面向CPU資源超售環(huán)境的虛擬化平臺(tái)管理方法研究.pdf

1、電子商務(wù)和各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用已成為當(dāng)下新興的產(chǎn)業(yè)方向。與傳統(tǒng)的科學(xué)計(jì)算類型的應(yīng)用相比，新興的商業(yè)應(yīng)用顯著特征是強(qiáng)交互性和資源需求彈性化。在虛擬化平臺(tái)下，為滿足強(qiáng)交互性應(yīng)用嚴(yán)苛的性能要求，服務(wù)提供商需加大對(duì)虛擬機(jī)資源供給。隨著此類應(yīng)用訪問量的增多，虛擬化平臺(tái)中CPU資源的浪費(fèi)現(xiàn)象日益嚴(yán)重。在平臺(tái)對(duì)外服務(wù)期間，部分 CPU資源處于閑置狀態(tài)，嚴(yán)重影響了平臺(tái) CPU資源利用率。因此，面對(duì)當(dāng)下出現(xiàn)的新型應(yīng)用形式和用戶體驗(yàn)要求，如何釋放閑置資源，優(yōu)化

2、資源管理方法是提升虛擬化平臺(tái)管理能力的關(guān)鍵。同時(shí)，強(qiáng)交互性商業(yè)應(yīng)用導(dǎo)致虛擬機(jī)的資源需求呈現(xiàn)彈性波動(dòng)趨勢(shì)。面對(duì)這種新型的資源需求趨勢(shì)，如何改進(jìn)虛擬化平臺(tái)的資源管理方法，主要面臨以下三個(gè)關(guān)鍵問題：（1）如何在保障應(yīng)用性能穩(wěn)定的前提下，改進(jìn)虛擬機(jī)資源配置方式，實(shí)現(xiàn)超售策略，釋放閑置CPU資源？（2）如何在 CPU資源超售環(huán)境下，及時(shí)而準(zhǔn)確地探測(cè)資源熱點(diǎn)，并通過遷移操作將其徹底消除，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡？（3）如何在 CPU資源超售環(huán)境下，保持虛擬機(jī)性

3、能隔離的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合策略？
　　首先，不同類型的應(yīng)用有著不同的資源需求特征，即使是同一應(yīng)用，面對(duì)不同的用戶性能要求，資源需求的特征也會(huì)不同。同時(shí)，CPU資源配置的最小需求必須是以用戶性能穩(wěn)定為基礎(chǔ)。為了達(dá)到上述目標(biāo)，將面臨如下挑戰(zhàn)：（1）在虛擬化環(huán)境下，用戶可包容的性能損耗程度該如何描述；（2）用戶性能要求的差異性該如何展現(xiàn)；（3）特定用戶性能要求與虛擬機(jī)CPU資源需求之間的量化映射關(guān)系該如何建立。為了解決這些挑戰(zhàn)，提出一

4、種基于虛擬機(jī)性能感知的CPU超額預(yù)訂機(jī)制，通過對(duì)虛擬機(jī)性能損耗的容忍度進(jìn)行量化，并以此作為標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，統(tǒng)計(jì)分析從虛擬機(jī)內(nèi)部監(jiān)控得到的CPU資源使用狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)，從而估算得出相應(yīng)的資源需求量。此種資源配置方式代表著用戶可接受的性能要求下限，最大化釋放閑置資源。
　　其次，當(dāng)CPU資源以超額預(yù)訂的形式分配給虛擬機(jī)，資源的精簡(jiǎn)配置使虛擬機(jī)對(duì)于負(fù)載強(qiáng)度的波動(dòng)變得更加敏感。為了滿足強(qiáng)交互性應(yīng)用嚴(yán)苛的性能要求，提出了一種基于CPU資

5、源超額預(yù)訂的負(fù)載均衡優(yōu)化策略。該策略通過動(dòng)態(tài)資源熱點(diǎn)監(jiān)控和緩解串聯(lián)式熱點(diǎn)的虛擬機(jī)遷移管理兩個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)維持虛擬機(jī)性能要求的目標(biāo)。動(dòng)態(tài)資源熱點(diǎn)監(jiān)控是將熱點(diǎn)閾值設(shè)計(jì)成一個(gè)隨著負(fù)載強(qiáng)度、用戶性能要求浮動(dòng)的動(dòng)態(tài)閾值，盡可能防止過于寬松或者過于嚴(yán)格的判斷標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，同時(shí)會(huì)考慮短生命周期的商業(yè)應(yīng)用在程序執(zhí)行末期出現(xiàn)資源熱點(diǎn)時(shí)的優(yōu)化處理。串聯(lián)式熱點(diǎn)是指進(jìn)行虛擬機(jī)遷移操作消除熱點(diǎn)后，在目的物理機(jī)上重新出現(xiàn)熱點(diǎn)的現(xiàn)象。避免其產(chǎn)生的方法是減少不必要遷移操作

6、，并且精確地估算遷移備選物理機(jī)可用資源的大小。
　　最后，在CPU資源超售環(huán)境下，虛擬機(jī)資源動(dòng)態(tài)調(diào)整以及負(fù)載均衡策略引發(fā)的遷移操作可能使虛擬機(jī)布局零散，導(dǎo)致物理機(jī)資源碎片化，服務(wù)器整合是解決上述問題的主要思路。但在資源超售環(huán)境下，服務(wù)器整合策略卻可能遇到了以下問題：1）虛擬機(jī)資源的精簡(jiǎn)大大提高了物理機(jī)的整合密度，導(dǎo)致物理機(jī)底層資源的供給出現(xiàn)不足，從而引起虛擬機(jī)性能下降以及相互之間的性能干擾；2）針對(duì)商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，服務(wù)器整合策略被頻

7、繁觸發(fā)，導(dǎo)致極大的遷移開銷；3）部分虛擬機(jī)的資源超額預(yù)訂幅度減少，資源需求量變大。為了解決以上問題，提出了一種基于CPU超額預(yù)訂機(jī)制的服務(wù)器整合優(yōu)化策略。該策略通過控制整合密度來緩解底層資源的競(jìng)爭(zhēng)，保護(hù)虛擬機(jī)之間的性能隔離；采用并行式在線裝箱算法減少服務(wù)器整合策略所帶來的遷移消耗；選擇應(yīng)用性能要求相同的虛擬機(jī)放置在同一個(gè)物理機(jī)之上，維護(hù)資源超額預(yù)訂機(jī)制效果。
　　綜上所述，在新型應(yīng)用形式和用戶體驗(yàn)要求下，面向CPU資源超售環(huán)境的虛