一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统及方法，涉及云计算技术领域，在云数据中心中，企业用户将应用部署进云时每个应用均封装进了相互独立的虚拟机中；提供资源的物理机为虚拟机初始化资源分配；虚拟机根据得到的资源分配，计算得到企业用户应该支付给物理机的价格；物理机根据企业用户支付的价格，计算从每个虚拟机处得到的期望收益和自身的期望成本，从而调整为每个虚拟机分配的资源，最终实现物理机的资源在各个虚拟机之间的公平分配。本发明专利技术具有资源分配合理、方法简单准确等优点。

A Virtual Machine Resource Fair Allocation System and Method for Cloud Data Center

【技术实现步骤摘要】
一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统及方法
本专利技术涉及云计算
，尤其涉及一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统及方法。
技术介绍
计算的未来在于云计算，其主要目标是降低IT服务的成本，同时提高处理吞吐量，减少处理时间，提高可靠性、可用性和灵活性。云计算是一种新的模式，在这种模式下，计算资源(从数据存储到分布式系统的完整配置)可以通过Internet作为可伸缩的、按需的服务提供。在云计算中，云中的资源可以是任何东西:可以是数据库服务、虚拟服务器(虚拟机)、完整的服务工作流或集群等分布式计算系统的复杂配置。不管它们的性质如何，所有资源都是通过从云中租用的计算机(例如亚马逊、谷歌、微软等公司提供的计算机)向客户端(用户或软件进程)提供服务，而不是通过私有系统提供的。服务是按需提供的，客户只需对他们使用的资源数量(数据存储、计算等)进行支付即可。伴随着互联网的高速发展，企业需要处理的数据量激增，使用云计算可以帮助企业降低大量软硬件成本、节约企业自身运营和维护成本，从而越来越多的企业都逐渐开始使用云计算平台和云平台服务。随着云计算带来的优势被广泛认可，优化虚拟机的资源分配也成为了当下研究的重点。通过虚拟化技术可以将单个物理机的资源分配给多个虚拟机，也就是说，一个虚拟机可能只占用一个物理机的资源，也可能占用多个物理机的资源。虚拟化技术还允许各虚拟机在不同的物理节点之间进行迁移，当物理机的资源使用到一定程度时，便不再为其分配虚拟机，避免达不到用户的性能要求。在满足用户的服务水平要求、保证服务质量的同时，合理的对虚拟机资源进行分配可以避免大量空闲资源的浪费、提高资源的利用率、降低能耗。虚拟机放置是根据最终用户的实际需求将虚拟机映射到最合适位置和数量的物理机的过程。现有的虚拟机放置算法可以根据放置目标分为两类:一类是基于能耗，这些方法主要考虑服务器端约束；另一种是基于应用服务质量，目的是最大限度地利用分配给应用程序的资源。几种常见的虚拟机部署算法包括约束预文法、BinPacking、整数规划、遗传算法，其中一些算法涉及虚拟机动态迁移，而其他算法只考虑静态情况。在学术论文方面，《InternationalConferenceonServicesComputing》2011第28期“ImprovingPerformanceandAvailabilityofServicesHostedonIaaSCloudswithStructuralConstraint-AwareVirtualMachinePlacement”中提出了一种结构约束感知虚拟机放置方案，支持需求、通信、可用性的约束，有效地提高了托管在基础设施即服务云上的服务性能和可用性。对于虚拟机放置有多个目标的情况，《GreenComputingandCommunications》2010第137期“Multi-ObjectiveVirtualMachinePlacementinVirtualizedDataCenterEnvironments”中将VM放置问题定义为一个多目标优化问题，提出了一种基于模糊多目标评价的改进遗传算法，以最小化总资源损耗、能耗和热耗散成本。中国专利申请号CN201810839451.2、名称为“一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法”的专利涉及一种多源传输中最大最小公平的资源分配方法，该方法利用线性优化解决了联合带宽分配和多源流量选择的问题，与现有技术相比，该专利技术有效的利用了多个数据源的特性，缓解了网络传输中的拥塞现象，提升了网络传输的吞吐量并保证了用户之间的最大最小公平策略。中国专利申请号CN201810041238.7、名称为“一种能效优先的云资源分配与调度方法”的专利公开了一种能效优先的云资源分配与调度方法，该方法在建立云资源分配系统模型的基础上，设计了能效优先的虚拟机分配方法和动态虚拟机迁移方法，加强了云资源的能效管理。虚拟机分配方法利用扩展装箱算法，减少工作服务器的数量；动态虚拟机迁移方法利用线性整数规划法将虚拟机动态地集成到最少数量的云服务器中，进一步减少工作服务器的数量，提高计算中心的能效。迁移方法与分配方法协同工作，能有效减小云计算中心的总能耗。中国专利申请号CN201710338875.6、名称为“一种面向云平台的虚拟机资源动态调度系统及方法”的专利涉及一种面向云平台的虚拟机资源动态调度系统及方法，为云平台的物理资源提供了一种有效的监控和管理工具，该方法主要由五个模块组成：资源监控模块、实时数据分析模块、迁移判定模块、待迁移虚拟机选择模块以及目标主机定位模块。该方法具有对资源的实时调度和管理，提升数据中心负载均衡度,降低能耗的优点。本专利技术提出了一种云数据中心的虚拟机资源公平分配算法，从而在保障用户资源需求的同时，提高云数据中心的资源利用率。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统方法，本专利技术实现资源分配合理、方法简单有效。为实现上述目的，本专利技术是根据以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统，包括云数据中心、提供资源的物理机以及承载应用的虚拟机，在云数据中心中，企业用户将应用部署进云时每个应用均封装进了相互独立的虚拟机中，企业用户根据物理机为其应用对应的虚拟机分配的资源计算应该支付的价格，物理机根据企业用户为各个虚拟机支付的价格，计算从每个虚拟机处得到的期望收益和自身的期望成本，从而调整为每个虚拟机分配的资源，最终实现物理机的资源在各个虚拟机之间的公平分配。本专利技术还提供了一种云数据中心的虚拟机资源公平分配方法，通过上述的系统实现的，包括如下步骤：步骤1：云数据中心中，在t时刻，初始化物理机p为应用的虚拟机s分配的资源xps[t]；步骤2：计算虚拟机s从所有提供服务的物理机处收到的总的资源ys[t]，其中：式中，p是提供资源的物理机；s是应用所对应的虚拟机；P(s)是为虚拟机s提供资源的物理机的集合；xps[t]是t时刻物理机p为每一个虚拟机s提供的资源分配；是虚拟机s应该满足的最小资源需求；步骤3：计算用户为虚拟机s获得的资源而支付的价格λs[t]，其中：式中，s是应用所对应的虚拟机；ys[t]是虚拟机s获得的总的资源分配，ws是用户为该虚拟机而提供的支付意愿；α>0是公平性参数，如当α＝1时，则实现资源分配的比例公平性，当α＝2时，则实现资源分配的调和平均公平性；步骤4：物理机p计算从虚拟机s处得到的期望收益profits[t]和物理机p自身的期望成本costp[t]，其中：式中，s是应用所对应的虚拟机；p是提供资源的物理机；λs[t]是用户为虚拟机s获得的资源而支付的价格；CP是物理机p的可供分配的资源容量；其中，式中，i是应用所对应的虚拟机；p是提供资源的物理机；S(p)是使用物理机p的虚拟机的集合；xpi[t]是物理机p为应用的虚拟机i分配的资源；λi[t]是用户为虚拟机i获得的资源而支付的价格；步骤5：在t+1时刻，物理机p更新其为虚拟机s分配的资源xps[t+1]；式中，p是提供资源的物理机；s是应用所对应的虚拟机；xps[t]是t时刻物理机p为每一个虚拟机s提供的资源分配；profits[t]是物理机p计算从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统，包括云数据中心、提供资源的物理机以及承载应用的虚拟机，其特征在于，在云数据中心中，企业用户将应用部署进云时每个应用均封装进了相互独立的虚拟机中，企业用户根据物理机为其应用对应的虚拟机分配的资源计算应该支付的价格，物理机根据企业用户为各个虚拟机支付的价格，计算从每个虚拟机处得到的期望收益和自身的期望成本，从而调整为每个虚拟机分配的资源，最终实现物理机的资源在各个虚拟机之间的公平分配。

【技术特征摘要】
1.一种云数据中心的虚拟机资源公平分配系统，包括云数据中心、提供资源的物理机以及承载应用的虚拟机，其特征在于，在云数据中心中，企业用户将应用部署进云时每个应用均封装进了相互独立的虚拟机中，企业用户根据物理机为其应用对应的虚拟机分配的资源计算应该支付的价格，物理机根据企业用户为各个虚拟机支付的价格，计算从每个虚拟机处得到的期望收益和自身的期望成本，从而调整为每个虚拟机分配的资源，最终实现物理机的资源在各个虚拟机之间的公平分配。2.一种云数据中心的虚拟机资源公平分配方法，通过权利要求1所述的系统实现的，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：云数据中心中，在t时刻，初始化物理机p为应用的虚拟机s分配的资源xps[t]；步骤2：计算虚拟机s从所有提供服务的物理机处收到的总的资源ys[t]，其中：式中，p是提供资源的物理机；s是应用所对应的虚拟机；P(s)是为虚拟机s提供资源的物理机的集合；xps[t]是t时刻物理机p为每一个虚拟机s提供的资源分配；是虚拟机s应该满足的最小资源需求；步骤3：计算用户为虚拟机s获得的资源而支付的价格λs[t]，其中：式中，s是应用所对应的虚拟机；ys[t]是虚拟机s获得的总的资源分配，ws是用户为该虚拟机而提供的支付意愿；α>0是公平性参数，如当α＝1时，则实现资源分配的比例公平性，当α＝2时，则实现资源分配的调和平均公平性；步骤4：物理机p计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙微，汪棪，苑凯博，张悦，李世勇，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13