面向復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的虛擬資源柔性管理機(jī)制研究.pdf

1、21世紀(jì)以來，科學(xué)計算成為大型科學(xué)研究中科研數(shù)據(jù)分析的主要手段，各類科學(xué)計算應(yīng)用在各科研領(lǐng)域被廣泛使用，促進(jìn)了人類科研的快速發(fā)展?？茖W(xué)計算應(yīng)用運(yùn)算量龐大，隨著其規(guī)模的不斷增加，其計算資源需求量急劇攀升，然而支撐應(yīng)用運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心通常資源容量有限。因此，如何進(jìn)行高效資源管理，充分利用數(shù)據(jù)中心有限的資源滿足科學(xué)計算應(yīng)用日益增長的資源需求成為亟待解決的問題。隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，通過資源虛擬化將物理機(jī)虛擬成虛擬機(jī)可以實現(xiàn)資源的靈活配置和快速部

2、署。近年來，通過對虛擬資源的靈活管理來實現(xiàn)物理資源的高效使用成為資源管理的主要方式。
　　當(dāng)前，針對虛擬資源管理方面的研究已取得了一定的進(jìn)展，但其本質(zhì)上仍是一種“粗粒度”的管理模式，容易造成“資源浪費(fèi)”的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在以下三個方面。首先，現(xiàn)有工作缺乏對復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用精確的資源需求分析，沒有進(jìn)行充分的資源需求優(yōu)化，在提供資源時容易造成資源過度供給;其次，現(xiàn)有工作在進(jìn)行在線資源分配時缺乏高效的資源分配優(yōu)化，容易造成資源分配不合理，

3、導(dǎo)致物理資源無法得到充分利用;最后，現(xiàn)有工作忽略了根據(jù)科學(xué)計算任務(wù)實際資源使用量的變化進(jìn)行動態(tài)的資源調(diào)整，容易導(dǎo)致資源使用效率低下。因此，本文主要關(guān)注于如何充分利用虛擬化技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行“細(xì)粒度”的高效資源管理，減少資源浪費(fèi)。
　　針對上述問題，本文對資源供給、分配和使用三個階段的資源管理優(yōu)化問題分別展開研究，旨在提供一種虛擬資源柔性管理機(jī)制，以實現(xiàn)“細(xì)粒度”的高效資源管理。研究內(nèi)容包括以下四個方面:第一，將針對復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的資

4、源需求分析和資源供給過程有機(jī)結(jié)合，設(shè)計面向復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的虛擬資源按需供給機(jī)制，在保證應(yīng)用執(zhí)行性能的同時優(yōu)化資源供給量，實現(xiàn)資源供給階段的優(yōu)化;第二，設(shè)計大規(guī)模異構(gòu)虛擬資源在線分配機(jī)制，在快速響應(yīng)資源分配請求的同時，通過虛擬機(jī)在物理機(jī)中的合理部署提高物理資源利用率，實現(xiàn)資源分配階段的優(yōu)化;第三，設(shè)計基于混合資源池的虛擬資源遷移調(diào)整機(jī)制，根據(jù)科學(xué)計算任務(wù)執(zhí)行過程中資源實際使用量的變化，通過虛擬機(jī)遷移實現(xiàn)資源調(diào)整，從而提高資源使用效率，實

5、現(xiàn)資源使用階段的優(yōu)化;第四、在理論研究的基礎(chǔ)上，基于東南大學(xué)云計算數(shù)據(jù)中心實際環(huán)境，設(shè)計并開發(fā)面向復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的虛擬資源柔性管理原型系統(tǒng)，以驗證本文的理論研究成果。
　　綜上所述，本文提出了一種面向復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的虛擬資源柔性管理機(jī)制，實現(xiàn)了資源的高效管理。通過一系列仿真實驗和測試平臺實驗的結(jié)果表明，本文所提的相關(guān)機(jī)制和算法能夠?qū)?fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心執(zhí)行時的資源供給、分配和使用三個階段進(jìn)行合理、高效的資源管理和優(yōu)化，為