面向能耗优化的云平台调度策略

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云计算由于其先进的理念、方便的使用方式,越来越受到各大厂商和用户的青睐。随着云计算的广泛使用,数据中心和集群的能耗问题越来越受到关注。服务器目前消耗的能源已经达到惊人的程度。大部分服务器在大部分时间内都处于空闲状态,这是对能源极大的浪费。但是如果降低能耗,服务器性能也会降低,这是用户所不愿意看到的。通常来说,云服务提供商和客户之间会签订服务等级协议定义SLA(Service Level Agreement),规定了服务提供商提供服务的最低条件。为了降低数据中心的能源消耗和满足服务等级协定(SLA)的要求,通常会在空闲时间关闭无用服务器。但是,服务器从关闭状态回到工作状态需要一定的时间。而在这一段时间内,服务器的响应时间可能会违反SLA的要求。在这篇文章中,我们首先总结前人的能耗模型并进行相应的实验,提出了单机上的与CPU频率和CPU利用率都相关的能耗模型。随后我们利用排队模型研究了集群上的服务器频率、负载到达率和能耗之间的关系。发现服务器集群上也存在某一个负载下的最优频率,使得整个集群的能耗最少,同时SLA得到满足。随着负载的变化,动态的开关机或调整服务器的频率,都是降低整个集群能耗的手段。如何在认识到存在最优频率的基础上有效结合这两种手段,达到能耗最优和满足SLA的要求,是前人没有的工作,本文继续围绕这一问题展开研究。在文献[1]的基础上,我们提出了Enhanced AutoScale (EAS)技术,该技术将最优频率作为一个重要参数加入到策略AutoScale中,也就是将开关机和CPU调频调压(DVFS)结合在一起。在EAS中,调节频率被用来弥补AutoScale中关机造成的性能损失。该论文提出了两种EAS的实现方式,集中化的EAS(CEAS)和分布式的EAS (DEAS)。并给出了相应的算法和具体实现。实验结果表明这种方法能够有效的降低响应时间,同时只增加很少的能源消耗。我们的方法每瓦特性能(P P W)值在某些负载下甚至比AutoScale高了50%。
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