基於彈性虛擬池的綠色數據中心節能研究

《基於彈性虛擬池的綠色數據中心節能研究》是依託上海交通大學，由戚正偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於彈性虛擬池的綠色數據中心節能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：戚正偉
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

目前數據中心的能耗管理研究已經取得了一些重要進展，但面對高度彈性化和動態化的雲計算環境，缺乏有效的能耗與效率評估、智慧型分析和能耗最佳化機制，在自適應能耗模型、多層控制算法和巨觀能耗架構上存在很多局限和約束。本課題擬提出一個新的全局能耗管理模型-彈性虛擬池（Elastic VM Pool）。以此為中心繫統地研究虛擬化能耗架構、自適應能耗模型、可預測控制算法三項關鍵技術。彈性虛擬池支持創建、伸縮、休眠、喚醒、遷移和銷毀虛擬機以及按需調整分配給虛擬機的各類資源。研究多層自適應能耗模型，建立數據中心虛擬資源和能耗之間的定量模型，並在不同層次上建立相應的理論控制模型，實現動態按需調整伺服器負載分配和主動式智慧型能源管理。提出最佳化控制算法，平衡套用層服務質量和底層虛擬機的資源。通過可預測控制，平滑套用負載變動帶來的能耗和性能波動。從而為將來的大規模綠色數據中心平台建設提供核心理論支撐和實驗驗證。

結題摘要

本課題提出了一個新的全局能耗管理模型-彈性虛擬池（Elastic VM Pool）。以此為中心繫統地研究了虛擬化能耗架構、自適應能耗模型、可預測控制算法三項技術。研究多層自適應能耗模型，建立數據中心虛擬資源和能耗之間的定量模型，並在不同層次上建立相應的理論控制模型，實現動態按需調整伺服器負載分配。該機制利用虛擬機資源再配置和伺服器整合來改進數據中心的能耗。提出了最佳化控制算法，平衡套用層服務質量和底層虛擬機的資源。通過基於多輸入多輸出（MIMO）性能控制器和能源最佳化器，平衡套用負載變動帶來的能耗和性能。結合一個單輸入單輸出（SISO）的控制器和一個佇列網路模型來動態的調節CPU資源的分配和運行頻率，從而確保虛擬化數據中心的服務質量。提出了一個改進的首次自適應算法，利用虛擬機實時遷移技術來動態整合虛擬機到少量的物理伺服器上，從而降低數據中心的能耗。並提出了一個用於求解綠色數據中心虛擬機放置問題的蟻群最佳化算法。與現存的虛擬機放置算法相比，所提出的算法將一個最大最小螞蟻系統（MMAS）算法和一個局部搜尋算法相結合來更加有效搜尋解空間，從而可以找到一個具有最低能源消耗的解。 本項目組發表在HPDC、CLUSTER、NPC、ISCC、JCSS、JSS、SPE、JSA等會議和期刊上發表了15篇論文，出版專著1部，申請專利4項，獲得軟體著作權2項。項目負責人獲得教育部新世紀優秀人才獎1項，並獲得2012年度教育部科技進步獎一等獎（排名第六）。