专利名称：面向网络化操作系统的虚拟资源动态反馈均衡分配机制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种面向网络化操作系统的虚拟资源动态反馈均衡分配机制，该机制应用于分布式网络化操作系统，属于计算机科学与技术领域。
背景技术：
传统的终端操作系统，通常是嵌入式操作系统，加上一组网络协议，典型的如TCP/ IP协议和其它应用协议簇，在应用层使用C/S或B/S模式和网络端连接，请求相应服务。使用者可以清楚知道计算和存储资源在本地进行。用户通过本地向网络端请求获取需要的信息，按照网络的时延获取质量不同的服务。但这样的模式将软硬件紧密的耦合在一起，无法适应业务需求的快速变化，同时由于软件的发展跟不上硬件的发展速度，对硬件资源的先天性利用不足也导致系统无法充分有效的使用资源。随着计算机与网络技术的飞速发展， 出现了网络化操作系统，其应用模式如
图1所示。所谓的网络化操作系统是通过虚拟化技术和现代网络技术，将操作系统功能边界扩展到网络侧，在一个统一的架构内进行计算和资源的配置、调度、管理。网络化操作系统的资源虚拟化是计算、存储、网络等各类异构资源借助于虚拟化技术实现统一的管理、弹性的配置、灵活的调度和安全的运行。本发明涉及一种面向网络化操作系统的虚拟资源动态反馈均衡分配机制，其目标是能够实时监控网络化操作系统的虚拟资源的利用情况，并根据实时监控动态反馈的情况均衡分配资源，达到充分、合理地使用和共享网络中的资源并使之得到最大化利用的目的。目前，对于网络化操作系统的虚拟资源的实时监控和动态分配还在开展积极的研究和验证性工作，离大规模的商用还有一定的距离。
发明内容
针对背景技术所述，本发明的目的在于提出一种面向网络化操作系统的虚拟资源动态反馈均衡分配机制。本发明采用以下技术方案来实现本发明面向网络化操作系统的虚拟资源动态反馈均衡分配机制主要由四部分组成。(1)资源请求模块资源请求模块是网络化操作系统与外界进行交互的接口，该模块接受用户请求后，根据用户的种类，用户的特征和用户的请求类型对用户的请求进行排队，将较高优先的请求排在前面。(2)资源实时监控模块资源实时监控模块主要任务是实时监控网络化操作系统中的虚拟资源池，将收集到虚拟资源池的信息存入数据库，并进行告警分析，当采集的监控信息中虚拟资源池中的资源超过告警线时候，向资源动态管理模块发出告警。(3)资源动态管理模块接受资源实时监控模块提供的对网络化操作系统资源的监控信息，分析各虚拟机运行状况为资源分配调度模块提供分配策略所需要的信息，并提供网络化操作系统管理和配置界面。(4)资源分配调度模块资源分配调度模块根据资源动态管理模块提供的最优选择，将用户的资源请求映射到响应的资源池中，维护网络化操作系统的虚拟资源的均衡分配。本发明面向网络化操作系统的虚拟资源的动态反馈均衡分配机制的运行原理如图2所示。其具体实现方法包括以下几个步骤(1)资源请求模块向用户提供请求接口，用户根据接口，按格式向网络化操作系统提出资源申请，资源请求模块接受到用户请求后，根据用户的特征，对用户的请求进行排队，将高优先权的用户，或者紧急的请求排在请求队列前面。(2)资源服务器的所有虚拟机上都部署一个远程监控Agent (代理)，由Agent定时的向资源实时监控模块(远程监控Server)发送该虚拟机的实时运行状态信息。其中发送的间隔可让用户自定义。在这里我们以周期5秒定时向远程监控Server发送信息。 Agent发送的信息包括CPU (中央处理器)利用率C，内存使用情况M，磁盘利用率D，进程数 P等实时使用情况。远程监控Server实时收取Agent发送过来的监控信息并记录下来。(3)资源动态管理模块根据资源实时监控模块记录的实时信息计算出所有虚拟机的综合负载值L，用户和管理员可以通过定义告警临界值来防止服务器过载和决定是否增加虚拟机和资源服务器。(4)资源分配调度模块根据资源动态管理模块提供的最优选择，将资源请求映射到资源池中的虚拟机上，依此来达到虚拟资源的合理利用，提高整个系统的运行效率和稳定性。对于综合负载值L的计算，我们做如下规定(I)L = O ；表示该虚拟机不可用，已经建立连接的请求可以继续得到服务，但是拒绝任何新的应用请求。当虚拟机需要维护或者虚拟机的使用情况已经达到了告警级别的时候适用与此种情况。(2) L ！ = 0 ;L 的计算方式为 L = C* α +Μ* β +D* γ+P* δ ；为了计算L的值，我们引入了一组可动态调整的系数α，β, Y, δ，其中
α +β + y + δ =1。我们可根据实际情况中CPU，内存，磁盘以及进程数在虚拟机中重要性的不同来对其权重系数进行调整，直至找到最贴近当前应用的一组系数。在实际运行过程中，我们采用的系数依次为0. 4,0. 3,0. 1,0.2.而对于C，M, D，P的获得，其核心机制是根据过去一段时间虚拟机的运行状况来预测其未来的值。我们以计算CPU为例，虚拟机上的Agent以周期5秒向管理服务器上资源实时监控模块中的Server发送虚拟机i CPU利用率记录Xi [t]，Server收到数据后会记录下来， 资源动态管理模块通过Server获取到CPU在某一段时间内的利用率，通过对虚拟机CPU的利用率历史记录的分析，判断预测各虚拟机未来时段运行状态，负荷能力。因为不同虚拟机有不同的物理计算能力同时由于已分配任务的不同，所以需要对虚拟机进行实时的跟踪记录，同时也进行实时预测和判断。当资源分配调度模块收到资源请求模块发出的请求时候，通知资源管理模块，此时资源管理模块读取数据库的利用率记录后使用MA (Moving average)滑动平均预测算法， 预测各虚拟机的未来下一时段的CPU利用率yi[t]，由于需要实时预测，所以预测记录也是时间序列，在每个时段更新
权利要求
1.面向网络化操作系统的虚拟资源动态反馈均衡分配机制包括(1)资源请求模块资源请求模块是网络化操作系统与外界进行交互的接口，该模块接受用户请求后，根据用户的种类，用户的特征，和用户的请求类型对用户的请求进行排队，将较高优先的请求排在前面，同时请求模块根据分配模块的信息，向用户反馈系统状态。(2)资源实时监控模块资源实时监控模块主要任务是实时监控网络化操作系统中的虚拟资源池，将收集到虚拟资源池的信息存入数据库，并进行告警分析，当采集的监控信息中虚拟资源池中的资源超过告警线时候，向资源动态管理模块发出告警。(3)资源动态管理模块接受资源实时监控模块提供的对网络化操作系统资源的监控信息，分析各虚拟机运行状况为资源分配调度模块提供分配策略所需要的信息，并提供网络化操作系统管理和配置界面。(4)资源分配调度模块资源分配调度模块根据资源动态管理模块提供的最优选择， 将用户的资源请求映射到响应的资源池中，维护网络化操作系统的虚拟资源的均衡分配。
2.面向网络化操作系统的虚拟资源的动态反馈均衡分配机制中对综合负载L值的计算(1)L= 0 ；表示该虚拟机不可用，已经建立连接的请求可以继续得到服务，但是拒绝任何新的应用请求。当虚拟机需要维护或者虚拟机的使用情况已经达到了告警级别的时候适用与此种情况。(2)L ！ = 0 ;L 的计算方式为 L = C* α +Μ* β +D* γ+P* δ ；其中C表示CPU(中央处理器)利用率，M表示内存使用情况，D表示磁盘利用率，P 表示进程数。为了计算L的值，我们引入了一组可动态调整的系数α，β, γ, δ，其中 α+β + Υ + δ =1。我们可根据实际情况中CPU，内存，磁盘以及进程数在虚拟机中重要性的不同来对其权重系数进行调整，直至找到最贴近当前应用的一组系数。在实际运行过程中，我们采用的系数依次为0. 4，0. 3，0. 1，0. 2。而对于C，M, D，P的获得是根据过去一段时间虚拟机的运行状况来预测其未来的值。
全文摘要
本发明涉及面向网络化操作系统的虚拟资源动态反馈均衡分配机制，该机制包含资源请求模块、资源实时监控模块、资源动态管理模块和资源分配调度模块，该机制可以对整个网络化操作系统虚拟资源实时监控、预测、动态均衡分配，达到充分利用资源，实现可靠服务的目的。采用本发明的方法，对于提高系统资源利用率和稳定性方面有很好的效果。
文档编号H04L29/08GK102223419SQ201110186099
公开日2011年10月19日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者刘武明, 唐磊, 袁玉宇, 陆月明, 马良 申请人:北京邮电大学