基于博弈論的虛擬資源競拍分配研究.pdf

1、虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)改變了管理計算機操作系統(tǒng)、存儲以及應(yīng)用程序的方式，它提供了共享物理資源的能力，使得物理資源能夠在同一時間內(nèi)被多個不同的虛擬機使用，消除了操作系統(tǒng)對物理硬件的依賴性。隨著云計算的興起，云環(huán)境下的資源管理成為人們研究的熱點，而虛擬化技術(shù)作為云計算中的關(guān)鍵技術(shù)日益顯示出其資源管理方面的獨特優(yōu)勢。然而，在利用虛擬化技術(shù)進行資源管理時也遇到了一些挑戰(zhàn)，其中的一個挑戰(zhàn)就是多虛擬機之間資源分配的公平性。有效合理的虛擬機資源分配是虛擬化

2、及云計算環(huán)境下系統(tǒng)性能及服務(wù)質(zhì)量保證的關(guān)鍵。
　　在虛擬化環(huán)境中當多個虛擬機共存于同一物理機時，由于物理資源的有限性，可能會發(fā)生激烈的資源競爭。傳統(tǒng)虛擬機資源分配通常沒有考慮這種競爭給系統(tǒng)
　　造成的影響，而是按照物理資源數(shù)量進行均值分配或者系統(tǒng)對資源的峰值需求來進行分配。這些分配方式?jīng)]有考慮到各虛擬機自身的負載情況，往往會造成資源的浪費。本文針對這一問題進行了研究，運用經(jīng)濟學中博弈論的思想提出了基于懲罰機制的CPU競拍模型

3、和基于市場機制的內(nèi)存預測分配模型。本文針對Xen虛擬化平臺主要做了如下幾個方面的工作：
　　本文首先系統(tǒng)介紹了虛擬機以及虛擬化的相關(guān)技術(shù)，詳細闡述了虛擬化技術(shù)的分類，并且簡要介紹了每種虛擬化技術(shù)的主要產(chǎn)品以及這些產(chǎn)品的優(yōu)缺點，而且還對這五種虛擬化技術(shù)進行了比較。然后重點分析了半虛擬化產(chǎn)品 Xen的資源管理的特點，并在此基礎(chǔ)上將博弈論的思想引入到 Xen虛擬資源分配中，分別提出了CPU和內(nèi)存的博弈分配方案。
　　在Xen中，C

4、PU資源一旦分配給某一虛擬機即可投入使用，針對這一特征，本文提出了基于激勵懲罰機制的博弈競拍模型。在這個模型中，本文選取應(yīng)用程序的響應(yīng)時間和CPU利用率作為系統(tǒng)的評價指標，并且采用博弈競拍的思想探討了CPU分配與競爭對這些指標的影響關(guān)系，然后利用合作博弈的NASH均衡進行求解多虛擬機的動態(tài)資源分配問題。為驗證這種方案的有效性，我們通過實驗對模型的穩(wěn)定性和公平性進行了驗證，通過對比發(fā)現(xiàn)采用博弈控制之后比單純的平均分配資源更能實現(xiàn)按需分配資

5、源，提高資源利用率，這樣才能真正體現(xiàn)資源的公平分配。
　　在 Xen虛擬平臺下，內(nèi)存資源通過 Ballooning機制分配給虛擬機，有著比較嚴重的延遲效應(yīng)。針對這個問題，本文提出了基于市場機制的內(nèi)存預測分配模型。該模型中，首先我們采用基于馬爾科夫鏈殘差GM(1,1)灰色預測模型來預測未來一段時間虛擬機的內(nèi)存使用量，然后虛擬機管理器根據(jù)這些預測值，按照虛擬機擁有的股份按比例地分配與回收內(nèi)存資源。最后通過系統(tǒng)仿真發(fā)現(xiàn)這一模型能夠提高物