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1、浙江大学硕士学位论文Error! No text of specified style in document.电信云下硬件资源调度的算法研究当前云计算技术飞速发展，云服务大量地向公众、向企业用户开放，而在需要大量数据处理的电信领域，云计算的发展必然不可阻挡。随着云规模的不断扩大，如何优化提升云计算系统的性能成为了一个难题。本文从云系统内资源调度的角度来实现其性能的调优。针对电信云计算数据中心的特征，本文从数学角度构建了它的模型，并且实现了一个初始放置算法用以将虚拟机部署到电信云计算数据中心之中。电信云计算数据中心的建模主要从数据中心的物理资源、网络资源、虚拟资源三个方面出发，在准确描绘出这些
2、特征的同时，联系电信云资源调度系统的优化目标给出相应的约束条件和优化目标函数。在模型的基础上，本文设计并实现了电信云资源调度系统中的初始放置算法，包含了物理主机选择、虚拟机分组、虚拟机放置三个阶段。该算法在保证虚拟机通信时延小于规定值的情况下，提升系统性能降低电信云数据中心网络中的整体流量。当然，本文存在不少不足之处，例如针对资源调度中的负载均衡、热点消除等需求并没有给出解决方案，算法对性能的优化程度及执行效率仍有待提升，这些都需要在未来的工作中使之实现。关键词：云计算，资源调度，建模，初始放置i浙江大学硕士学位论文AbstractAbstractIn current days, cloud
3、computing technology develops in a high speed, the cloud service is open to the public and the enterprise users in large quantities. With the enlargement of the scale of cloud, the optimization of the performance of cloud computing system has become a difficult problem. According to the characterist
4、ics of the telecom cloud computing data center, its mathematical model had been built in this paper, and an algorithm designed for initial placement in data center to deploy virtual machines. The modeling of data center starts from three aspects: physical resources, network resources and virtual res
5、ources. While describing these kinds of characteristics accurately, the constraints and optimization functions are also given to achieve the optimization goals of telecom cloud resource scheduling system. This paper has completed the designation and implement an initial placement algorithm, it inclu
6、des three phases: the selection of physical machines, the partition of virtual machines and the placement of virtual machines. The algorithm ensures the delay of communication between any two virtual machines, further, it also improves the performance of cloud computing system by means of reducing t
7、he whole communication volumes in data center.Of course, it still contains some lacks in this paper. For example, the requirements of load balance and hotspot mitigation have not been satisfied; the efficiency and effectiveness of initial placement algorithm is remained to further promote. Those all
8、 should achieve in the future work.Key Words：cloud computing,resource scheduling, modeling, initial placementii浙江大学硕士学位论文目录目录摘要iAbstractii图目录III表目录IV第1章绪论11.1课题来源11.2研究背景11.2.1云计算的定义11.2.2云计算的分类21.2.3云计算的服务模式21.2.4云计算的部署模式31.2.5云计算资源调度发展现状41.2.6电信领域云基础设施的特征61.3电信领域云计算系统资源调度所面临的问题71.4论文的主要研究内容81.5论文的
9、组织结构91.6本章小结9第2章云计算资源调度概述102.1网络无关的云计算资源调度策略及算法102.1.1基于统计的资源调度102.1.2基于蚁群算法的资源调度102.1.3基于粒子群优化算法的资源调度112.1.4基于经济学模型的启发式资源调度112.1.5基于遗传算法的资源调度112.2网络相关的云计算资源调度策略与算法122.2.1基于虚拟网络的资源调度策略122.2.2分布范围巨大的云下的资源调度122.2.3基于虚拟数据中心的资源调度策略132.2.4资源调度中对虚拟机的处理142.3装箱算法152.4本章小结16第3章电信云计算系统的建模和相关技术173.1电信云计算系统的模型1
10、73.1.1云数据中心的物理资源和虚拟资源描述183.1.2云数据中心的网络描述203.1.3云数据中心资源调度的优化目标213.2 XML-RPC技术223.3本章小结23第4章电信云资源调度系统的设计与实现244.1调度系统架构244.2控制器模块264.3决策模块284.3.1物理主机的选择284.3.2虚拟机的分组324.3.3虚拟机放置334.4本章小结34第5章虚拟机初始放置算法的评估355.1数据准备355.2算法评估365.2.1算法运行时间365.2.2算法对网络的优化395.3本章小结43第6章总结与展望446.1总结446.2展望44参考文献46作者简历49致谢50III
11、浙江大学硕士学位论文表目录图目录图 1.1 云计算的服务模式3图 1.2树状拓扑7图 1.3扁平树状拓扑7图 3.1 电信云数据中心的实际网络拓扑17图 3.2 物理主机的数据结构18图 3.3 虚拟机和交换机的数据结构19图 3.4 框的数据结构20图 3.5 虚拟机流量矩阵邻接表数据结构21图 3.6 XML-RPC调用过程22图 4.1 CRS系统架构24图 4.2 CRS系统控制器的架构26图 4.3 控制器模块业务流程27图 4.4 基于云交换机的网络拓扑30图 4.5 物理主机选择流程31图 5.1 500个物理主机下的算法执行时间37图 5.2 1000个物理主机下的算法执行时间
12、37图 5.3 2000个物理主机下的算法执行时间38图 5.4 4000个物理主机下的算法执行时间38图 5.5 高虚拟机间负载下算法的影响40图 5.6 高虚拟机流量负载下优化效果41图 5.7 中等流量负载下算法的影响41图 5.8 中等虚拟机流量负载下优化效果42图 5.9 低流量负载下算法的影响42图 5.10 低虚拟机流量负载下优化效果43表目录表 4.1 树状网络拓扑的时延矩阵29VI浙江大学硕士学位论文第1章Error! No text of specified style in document.第1章 绪论近年来，随着计算机系统的发展，互联网规模的不断扩大，各种服务及应用的
13、提供者越来越多，庞大的用户量产生了巨大的市场需求且变化多端，这些都促进了一种新型商业模式“云计算”的诞生。作为一种商业服务，用户体验、云服务提供商的经济效益成为云计算服务成功与否的重要衡量标准，云计算系统的性能、系统资源的利用率是其关键指标。对于云计算系统的性能、系统资源的利用率，系统资源的调度扮演着极其重要的角色。在电信行业中，其云计算系统所在的数据中心，硬件设备多样、网络拓扑结构复杂，这对系统资源的调度提出了极大的挑战。1.1 课题来源本文的课题背景是与华为合作的“电信领域硬件资源虚拟集群管理合作项目”，该课题的目标是在保证其用户体验的前提下，实现提升其云计算系统的性能、降低云计算系统应用
14、成本等多个目标，通过实验方法研究电信领域云计算系统的环境特征，对其建模分析，再次基础上提出硬件资源的管理策略及其用于实现的算法。1.2 研究背景1.2.1 云计算的定义云计算这个概念最早是由Google在2006年正式提出，几乎同一时期亚马逊、IBM、Intel、HP等公司相继开始提供云计算服务。那么什么是云计算？根据美国国家标准技术研究院（NIST）定义，云计算是一种能够方便、按需的网络访问配置的计算资源池（例如网络、服务器、存储、应用程序和服务），可以用最少的管理工作或服务供应商快速配置和发布模式互动1。云计算服务应该具备以下五个特征：按需自助服务、广泛地通过网络设备访问、共享的资源池、快
15、速弹性的部署方式、提供监控和测量服务。在IBM的云计算解决方案“智慧的地球”IBM云计算2.0中2，云计算是一种新型的计算模式：把IT资源、数据、应用作为服务通过互联网提供给用户。云计算也是一种基础架构管理的方法论，大量的计算资源组成IT资源池，用于动态创建高度虚拟化的资源提供用户使用。、Foster3等人认为云计算是一个由规模经济所驱动的大规模分布式计算泛型，在云计算中有一个抽象的、虚拟化的、动态伸缩的资源池，该资源池管理着计算能力、存储能力、平台、服务等资源，通过互联网用户可以按需地使用该资源池。综上所述，云计算就是融合了分布式计算、网格计算、虚拟化技术的一个产物，同时也是一种商业模式，通过将位于网络之中的大量物理服务器抽象成为一个资源池，用户可以通过网络按需、自助、弹性的方式来获得服务。1.2.2 云计算的分类自云计算出现以来，虽然仅仅发展了七年左右，但由于它在现代IT产业链中的重要作用，几乎每个IT业巨头都在这方面投入
