基于博弈論的虛擬資源競拍分配研究.pdf

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1、碩士學(xué)位論文題目:基于博弈論的虛擬資源競拍分配研究研究生段良成專業(yè)計算機應(yīng)用與技術(shù)指導(dǎo)教師周麗副教授完成日期2012年12月杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于博弈論的虛擬資源競拍分配研究研究生：段良成指導(dǎo)教師：周麗副教授2012年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterAuctionAllocationofVirtualResourcesBasedonGameTheoryCandidate:DuanLiangche

2、ngSupervisor:Associate-Prof.ZhouLiDecember，2012杭州電子科技大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。論文作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文使用授權(quán)說明本人完全了解杭州電子科技大學(xué)關(guān)

3、于保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬杭州電子科技大學(xué)。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時署名單位仍然為杭州電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）論文作者簽名：日期：年月日指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)改變了管理計算機操作系統(tǒng)、存儲以及應(yīng)用程序的方式，它提供了共享物理資源的能力，使

4、得物理資源能夠在同一時間內(nèi)被多個不同的虛擬機使用，消除了操作系統(tǒng)對物理硬件的依賴性。隨著云計算的興起，云環(huán)境下的資源管理成為人們研究的熱點，而虛擬化技術(shù)作為云計算中的關(guān)鍵技術(shù)日益顯示出其資源管理方面的獨特優(yōu)勢。然而，在利用虛擬化技術(shù)進行資源管理時也遇到了一些挑戰(zhàn)，其中的一個挑戰(zhàn)就是多虛擬機之間資源分配的公平性。有效合理的虛擬機資源分配是虛擬化及云計算環(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)多個虛擬機共存于同一物理機時，由于物理資源的有限性，可能會發(fā)生激烈的資源競爭。傳統(tǒng)虛擬機資源分配通常沒有考慮這種

5、競爭給系統(tǒng)造成的影響，而是按照物理資源數(shù)量進行均值分配或者系統(tǒng)對資源的峰值需求來進行分配。這些分配方式?jīng)]有考慮到各虛擬機自身的負(fù)載情況，往往會造成資源的浪費。本文針對這一問題進行了研究，運用經(jīng)濟學(xué)中博弈論的思想提出了基于懲罰機制的CPU競拍模型和基于市場機制的內(nèi)存預(yù)測分配模型。本文針對Xen虛擬化平臺主要做了如下幾個方面的工作：本文首先系統(tǒng)介紹了虛擬機以及虛擬化的相關(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，而且還對這五種虛擬化技術(shù)進行了比較。然后重點分析了半

6、虛擬化產(chǎn)品Xen的資源管理的特點，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，CPU資源一旦分配給某一虛擬機即可投入使用，針對這一特征，本文提出了基于激勵懲罰機制的博弈競拍模型。在這個模型中，本文選取應(yīng)用程序的響應(yīng)時間和CPU利用率作為系統(tǒng)的評價指標(biāo)，并且采用博弈競拍的思想探討了CPU分配與競爭對這些指標(biāo)的影響關(guān)系，然后利用合作博弈的NASH均衡進行求解多虛擬機的動態(tài)資源分配問題。為驗證這種方案的有效性，我們通過實驗對模型的穩(wěn)定性和公平性進行了驗證，通

7、過對比發(fā)現(xiàn)采用博弈控制之后比單純的平均分配資源更能實現(xiàn)按需分配資源，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虛擬平臺下，內(nèi)存資源通過Ballooning機制分配給虛擬機，有著比較嚴(yán)重的延遲效應(yīng)。針對這個問題，本文提出了基于市場機制的內(nèi)存預(yù)測分配模型。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)測模型來預(yù)測I杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文未來一段時間虛擬機的內(nèi)存使用量，然后虛擬機管理器根據(jù)這些預(yù)測值，按照虛擬機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

8、物理內(nèi)存在虛擬操作系統(tǒng)中的利用率，實現(xiàn)內(nèi)存的按需分配。本文提出的虛擬資源分配方案是面向大規(guī)模服務(wù)器集群的，具有一般性，可以推廣到網(wǎng)絡(luò)帶寬、I/O已經(jīng)其他計算資源方面的分配與管理工作。關(guān)鍵詞：合作博弈，競拍，激勵懲罰，灰色預(yù)測，資源分配，虛擬化II杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTVirtualizationtechnologyhaschangedthemanagementof