云计算环境中虚拟机动态迁移位置选择策略研究

【摘要】云计算已经成为了分布式系统领域中最有前景的研究方向。虚拟机技术对于实现云计算中高灵活性和可扩展性至关重要，而虚拟机动态迁移技术是虚拟机技术的重要应用也是虚拟机技术灵活性与可用性的体现。当前，动态迁移技术被广泛用于虚拟化云计算数据中心的维护与管理中。虚拟机动态迁移技术由迁移机制和迁移策略两方面组成。虚拟机的动态迁移机制重点研究的是实现虚拟机动态迁移的方法，而虚拟机的动态迁移策略主要关注虚拟机动态迁移的位置选择问题。本文所要研究的正是虚拟机动态迁移的迁移策略问题。虚拟机动态迁移策略所要研究的是虚拟机动态迁移目的主机的位置选择问题。由于它是一个选择优化问题，那么就需要一个或多个评价标准。当前绿色云数据中心已经成为虚拟化云计算架构的研究热点。同时负载均衡也一直是云数据中心中最重要的管理目标之一。因此，目前研究与虚拟机动态迁移策略相关的领域大多以节能或负载均衡为标准和目标。而本文所要研究的是同时针对节能与负载均衡的虚拟机动态迁移位置选择策略问题。它旨在找出这样一个迁移策略，使得根据该策略完成虚拟机的动态迁移所引起的云数据中心电能消耗的增加量在所有迁移策略中是相对最小的；同时根据该策略完成迁移后云数据中心的主机群具有一个相对最佳的负载均衡程度；最重要的是以上两个目标要在保证虚拟机动态迁移的性能和效率约束的前提下完成。这样，本文就将针对节能与负载均衡的动态迁移位置选择策略问题转化为一个带约束的多目标组合优化问题。为了形式化这个问题，本文设计并采用了主机剩余负载率的标准差来衡量迁移完成后的负载均衡程度，同时采用预测算法来计算迁移完成后云数据中心总增加的电能消耗，而性能约束则是通过公式来计算该迁移策略能够满足的迁移成功数来实现。为了解决该多目标组合优化问题，提出了一个新的基于改进遗传算法的启发式方法，并在此基础之上建立了虚拟机动态迁移策略模型，本文的具体工作如下：（1）主要介绍了本文的研究意义及出发点，国内和国外在虚拟机动态迁移机制和虚拟机动态迁移策略方面的研究现状，着重介绍了国内外在针对节能或负载均衡的虚拟机动态迁移策略方面的研究进展，并且分析了相关研究的优点与不足。（2）首先介绍了云计算的基本概念和理论。然后详细介绍了虚拟化技术和虚拟机动态迁移策略。其次引出并介绍了多目标组合优化问题和Pareto最优解的概念。最后对本文所要用到的遗传算法和模拟退火思想进行了简要的介绍。（3）给出了虚拟机动态迁移策略模型并阐述了它的系统结构和逻辑执行流程。介绍了本文的虚拟机动态迁移策略所要利用的预测算法的相关内容。提出了一个新颖的针对节能与负载均衡的虚拟机动态迁移策略MOGA-LS（MultipleObjectiveGeneticAlgorithm-LocationSelection）。MOGA-LS是一个基于改进遗传算法的启发式自适应多目标优化算法。本文给出了MOGA-LS的具体设计与实现，包括遗传算子的设计、适应度值的设计和精英保留策略的设计等。本文将Pareto支配理论和模拟退火思想引入到了MOGA-LS算法中并给出了获取最终解的具体过程。因此整个方法在节能与负载均衡上实现了一个长期的高效优化。（4）对MOGA-LS算法进行了实验性评估。最终实验结果表明与现有的方法相比MOGA-LS明显减少了总增加的电能消耗，更好地保护了虚拟机动态迁移的性能同时实现了系统负载的均衡。它使得虚拟机动态迁移的结果更高效更有意义。
【作者】丁言；
【导师】徐高潮；
【作者基本信息】吉林大学，计算机技术，2014，硕士
【关键词】虚拟机动态迁移策略；节能；负载均衡；遗传算法；Pareto支配；

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