專利名稱：面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制，該機(jī)制應(yīng)用于分布式網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的終端操作系統(tǒng)，通常是嵌入式操作系統(tǒng)，加上一組網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，典型的如TCP/ IP協(xié)議和其它應(yīng)用協(xié)議簇，在應(yīng)用層使用C/S或B/S模式和網(wǎng)絡(luò)端連接，請(qǐng)求相應(yīng)服務(wù)。使用者可以清楚知道計(jì)算和存儲(chǔ)資源在本地進(jìn)行。用戶通過本地向網(wǎng)絡(luò)端請(qǐng)求獲取需要的信息，按照網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延獲取質(zhì)量不同的服務(wù)。但這樣的模式將軟硬件緊密的耦合在一起，無法適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的快速變化，同時(shí)由于軟件的發(fā)展跟不上硬件的發(fā)展速度，對(duì)硬件資源的先天性利用不足也導(dǎo)致系統(tǒng)無法充分有效的使用資源。隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展， 出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)，其應(yīng)用模式如

圖1所示。所謂的網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)是通過虛擬化技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將操作系統(tǒng)功能邊界擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)側(cè)，在一個(gè)統(tǒng)一的架構(gòu)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算和資源的配置、調(diào)度、管理。網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的資源虛擬化是計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等各類異構(gòu)資源借助于虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理、彈性的配置、靈活的調(diào)度和安全的運(yùn)行。本發(fā)明涉及一種面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制，其目標(biāo)是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源的利用情況，并根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)態(tài)反饋的情況均衡分配資源，達(dá)到充分、合理地使用和共享網(wǎng)絡(luò)中的資源并使之得到最大化利用的目的。目前，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)分配還在開展積極的研究和驗(yàn)證性工作，離大規(guī)模的商用還有一定的距離。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)所述，本發(fā)明的目的在于提出一種面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制主要由四部分組成。(1)資源請(qǐng)求模塊資源請(qǐng)求模塊是網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)與外界進(jìn)行交互的接口，該模塊接受用戶請(qǐng)求后，根據(jù)用戶的種類，用戶的特征和用戶的請(qǐng)求類型對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)，將較高優(yōu)先的請(qǐng)求排在前面。(2)資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)中的虛擬資源池，將收集到虛擬資源池的信息存入數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行告警分析，當(dāng)采集的監(jiān)控信息中虛擬資源池中的資源超過告警線時(shí)候，向資源動(dòng)態(tài)管理模塊發(fā)出告警。(3)資源動(dòng)態(tài)管理模塊接受資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊提供的對(duì)網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)資源的監(jiān)控信息，分析各虛擬機(jī)運(yùn)行狀況為資源分配調(diào)度模塊提供分配策略所需要的信息，并提供網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)管理和配置界面。(4)資源分配調(diào)度模塊資源分配調(diào)度模塊根據(jù)資源動(dòng)態(tài)管理模塊提供的最優(yōu)選擇，將用戶的資源請(qǐng)求映射到響應(yīng)的資源池中，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源的均衡分配。本發(fā)明面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源的動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制的運(yùn)行原理如圖2所示。其具體實(shí)現(xiàn)方法包括以下幾個(gè)步驟(1)資源請(qǐng)求模塊向用戶提供請(qǐng)求接口，用戶根據(jù)接口，按格式向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)，資源請(qǐng)求模塊接受到用戶請(qǐng)求后，根據(jù)用戶的特征，對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)，將高優(yōu)先權(quán)的用戶，或者緊急的請(qǐng)求排在請(qǐng)求隊(duì)列前面。(2)資源服務(wù)器的所有虛擬機(jī)上都部署一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控Agent (代理)，由Agent定時(shí)的向資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊(遠(yuǎn)程監(jiān)控Server)發(fā)送該虛擬機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息。其中發(fā)送的間隔可讓用戶自定義。在這里我們以周期5秒定時(shí)向遠(yuǎn)程監(jiān)控Server發(fā)送信息。 Agent發(fā)送的信息包括CPU (中央處理器)利用率C，內(nèi)存使用情況M，磁盤利用率D，進(jìn)程數(shù) P等實(shí)時(shí)使用情況。遠(yuǎn)程監(jiān)控Server實(shí)時(shí)收取Agent發(fā)送過來的監(jiān)控信息并記錄下來。(3)資源動(dòng)態(tài)管理模塊根據(jù)資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊記錄的實(shí)時(shí)信息計(jì)算出所有虛擬機(jī)的綜合負(fù)載值L，用戶和管理員可以通過定義告警臨界值來防止服務(wù)器過載和決定是否增加虛擬機(jī)和資源服務(wù)器。(4)資源分配調(diào)度模塊根據(jù)資源動(dòng)態(tài)管理模塊提供的最優(yōu)選擇，將資源請(qǐng)求映射到資源池中的虛擬機(jī)上，依此來達(dá)到虛擬資源的合理利用，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。對(duì)于綜合負(fù)載值L的計(jì)算，我們做如下規(guī)定(I)L = O ；表示該虛擬機(jī)不可用，已經(jīng)建立連接的請(qǐng)求可以繼續(xù)得到服務(wù)，但是拒絕任何新的應(yīng)用請(qǐng)求。當(dāng)虛擬機(jī)需要維護(hù)或者虛擬機(jī)的使用情況已經(jīng)達(dá)到了告警級(jí)別的時(shí)候適用與此種情況。(2) L ！ = 0 ;L 的計(jì)算方式為 L = C* α +Μ* β +D* γ+P* δ ；為了計(jì)算L的值，我們引入了一組可動(dòng)態(tài)調(diào)整的系數(shù)α，β, Y, δ，其中
α +β + y + δ =1。我們可根據(jù)實(shí)際情況中CPU，內(nèi)存，磁盤以及進(jìn)程數(shù)在虛擬機(jī)中重要性的不同來對(duì)其權(quán)重系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直至找到最貼近當(dāng)前應(yīng)用的一組系數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，我們采用的系數(shù)依次為0. 4,0. 3,0. 1,0.2.而對(duì)于C，M, D，P的獲得，其核心機(jī)制是根據(jù)過去一段時(shí)間虛擬機(jī)的運(yùn)行狀況來預(yù)測(cè)其未來的值。我們以計(jì)算CPU為例，虛擬機(jī)上的Agent以周期5秒向管理服務(wù)器上資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊中的Server發(fā)送虛擬機(jī)i CPU利用率記錄Xi [t]，Server收到數(shù)據(jù)后會(huì)記錄下來， 資源動(dòng)態(tài)管理模塊通過Server獲取到CPU在某一段時(shí)間內(nèi)的利用率，通過對(duì)虛擬機(jī)CPU的利用率歷史記錄的分析，判斷預(yù)測(cè)各虛擬機(jī)未來時(shí)段運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)荷能力。因?yàn)椴煌摂M機(jī)有不同的物理計(jì)算能力同時(shí)由于已分配任務(wù)的不同，所以需要對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤記錄，同時(shí)也進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和判斷。當(dāng)資源分配調(diào)度模塊收到資源請(qǐng)求模塊發(fā)出的請(qǐng)求時(shí)候，通知資源管理模塊，此時(shí)資源管理模塊讀取數(shù)據(jù)庫的利用率記錄后使用MA (Moving average)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)算法， 預(yù)測(cè)各虛擬機(jī)的未來下一時(shí)段的CPU利用率yi[t]，由于需要實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，所以預(yù)測(cè)記錄也是時(shí)間序列，在每個(gè)時(shí)段更新
權(quán)利要求
1.面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制包括(1)資源請(qǐng)求模塊資源請(qǐng)求模塊是網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)與外界進(jìn)行交互的接口，該模塊接受用戶請(qǐng)求后，根據(jù)用戶的種類，用戶的特征，和用戶的請(qǐng)求類型對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)，將較高優(yōu)先的請(qǐng)求排在前面，同時(shí)請(qǐng)求模塊根據(jù)分配模塊的信息，向用戶反饋系統(tǒng)狀態(tài)。(2)資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)中的虛擬資源池，將收集到虛擬資源池的信息存入數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行告警分析，當(dāng)采集的監(jiān)控信息中虛擬資源池中的資源超過告警線時(shí)候，向資源動(dòng)態(tài)管理模塊發(fā)出告警。(3)資源動(dòng)態(tài)管理模塊接受資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊提供的對(duì)網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)資源的監(jiān)控信息，分析各虛擬機(jī)運(yùn)行狀況為資源分配調(diào)度模塊提供分配策略所需要的信息，并提供網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)管理和配置界面。(4)資源分配調(diào)度模塊資源分配調(diào)度模塊根據(jù)資源動(dòng)態(tài)管理模塊提供的最優(yōu)選擇， 將用戶的資源請(qǐng)求映射到響應(yīng)的資源池中，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源的均衡分配。
2.面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源的動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制中對(duì)綜合負(fù)載L值的計(jì)算(1)L= 0 ；表示該虛擬機(jī)不可用，已經(jīng)建立連接的請(qǐng)求可以繼續(xù)得到服務(wù)，但是拒絕任何新的應(yīng)用請(qǐng)求。當(dāng)虛擬機(jī)需要維護(hù)或者虛擬機(jī)的使用情況已經(jīng)達(dá)到了告警級(jí)別的時(shí)候適用與此種情況。(2)L ！ = 0 ;L 的計(jì)算方式為 L = C* α +Μ* β +D* γ+P* δ ；其中C表示CPU(中央處理器)利用率，M表示內(nèi)存使用情況，D表示磁盤利用率，P 表示進(jìn)程數(shù)。為了計(jì)算L的值，我們引入了一組可動(dòng)態(tài)調(diào)整的系數(shù)α，β, γ, δ，其中 α+β + Υ + δ =1。我們可根據(jù)實(shí)際情況中CPU，內(nèi)存，磁盤以及進(jìn)程數(shù)在虛擬機(jī)中重要性的不同來對(duì)其權(quán)重系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直至找到最貼近當(dāng)前應(yīng)用的一組系數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，我們采用的系數(shù)依次為0. 4，0. 3，0. 1，0. 2。而對(duì)于C，M, D，P的獲得是根據(jù)過去一段時(shí)間虛擬機(jī)的運(yùn)行狀況來預(yù)測(cè)其未來的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及面向網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)的虛擬資源動(dòng)態(tài)反饋均衡分配機(jī)制，該機(jī)制包含資源請(qǐng)求模塊、資源實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、資源動(dòng)態(tài)管理模塊和資源分配調(diào)度模塊，該機(jī)制可以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)虛擬資源實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)均衡分配，達(dá)到充分利用資源，實(shí)現(xiàn)可靠服務(wù)的目的。采用本發(fā)明的方法，對(duì)于提高系統(tǒng)資源利用率和穩(wěn)定性方面有很好的效果。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102223419SQ201110186099
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者劉武明, 唐磊, 袁玉宇, 陸月明, 馬良 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)