雲計算環境中一種基於性能計數器的虛擬機功耗測量方法
2023-10-23 21:49:52
專利名稱：雲計算環境中一種基於性能計數器的虛擬機功耗測量方法
技術領域：
本發明涉及雲計算領域，特指一種針對虛擬機的功耗測量方法及其實現技術。
背景技術：
雲計算系統已經逐步成為當前最具應用前景的分布式計算平臺。為了保證雲系統的服務質量，數據中心的伺服器往往需要為用戶提供全天候24小時的資源訪問能力，而這種「過度供給」的資源共享方式導致了極大的能耗開銷。因此，針對雲系統的能耗控制與優化管理成為當前一個極具應用價值和商業價值的研究課題。在雲計算環境中，高性能數據中心往往通過資源虛擬化技術來為上層用戶提供服務，即資源分配和管理的基本單元為一個個獨立的「虛擬機」。因此，實現雲系統能耗控制與優化管理的基本前提就是準確、高效地度量虛擬機的功耗。由於虛擬機是被虛擬化軟體動態創建出來的，而非一般的物理計算機，因此其功耗無法通過物理設備進行測量，而只能採用間接方式進行度量。以下是現有的虛擬機功耗測量技術的簡要概括和缺陷分析
(I)基於線性模型的虛擬機功耗測量技術該類技術基於「物理設備的動態功耗與設備利用率成正比」這一假設前提，通過分析設備動態利用率與實際功耗之間的關係來獲得兩者的相關係數，然後通過線性疊加方式來估測虛擬機的功耗。該技術的主要缺點是準確性低，功耗模型的建模周期長，且所獲得的功耗模型只能應用於特定物理設備。(2)基於模式分析的虛擬機功耗測量技術該類技術採用統計分析方法來提取各類虛擬機的功耗特徵，然後利用資料庫技術來建立「特徵-功耗」之間的關係資料庫，最後通過模式匹配技術來查詢實際虛擬機的「最近似」功耗值。該技術的主要缺點是建立和維護「特徵-功耗」資料庫的開銷很大、模式匹配算法的效率會制約功耗測量的實時性、只能獲得近似功耗而無法獲得精確的功耗值。(3)基於閉環控制理論的虛擬機功耗測量技術該類技術採用控制論中「閉環負反饋」技術來構建虛擬機與其負載之間的動態關係模型，然後通過輸出誤差來校正功耗模型中的相關參數。其優點是只要「閉環負反饋」模型的樣本參數足夠多，所獲得功耗模型就能具備相當高的準確性。其主要缺點是功耗模型的構建時間很長，無法滿足實時功耗測量的要求。
發明內容
本發明利用處理器內置的「性能計數器」(Performance Monitor Counter,簡稱PMC)來統計系統運行過程中的「能耗事件」，並通過「多階逐次逼近」的方法來建立各類「功耗事件」與「設備實際功耗」之間的映射關係，從而獲得針對虛擬機的功耗測量模型。該技術方案的總體流程如
圖1所示，其主要步驟如下
步驟一採用「相關係數」分析技術，對所有性能計數器進行篩選，從而篩選出最能設備功耗情況的PMC集合，其該步驟的流程如圖2所示，具體流程說明如下首先，在虛擬伺服器上執行標準測試程序，統計所有PMC的實時數據，同時利用外接功耗測量儀器(例如WattsUp Pro)來記錄處理器、磁碟、內存和I/O設備的實時功耗數據；然後利用所測得的實時功耗數據信息，計算出所有性能計數器與以上四類物理設備功耗之間的相關係數，其計算公式如下
權利要求
1.一種雲計算系統中基於性能計數器的虛擬機功耗測量方法，其特徵在於包括以下步驟步驟(I):計算出所有性能計數器與四類物理設備(處理器、磁碟、內存、I/O設備)功耗之間的相關係數； 步驟(2):針對每類物理設備，選擇並保留與其能耗相關係數大於O. 5的性能計數器作為最具功耗代表性的性能計數器集合； 步驟(3):對步驟(2)中篩選出的性能計數器集合，依據其相關係數降序進行排列，並以一階模型的方式構建「性能計數器-設備功耗」之間的映射模型； 步驟(4):若一階模型的精度無法達到要求，則繼續使用二階模型來構建「性能計數器-設備功耗」之間的映射模型； 步驟(5):若二階模型的精度仍然無法達到精度要求，則將誤差範圍增加O. 01，並重複執行上述步驟(2) 步驟(4)，直至獲得滿足要求的「性能計數器-設備功耗」映射模型；步驟(6):針對四類物理設備(處理器、磁碟、內存、I/O設備)，重複步驟(2) 步驟(5)，得到其各自對應的「性能計數器-設備功耗」映射模型； 步驟(7):利用以上步驟所獲得的四類物理設備的「性能計數器-設備功耗」映射模型，通過線性疊加方式獲得虛擬機的總體功耗測量模型，並用該功耗模型對虛擬機的能耗進行測量。
全文摘要
本發明公開一種針對雲計算系統的虛擬機功耗測量方法。該方法首先選擇出最具功耗代表性的性能計數器集合，然後利用「多階逐次逼近」的方法來構建從性能計數器到物理設備功耗的映射關係和模型，從而獲得虛擬機的總體功耗測量模型。本發明的主要優點是虛擬機功耗模型的精確度相對已有方法而言得到了顯著提高；功耗測量的採樣時間精度從「毫秒」級提高到了「微秒」級，從而為實現雲系統的細粒度功耗控制和管理提供了有效支持。
文檔編號G06F9/455GK103034525SQ20121051911
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者肖鵬, 胡志剛, 劉洞波, 屈喜龍 申請人:湖南工程學院, 肖鵬