劉 陽(yáng)

(閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700)

為了充分發(fā)揮虛擬化技術(shù)在高校IDC機(jī)房的應(yīng)用能力，需要對(duì)不同IDC機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理[1].盡量減小分配到不同IDC機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備之間的依賴性，以及相互阻塞造成的系統(tǒng)資源浪費(fèi)[2,3].高校IDC機(jī)房的虛擬技術(shù)需先設(shè)定所有設(shè)備都保持互相獨(dú)立，再通過(guò)與“裝箱問(wèn)題”相似的求解方法完成設(shè)備資源[4,5].此方法雖然開(kāi)銷小，但忽略了設(shè)備間同步互斥的約束關(guān)系[6];本文在非精確設(shè)備統(tǒng)計(jì)模型中進(jìn)一步融合了裝箱方法，得到了以設(shè)備復(fù)制作為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)設(shè)備調(diào)度機(jī)制.但是該方法也存在一定的缺陷，包括未深入研究各類設(shè)備對(duì)高校IDC機(jī)房進(jìn)行的互斥訪問(wèn)過(guò)程[7,8].選擇分組適度方法，當(dāng)設(shè)備對(duì)資源庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，可以通過(guò)最小時(shí)間處理器完成設(shè)備資源，但該方法需要較大的計(jì)算開(kāi)銷[9,10].

本文針對(duì)高校IDC機(jī)房中的多變量設(shè)備模型，提出了一種將虛擬化技術(shù)應(yīng)用在高校IDC機(jī)房?jī)?nèi)的方法.此方法對(duì)高校IDC機(jī)房中的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行了分類處理并能夠劃分出多個(gè)設(shè)備，將相關(guān)設(shè)備移至相同的某一資源庫(kù)內(nèi)，能夠有效防止出現(xiàn)IDC機(jī)房的設(shè)備擁擠現(xiàn)象;如果不能將特定設(shè)備分配至同一資源庫(kù)內(nèi)的情況出現(xiàn)時(shí)，還可以利用設(shè)備相關(guān)度分析來(lái)分解這些設(shè)備，從而避免IDC機(jī)房間因?yàn)榘l(fā)生設(shè)備的擁擠而降低了系統(tǒng)的整體利用率.此外，本文還對(duì)此方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試并分析了各項(xiàng)優(yōu)勢(shì).

1 高校IDC機(jī)房模型

采用三元組τi=(Ti，Ci，πi)的形式來(lái)表示周期多變量設(shè)備(Task)i，其中，Ti代表設(shè)備的周期，πi代表優(yōu)先級(jí)，Ci代表最壞執(zhí)行時(shí)間.每當(dāng)一個(gè)周期發(fā)生時(shí)，τi先處于就緒狀態(tài)，之后發(fā)生無(wú)釋放抖動(dòng)，每執(zhí)行一次τi就代表一項(xiàng)設(shè)備實(shí)例，通常將其用Ji進(jìn)行表示.設(shè)備的相對(duì)截止期限與其周期保持一致.

2 高校IDC機(jī)房平臺(tái)的設(shè)備資源管理方法

2.1 設(shè)備資源策略

圖1 設(shè)備資源策略

方法1(1)假定各項(xiàng)設(shè)備在初始狀態(tài)下都保持相互獨(dú)立狀態(tài)(.indep←TRUE)，并且沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行分組(.link←NONE).

(2)如果各項(xiàng)設(shè)備對(duì)應(yīng)的.link都不是NONE，此時(shí)，方法結(jié)束;反之，從中選定某一沒(méi)有進(jìn)行過(guò)分組處理的設(shè)備τi(τi.link is NONE)，對(duì)該設(shè)備的分組狀態(tài)進(jìn)行修改至τi.link←i，之后再判斷τi是否要跟其它設(shè)備共同對(duì)高校IDC機(jī)房進(jìn)行訪問(wèn).

(3)如果τi和其它某一設(shè)備τj同時(shí)訪問(wèn)同一高校IDC機(jī)房，則將此二設(shè)備的狀態(tài).indep同時(shí)設(shè)定成FALSE，把τj的分組狀態(tài)設(shè)定成τi.link，再把τi和τj分組到相同的設(shè)備內(nèi);之后采用遞歸方法從τj開(kāi)始重新執(zhí)行這一步驟.

(4)分析τi和后續(xù)的設(shè)備是否要對(duì)同一高校IDC機(jī)房進(jìn)行訪問(wèn)操作，當(dāng)需要對(duì)同一高校IDC機(jī)房進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，便跳轉(zhuǎn)至步驟(3);反之，跳轉(zhuǎn)到步驟(2).

2.2 虛擬技術(shù)的相關(guān)度評(píng)價(jià)

本文提出了評(píng)價(jià)虛擬技術(shù)相關(guān)度的分析方法，如下所示：

引理1對(duì)于任意τi與τj∈τ(pk)在pk上形成的自旋損失是τi和τj各自具有的pk自旋損失相加所得的結(jié)果

Sk(i+j)=Sk(i)+Sk(j),

(1)

以矩陣Ux×q來(lái)表示x(1xn) 個(gè)虛擬技術(shù)對(duì)高校IDC機(jī)房進(jìn)行訪問(wèn)所需的最長(zhǎng)時(shí)間.元素ui，s代表第i個(gè)虛擬技術(shù)τc對(duì)高校IDC機(jī)房ρs進(jìn)行訪問(wèn)所需的最長(zhǎng)時(shí)間，則根據(jù)引理1有ui，s=ξc，s.如果ui，s=0，則說(shuō)明τc未對(duì)高校IDC機(jī)房ρs進(jìn)行訪問(wèn),

(2)

(3)

(4)

2.3 設(shè)備管理策略

圖2 虛擬設(shè)備的組成方式

把拆分得到的設(shè)備全部監(jiān)測(cè)至同一IDC機(jī)房時(shí)，可以將其看作一項(xiàng)整體的虛擬設(shè)備.把后續(xù)將要拆分的設(shè)備邏輯和原先的虛擬設(shè)備相融合，這樣便實(shí)現(xiàn)了每次拆分都相當(dāng)于是從原先的設(shè)備中拆分得到一項(xiàng)虛擬設(shè)備.具體過(guò)程見(jiàn)圖2，如果要從設(shè)備中拆分τ3(這時(shí)τ1的拆分已經(jīng)完成)，可以將這一過(guò)程看成是把τ1，τ3邏輯上進(jìn)行合并得到一項(xiàng)虛擬設(shè)備τ*，之后再對(duì)τ*進(jìn)行拆分實(shí)現(xiàn)與原先的設(shè)備相分離的過(guò)程.

因?yàn)榫仃嘦的各個(gè)行向量都代表一個(gè)設(shè)備，所以可采用行向量的變換方式對(duì)設(shè)備邏輯進(jìn)行合并.設(shè)

為方法1得到的相關(guān)設(shè)備，矩陣Ux×q

設(shè)虛擬設(shè)備對(duì)應(yīng)于矩陣Ux×q中的v行.τi是拆分得到的第c個(gè)設(shè)備，則對(duì)矩陣Ux×q中的第v行與第s列的元素(uv,s)進(jìn)行如下變換:

?s∈[1,q],uv,s=max(uv,s,ui,s).

(5)

3 實(shí)驗(yàn)評(píng)估

3.1 性能指標(biāo)

本文采用設(shè)備虛擬率來(lái)評(píng)價(jià)虛擬技術(shù)的性能，所選擇的處理器平臺(tái)類型為8IDC機(jī)房.假定每次實(shí)驗(yàn)都會(huì)生成N=10 000個(gè)隨機(jī)設(shè)備集合，監(jiān)測(cè)方法A最大可以對(duì)M個(gè)設(shè)備集合進(jìn)行調(diào)度，此時(shí)方法A對(duì)應(yīng)的設(shè)備集合能達(dá)到的虛擬率等于M/N.如果得到的設(shè)備虛擬率較大，則說(shuō)明此方法的效率也相應(yīng)更高.同時(shí)還對(duì)比了不同方法所具有的系統(tǒng)平均自旋損失，其定義為:

(6)

3.2 實(shí)驗(yàn)分析

圖3顯示了在臨界區(qū)長(zhǎng)度等于4以及每項(xiàng)設(shè)備具有的臨界區(qū)數(shù)量為2的條件下，集合虛擬率與系統(tǒng)利用率SU間的關(guān)系.從圖3中可以看到，不同方法的設(shè)備虛擬率與SU之間表現(xiàn)為單調(diào)遞減的變化關(guān)系.當(dāng)WFD和Syn-aware方法處于SU>0.6的條件下，設(shè)備集合將具有不可調(diào)度的特征，VT方法則需滿足SU>0.7的條件才會(huì)發(fā)生設(shè)備集合的不可調(diào)度現(xiàn)象.對(duì)這兩種方法進(jìn)行比較可知，Syn-aware方法具有更大的設(shè)備虛擬率.

圖3 集合虛擬率與系統(tǒng)利用率之間的關(guān)系

圖4顯示了不同方法性能與臨界區(qū)長(zhǎng)度之間的關(guān)系，從圖4中可以看到各項(xiàng)設(shè)備分別由2個(gè)臨界區(qū)構(gòu)成，此時(shí)SU=0.65.當(dāng)臨界區(qū)的長(zhǎng)度增大后，需要等待的設(shè)備自旋時(shí)間也會(huì)隨之增大，此時(shí)方法設(shè)備虛擬率也會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象.如果無(wú)法將所有的設(shè)備都分配至相同的IDC機(jī)房?jī)?nèi)時(shí)，可以利用VT方法并結(jié)合相關(guān)度分析結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆分后再將其分配至相同的IDC機(jī)房，所以設(shè)備只對(duì)特定IDC機(jī)房設(shè)備進(jìn)行自旋等待，有效降低了自旋損失.

圖4 設(shè)備虛擬率和臨界區(qū)長(zhǎng)度的關(guān)系曲線

圖5 設(shè)備虛擬率與設(shè)備臨界區(qū)數(shù)量之間的關(guān)系

圖5顯示了當(dāng)臨界區(qū)長(zhǎng)度等于4以及SU=0.65的情況下，設(shè)備虛擬率與設(shè)備臨界區(qū)的數(shù)量之間的關(guān)系.當(dāng)設(shè)備臨界區(qū)的數(shù)量上升后，由于自旋等待高校IDC機(jī)房導(dǎo)致的系統(tǒng)資源損失也會(huì)隨之增大，最終造成不同方法設(shè)備虛擬率的不同程度降低.此外，各項(xiàng)設(shè)備間會(huì)在訪問(wèn)高校IDC機(jī)房過(guò)程中發(fā)生相互聯(lián)系并演變?yōu)楦蟮脑O(shè)備.如果設(shè)備臨界區(qū)的數(shù)量比較多時(shí)，則Syn-aware和VT方法就需對(duì)設(shè)備進(jìn)行多次拆分，由于VT方法具有更高效的設(shè)備管理策略，因此具有比Syn-aware方法更高的設(shè)備虛擬率.

4 結(jié)論

本文提出了一種將虛擬化技術(shù)應(yīng)用在高校IDC機(jī)房的方法，通過(guò)應(yīng)用設(shè)備管理與設(shè)備資源策略，有效避免了在不同IDC機(jī)房間發(fā)生的設(shè)備阻塞現(xiàn)象，以此增加系統(tǒng)的利用率.同時(shí)，本文還對(duì)比了該方法和其它方法間的性能，結(jié)果顯示，采用此新方法對(duì)設(shè)備集合進(jìn)行管理具有比Syn-aware與WFD更高的效率.

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