云计算中虚拟数据中心的服务质量的优化控制
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摘 要：在云计算日趋流行的背景下，虚拟数据中心以其灵活、低成本、易部署等方面的优势，成为云基础设施的首选。服务调度和资源分配作为虚拟数据中心的核心问题，其性能和效率直接影响着上层云服务质量。而系统虚拟化特性和机制给服务调度和资源分配问题的研究带来了新的挑战。围绕虚拟数据中心服务调度和资源分配问题，以理论模型、机制设计和特性分析为重点，开展深入研究。阶段性成果包括以下内容：（1）对虚拟数据中心体系结构和系统虚拟化机制进行抽象，采用层次化的思想，利用随机Petri网模型和组合模型相结合的方法，建立了虚拟数据中心的数学模型，对系统虚拟化引入的服务器整合和动态迁移等特性和机制进行描述和分析，并量化评价了虚拟数据中心的可信赖性。（2）提出了虚拟数据中心的服务调度框架，并建立了以优化可用性和响应时间为目标的虚拟数据中心服务调度的一般数学模型。首次引入一型和二型模糊逻辑系统解决虚拟化的动态特性和可用性需求的不确定性带来的模糊性，在此基础上提出了一种虚拟数据中心的服务调度算法。与传统的调度算法相比，该算法能够更好的保证可用性，同时实现了更好的响应时间性能。（3）着眼于数据中心的能耗和负载均衡，提出了虚拟数据中心资源分配问题的最优化数学模型。借助于经典的多维装箱问题，并有效应对异构资源需求和能耗特性带来的复杂性，设计了能耗优化的虚拟数据中心资源分配近似算法。实现了降低能耗，提高资源利用率，同时达到良好的负载均衡。（4）总结出了三种典型的虚拟数据中心管理系统结构。结合虚拟数据中心的特性和机制，对三种不同的虚拟数据中心管理系统的性能和可靠性进行了建模，并进行了量化分析比较。提出了为构建虚拟数据中心管理系统选择适当结构的几条基本原则，为虚拟数据中心工程实践提供理论指导和参考。
关键词：云计算 虚拟数据中心 服务调度 资源分配
Abstract：Focusing on the model， scheme design and performance analysis， this report carry on an intensive research on the service scheduling and resource provisioning of virtual data center. The work is summarized as follows：（1）Taking the hierarchy methodology， the model of virtual data center is built combining the stochastic petri nets and combinatorial model， based on the abstract of virtual data center structure and virtualization mechanisms. The characteristics and mechanisms of system virtualization are studied and analyzed， and the dependability of virtual data center is evaluated.（2）The framework model of service scheduling of virtual data center is proposed， and the optimization model is built with availability and responsiveness as the optimization objects. In order to overcome the scheduling difficulties caused by the uncertain workload of virtualized server nodes and the vagueness of availability， a graceful fuzzy prediction method based on the type-I and type-II fuzzy logic systems is first given. Then a novel dynamic scheduling algorithm named SALAF is designed. Experimental results show that the proposed algorithm SALAF can improve the total availability of the virtual data center while providing good responsiveness performance.（3）Aiming at the requirement of energy conservation and load balance， the optimization model of the resource provisioning is built. By defining the concept of energy marginal cost to relieve the complexity of heterogeneous resource demands and energy profits， an Energy-Efficient Dynamic Resource Provisioning （E2DRP） algorithm is proposed， by means of the multi-dimensional bin packing problem. The experimental results show that the proposed algorithms can improve energy efficiency， meanwhile achieve better server utilization and load-balance.（4）Three typical structures of the virtual data center management system （VDMS） are summarized， which are centralized， hierarchical and peer-to-peer structures. And the performance and reliability of the VDMS with the three typical structures is analyzed and evaluated. Some useful rules and conclusions are drawn and proved which are directive and with reference value for the construction of the virtual infrastructure management systems with higher performance， fault-tolerance and scalability.
Key Words：Cloud Computing；Virtual Data Center；Service Scheduling； Resource Provisioning
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