一種增強云計算環境節能方法與流程

本發明涉及電數字數據處理領域，更具體而言，涉及一種增強云計算環境節能方法，其目的是降低云計算環境的能量消耗并增強云計算環境的安全性。

背景技術：

隨著信息技術的飛速發展，特別是互聯網技術的發展，用戶對數據的計算和存儲需求激增，通過購置大量高性能的服務器來滿足用戶這種需求的傳統模式會極大地增加資源的浪費。云計算(cloudcomputing)技術應用而生，所謂云計算是指提供可獲得的、便利的、根據需要的網絡訪問，進入包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務之類的可配置計算資源的共享池，使得能夠快速提供資源而只需投入很少的管理工作，或與服務提供商進行很少的交互。作為互聯網技術中新興的研究和應用領域，越來越受到人們的關注，并在近些年得到了迅速的推廣和流行，這是因為其適應了網絡服務從“高集中、高成本、低通用”的服務配置向“高分布、低成本、高通用”轉變的新計算模式，作為信息技術中新興研究和應用領域，越來越受到相關企業和研究機構的廣泛關注，并被認定為未來計算模式的必然趨勢。通過云計算的方式可以共享軟硬件資源和信息，可以按需提供給計算機和其他設備。

因為云計算是基于互聯網的提供動態易擴展且往往是虛擬化的資源，所以其計算能力得到指數級地提升，云計算可以執行每秒10萬億次的運算，從而可以仿真原子能試驗、天氣變化預報等大量數據的計算。正是由于云計算的這些優點，導致在實施過程中存在一系列問題：云計算環境中的節點計算設備數量越來越龐大，所消耗的能量也不斷增加。例如美國谷歌公司的云計算設備每年消耗的電能為1億kwh，該能量消耗相當大，約等于小城市的總能耗。特別是，不同時段對節點計算設備使用的需求不同，白天和工作日使用需求大，調用的節點計算設備也較多；相反，夜間和周末，使用需求小，調用的節點計算設備也較少，此時節點計算設備處于運行或者運行延遲等待待機的話，將極大地浪費能量，而且較高的能量消耗成為制約云計算發展的瓶頸，在倡導節能減排的今天，該狀態亟待改進。

針對云計算環境的節能問題，存在諸多技術，例如通過將虛擬機進行遷移來減少運行的服務器數目，繼而整個云計算環境的減少能量消耗。另外，還存在其它技術，諸如對負荷的調度的改進、通過排隊或者排序或者簡單地賦予不同優先級來實現節能。經檢驗，這些方式的結果顯示，其有一定的節能效果，但也存在一些缺陷，由于調度計算和分配過程中，以及虛擬機的遷移以及合并的過程中，由于參數的選取和計算方式的不足，導致對云計算環境中的物理計算設備和虛擬計算設備的能量消耗控制以及對于虛擬機的調度、遷移和合并的效率還有待進一步提高，并且由于云計算環境中連接的節點計算設備眾多，存在一定的安全隱患。

技術實現要素：

本發明的目的之一是提供一種增強云計算環境節能方法，能解決現有技術中存在的技術問題。可以有效地降低對云計算環境中的物理計算設備和虛擬計算設備的能量消耗，并且進一步提高對于虛擬機的調度、遷移和合并的效率，增強云計算環境的安全性。

本發明為解決上述技術問題而采取的技術方案為：一種增強云計算環境節能方法，包括：接收從客戶端發送的云計算請求；云計算環境平臺分析、評估并獲取請求中包括的工作量；根據比較該工作量，確定節能策略并調度資源執行該工作量，計算處理結束后，遞送回云計算環境平臺；以及云計算環境平臺向客戶端發送的云計算請求的結果。

根據本發明的另一個方面，增強云計算環境節能方法進一步包括：接收從客戶端發送的云計算請求；云計算環境平臺分析、評估并獲取請求中包括的工作量；根據現有節點計算設備的優先級，云計算環境平臺將請求中包括的工作量與現有節點計算設備中的信息處理余量逐個地進行比較；如果前者小于后者，則根據優先級將請求中包括的工作量加密后遞送到所選的節點計算設備，計算處理結束后，遞送回云計算環境平臺；如果前者大于后者，則進行節點計算設備中的主機和虛擬機的配置和/或將虛擬機進行遷移和/或組合，以降低使用的節點計算設備的總數，并將請求中包括的工作量加密后遞送到所選的節點計算設備，計算處理結束后，遞送回云計算環境平臺；云計算環境平臺將數據進行解密；云計算環境平臺向客戶端發送經計算處理的云計算請求的結果。

根據本發明的另一個方面，增強云計算環境節能方法進一步包括：客戶端包括用戶、臺式或便攜式pc、具有pc功能的終端或者通信技術中的用戶設備ue。

根據本發明的另一個方面，增強云計算環境節能方法進一步包括：云計算環境平臺先辨識請求中的信息類型，去除其中的請求報頭信息，保留、評估并獲取請求中包括的待處理的信息。

根據本發明的另一個方面，增強云計算環境節能方法進一步包括：現有節點計算設備的優先級是基于節點計算設備的中央處理器、靜態存儲器、動態存儲器的性能和容量來確定的，而且這些參數定期更新到云計算環境平臺。

根據本發明的另一個方面，增強云計算環境節能方法進一步包括：現有節點計算設備中的信息處理余量是指現有節點計算設備的預設閾值減去當前時間點處的工作量，所述預設閾值是節點計算設備的總的性能和容量乘以一定的比例。

根據本發明的另一個方面，增強云計算環境節能方法的步驟s5包括：在步驟s510中，識別待遷移的虛擬機；在步驟s511中，獲得待測試以被遷移的主機i的中央處理器的使用參數pari，該參數pari為該主機i的中央處理器的當前處理的工作量與主機分布平均值的差的二次方累加和繼而與主機數量的商，即：其中表示主機i的中央處理器的當前處理的工作量，b表示主機分布平均值，而m表示主機數量，其值為至少為2的正整數；在步驟s512中，對于待遷移的同一個虛擬機，重復步驟s511，直至m個主機；在步驟s513中，對于待遷移的第j個虛擬機，重復步驟s511-s512直至m個主機，執行直至n個待遷移的虛擬機，其中n表示待遷移的虛擬機的數量，其值為至少為2的正整數；在步驟s514中，對于每個待遷移的虛擬機和每個主機，創建中央處理器的使用參數的陣列ary：在步驟s515中，從每行中選擇最小值，創建中央處理器的使用參數的最小值陣列arymin，在步驟s516中，計算arymin的最小值，其對應于優選的可遷移的虛擬機和優選的主機。

根據本發明的另一個方面，增強云計算環境節能方法的步驟s5包括以下步驟：在步驟s520中，根據請求中包括的工作量計算待調度的單位處理能力的虛擬機數量；在步驟s521中，將待調度的單位處理能力的多個虛擬機分解成分組；在步驟s522中，根據分組數目確定虛擬機是否需要遷移；如果超出臨界值則需要，否則不需要；在步驟s523中，如果有足夠的處于低功耗狀態的節點計算設備，則根據處于低功耗狀態的節點計算設備的中央處理器、靜態存儲器、動態存儲器的性能和容量將前一步驟中所述的虛擬機遷移到處于低功耗狀態的節點計算設備；不足的話，則根據處于低功耗狀態的節點計算設備的中央處理器、靜態存儲器、動態存儲器的性能和容量，通過將簽署性能和容量除以單位處理能力，采用取整去尾法將整數個單位處理能力的數據傳入到處于低功耗狀態的節點計算設備；其中低功耗狀態包括休眠、待機、運行到延遲的等待中的狀態。

本文所述的增強云計算環境節能方法，可以有效地降低對云計算環境中的物理計算設備和虛擬計算設備的能量消耗，并且進一步提高對于虛擬機的調度、遷移和合并的效率，增強云計算環境的安全性。

附圖說明

在附圖中通過實例的方式而不是通過限制的方式來示出本發明的實施例，其中相同的附圖標記表示相同的元件，其中：

根據本發明的示范性實施例，圖1圖示一種增強云計算環境節能方法；

根據本發明的示范性實施例，圖2圖示一種增強云計算環境節能方法的流程圖；

根據本發明的示范性實施例，圖3圖示進行節點計算設備中的主機和虛擬機的配置和/或將虛擬機進行遷移和/或組合，以降低使用的節點計算設備的總數，并計算處理的流程圖；

根據本發明的示范性實施例，圖4圖示進行節點計算設備中的主機和虛擬機的配置和/或將虛擬機進行遷移和/或組合，以降低使用的節點計算設備的總數，并計算處理的可替代流程圖；以及

根據本發明的示范性實施例，圖5圖示本發明相對于現有技術的節能效果圖。

具體實施方式

在下面的描述中，參考附圖并以圖示的方式示出幾個具體的實施例。將理解的是：可設想并且可做出其他實施例而不脫離本公開的范圍或精神。因此，以下詳細描述不應被認為具有限制意義。

根據本發明的示范性實施例，圖1圖示一種增強云計算環境節能方法，包括以下步驟：

接收從客戶端發送的云計算請求；

云計算環境平臺分析、評估并獲取請求中包括的工作量；

根據比較該工作量，確定節能策略并調度資源執行該工作量，計算處理結束后，遞送回云計算環境平臺；以及

云計算環境平臺向客戶端發送的云計算請求的結果。

根據本發明的示范性實施例，圖2圖示一種增強云計算環境節能方法的流程圖。具體地，該方法包括以下步驟：

在步驟s1中，接收從客戶端發送的云計算請求；

在步驟s2中，云計算環境平臺分析、評估并獲取請求中包括的工作量；

在步驟s3中，根據現有節點計算設備的優先級，云計算環境平臺將請求中包括的工作量與現有節點計算設備中的信息處理余量逐個地進行比較；

在步驟s4中，如果前者小于后者，則根據優先級將請求中包括的工作量加密后遞送到所選的節點計算設備，計算處理結束后，遞送回云計算環境平臺；之后執行步驟s6；

在步驟s5中，如果前者大于后者，則進行節點計算設備中的主機和虛擬機的配置和/或將虛擬機進行遷移和/或組合，以降低使用的節點計算設備的總數，并將請求中包括的工作量加密后遞送到所選的節點計算設備，計算處理結束后，遞送回云計算環境平臺；之后執行步驟s6；

在步驟s6中，云計算環境平臺將數據進行解密；

在步驟s7中，云計算環境平臺向客戶端發送經計算處理的云計算請求的結果。

具體地，在步驟s1中，所述客戶端可以是用戶，可以是臺式或便攜式pc、具有pc功能的終端，也可以是手機或稱之為移動電話之類的移動設備，也可以是通信技術中的用戶設備ue。

具體地，在步驟s2中，云計算環境平臺先辨識請求中的信息類型，去除其中的請求報頭信息，保留、評估并獲取請求中包括的待處理的信息，即待計算處理的工作量。

具體地，在步驟s3中，現有節點計算設備的優先級是基于節點計算設備的中央處理器、靜態存儲器、動態存儲器的性能和容量來確定的，而且這些參數定期更新到云計算環境平臺。

現有節點計算設備中的信息處理余量是指現有節點計算設備的預設閾值減去當前時間點處的工作量，所述預設閾值是節點計算設備的總的性能和容量乘以一定的比例，諸如80％，以保證正常運行而不使得節點計算設備滿負荷運轉或超過運行能力或長期高利用率導致節點計算設備壽命降低。

另外，節點計算設備包括而不限于含虛擬機的主機，此外還可以包括位于節點的其他信息處理設備。

根據本發明的示范性實施例，圖3圖示進行節點計算設備中的主機和虛擬機的配置和/或將虛擬機進行遷移和/或組合，以降低使用的節點計算設備的總數，并計算處理的流程圖；

具體地，在步驟s5中，進行節點計算設備中的主機和虛擬機的配置和/或將虛擬機進行遷移和/或組合，以降低使用的節點計算設備的總數，并計算處理包括：

在步驟s510中，識別待遷移的虛擬機；

在步驟s511中，獲得待測試以被遷移的主機i的中央處理器的使用參數pari，該參數pari為該主機i的中央處理器的當前處理的工作量與主機分布平均的差的二次方累加和繼而與主機數量的商，即：

其中表示主機i的中央處理器的當前處理的工作量，b表示主機分布平均值，而m表示主機數量，其值為至少為2的正整數。

在步驟s512中，對于待遷移的同一個虛擬機，重復步驟s511，直至m個主機。

在步驟s513中，對于待遷移的第j個虛擬機，重復步驟s511-s512直至m個主機，執行直至n個待遷移的虛擬機，亦即執行m×(n-1)次，其中n表示待遷移的虛擬機的數量，其值為至少為2的正整數。

在步驟s514中，對于每個待遷移的虛擬機和每個主機，創建中央處理器的使用參數的陣列ary：

在步驟s515中，從每行中選擇最小值，創建中央處理器的使用參數的最小值陣列arymin，

在步驟s516中，計算arymin的最小值，其對應于優選的可遷移的虛擬機和優選的主機。

根據本發明的示范性實施例，圖4圖示進行節點計算設備中的主機和虛擬機的配置和/或將虛擬機進行遷移和/或組合，以降低使用的節點計算設備的總數，并計算處理的可替代流程圖。

可替代地，步驟s5包括以下步驟：

在步驟s520中，根據請求中包括的工作量計算待調度的單位處理能力的虛擬機數量；

在步驟s521中，將待調度的單位處理能力的多個虛擬機分解成分組；

在步驟s522中，根據分組數目確定虛擬機是否需要遷移；如果超出臨界值則需要，否則不需要；

在步驟s523中，如果有足夠的處于低功耗狀態的節點計算設備，則根據處于低功耗狀態的節點計算設備的中央處理器、靜態存儲器、動態存儲器的性能和容量將前一步驟中所述的虛擬機遷移到處于低功耗狀態的節點計算設備；不足的話，則根據處于低功耗狀態的節點計算設備的中央處理器、靜態存儲器、動態存儲器的性能和容量，通過將簽署性能和容量除以單位處理能力，采用取整去尾法將整數個單位處理能力的數據傳入到處于低功耗狀態的節點計算設備；其中低功耗狀態包括而不限于休眠、待機、運行到延遲的等待中(為了優化能耗并兼顧啟動速率和處理效率，本領域中從運行到休眠或待機往往使用延遲，以便在有需求時快速響應)。

此外，具體地，在步驟s4-s6中，云計算環境平臺將數據進行加密和解密，可消除由于云計算環境中連接的節點計算設備眾多，在數據的計算處理中存在的安全隱患。

根據本發明的示范性實施例，圖5圖示本發明相對于現有技術的節能效果圖。其中：a項表示本發明所采用的方法，b項表示現有技術中的通過賦予優先級排隊或者排序來對負荷調度的方法；橫軸表示客戶端發出的請求速率，單位為每分鐘十的數量級，縱軸表示節能比率。經測試，本發明相對于現有技術所采用的方法有1％-4％的改進，這對于大的云計算環境來說有較大的節能效果。

綜上，在本發明的技術方案中，通過采用了本文所述的增強云計算環境節能方法：接收從客戶端發送的云計算請求；云計算環境平臺分析、評估并獲取請求中包括的工作量；根據比較該工作量，確定節能策略并調度資源執行該工作量，計算處理結束后，遞送回云計算環境平臺；以及云計算環境平臺向客戶端發送的云計算請求的結果，可以有效地降低對云計算環境中的物理計算設備和虛擬計算設備的能量消耗，并且進一步提高對于虛擬機的調度、遷移和合并的效率，增強云計算環境的安全性。

將理解的是：可以硬件、軟件或硬件和軟件的組合的形式實現本發明的示例和實施例。如上所述，可存儲任何執行這種方法的主體，以易失性或非易失性存儲的形式，例如存儲設備，像rom，無論可擦除或可重寫與否，或者以存儲器的形式，諸如例如ram、存儲器芯片、設備或集成電路或在光或磁可讀的介質上，諸如例如cd、dvd、磁盤或磁帶。將理解的是：存儲設備和存儲介質是適合于存儲一個或多個程序的機器可讀存儲的示例，當被執行時，所述一個或多個程序實現本發明的示例。經由任何介質，諸如通過有線或無線連接載有的通信信號，可以電子地傳遞本發明的示例，并且示例適當地包含相同內容。

應當注意的是：因為本發明采用了計算機領域中技術人員在閱讀本說明書之后根據其教導所能理解的技術手段，解決了技術問題并獲得了有效地降低對云計算環境中的物理計算設備和虛擬計算設備的能量消耗，并且進一步提高對于虛擬機的調度、遷移和合并的效率，增強云計算環境的安全性的有益技術效果，所以在所附權利要求中要求保護的方案屬于專利法意義上的技術方案。另外，因為所附權利要求要求保護的技術方案可以在工業中制造或使用，因此該方案具備實用性。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應包涵在本發明的保護范圍之內。除非以其他方式明確陳述，否則公開的每個特征僅是一般系列的等效或類似特征的一個示例。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。