數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心能耗管理方法，公開(kāi)了一種數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，包括以下具體步驟：調(diào)度方法生成步驟：隨機(jī)生成多個(gè)虛擬機(jī)調(diào)度方法，所述虛擬機(jī)調(diào)度方法指的是虛擬機(jī)與服務(wù)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系；調(diào)度優(yōu)化步驟：通過(guò)交叉算法以及變異算法對(duì)虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行調(diào)整得到最終的調(diào)度結(jié)果，并執(zhí)行最終的調(diào)度結(jié)果；其中，所述交叉算法包括選擇具有更高適應(yīng)度的虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行交叉運(yùn)算；所述變異算法包括選擇具有更低適應(yīng)度的虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行交叉運(yùn)算。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，解決了數(shù)據(jù)中心能耗優(yōu)化困難的問(wèn)題，精度高，節(jié)能效果好，計(jì)算步驟少，且可以支持在線實(shí)時(shí)計(jì)算。
【專(zhuān)利說(shuō)明】數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)中心能耗管理方法，特別涉及一種數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，通 過(guò)基于改進(jìn)的遺傳算法機(jī)型調(diào)度方法的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著云計(jì)算與大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，更多的資源集中到云端，數(shù)據(jù)中心的能耗及環(huán) 境問(wèn)題也日益凸顯。構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排成為了近年來(lái)業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。數(shù) 據(jù)中心的能耗主要由計(jì)算能耗和制冷能耗兩部分組成。因此，以往大部分方法也主要是對(duì) 這兩方面分別進(jìn)行考慮以實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化。
[0003] 在減少計(jì)算能耗方面，例如采用處理器電壓頻率調(diào)整（Dynamic Voltage and Frequency Scaling, DVFS)等底層節(jié)能技術(shù)；對(duì)任務(wù)負(fù)載進(jìn)行調(diào)度,將任務(wù)進(jìn)行集中化；或 采用虛擬化技術(shù)，通過(guò)服務(wù)器整合把多個(gè)虛擬機(jī)整合到同一個(gè)物理機(jī)上，關(guān)閉空閑的物理 機(jī)，達(dá)到節(jié)能目的。尤其是在負(fù)載調(diào)度層面，大部分方法都采用將負(fù)載進(jìn)行整合、集中到少 數(shù)服務(wù)器上的調(diào)度策略。
[0004] 除此以外，在減少制冷能耗方面，由于影響制冷能耗的最為關(guān)鍵的因素是制冷設(shè) 備必須保證所有服務(wù)器不能超過(guò)一定閾值（安全溫度）。因此，制冷設(shè)備通常需要依照數(shù)據(jù) 中心內(nèi)部溫度最高、制冷最為最差的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行制冷。這無(wú)疑消耗了大量制冷能耗。常用的 解決方法是優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的硬件布局，改善制冷效率。在軟件層面，主要通過(guò)負(fù)載均衡，從 而避免熱點(diǎn)（Hot Spot)的產(chǎn)生,防止少數(shù)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象從而加大制冷需求。
[0005] 在軟件層面的節(jié)能方法在以上兩個(gè)方面中帶來(lái)了負(fù)載整合與均衡的矛盾。前者可 以減少計(jì)算能耗；而后者則能夠降低制冷能耗。之前的工作在該問(wèn)題上鮮有討論。因此，如 何綜合考慮兩者的能耗，在負(fù)載調(diào)度上進(jìn)行權(quán)衡，從而減少總能耗，是極為必要的。其次，由 于虛擬化技術(shù)具有資源利用率高、管理靈活、可擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心開(kāi)始廣泛地采用 虛擬化技術(shù)。而虛擬化技術(shù)的引入，也改變了現(xiàn)有的很多節(jié)能調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)虛 擬機(jī)的場(chǎng)景下的實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)度方法提出了要求。而目前綜合考慮兩者能耗的工作存在著建 模粒度粗糙、未考慮虛擬化場(chǎng)景等缺點(diǎn)。就此，有必要研制一種針對(duì)虛擬機(jī)的，同時(shí)考慮計(jì) 算能耗與制冷能耗的數(shù)據(jù)中心節(jié)能調(diào)度方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在建模粒度粗糙，未考慮虛擬化場(chǎng)景的缺點(diǎn)，提供了一種 數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，以減少總能耗為目標(biāo)進(jìn)行虛擬機(jī)調(diào)度計(jì)算，在綜合考慮計(jì)算能 耗與制冷能耗的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)調(diào)度的優(yōu)化的目的。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案：
[0008] 一種數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，包括以下具體步驟：
[0009] 調(diào)度方法生成步驟：隨機(jī)生成多個(gè)虛擬機(jī)調(diào)度方法，所述虛擬機(jī)調(diào)度方法指的是 虛擬機(jī)與服務(wù)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0010] 調(diào)度優(yōu)化步驟：通過(guò)交叉算法以及變異算法對(duì)虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行迭代調(diào)整得到 最終調(diào)度結(jié)果并按其進(jìn)行調(diào)度；
[0011]其中，
[0012] 所述交叉算法選擇具有更高適應(yīng)度的虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行交叉操作；
[0013] 所述變異算法選擇具有更低適應(yīng)度的虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行變異操作；
[0014] 所述適應(yīng)度是指虛擬機(jī)調(diào)度方法所對(duì)應(yīng)的能耗的負(fù)數(shù)。
[0015] 于本發(fā)明的實(shí)施例中，所述能耗的計(jì)算包括以下具體步驟：
[0016] 1)計(jì)算虛擬機(jī)調(diào)度方法在運(yùn)行過(guò)程中每個(gè)服務(wù)器的CPU利用率；
[0017] 2)對(duì)每個(gè)服務(wù)器的CPU利用率的數(shù)值進(jìn)行擬合并得到服務(wù)器的功率變化曲線P， 并由此計(jì)算得到所有服務(wù)器的功耗總和P_puting ；
[0018] 3)找尋在所有服務(wù)器的CPU運(yùn)行時(shí)溫度不超過(guò)危險(xiǎn)閾值的情況下的最高的SAT設(shè) 定值以節(jié)省制冷能耗，并計(jì)算該SAT下的空調(diào)性能系數(shù)CoP ；
[0019] 4)根據(jù)該CoP值以及所有服務(wù)器的功耗總和P_puting得到制冷功耗P_ ling，將所有 服務(wù)器的功耗總和P_puting以及制冷功耗p_ling分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分得到所有服務(wù)器的能 耗值E_puting以及制冷能耗值E_ling，所有服務(wù)器的能耗值以及制冷能耗值的總和即所述虛 擬機(jī)調(diào)度方法所對(duì)應(yīng)的能耗P_ling。
[0020] 于本發(fā)明的實(shí)施例中，所述最高的SAT設(shè)定值由以下方法找尋：SAT從某個(gè)值SAT0 開(kāi)始，根據(jù)下式預(yù)測(cè)CPU溫度（P、R、H分別為服務(wù)器功率、熱阻和熱回流強(qiáng)度），逐漸增加或 減少SAT的取值，找到可以保證所有CPU均不超過(guò)危險(xiǎn)閾值溫度，且最高的SAT設(shè)定值。
[0021]

【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，包括以下具體步驟： 調(diào)度方法生成步驟（100):隨機(jī)生成多個(gè)虛擬機(jī)調(diào)度方法，所述虛擬機(jī)調(diào)度方法指的 是虛擬機(jī)與服務(wù)器的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 調(diào)度優(yōu)化步驟（200):通過(guò)交叉算法（201)以及變異算法（202)對(duì)虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn) 行迭代調(diào)整得到最終調(diào)度結(jié)果并按其進(jìn)行調(diào)度； 其中， 所述交叉算法（201)選擇具有更高適應(yīng)度的虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行交叉操作（201)； 所述變異算法（202)選擇具有更低適應(yīng)度的虛擬機(jī)調(diào)度方法進(jìn)行變異操作（202)； 所述適應(yīng)度是指虛擬機(jī)調(diào)度方法所對(duì)應(yīng)的能耗的負(fù)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，所述能耗的計(jì)算包 括以下具體步驟： 1)計(jì)算虛擬機(jī)調(diào)度方法在運(yùn)行過(guò)程中每個(gè)服務(wù)器的CPU利用率； 2)對(duì)每個(gè)服務(wù)器的CPU利用率的數(shù)值進(jìn)行擬合并得到服務(wù)器的功率變化曲線P，并由 此計(jì)算得到所有服務(wù)器的功耗總和P_puting ; 3)找尋在所有服務(wù)器的CPU運(yùn)行時(shí)溫度不超過(guò)危險(xiǎn)閾值的情況下的最高的SAT設(shè)定值 以節(jié)省制冷能耗，并計(jì)算該SAT下的空調(diào)性能系數(shù)CoP ； 4)根據(jù)該CoP值以及所有服務(wù)器的功耗總和P_puting得到制冷功耗P_ling，將所有服務(wù) 器的功耗總和P_puting以及制冷功耗P_ling分別對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分得到所有服務(wù)器的能耗值 Ecomputing以及制冷能耗值E_ling，所有服務(wù)器的能耗值以及制冷能耗值的總和即所述虛擬機(jī) 調(diào)度方法所對(duì)應(yīng)的能耗P_ling。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，所述最高的SAT設(shè)定 值由以下方法找尋：SAT從某個(gè)值SAI；開(kāi)始，根據(jù)下式預(yù)測(cè)CPU溫度（P、R、H分別為服務(wù)器 功率、熱阻和熱回流強(qiáng)度），逐漸增加或減少SAT的取值，找到可以保證所有CPU均不超過(guò)危 險(xiǎn)閾值溫度，且最高的SAT設(shè)定值。
其中
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，所述交叉算法（201) 是指將不同的虛擬機(jī)調(diào)度方法中的至少部分虛擬機(jī)調(diào)度序列進(jìn)行互換，從而生成新的虛擬 機(jī)調(diào)度方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，所述變異算法（202) 是將具有較低適應(yīng)度的虛擬機(jī)調(diào)度方法中的虛擬機(jī)調(diào)度序列以一定幾率隨機(jī)進(jìn)行變更。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，還包括迭代計(jì)算步 驟（300)； 所述迭代計(jì)算步驟（300)包括將調(diào)度優(yōu)化步驟（200)得到的調(diào)度結(jié)果再次作為步驟 (200)的調(diào)整對(duì)象，進(jìn)行迭代調(diào)整并得到最終的調(diào)度結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，所述空調(diào)性能系數(shù) CoP與空調(diào)溫度設(shè)定值SAT之間采用以下公式： CoP = 0. 0068SAT2+0. 008SAT+0. 458
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)中心的節(jié)能調(diào)度方法，其特征在于，R使用公式TOT = PR+T"b進(jìn)行計(jì)算，其中CPU溫度TOT、功率P以及服務(wù)器周?chē)鷾囟萒amb為服務(wù)器在任意穩(wěn)定 狀態(tài)下的測(cè)量結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G06F9/455GK104142850SQ201410315312
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】吳朝暉, 李翔, 姜曉紅, 陳英芝, 毛宇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)