一種可靠性感知的虛擬數(shù)據(jù)中心跨域映射方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于虛擬數(shù)據(jù)中屯、跨域映射技術領域，具體設及一種可靠性感知的虛擬數(shù) 據(jù)中屯、跨域映射方法。
【背景技術】
[0002] 近些年，在部署服務應用到大型數(shù)據(jù)中屯、方面，云計算已經(jīng)成為了一種有成本效 益的模型。在云計算的環(huán)境中，有兩個主要的實體：基礎設施提供者（In巧和服務提供者。 基礎設施提供者擁有物理基礎設施，負責將每個數(shù)據(jù)中屯、的物理資源劃分成虛擬資源（例 如，虛擬機），然后將該些虛擬資源組給服務提供者。另一方面，服務提供者租用該些資源， 將其服務應用部署在互聯(lián)網(wǎng)上，向端用戶提供服務應用。用戶可W獲得該項技術所有的好 處，而不需要用基礎設施和服務，W及技術較深的知識。因此，允許基礎設施提供者，服務提 供者和用戶能夠集中注意力到他們自己的事情上。
[0003] 隨著云計算的廣泛使用和計算需求的增長導致了數(shù)據(jù)中規(guī)模的快速增加。但是， 在龐大的數(shù)據(jù)中屯、背后，其資源的平均利用率卻相對較低，大部分設備空閑，給數(shù)據(jù)中屯、增 加巨大的能耗負擔。目前，數(shù)據(jù)中屯、中使用虛擬化技術，可W有效提高數(shù)據(jù)中屯、資源利用 率。在該種新趨勢下，每個租戶的資源請求可抽象為一組虛擬機（VirtualMachine,VM) 和連接虛擬機的虛擬鏈路（VirtualLink)構成的虛擬數(shù)據(jù)中屯、（VirtualDataCenter, VDC)，每個VM對應一定的計算資源（包括CPU、內(nèi)存W及硬盤等）。和傳統(tǒng)僅提供VM的方 式相比，VDC能夠提供較好的網(wǎng)絡資源的隔離，因此提高服務應用的性能。
[0004] Qi化ang提出了一個可靠的VDC映射框架，叫做Venice。作者提出用來估計VDC 映射可靠性的技術。作者設計出一個VDC映射算法，算法的目標是最大化CP的總收入，同 時最小化硬件失效帶來的總的花費和不可用的服務?？煽啃訴DC映射問題是NP-hard問題， 因此，該問題的解決是非常困難的。作者在Greenhead中解決了可靠性感知的虛擬數(shù)據(jù)中 屯、映射。映射算法保證VDC請求的可靠性。然而，W上方案的主要限制是他們忽略了數(shù)據(jù) 中屯、內(nèi)部和數(shù)據(jù)中屯、之間的帶寬費用的不同，一些特定的VM有位置約束，并且VM之間要交 換數(shù)據(jù)。而且，W上算法不能直接應用在多數(shù)據(jù)中屯、的資源分配。多數(shù)據(jù)中屯、的拓撲規(guī)模 很大。因為我們需要考慮映射在不同數(shù)據(jù)中屯、的VDC中虛擬組件之間的帶寬，該些單個數(shù) 據(jù)中屯、內(nèi)的可靠的VDC映射算法不能應用于跨分布式基礎設施的可靠性感知的VDC映射。
[0005]AhmedAmokrane研究跨分布式基礎設施的虛擬數(shù)據(jù)中屯、映射。作者提出了一個 跨分布式基礎設施VDC映射的管理框架，稱為Greenhead。Greenhead的目標是最小化能源 消耗和最大化InP的總收益，同時盡可能確保環(huán)境友好。然后，作者提出算法將分區(qū)映射 到數(shù)據(jù)中屯、，映射的依據(jù)是不同數(shù)據(jù)中屯、所在地理區(qū)域的電價，數(shù)據(jù)中屯、的CPU,可再生能 源的可用性和單位能源的碳排放量。作者狄浩提出了跨數(shù)據(jù)中屯、的可靠的虛擬網(wǎng)絡映射算 法，保證虛擬網(wǎng)絡映射的生存能力。然而，在一些方面，VDC映射和VN映射存在著差異。例 如，在VN中的VM不能放在同一個物理節(jié)點上，而每個物理節(jié)點可W同時承載VDC中的多個 VM。進一步，不同于ISP網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)中屯、網(wǎng)絡的拓撲通常是傳統(tǒng)樹，胖樹，或者Clos拓撲等。 該樣，就導致現(xiàn)存的VN映射算法不能直接應用來解決VDC跨域映射問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種可靠性感知的虛擬數(shù)據(jù)中屯、跨域映射方法。
[0007] 本發(fā)明所要解決的兩個問題是；首先，由于是可靠性感知的映射，所W要保證VDC 的可靠性請求。該就要求映射完成的VDC的可靠性要不低于VDC請求的可靠性。其次，我 們解決的是VDC的跨域映射問題。骨干網(wǎng)的鏈路承載的是不同數(shù)據(jù)中屯、之間的通信流，它 的單位鏈路通信帶寬的成本要比數(shù)據(jù)中屯、內(nèi)部的單位帶寬高很多。VDC的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕?成本是骨干網(wǎng)上的帶寬成本，相比于骨干網(wǎng)的帶寬成本，數(shù)據(jù)中屯、內(nèi)部的帶寬成本可W忽 略不計。所W，減少骨干網(wǎng)通信帶寬是我們要解決的另一個主要問題。
[0008] 本發(fā)明具體采用如下技術方案；
[0009] -種可靠性感知的虛擬數(shù)據(jù)中屯、跨域映射方法，其流程如圖1所示，具體包括W 下步驟：
[0010] 步驟1.劃分服務器等級；客戶提供初始的虛擬機（VirtualMachine,VM)節(jié)點拓 撲圖，總物理計算資源由多個物理數(shù)據(jù)中屯、值ataCenter,DC)組成，每個物理數(shù)據(jù)中屯、由 多個服務器構成；將同一個物理數(shù)據(jù)中屯、的所有服務器，按照其各自的失效率由高至低進 行等級劃分，失效率相同的服務器劃分為同一級，失效率最高的服務器劃分為第一級，且失 效率越低，服務器等級越高，共計N個等級；定義服務器等級集合K={第一級服務器}，即 K二 1 ;
[0011] 步驟2.對虛擬機進行分組；
[0012] 步驟2-1.將客戶提供的初始的虛擬機節(jié)點拓撲圖中的每個節(jié)點按順序編號；
[0013] 步驟2-2.從拓撲圖中選擇與1號節(jié)點通信帶寬最大的一個節(jié)點，把該節(jié)點與1號 節(jié)點匯成一個虛擬機分組，然后從所有節(jié)點（包括已經(jīng)匯成一個虛擬機分組的兩個節(jié)點） 中選擇和2號節(jié)點通信帶寬最大的節(jié)點，把該節(jié)點與2號節(jié)點匯成一個虛擬機分組，若該節(jié) 點是已經(jīng)匯成某個虛擬機分組的某個節(jié)點，需要進行W下判斷：若2號節(jié)點和該節(jié)點的通 信帶寬大于該節(jié)點和之前虛擬機分組中節(jié)點的通信帶寬，則將該節(jié)點之前所在的虛擬機分 組拆開，該節(jié)點與2號節(jié)點匯成一個新的虛擬機分組，否則選擇與2號節(jié)點通信帶寬次大的 節(jié)點，把該節(jié)點與2號節(jié)點匯成一個分組；同樣匯成一個虛擬分組前還要檢查該節(jié)點是否 已經(jīng)和其他節(jié)點匯成一個虛擬機分組；
[0014] 按照上述方法處理剩余各個節(jié)點，由此得到多個虛擬機分組；
[0015] 步驟2-3.將得到的每一個虛擬機分組視為一個節(jié)點，由此構成新的節(jié)點拓撲圖， 對該新拓撲圖按照步驟2-2所述方法進行重新分組；
[0016] 步驟2-4.重復執(zhí)行步驟2-3,直到由于限制條件使得不能夠繼續(xù)重新分組來減少 分組間通信帶寬時止，分組結束；
[0017] 步驟3.映射分組內(nèi)的工作虛擬機；從步驟2-4所得的多個虛擬機分組中隨機選取 一個虛擬機分組Pi,并從所述多個DC中選取一個DC，使得該DC中等級最高的服務器相比 于其他DC中等級最高的服務器能夠為所述虛擬機分組Pi提供最高的可靠性，記該DC為所 述虛擬機分組Pi的目標DC;按照本步驟上述方法，分別找出剩余的所有虛擬機分組各自的 目標DC;
[0018] 步驟4.先后映射虛擬機分組Pi沒有備份的VM、有備份的VM;在整個虛擬數(shù)據(jù)中屯、 中，將互相之間為備份關系的VM匯聚為一個復本組，每一個復本組只包含相同備份的VM; 按步驟4-1至步驟4-2所述方法實現(xiàn)虛擬機分組Pi的映射；
[0019] 步驟4-1.從所述虛擬機分組Pi中隨機選取一個沒有備份的VM，將其映射至所述 目標DC的服務器等級集合K中計算資源能夠滿足所選VM、且可靠性最高的服務器，若服務 器等級集合K所包含服務器的計算資源均不滿足所選VM的要求，則由低等級至高等級依次 掃描該DC中的所有服務器直至找到計算資源滿足所選VM的前提下，最低等級服務器中可 靠性最高的服務器作為該VM的映射服務器；按上述方法將所述虛擬機分組Pi中剩余的沒 有備份的VM映射至目標DC中相應的服務器上；
[0020] 步驟4-2.在完成所述虛擬機分組Pi中所有沒有備份的VM的映射工作后，按步驟 4-1上述方法將所述虛擬機分組Pi中有備份的VM映射至目標DC中相應的服務器上；在映 射有備份的VM之前，核實與該VM呈備份關系的VM是否已經(jīng)映射，若是，則該VM不進行映 射，若否，則將該VM映射至相應的服務器上，即保證每一個復本組中只有一個VM進行映射， 將剩余未映射的VM記錄為起備份作用的VM;
[002。 步驟5.當映射完第一個分組后，即完成所述虛擬機分組P沖所有VM的映射后，在 剩余未映射的虛擬機分組中，選取與虛擬機分組Pi的通信帶寬最大的虛擬機分組，按步驟4 所述的映射方法，完成該虛擬機分組的映射；
[0022] 步驟6.從剩余未映射的虛擬機分組中，選取與已完成映射的虛擬機分組之間的 通信帶寬之和最大的虛擬機分組，按步驟4所述的映射方法完成該虛擬機分組的映射，由 此實現(xiàn)所有虛擬機分組的映射；
[0023] 步驟7.完成所有虛擬機分組的映射后，計算整個映射方案提供服務的可靠性，若 可靠性已滿足要求，則整個虛擬數(shù)據(jù)中屯、的映射工作完成，若可靠性低于所需的可靠性 值，則按步驟7-1至步驟7-2所述方法進行可靠性提升；
[0024] 步驟7-1.從記錄為起備份作用的VM中，隨機選取一個尚未映射的VM，將其映射 至該VM所在虛擬機分組對應的目標DC的服務器集合K中計算資源能夠滿足該VM、且可靠 性最高的服務器上，若服務器等級集合K所包含服務器的計算資源均不滿足該VM的要求， 則由低等級至高等級依次掃描該DC中的所有服務器直至找到計算資源滿足所選VM的前提 下，最低等級服務器中可靠性最高的服務器作為該VM的映射服務器；
[00巧]步驟7-2.步驟7-1所選的VM完成映射后，計算整個映射方案提供服務的可靠性， 若可靠性已滿足要求，則整個虛擬數(shù)據(jù)中屯、的映射工作完成，若可靠性低于所需的可靠性 值，則按照步驟7-1所述方法依次逐個增加起備份作用的VM的映射個數(shù)并計算整個映射方 案提供服務的可靠性，直至所述可靠性滿足要求時止，完成整個映射工作；
[0026] 步驟8.若記錄為起備份作用的VM均已完成映射，而整個映射方案提供服務的可 靠性依然未滿足要求，則重新定義服務器等級集合K={第一級服務器，第二級服務器}，即 K= 2 ;依次執(zhí)行步驟2至步驟7完成整個虛擬數(shù)據(jù)中屯、的映射工作；
[0027] 步驟9.若K= 2時，按上述方法所得的映射方案的可靠性無法達到要求，則依次 計算K= 3,…，N時按步驟2至步驟7所得映射方案的可靠性直至所述可靠性達到要求時 止，此時的映射方案即為最終的映射方案；若K=N時所得的映射方案的可靠性依然無法滿 足要求，則映射失敗，拒絕該VDC的映射請求。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是：
[0029] 本發(fā)明提出的方法能夠在保證滿足VDC可靠性請求的前提下，有效的降低映射所 產(chǎn)生的骨干網(wǎng)帶寬，降低VDC請求的阻塞率；本發(fā)明提供的方法既保證VDC的可靠性，又不 浪費可靠性高的物理資源，進而能夠提高VDC請求的接收率；同時，本發(fā)明還能明顯的降低 骨干網(wǎng)帶寬，降低映射的成本。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)