基于GM_1_1_预测和虚拟机迁移的云计算负载均衡策略设计_王志勃1
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算法
、
设计与应用
计算机测量与控制
．２０１４．２２
（
１１
）
Ｃｏｍ
ｐ
ｕｔｅｒ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ
·
３７４７
·
收稿日期
：
２０１４－０７－２４
；
修回日期
：
２０１４－０９－０４
。
基金项目
：
国家重点星火计划项目
（
２０１１ＧＡ６９０００５
）。
作者简介
：
王志勃
（
１９７０－
），
男
，
江苏淮安人
，
硕士
，
讲师
，
工程师
，
主
要从事云计算和计算机应用方向的研究
。
文章编号
：
１６７１－４５９８
（
２０１４
）
１１－３７４７－０４
中图分类号
：
ＴＰ３９１
文献标识码
：
Ａ
基于
ＧＭ
（
１
，
１
）
预测和虚拟机迁移的云计算
负载均衡策略设计
王志勃
１
，
２
，
毕艳茹
２
（
１．
江苏省电子产品装备与制造中心
，
江苏 淮安
２２３００３
；
２．
淮安信息职业技术学院
，
江苏 淮安
２２３００
）
摘要
：
针对云计算中心虚拟机集群负载的不均衡问题
，
设计了一种基于
ＧＭ
（
１
，
１
）
预测和虚拟机迁移的负载均衡策略
；
首先
，
描
述了云计算中心的负载均衡原理
，
介绍了经典
ＥＬＢ
算法并总结了其缺点
，
然后
，
设计了基于
ＧＭ
（
１
，
１
）
的虚拟机负载预测算法
，
能根
据虚拟机的历史负载信息来预测下一时刻的负载信息
，
能有效克服
ＥＬＢ
算法中仅依赖当前时刻负载而进行虚拟机的删除和增加
，
同时通
过设定不同的阈值来实现虚拟机的增加
、
删除和迁移
，
最后
，
定义了基于预测机制和虚拟机迁移的负载均衡算法
，
能在创建虚拟机时根
据用户的请求定制
ＡＭＩｓ
模板
，
从而提交用户请求的响应速度
；
在
ＣｌｏｕｄＳｉｍ
环境下进行实验
，
实验结果表明文中方法能有效地实现云计
算中心虚拟机集群的负载均衡
，
与其它方法相比
，
具有负载均衡高和负载均衡效率高的优点
，
是一种有效的云计算环境的负载均衡策略
。
关键词
：
灰色模型
；
虚拟机迁移
；
负载均衡
；
云计算
；
预测
Ｄｅｓｉ
ｇ
ｎ
ｆｏｒ
Ｌｏａｄ
Ｂａｌａｎｃｅ
Ｓｔｒａｔｅ
ｇｙ
ｏｆ
Ｃｌｏｕｄ
Ｃｏｍ
ｐ
ｕｔｉｎ
ｇ
Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＧＭ
（
１
，
１
）
Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
ａｎｄ
Ｖｉｒｔｕａｌ
ｍａｃｈｉｎｅ
Ｍｉ
ｇ
ｒａｔｉｏｎ
Ｗａｎ
ｇ
Ｚｈｉｂｏ
１
，
２
，
，
Ｂｉ
Ｙａｎｒｕ
２
（
１．Ｊｉａｎ
ｇ
ｓｕ
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ａｎｄ
Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎ
ｇ
Ｃｅｎｔｅｒ
，
Ｈｕａｉａｎ
２２３００３
，
Ｃｈｉｎａ
；
２．Ｈｕａｉａｎ
Ｃｏｌｌｅ
ｇ
ｅ
ｏｆ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ
，
Ｈｕａｉａｎ
２２３００３
，
Ｃｈｉｎａ
）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
：
Ａｉｍｉｎ
ｇ
ａｔ
ｔｈｅ
ｌｏａｄ
ｕｎｂａｌａｎｃｅ
ｐ
ｒｏｂｌｅｍ
ｏｆ
ｃｌｏｕｄ
ｃｏｍ
ｐ
ｕｔｉｎ
ｇ
ｖｉｒｔｕａｌ
ｍａｃｈｉｎｅ
，
ａ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ｓｔｒａｔｅ
ｇｙ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＧＭ
（
１
，
１
）
ｐ
ｒｅ
－
ｄｉｃｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｖｉｒｔｕａｌ
ｍａｃｈｉｎｅ
ｍｉ
ｇ
ｒａｔｉｏｎ
ｉｓ
ｐ
ｒｏ
ｐ
ｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌ
ｙ
，
ｔｈｅ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ｐ
ｒｉｎｃｉ
ｐ
ｌｅ
ｉｓ
ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ
ａｎｄ
ｔｈｅ
ｃｌａｓｓｉｃ
ＥＬＢ
ａｌ
ｇ
ｏｒｉｔｈｍ
ｉｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
，
ａｎｄ
ｔｈｅ
ｄｅｆｅｃｔｓ
ｉｓ
ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｎ
ｔｈｅ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ａｌ
ｇ
ｏｒｉｔｈｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＧＭ
（
１
，
１
）
ｉｓ
ｄｅｓｉ
ｇ
ｎｅｄ
，
ｔｈｅ
ｌｏａｄ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｃａｎ
ｂｅ
ｐ
ｒｅｄｉｃｔｅｄ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｈｉｓｔｏｒ
ｙ
ｌｏａｄ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｉｔ
ｃａｎ
ｒｅａｌｉｚｅ
ａｄｄ
ａｎｄ
ｄｅｌｅｔｅ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｖｉｒｔｕａｌ
ｍａｃｈｉｎｅｓ
ｒｅｌ
ｙ
ｉｎ
ｇ
ｏｎ
ｔｈｅ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｌｏａｄ
ｏｆ
ＥＬＢ
ａｌ
ｇ
ｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ
ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ
ｃａｎ
ｂｅ
ｓｅｔ
ａｓ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｖａｌｕｅｓ
ｆｏｒ
ａｄｄ
，
ｄｅｌｅｔｅ
ａｎｄ
ｍｉ
ｇ
ｒａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌ
ｙ
，
ｔｈｅ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ａｌ
ｇ
ｏｒｉｔｈｍ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｐ
ｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ａｎｄ
ｖｉｒｔｕａｌ
ｍａｃｈｉｎｅ
ｍｉ
ｇ
ｒａｔｉｏｎ
ｉｓ
ｄｅｆｉｎｅｄ．Ｔｈｅ
ｅｘ
ｐ
ｅｒｉｍｅｎｔ
ｉｓ
ｏ
ｐ
ｅｒａｔｅｄ
ｉｎ
ｔｈｅ
ＣｌｏｕｄＳｉｍ
，
ｔｈｅ
ｅｘ
ｐ
ｅｒｉｍｅｎｔ
ｓｈｏｗｓ
ｔｈｅ
ｍｅｔｈｏｄ
ｉｎ
ｔｈｉｓ
ｐ
ａ
ｐ
ｅｒ
ｃａｎ
ｒｅａｌｉｚｅ
ｔｈｅ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ｉｎ
ｃｌｏｕｄ
ｃｏｍ
ｐ
ｕｔｉｎ
ｇ
ｖｉｒｔｕａｌ
ｍａｃｈｉｎｅ
，
ａｎｄ
ｃｏｍ
ｐ
ａｒｅｄ
ｗｉｔｈ
ｔｈｅ
ｏｔｈｅｒ
ｍｅｔｈｏｄｓ
，
ｉｔ
ｈａｓ
ｈｉ
ｇ
ｈ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ａｎｄ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃ
ｙ
，
ｔｈｅｒｅ
－
ｆｏｒｅ
，
ｉｔ
ｉｓ
ａｎ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
ｓｔｒａｔｅ
ｇｙ
ｉｎ
ｃｌｏｕｄ
ｃｏｍ
ｐ
ｕｔｉｎ
ｇ
．
Ｋｅ
ｙ
ｗｏｒｄｓ
：
ＧＭ
（
１
，
１
）
ｍｏｄｅｌ
；
ｖｉｒｔｕａｌ
ｍａｃｈｉｎｅ
ｍｉ
ｇ
ｒａｔｉｏｎ
；
ｌｏａｄ
ｂａｌａｎｃｅ
；
ｃｌｏｕｄ
ｃｏｍ
ｐ
ｕｔｉｎ
ｇ
；
ｐ
ｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
０
引言
随着计算机技术的普及和发展
，
使得基于计算机的应用对
计算和存储能力有了日益增高的要求
，
导致了云计算计算模式
的产生
［
１－２
］
。
云计算作为一种新的计算模式
，
能实现资源的统
一管理和调度
，
使得用户无需对其管理
［
３
］
，
仅需通过按时付费
地使用资源池中的服务
［
４－５
］
。
虚拟化技术能实现对硬件资源的
统一有效管理
［
６
］
，
由于虚拟资源数量多
、
动态变化快
、
负载具
有不确定性以及物理服务器处理性能的差异
，
使得云计算中的
虚拟资源调度容易出现负载不均衡
［
７
］
。
目前已有的实现虚拟机负载均衡的资源调度和迁移技术主
要有
：
文献
［
８
］
提出了一种针对云计算环境的虚拟机动态部
署模型
。
文献
［
９
］
设计了一种新的负载均衡算法
，
能根 据负
载的预测趋势实现虚拟机的动态增加和删除
。
文献
［
１０
］
提出
了一种基于迁移技术的虚拟机调度算法
，
从而实现数据中心的
高效动态负载均衡
。
文献
［
１１
］
提出了一种最小迁移代价的虚
拟机放置算法
，
综合考虑虚拟机资源分配的持续变化和迁移代
价
，
实现资源高效利用和服务质量提高
。
文献
［
１２
］
根据系统
负载状况自动地调整智能蚂蚁的搜索半径来进行搜索
，
实现服
务器的自动迁移
。
上述算法研究云计算环境的虚拟机调度和迁移问题
，
但没
有充分利用云计算的弹性和按需使用
，
不能根据对负载的趋势
预测来实现虚拟的负载均衡
，
从而解决云计算环境下由于虚拟
机迁移的延迟性导致任务的延迟调度而导致的无法满足用请求
的问题
。
１
负载均衡算法
１．１
云计算负载均衡管理
Ａｍａｚｏｎ
提出了弹性计算云的概念后
，
其生产的云计算产
品
ＥＣ２
得到广泛 的应用
，
其主 要原理 为
：
用户 根据自己的需
求
，
将数据通过
Ａｍａｚｏｎ
存储在云中
，
并采用云中的计算资源
和通信资源来对数据进行处理
，
并在处理完毕后动态释放资
DOI:10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2014.11.062
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