基于博弈論的虛擬資源競(jìng)拍分配研究.pdf

1、虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)改變了管理計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)以及應(yīng)用程序的方式，它提供了共享物理資源的能力，使得物理資源能夠在同一時(shí)間內(nèi)被多個(gè)不同的虛擬機(jī)使用，消除了操作系統(tǒng)對(duì)物理硬件的依賴性。隨著云計(jì)算的興起，云環(huán)境下的資源管理成為人們研究的熱點(diǎn)，而虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算中的關(guān)鍵技術(shù)日益顯示出其資源管理方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，在利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行資源管理時(shí)也遇到了一些挑戰(zhàn)，其中的一個(gè)挑戰(zhàn)就是多虛擬機(jī)之間資源分配的公平性。有效合理的虛擬機(jī)資源分配是虛擬化

2、及云計(jì)算環(huán)境下系統(tǒng)性能及服務(wù)質(zhì)量保證的關(guān)鍵。
　　在虛擬化環(huán)境中當(dāng)多個(gè)虛擬機(jī)共存于同一物理機(jī)時(shí)，由于物理資源的有限性，可能會(huì)發(fā)生激烈的資源競(jìng)爭(zhēng)。傳統(tǒng)虛擬機(jī)資源分配通常沒有考慮這種競(jìng)爭(zhēng)給系統(tǒng)
　　造成的影響，而是按照物理資源數(shù)量進(jìn)行均值分配或者系統(tǒng)對(duì)資源的峰值需求來進(jìn)行分配。這些分配方式?jīng)]有考慮到各虛擬機(jī)自身的負(fù)載情況，往往會(huì)造成資源的浪費(fèi)。本文針對(duì)這一問題進(jìn)行了研究，運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中博弈論的思想提出了基于懲罰機(jī)制的CPU競(jìng)拍模型

3、和基于市場(chǎng)機(jī)制的內(nèi)存預(yù)測(cè)分配模型。本文針對(duì)Xen虛擬化平臺(tái)主要做了如下幾個(gè)方面的工作：
　　本文首先系統(tǒng)介紹了虛擬機(jī)以及虛擬化的相關(guān)技術(shù)，詳細(xì)闡述了虛擬化技術(shù)的分類，并且簡(jiǎn)要介紹了每種虛擬化技術(shù)的主要產(chǎn)品以及這些產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，而且還對(duì)這五種虛擬化技術(shù)進(jìn)行了比較。然后重點(diǎn)分析了半虛擬化產(chǎn)品 Xen的資源管理的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上將博弈論的思想引入到 Xen虛擬資源分配中，分別提出了CPU和內(nèi)存的博弈分配方案。
　　在Xen中，C

4、PU資源一旦分配給某一虛擬機(jī)即可投入使用，針對(duì)這一特征，本文提出了基于激勵(lì)懲罰機(jī)制的博弈競(jìng)拍模型。在這個(gè)模型中，本文選取應(yīng)用程序的響應(yīng)時(shí)間和CPU利用率作為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且采用博弈競(jìng)拍的思想探討了CPU分配與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)這些指標(biāo)的影響關(guān)系，然后利用合作博弈的NASH均衡進(jìn)行求解多虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)資源分配問題。為驗(yàn)證這種方案的有效性，我們通過實(shí)驗(yàn)對(duì)模型的穩(wěn)定性和公平性進(jìn)行了驗(yàn)證，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)采用博弈控制之后比單純的平均分配資源更能實(shí)現(xiàn)按需分配資

5、源，提高資源利用率，這樣才能真正體現(xiàn)資源的公平分配。
　　在 Xen虛擬平臺(tái)下，內(nèi)存資源通過 Ballooning機(jī)制分配給虛擬機(jī)，有著比較嚴(yán)重的延遲效應(yīng)。針對(duì)這個(gè)問題，本文提出了基于市場(chǎng)機(jī)制的內(nèi)存預(yù)測(cè)分配模型。該模型中，首先我們采用基于馬爾科夫鏈殘差GM(1,1)灰色預(yù)測(cè)模型來預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間虛擬機(jī)的內(nèi)存使用量，然后虛擬機(jī)管理器根據(jù)這些預(yù)測(cè)值，按照虛擬機(jī)擁有的股份按比例地分配與回收內(nèi)存資源。最后通過系統(tǒng)仿真發(fā)現(xiàn)這一模型能夠提高物