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虚拟化计算环境中基于QoS约束的资源分配管理技术的研究

作　者: 周峰
导　师: 万健；徐向华
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: Xen虚拟机资源分配服务质量(QoS) 模糊控制
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

数据中心作为物理资源提供者,它需要在保证性能的同时优化资源利用率从而降低其运营的成本。当前的虚拟化技术提供了这个机会,可以将一台物理服务器分割成多台独立管理的虚拟服务器。在利用虚拟化技术的同时也带来了一个挑战:即如何按需供应共享物理资源和如何管理虚拟服务器的资源,以最少的费用,从而满足服务质量目标。利用虚拟化技术物理服务器在满足应用负载的QoS约束目标的同时,提高系统的资源利用率,降低资源管理的复杂度,减少使用的物理服务器的数量,节省资源,已成为目前的研究的重要课题。本文研究了虚拟化技术概念、典型实现与未来发展趋势,详细阐述了Web服务的QoS控制的研究现状,对现有的虚拟化环境中的资源分配策略做了总结,并指出了虚拟化技术的发展为服务器资源分配带来了新挑战。此外,本文基于Xen虚拟化平台设计了一个虚拟化集群的资源管理系统的方案,分析了把虚拟技术应用到集群系统的资源分配中的优势,为了更好地在基于QoS约束的资源分配自适应控制过程中预测应用的资源需求采用了模糊逻辑控制的方式。主要内容包括:(1)以QoS约束指标控制为核心的虚拟集群Web服务体系结构,结合虚拟化技术与反馈控制系统的基本组成原理,提出了基于Xen虚拟化环境下的虚拟集群的资源管理系统的功能需求,完成了一个提供管理、控制与状态监测功能的虚拟集群管理系统的设计方案。在方案中对于QoS量化控制的各个组成部分对应于反馈控制系统中的基本组成部件。(2)本文尝试着将现代的智能控制理论引入到QoS约束的资源分配控制器的设计当中来。基于智能控制中较为成熟的模糊逻辑控制理论,我们提出了运用模糊控制理论进行QoS约束的资源控制器设计的方法。(3)本文设计的基于QoS约束的资源分配控制器中,还设计了一个规则库自动建立和更新算法,达到系统自主学习的目的,从而能更好的预测和控制本地的下一阶段中本地的资源需求。这个算法通过计算规则的重要性,动态的更新规则库中规则,解决了随着规则的不断建立,内存需求量不断增长的弊端。本文通过在Xen虚拟机上对Web服务器响应时间指标的约束从而对CPU资源分配的控制实验,验证了本模糊逻辑控制模型,理论和算法在资源分配中应用是可行性,实验表明控制模型具有较好的控制效果,在响应速度、收敛性及稳定性方面具有较好的表现。本控制模型和算法可以推广应用于对其它资源的控制分配上。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 研究背景  11
  1.2 主要研究内容  11-12
  1.3 选题动机和主要工作  12-13
  1.4 论文组织结构  13-15
第2章虚拟化技术与Web 服务质量控制  15-32
  2.1 虚拟化技术研究  15-19
    2.1.1 虚拟化基本概念  15-16
    2.1.2 虚拟化典型实现  16-18
    2.1.3 虚拟化的发展趋势  18-19
  2.2 虚拟化集群的概念和特点  19-23
    2.2.1 集群系统的基本概念  20
    2.2.2 集群系统分类  20
    2.2.3 虚拟化集群中的资源管理  20-21
    2.2.4 虚拟化与集群技术结合的优势  21-23
  2.3 Web 服务QoS 约束控制研究  23-28
    2.3.1 QoS 定义与重要性能指标  23-25
    2.3.2 研究现状  25-27
    2.3.3 资源分配问题的挑战  27-28
    2.3.4 本文的创新  28
  2.4 本文用到的相关技术  28-31
    2.4.1 Xend  28-29
    2.4.2 Libvirt  29
    2.4.3 Ganglia  29-30
    2.4.4 VNC  30
    2.4.5 RPC  30-31
  2.5 小结  31-32
第3章虚拟集群系统资源管理模型  32-42
  3.1 虚拟集群系统功能概述  32-34
    3.1.1 虚拟集群的定制  33
    3.1.2 虚拟集群的动态资源管理与调度  33
    3.1.3 虚拟集群的状态管理与存储管理  33-34
    3.1.4 虚拟集群的资源使用的实时检测  34
  3.2 虚拟集群的拓扑结构  34-35
    3.2.1 虚拟集群的组成  34-35
    3.2.2 虚拟集群的节点结构  35
  3.3 虚拟集群系统的体系结构  35-36
  3.4 虚拟集群控制管理  36-38
    3.4.1 物理节点的管理  37-38
    3.4.2 虚拟集群节点的管理  38
  3.5 虚拟集群通信管理  38-39
  3.6 虚拟集群数据处理管理  39-40
  3.7 虚拟集群存储管理  40-41
    3.7.1 虚拟存储设备管理  40-41
    3.7.2 虚拟机模板功能管理  41
  3.8 小结  41-42
第4章 Web 服务QoS 资源动态分配控制模型  42-52
  4.1 QoS 量化控制系统结构  43
  4.2 基于模糊控制理论的QoS 控制框架  43-44
  4.3 本地负载观测器设计  44
  4.4 资源控制器设计  44-48
  4.5 实验与结果分析  48-51
  4.6 小结  51-52
第5章总结与展望  52-53
  5.1 总结  52
  5.2 展望  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-57
附录  57-58
详细摘要  58-61

虚拟化计算环境中基于QoS约束的资源分配管理技术的研究

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