資源，可以最大程度的提高資料中心50的使用效率。

步驟S60，遷移模組250將該Host OS上的Guest OS遷移到其他伺服器500上，使該Host OS的CPU使用率小於或等於預先設置的CPU使用率，然後，流程返回步驟S10。具體而言，所述遷移模組250透過調用Hypervisor軟體將該Host OS上的Guest OS遷移到其他伺服器500上。需要說明的是，在遷移Host OS上的Guest OS之前，先獲得其他伺服器500在該時間段的CPU使用率，以向CPU使用率最低的伺服器500進行遷移，以平衡伺服器500的資源，最大化提高伺服器500的使用效率。遷移的方式是將伺服器500中的Guest OS一個一個的遷移，且每遷移一個Guest OS，立即判斷該伺服器500的CPU使用率是否小於或等於預先設置的CPU使用率，若判斷結果為小於或等於設置的CPU使用率，立即停止遷移。

最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

10．．．用戶端

20．．．監控伺服器

30．．．資料庫

40．．．網路

50．．．資料中心

500．．．伺服器

200．．．動態資源規劃分配系統

210．．．獲取模組

220．．．判斷模組

230．．．查找模組

240．．．分配模組

250．．．遷移模組

260．．．記憶體

270．．．處理器

圖1係本發明動態資源規劃分配系統較佳實施例的應用環境圖。

圖2係本發明監控伺服器較佳實施例的結構示意圖。

圖3係本發明動態資源規劃分配方法較佳實施例的流程圖。

10．．．用戶端

20．．．監控伺服器

30．．．資料庫

40．．．網路

50．．．資料中心

500．．．伺服器

200．．．動態資源規劃分配系統

Claims (5)

1. 一種動態資源規劃分配系統，該系統包括：
   獲取模組，用於每隔一段時間從資料中心中獲取一次每個主機作業系統的CPU使用率；
   查找模組，用於當有主機作業系統的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，查找出該主機作業系統上需要遷出的客戶作業系統；
   分配模組，用於當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統不能夠接收該查找出的客戶作業系統時，使用背包演算法重新分配資料中心的資源，使得該資料中心能夠運行所有的主機作業系統，而不超過預先設置的主機作業系統的CPU使用率；及
   遷移模組，用於當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統能夠接收該查找出的客戶作業系統時，將該主機作業系統上的客戶作業系統遷移到其他伺服器的主機作業系統上，使該主機作業系統的CPU使用率小於或等於預先設置的CPU使用率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動態資源規劃分配系統，其中，所述將查找出的客戶作業系統遷移到資料中心內的其他伺服器的主機作業系統上是透過調用Hypervisor軟體實現的。
3. 一種動態資源規劃分配方法，該方法包括：
   每隔一段時間從資料中心中獲取一次每個主機作業系統的CPU使用率；
   當有主機作業系統的CPU使用率超過預先設置的CPU使用率時，查找出該主機作業系統上需要遷出的客戶作業系統；
   當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統不能夠接收該查找出的客戶作業系統時，使用背包演算法重新分配資料中心的資源，使得該資料中心能夠運行所有的主機作業系統，而不超過預先設置的主機作業系統的CPU使用率；及
   當其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統能夠接收該查找出的客戶作業系統時，將該主機作業系統上的客戶作業系統遷移到其他伺服器的主機作業系統上，使該主機作業系統的CPU使用率小於或等於預先設置的CPU使用率。
4. 如申請專利範圍第3項所述之動態資源規劃分配方法，其中，所述將查找出的客戶作業系統遷移到資料中心內的其他伺服器的主機作業系統上是透過調用Hypervisor軟體實現的。
5. 如申請專利範圍第3項所述之動態資源規劃分配方法，其中，所述判斷其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統是否能夠接收該查找出的客戶作業系統的方式為：
   依次判斷將該查找出的客戶作業系統遷移到其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統之後，是否會導致被遷入的主機作業系統的CPU使用率超過預先設置該遷入的主機作業系統的CPU使用率；
   若被遷入的主機作業系統的CPU使用率超過該被遷入的主機作業系統的預先設置的CPU使用率時，則表明其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統不能夠接收該查找出的客戶作業系統；
   若被遷入的主機作業系統的CPU使用率沒有超過該被遷入的主機作業系統的預先設置的CPU使用率時，則表明其餘沒有超過預先設置的CPU使用率的主機作業系統能夠接收該查找出的客戶作業系統。