INTER-VMM:融合虚拟机选择和放置的虚拟机迁移模型

低能量消耗与物理资源的充分利用是绿色云数据中心构造的两个主要目标,需要采用虚拟机迁移模型来完成优化,为此提出了融合虚拟机选择和放置的虚拟机迁移模型INTER-VMM（Interrelation approach in virtual machine migration）。INTER-VMM设计了云数据中心的基于多维物理资源约束的能量消耗模型,是一种将主机负载检测、虚拟机选择及放置结合起来考虑的虚拟机迁移策略。在虚拟机选择中采用HPS（High CPU utilization selection）选择法,选择超负载物理主机上CPU利用率最高的一个虚拟机,让其进入候选迁移虚拟机列表中。在虚拟机放置中采用空间感知分配（Space aware placement, SAP）放置法,考虑了充分利用物理主机空余空间使用效率的方法。仿真结果表明,INTER-VMM比近几年来常见的虚拟机迁移策略具有更好的性能指标,对云服务提供商具有很好的参考价值。     

云数据中心基于温度感知的虚拟机迁移模型

提出云数据中心基于温度感知的虚拟机迁移模型TA-VMM.TA-VMM迁移时着重考虑物理主机处理器的温度情况和物理主机负载均衡情况.在物理主机状态检测阶段寻找出候选迁移主机MigrationFromHosts;在虚拟机选择阶段寻找出候选迁移虚拟机列表VmstoMigrateList;在最后的虚拟机放置阶段完成候选迁移虚拟机的重新放置.CloudSim云计算模拟器仿真结果表明,TA-VMM中温度阈值对云数据中心的性能影响十分重要,TA-VMM比其他虚拟机迁移模型具有更低的能量消耗.     

云数据中心基于任务映射的虚拟机选择策略

改变云数据中心虚拟机选择与放置的相互关系可提高云数据中心的整体性能。为此,提出基于任务映射的虚拟机选择策略。重点考虑任务粒度、虚拟机尺寸、物理主机计算能力等指标,将虚拟机选择与放置2个过程相互结合,分别设计Simple、Multiple(k)、Maxsize(u)和Relation算法,以此构建任务映射虚拟机选择的数学模型。基于Cloudsim模拟器的实验结果表明,通过该策略优化虚拟机选择与放置过程,可减少云数据中心的能量消耗和虚拟机迁移次数,节省云服务提供商的成本。     

云数据中心基于贪心算法的虚拟机迁移策略

为了节省云数据中心的能量消耗,提出了几种基于贪心算法的虚拟机（VM）迁移策略。这些策略将虚拟机迁移过程划分为物理主机状态检测、虚拟机选择和虚拟机放置三个步骤,并分别在虚拟机选择和虚拟机放置步骤中采用贪心算法予以优化。提出的三种迁移策略分别为：最小主机使用效率选择且最大主机使用效率放置算法MinMax_Host_Utilization、最大主机能量使用选择且最小主机能量使用放置算法MaxMin_Host_Power_Usage、最小主机计算能力选择且最大主机计算能力放置算法MinMax_Host_MIPS。针对物理主机处理器使用效率、物理主机能量消耗、物理主机处理器计算能力等指标设置最高或者最低的阈值,参考贪心算法的原理,在指标上超过或者低于这些阈值范围的虚拟机都将进行迁移。利用CloudSim作为云数据中心仿真环境的测试结果表明,基于贪心算法的迁移策略与CloudSim中已存在的静态阈值迁移策略和绝对中位差迁移策略比较起来,总体能量消耗少15%,虚拟机迁移次数少60%,平均SLA违规率低5%。     

虚拟机迁移中一种新的物理主机异常状态检测算法

提出了一种新的物理主机异常状态检测算法PHSDA(Physical host status anomalous detection algorithm)。PHSDA算法包括两个阶段;在超负载检测中,采用一种迭代权重线性回归方法来预测物理资源的使用效率情况;在低负载检测中,利用多维物理资源的均方根来确定其资源使用阈值下限,避免异常状态的物理主机数量的增加; PHSDA检测算法配合迁移过程中后续的虚拟机选择策略和虚拟机放置策略,就可以形成一个全新的虚拟机迁移模型PHSDA-MMT-BFD。以CloudSim模拟器作为PHSDA的仿真环境。经PHSDA策略优化过后的新虚拟机迁移实验表明：比近几年的BenchMark迁移模型比较起来,可以很好的降低云数据中心的能量消耗,虚拟机迁移次数减少,云服务质量明显提高。     

云数据中心中一种物理资源利用阈值边界管理策略

提出了云数据中心的一种物理资源利用阈值边界管理策略RUT-MS(physical resource utilization thresholds management strategy)。RUT-MS把虚拟机迁移过程进一步划分为超负载主机检测、虚拟机选择、虚拟机放置第1阶段、低负载主机检测和虚拟机放置第2阶段。使用一种迭代权重线性回归方法来预测物理资源的阈值上限,避免超负载的物理主机数量的增加;采用最小能量消耗策略完成虚拟机选择过程。使用多维物理资源的均方根来确定其资源使用阈值下限,减少低负载主机数量。实验结果表明： RUT-MS物理资源利用阈值边界管理策略使云数据中心的能量消耗和虚拟机迁移次数明显减少,SLA违规率和SLA及能量消耗联合指标只有少量的增加。     

一种新的物理主机资源利用阈值边界管理策略

提出了一种新的物理主机资源利用阈值边界管理策略（Physical host resource utilization thresholds management strategy, RUT-MS）。RUT-MS把云数据中心的虚拟机迁移过程进一步划分为超负载主机检测、虚拟机选择、虚拟机放置第1阶段、低负载主机检测和虚拟机放置第2阶段。使用一种迭代权重线性回归方法来预测物理资源的阈值上限,避免超负载的物理主机数量的增加;采用最小能量消耗策略完成虚拟机选择过程;使用多维物理资源的均方根来确定其资源使用阈值下限,减少低负载物理主机数量。实验结果表明： RUT-MS物理资源利用阈值边界管理策略使云数据中心的能量消耗和虚拟机迁移次数明显减少,SLA（Service level agreement）违规率和SLA及能量消耗联合指标只有少量的增加。     

基于自适应过载阈值选择的虚拟机动态整合方法

针对云环境下动态工作负载的不确定性,提出了基于自适应过载阈值选择的虚拟机动态整合方法。为了权衡数据中心能源有效性与服务质量间的关系,将自适应过载阈值的选择问题建模为马尔可夫决策过程,计算过载阈值的最优选择策略,并根据系统能效和服务质量调整阈值。通过过载阈值检测过载物理主机,然后根据最小迁移时间原则以及最小能耗增加放置原则确定虚拟机的迁移策略,最后切换轻负载物理主机至休眠状态完成虚拟机整合。仿真实验结果表明,所提出的方法在减少虚拟机迁移次数方面效果显著,在节约数据中心能源开销与保证服务质量方面表现良好,在能源的有效性与云服务质量二者之间取得了比较理想的平衡。     

利用遗传算法完成虚拟机放置策略的优化

提出基于遗传算法的虚拟机放置方法GA-VMP(Genetic Algorithm based Virtual Machine Placement)。GA-VMP是一种应用于虚拟机迁移过程的优化算法。在物理主机状态检测和虚拟机选择阶段分别选取了鲁棒局部归约检测方法和最小迁移时间选择方法;在最后的虚拟机放置阶段,GA-VMP将遗传算法应用到虚拟机的重新分配过程中形成了一个全新的虚拟机迁移模型。设计云数据中心的能量消耗数学模型,以能量消耗最小作为遗传算法的目标函数。Cloudsim模拟器仿真结果表明：在总体能量消耗、虚拟机迁移次数、服务等级协议违规率等指标上明显降低,平衡指标参数只有少量的增加。仿真结果可为其他企业构造节能云数据中心提供参考作用。     

基于多资源协同优化的虚拟机整合方法

随着数据中心应用业务日渐增长和规模不断扩大,节能和保证服务质量成为数据中心亟待解决的问题。云数据中心的物理主机资源利用不均衡会造成资源浪费、主机过载,甚至影响服务质量(QoS)。针对这一问题,提出一种基于多资源协同优化的虚拟机整合策略(MRCO-VMC)。该算法利用正态分布模型估计运行中的物理主机处于多资源利用均衡状态的概率,评估其过载风险,筛选出过载主机集合;对于过载主机,根据该主机迁出虚拟机后的过载风险和虚拟机迁移时间两个因素选择待迁移虚拟机;为了确保迁移后不影响目标主机的稳定性,根据目标主机中未分配的资源数量和迁移后目标主机处于资源均衡利用的概率选择目标主机;最后使用贪心策略关闭低载主机,减少运行主机数量,进而降低能耗。在CloudSim仿真平台进行实验,结果表明该策略在节约能耗、提高服务质量和减少迁移次数方面均有提升。     

云计算环境下基于多目标优化的虚拟机放置研究

云数据中心的规模日益增长导致其产生的能源消耗及成本呈指数级增长。虚拟机的放置是提高云计算环境服务质量与节约成本的核心。针对传统的虚拟机放置算法存在考虑目标单一化和多目标优化难以找到最优解的问题,提出一种面向能耗、资源利用率、负载均衡的多目标优化虚拟机放置模型。通过改进蚁群算法求解优化模型,利用其信息素正反馈机制和启发式搜索寻找最优解。实验结果表明,该算法综合性能表现良好,符合云环境对高效率低能耗的要求。     

云平台下基于粒子群优化算法的虚拟机迁移模型

提出基于粒子群优化的虚拟机迁移模型(Particle swarm optimization for virtual machine migration model,PSO-VMM)。设计基于多维物理资源约束的能量消耗模型,以能量消耗最小作为粒子群优化的目标函数。在物理主机状态检测和虚拟机选择阶段,利用鲁棒局部归约检测LRR(Local Regression Robust)和最小迁移时间选择MMT(Minimum Migration Time)。在虚拟机放置阶段,将粒子群优化算法应用到大规模的候选迁移虚拟机到物理主机的重新分配。仿真实验结果表明:PSO-VMM迁移策略使得云平台的各类性能指标都得到改善。     

基于模糊动态阈值机制的能效虚拟机合并决策方法

动态虚拟机合并是云数据中心改善功耗和资源利用率的有效方法,但负载变化使数据中心较难维持服务等级协议SLA和最优能效.针对该问题,提出一种模糊动态阈值方法对虚拟机合并过程进行决策,在动态负载环境下实现最小化的虚拟机迁移量.该算法利用模糊推理系统动态调整主机资源利用阈值,使得超载主机上的虚拟机迁移大幅降低,并可以满足服务等...     

基于混合群智能的节能虚拟机整合方法

数据中心的虚拟机（virtual machine,VM）整合技术是当今云计算领域的一个研究热点.要在保证服务质量（QoS）的前提下尽可能地降低云数据中心的服务器能耗,本质上是一个多目标优化的NP难问题.为了更好地解决该问题,面向异构服务器云环境提出了一种基于差分进化与粒子群优化的混合群智能节能虚拟机整合方法（HSI-VMC）.该方法包括基于峰值效能比的静态阈值超载服务器检测策略（PEBST）、基于迁移价值比的待迁移虚拟机选择策略（MRB）、目标服务器选择策略、混合离散化启发式差分进化粒子群优化虚拟机放置算法（HDH-DEPSO）以及基于负载均值的欠载服务器处理策略（AVG）.其中,PEBST,MRB,AVG策略的结合能够根据服务器的峰值效能比和CPU的负载均值检测出超载和欠载服务器,并选出合适的虚拟机进行迁移,降低负载波动引起的服务水平协议违约率（SLAV）和虚拟机迁移的次数;HDH-DEPSO算法结合DE和PSO的优点,能够搜索出更优的虚拟机放置方案,使服务器尽可能地保持在峰值效能比下运行,降低服务器的能耗开销.基于真实云环境数据集（PlanetLab/Mix/Gan）的一系列实验结果表明：HSI-VMC方法与当前主流的几种节能虚拟机整合方法相比,能够更好地兼顾多个QoS指标,并有效地降低云数据中心的服务器能耗开销.     

云环境下基于模糊隶属度的虚拟机放置算法

虚拟机放置问题是云数据中心资源调度的核心问题之一,它对数据中心的性能、资源利用率和能耗有着重要的影响。针对此问题,以降低数据中心能耗、改善资源利用率和保证服务质量(QoS)为优化目标,借助模糊聚类的思想提出了一种基于模糊隶属度的虚拟机放置算法。首先,结合物理主机过载概率和虚拟机与物理主机之间的相适性放置关系,提出了新的距离度量方法;然后,根据模糊隶属度函数计算得出虚拟机与物理主机之间的相适性模糊隶属度矩阵;最后,借助能耗感知机制,在模糊隶属度矩阵中进行局部搜索从而获得迁移虚拟机的最优放置方案。仿真实验结果表明,提出的算法在降低云数据中心能耗、改善资源利用率和保证QoS方面表现比较优异。     

云数据中心能效可靠的虚拟机部署

优化虚拟机部署是降低云数据中心能耗的有效方法,但是,过度对虚拟机部署进行合并可能导致主机机架出现热点,影响数据中心提供服务的可靠性。提出一种基于能效和可靠性的虚拟机部署算法。综合考虑主机利用率、主机温度、主机功耗、冷却系统功耗和主机可靠性间的相互关系,建立确保主机可靠性的冗余模型。在主动避免机架热点情况下,实现动态的虚拟机部署决策,在降低数据中心总体能耗前提下,确保主机服务可靠性。仿真结果表明,该算法不仅可以节省更多能耗,避免热点主机,而且性能保障上也更好。     

Optimal machine placement based on improved genetic algorithm in cloud computing

The Journal of Supercomputing - In cloud computing, virtual machine placement (VMP) is an important process that identifies the most appropriate physical machine to host the virtual machines (VMs)....     

基于阈值滑动窗口机制的虚拟机迁移判决算法

数据中心是云计算中数据运算、交换、存储的中心。近年来以虚拟机为粒度的虚拟机放置管理成为云数据中心能耗管理、实现动态可伸缩资源提供的重要支撑技术。在虚拟机放置的动态管理阶段,虚拟机迁移触发机制主要是根据物理主机中资源利用率的变化情况,决定是否需要将虚拟机迁移到其它主机。迁移时机判决准确能够有效地平衡过热点并关掉过冷点。当前的迁移时机缺乏对整个数据中心负载变化行为趋势的反映,也因为静态的阈值设定容易发生频繁的迁移,造成不必要的迁移代价和传输开销。提出了基于阈值滑动窗口机制的虚拟机迁移判决算法(iWnd),其能够根据整个数据中心任务量的多少动态调整高低阈值间窗口的大小,减少了任务量满负荷时期需要迁移虚拟机的数量,从而避免不必要的迁移开销和传输代价,有效地实现节能。在云计算平台Cloudsim上进行了仿真实验。结果表明,提出的iWnd算法在减少虚拟机迁移数量、降低迁移失败率上有良好的效果,同时并未产生过多额外的功耗。     

云计算环境下的虚拟机快速克隆技术

虚拟机克隆技术是指在云计算环境下快速复制出多个虚拟机（VM）并将这些VM分发到多台物理主机上,克隆出来的VM共享相同的初始状态然后独立运行提供服务。虚拟机克隆使得云计算提供商能够快速有效地部署系统资源。给出了一种虚拟机快速克隆方法,利用写时拷贝技术来创建虚拟磁盘和内存状态的快照,然后用按需分配内存技术和多点传送技术来请求和传输这些状态信息。在C3云平台上的实验表明,此方法在不中断源虚拟机中运行服务的情况下,实现了云计算中的快速虚拟机克隆。