论文总字数：29728字

摘 要

近些年来，云计算获得了广泛的应用，对人们的生活也产生了更加深远的影响。而OpenStack也是最近几年迅速发展起来的一个开源的云计算平台管理系统，受到了人们的广泛关注，并且涌现了许多基于OpenStack的商用云平台。传统的数据中心资源的利用率不高，而能源消耗比较严重，不仅导致了资源的浪费，也对环境造成了破坏。如何高效的使用资源成为商界和学术界共同面对的一个问题。

本文针对OpenStack在资源利用率和能耗效率等方面的不足，提出一种基于负载均衡的节能调度算法。首先介绍OpenStack，包括发展背景、平台搭建与运行，分析其资源调度策略的过程。然后介绍常用的数据中心资源调度算法，并分析各自的适用场合和不足之处。最后提出本文调度算法，目的是在保证性能的前提下提高资源的利用率和节能，将调度过程分成两部分：请求调度和周期性调度，其中周期性调度分为超载调度、低负载调度、正常负载不均衡调度和正常负载均衡调度，这些调度是协调工作、相辅相成的，最终达到改善负载均衡程度、提高资源利用率、降低电能消耗的目的，并且利用CloudSim云平台仿真工具对调度算法进行了验证，结果表明本文提出的算法能比较有效地实现负载均衡、降低电能消耗。

关键词：云计算；数据中心；OpenStack；负载均衡；节能

The Study of OpenStack-based Resource Scheduling Algorithm for Data Center of Cloud Computing

Abstract

Recently, cloud computing is more and more widely used, and has had profound impact on our life. And Openstack is an open-source cloud computing platform, developing rapidly, more and more people attach attention to it, and now there are many commercial cloud platform based on Openstack. As we all know, the resource utilization of traditional data center is not high, and the consumption of energy is serious, which not only leads to the wasting of resource, but also destroy the environment. So how to effectively use the resource has become a common problem both business community and academia must face.

This thesis is aimed at the shortage of Openstack: low utilization of resource and energy-saving and proposes an energy-saving scheduling algorithm based on load balancing. Firstly, introduce OpenStack, including the background of developing, the ways of platform’s setting up and running, and analyze the process of the strategy of resource scheduling. Secondly, describe some scheduling algorithms, widely used, and analyze their suitable situation applied and their shortage. Finally, propose the algorithm for the purpose of improving the utilization of resources and saving energy based on the performance to some extents, which divides the scheduling process to two parts: request scheduling and periodic scheduling, consisting of over-loading, low-loading, normality but imbalance loading, and normality and balance loading, and these parts work together to improve the degree of balance-loading, and increase the utilization of resource and decrease the consumption of energy. Finally, we verify it based on CloudSim, a cloud platform simulation tool, and the experiment result proves that the scheduling algorithm proposed can improve the loading balance and save the energy of data center.

Keyword: cloud computing, Openstack, balance-balancing, energy-saving.

目录

摘要

Abstract

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 本文主要工作

1.3 组织结构

第二章 OpenStack及其平台搭建

2.1 Openstack背景知识

2.1.1 OpenStack简介

2.1.2 OpenStack组成

2.2 OpenStack搭建与运行

2.2.1 搭建

2.2.2 运行

2.3 Openstack资源调度算法

2.4 本章小结

第三章 数据中心资源调度算法

3.1 基本概念

3.1.1 数据中心

3.1.2 资源调度

3.1.3 负载均衡

3.2 典型负载均衡资源调度算法

3.2.1 轮转调度

3.2.2 带权轮转调度

3.2.3 随机调度

3.2.4 使用率乘积评估

3.2.5 标准对象对比法

3.3 负载均衡调度算法分析

3.4 本章小结

第四章 Openstack优化的资源调度算法设计

4.1 问题描述

4.2 算法设计与分析

4.2.1 优化策略

4.2.2 参数定义

4.2.3 算法详细描述

4.3 算法的评测指标

4.3.1 资源平均利用率

4.3.2 电能消耗

4.3.3 负载不均衡度

4.5 本章小结

第五章 算法仿真实验与分析

5.1 CloudSim简介

5.2 仿真实验设计

5.3 仿真实验与结果分析

5.3.1 数据中心负载不均衡度

5.3.2 总的运行时间

5.4 本章小结

第六章 总结

6.1 本文的主要工作

6.2 下一步的展望

参考文献

致 谢

1. 绪论

1.1 课题背景和意义

云计算是一个耳熟能详、随处可见的流行词，随着它快速地发展，被认为是“继个人电脑和互联网之后电子信息领域又一次重大的变革”。云计算既不是一种全新的IT技术，也不是一个全新的IT架构，而是一种全新的IT资源交付服务模式，是传统计算机技术和网络技术发展融合的产物，如网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等^[13]。可以说云计算现在几乎无处不在，已经成为我们日常生活的一部分，大到电信运营商利用云来计算处理海量的业务数据，小到普通人在网上看视频直播。

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