虚拟计算系统的能耗管理方法研究

The concentration of resources in cloud data center leads to high energy consumption. Most of the current energy-efficient methods focus on the data-center-level energy management, i.e. shutting down the idle physical machine to save energy, but not the fine-grained energy management methods at the virtual machine level. How to improve the energy efficiency of virtualization system is an urgent issue, which is also important for implementing green cloud computing. This proposal focuses on precise energy measurement, accurate energy modeling, energy-efficient optimization, and energy evaluation of virtualization system. We try to solve the problems brought by virtualization:1) The traditional methods cannot directly measure the energy consumption of virtual machine (VM)，having the disadvantages of bad accuracy and high overheads; 2)The existing energy models are often inaccurate and inconsistent for heterogeneous platforms; 3)Traditional resource management methods don't take into account of constraints of energy consumption; 4) Lack of standardization of energy evaluation. We try to achieve breakthroughs in the key technologies of energy management including light indirect energy measurement approaches, dynamic consistent energy modeling method based on correlation analysis, energy-aware strategy of VM deployment, server consolidation, and live migration, and standard metrics and framework for energy evaluation. And we hope that the research results can provide technical support to energy management in cloud data center.

云数据中心中资源的高度集中带来了高能耗问题。现有大多数节能方法都集中在粗粒度的数据中心管理层次，即通过关闭空闲物理机来实现节能，而缺少在虚拟机层次进行细粒度节能管理。如何在虚拟计算系统层次实现有效的能耗管理是一个迫切需要解决的问题，也是实现绿色云计算的重要保证。本项目以虚拟计算系统中能耗测量、精准建模、节能优化、节能评价为目标，围绕计算资源的虚拟化给能耗管理带来的问题：1）外围设备无法直接测量虚拟机能耗,现有测量方法准确度差、开销大；2)虚拟机能耗建模精度低、缺乏异构平台的一致性建模方法；3）传统虚拟资源管理忽视能耗因素；4）虚拟机能耗评价缺乏系统化及标准化等问题开展研究。力求在轻量级能耗间接测量方法，基于相关性分析的能耗一致性动态建模方法，能耗感知的虚拟机部署、服务器整合和在线迁移策略，以及能耗评价指标、方法和框架方面做出创新性研究成果，为云数据计算中心的节能减排提供技术支持。

近年来，数据中心的高能耗逐渐成为一个突出的问题，尤其是随着云计算时代的到来，更多的计算资源和存储资源集中在云端，给能耗的高效管理带来更大的挑战。因此，迫切需要开发新的技术来解决数据中心的高能耗问题，包括重新考虑硬件、软件、算法的设计，特别是必须把能耗作为数据中心设计和管理的一个重要参数进行考虑，而不仅仅是考虑数据中心的性能参数。本项目以降低虚拟化云数据中心的能耗为最终目标，整理分析了在虚拟计算系统领域计算能耗管理和制冷能耗管理的国内外研究成果，做了分类对比分析；通过服务器整合、虚拟机在线迁移等手段，创新性地提出了一种基于负载轮廓分析的最优节能整合方法和最优虚拟机迁移方法；为对虚拟计算系统进行准确的性能分析评价，设计开发了一套面向虚拟计算系统典型应用场景的标准测试程序Virt-B；针对目前热量管理还没有面向虚拟计算系统的温度建模研究现状，创新性地提出了一种面向虚拟机的温度建模和预测方法；并开发了相应的云数据中心能耗模拟实验平台DartCSim。项目共发表3篇会议论文，录用1篇国际期刊，申请3项发明专利，其中1项获得授权, 获软件著作版权1项。