一種基於性能預測的虛擬機動態遷移方法

2023-09-18 21:51:30 1

專利名稱：一種基於性能預測的虛擬機動態遷移方法
技術領域：
本發明屬於計算機服務技術領域，具體涉及一種基於性能預測的虛擬機動態遷移方法。
背景技術：
由於應用程式信息的不確定性以及物理機處理能力的差異性導致了虛擬計算環境中物理機的負載失衡，因此如何在網絡中協調不同物理機的負載、維持高效的資源使用率，是虛擬化技術一個關鍵問題。普遍的做法是根據物理機系統中各個物理機資源的不同利用情況，利用虛擬機遷移技術，把資源利用率高的物理機上的虛擬機遷移到最合適的目標節點上，從而維持系統性能的穩定。在一般的虛擬機遷移技術中，負載均衡算法包含三個部分:(I)遷移時機的選擇，即確定什麼時候應該遷移一個虛擬機，以確保整個物理機上的性能始終維持較佳狀態；
(2)候選遷移虛擬機的選擇，即確定哪些虛擬機應該被遷移；(3)虛擬機遷移目的地的選擇，即確定虛擬機應該被遷移到哪個目標物理機上。儘管目前存在動態遷移方面的技術，如專利申請號為201210137244.5的中國專利申請提出了一套虛擬機的動態遷移技術，包括:獲取第一物理機組內的各個物理機的負載信息，所述第一物理機組內的各個物理機共用同一個接入交換機；根據第一動態資源調度策略和所述第一物理機組內各個物理機的負載信息，確定所述第一物理機組內的源物理機和目的物理機；所述源物理機為所述負載信息超過第一閾值的物理機，所述目的物理機為所述負載信息小於第二閾值的物理機；所述第一閾值大於所述第二閾值；根據第二動態資源調度策略，向所述源物理機下發遷移指令，所述遷移指令包括待遷移虛擬機標識和所述目的物理機的標識，用以使所述源物理機根據所述遷移指令，將所述源物理機上與所述待遷移虛擬機標識對應的虛擬機遷移到與所述目的物理機的標識對應的目的物理機中，使得所述目的物理機在接收所述源物理機上與所述待遷移虛擬機標識對應的虛擬機之後的負載信息小於所述第一閾值，以及遷出虛擬機之後的源物理機的負載信息小於所述第一閾值。然而該技術不能對現有的負載信息進行充分分析，致使系統一方面進行無效用的遷移，另一方面面對大量突發必負載時還可能導致頻繁的遷移，影響了系統性能，無法發揮調節負載作用。性能預測是以SVD (Singular Value Decomposition,奇異值分解)理論對負載進行分析之後產生相對準確的性能預測值，從而有效的支撐動態遷移。SVD是線性代數中一種重要的矩陣分解，也是矩陣分析中正規矩陣對角化的推廣。該理論在信號處理、數據挖掘、統計學等領域中應用非常廣泛。

發明內容
針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種基於性能預測的虛擬機動態遷移方法，能夠實現整個物理機系統的負載均衡。
—種基於性能預測的虛擬機動態遷移方法，包括如下步驟:(I)對於物理機系統中的任一臺物理機，構建其負載信息矩陣W ;並對所述的負載信息矩陣W進行SVD分解，得到時間參數相關矩陣U、奇異值對角對陣Σ和中介係數矩陣V；(2)對時間參數相關矩陣U中各行元素集合進行相似度分析，提取出與當前時刻相似度最大的元素集合T。，進而計算出物理機的負載預測信息集合Zf ；(3)根據物理機的當前負載信息以及負載預測信息集合Zf，判斷是否需要對該物理機進行虛擬機遷移:若是，則執行步驟(4);若否，則返回步驟(I)判斷下一臺物理機；(4)根據物理機的負載預測信息集合Zf，確定物理機未來利用率最大的資源類型，並選取當前物理機上該資源類型利用率最大的虛擬機作為待遷移虛擬機；(5)從物理機系統其他物理機中選取出一臺作為目標物理機，並將待遷移虛擬機遷移加載至該目標物理機上；(6)返回步驟(I)判斷下一臺物理機，並依此循環遍歷物理機系統中的每臺物理機。所述的負載信息矩陣W的表達式如下:
權利要求
1.一種基於性能預測的虛擬機動態遷移方法，包括如下步驟: (1)對於物理機系統中的任一臺物理機，構建其負載信息矩陣W;並對所述的負載信息矩陣W進行SVD分解，得到時間參數相關矩陣U、奇異值對角對陣Σ和中介係數矩陣V ； (2)對時間參數相關矩陣U中各行元素集合進行相似度分析，提取出與當前時刻相似度最大的元素集合T。，進而計算出物理機的負載預測信息集合Zf ； (3)根據物理機的當前負載信息以及負載預測信息集合Zf，判斷是否需要對該物理機進行虛擬機遷移:若是，則執行步驟(4);若否，則返回步驟(I)判斷下一臺物理機； (4)根據物理機的負載預測信息集合Zf，確定物理機未來利用率最大的資源類型，並選取當前物理機上該資源類型利用率最大的虛擬機作為待遷移虛擬機； (5)從物理機系統其他物理機中選取出一臺作為目標物理機，並將待遷移虛擬機遷移加載至該目標物理機上； (6)返回步驟(I)判斷下一臺物理機，並依此循環遍歷物理機系統中的每臺物理機。
2.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的負載信息矩陣W的表達式如下:
3.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的步驟(I)中，根據以下關係式對負載信息矩陣W進行SVD分解:
4.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的步驟(2)中，提取出與當前時刻相似度最大的元素集合T。的方法如下: 首先，根據以下算式計算時間參數相關矩陣U中第一行元素集合Ttl與其他各行元素集合的夾角Θ:
5.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的步驟(2)中，根據以下算式計算物理機的負載預測信息集合Zf:Zf = Tf* Σ *vTf = α *Τ0+ β 其中=Ttl為時間參數相關矩陣U中的第一行元素集合，IV1為時間參數相關矩陣U中元素集合T。的前一行元素集合，α和β均為給定的權重係數。
6.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的步驟(2)中，根據以下算式計算物理機的負載預測信息集合Zf:
7.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的步驟(3)中，判斷是否需要對物理機進行虛擬機遷移的方法如下: a.根據以下算式計算物理機的當前負載值Ltl: L0 = α i*s01+ a 2*S(I2+ a 3*s03+ a 4*S(I4 其中，S01 S04分別表示物理機當前時刻的CPU利用率、內存利用率、I/O利用率和網絡帶寬利用率，ct i α 4均為給定的權重係數； b.判斷當前負載值Ltl是否大於給定的負載閾值K1，若是，則執行步驟c;若否，則返回步驟(I)判斷下一臺物理機； c.根據以下算式計算物理機的未來負載值Lf: Lf = a *zfl+ a 2*zf2+ α 35^zf3+ α 4木zf4 其中，Zfl Zf4分別為負載預測信息集合Zf中的四個元素且分別表示物理機下一時刻的CPU利用率、內存利用率、I/O利用率和網絡帶寬利用率； d.判斷未來負載值Lf是否大於所述的負載閾值K1，若是，則執行步驟(4);若否，則返回步驟(I)判斷下一臺物理機。
8.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的步驟(4)中，取負載預測信息集合Zf中最大的元素所對應的資源類型為物理機未來利用率最大的資源類型。
9.根據權利要求1所述的虛擬機動態遷移方法，其特徵在於:所述的步驟(5)中，從物理機系統其他物理機中選取出一臺作為目標物理機的方法為: A.根據以下算式計算物理機系統其他各臺物理機的當前負載值U，取當前負載值Ltl最小的物理機作為候選物理機； L0 = α i*s01+ a 2*S(I2+ a 3*s03+ a 4*S(I4 其中，S01 S04分別表示物理機當前時刻的CPU利用率、內存利用率、I/O利用率和網絡帶寬利用率，ct i α 4均為給定的權重係數； B.根據步驟(I)和(2)求得候選物理機的負載預測信息集合Hf，並根據以下算式計算候選物理機的未來負載值Lf: Lf = a ^hfl+ a 2*hf2+ a 3*hf3+ α 4*hf4 其中，hfl hf4分別為負載預測信息集合Hf中的四個元素且分別表示候選物理機下一時刻的CPU利用率、內存利用率、I/O利用率和網絡帶寬利用率； C.判斷候選物理機的未來負載值Lf是否小於給定的負載閾值K2，若是，則執行步驟D；若否，則剔除該候選物理機後返回執行步驟A ; D.使候選物理機的當前負載值Ltl與未來負載值Lf相加得到負載值L，判斷負載值L是否小於給定的負載閾值K1，若是，則將該候選物理機作為目標物理機；若否，則剔除該候選物理機後返回執行步 驟A。
全文摘要
本發明公開了一種基於性能預測的虛擬機動態遷移方法，其通過提取系統性能數據，使用奇異值分解定理得到奇異特徵值，並對奇異特徵值進行相似度分析，從而得到一個特徵向量，再用反SVD算法得到系統下一個時刻的性能預測值，進而根據未來性能預測值啟動虛擬機動態遷移機制。本發明性能預測機制能夠作出準確的預測值，動態遷移機制能夠實現系統負載均衡；本發明通過有效地分析物理機的當前信息，及有效地預測未來負載，系統可以有效應對突發性負載，減少不必要的遷移所帶來的性能損失。
文檔編號G06F9/455GK103218261SQ20131007701
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月12日 優先權日2013年3月12日
發明者尹建偉, 李志紅, 羅威, 李瑩, 鄧水光, 吳健, 吳朝暉 申請人:浙江大學