专利汇可以提供基于前馈和反馈控制的运行时虚拟资源动态分配方法和系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于 软件 工程技术领域,具体为一种基于前馈和反馈控制的虚拟资源动态分配方法和系统。本发明通过设计一个MAPE自适应控制环路对虚拟资源进行优化控制。自适应控制环路包括:监控模 块 、分析模块、规划模块和执行模块;其中,规划模块由一个前馈 控制器 和一个反馈控制器组成,前者针对 访问 人数这个主要扰动因素,预先对虚拟资源数量进行动态调整,后者则针对其他扰动因素,把各个虚拟资源的响应时间作为反馈量,对各个虚拟资源处理的负载比例进行动态地调整;执行模块由资源管理模块和负载均衡模块组成。采用本发明可实现在运行时环境动态变化的情况下虚拟资源的优化配置,实现应用系统的优化运行和虚拟资源的高利用率。,下面是基于前馈和反馈控制的运行时虚拟资源动态分配方法和系统专利的具体信息内容。
1. 基于前馈和反馈控制的虚拟资源动态分配方法,应用系统被部署在云端的多个虚拟资源上为用户提供服务;通过设计一个MAPE自适应控制环路对虚拟资源进行优化控制;
所述MAPE自适应控制环路,包括:监控模块、分析模块、规划模块和执行模块;其中,监控模块负责收集应用系统的运行时数据;分析模块通过分析运行时数据获得应用系统的外部扰动以及性能参数;规划模块由一个前馈控制器和一个反馈控制器组成,前者针对访问人数这个主要扰动因素,预先对虚拟资源数量进行动态调整,后者则针对其他扰动因素,把各个虚拟资源的响应时间作为反馈量,对各个虚拟资源处理的负载比例进行动态地调整;执行模块由资源管理模块和负载均衡模块组成,前者负责动态地增加或者删除虚拟资源,后者负责动态地调整各个虚拟资源的负载比例;具体步骤如下:
(1)把应用系统部署在给定数量的虚拟资源上,每个虚拟资源平均分配负载比例;
(2)在运行时,监控模块定时地收集应用系统的运行时数据,通过分析模块获得在最近一段时间内的运行信息,包括应用系统的访问人数、访问人数变化率、以及各个虚拟资源处理请求的平均响应时间;
(3)规划模块中的前馈控制器根据访问人数及其变化率预先对虚拟资源数量进行动态调整;规划模块中的反馈控制器根据各个虚拟资源的平均响应时间对各个虚拟资源处理的负载比例进行动态地调整;
(4)执行模块中的资源管理负责动态地增加或者删除虚拟资源,而负载均衡负责动态地调整各个虚拟资源的负载比例;
(5)间隔一定时间后重复执行步骤(2)-(5)。
2. 如权利要求1所述的基于前馈和反馈控制的虚拟资源动态分配方法,其特征在于,步骤(3)中,采用前馈控制器实现对虚拟资源数量的动态调整,其基本过程如下:
(1)通过实验研究,确定在给定虚拟资源数量的情况下系统最多能支撑的访问人数即系统饱和时的最大访问人数,并通过线性拟合得到虚拟资源与应用系统饱和时最大访问人数的系统扰动数学模型NP(n);
(2)根据这个系统扰动数学模型,给出访问人数对虚拟资源的补偿函数①:
①
其中,NR(t)表示t时刻应用系统的虚拟资源个数,P(t)表示t时刻应用系统的访问人数,∆P(t)表示t时刻访问人数随时间的变化率,k表示对访问人数的一个预测加权值, P(t)+k*∆P(t)表示访问人数的预测值,NP(NR(t))表示在t时刻虚拟资源的个数为NR(t)时,应用系统吞吐量达到最大值时的最大访问人数,NP(NR(t)-1)表示在t时刻虚拟资源个数为NR(t)-1时,应用系统吞吐量达到最大值时的最大访问人数;通过向下取整访问人数预测值的增量关系比,计算出需要增加或者减少的虚拟资源个数;NR(0)表示初始状态时虚拟资源的个数,它是一个定值c,根据实际情况进行设置;
(3)通过前馈控制模型,在运行时监控应用系统的访问人数和访问人数变化率,即可动态地调节虚拟资源的个数。
3. 如权利要求1所述的基于前馈和反馈控制的虚拟资源动态分配方法,其特征在于,步骤(3)中,采用反馈控制器实现对各个虚拟资源的负载比例的动态调整,其基本过程如下:
(1)根据监控得到的各个虚拟资源平均响应时间的度量值,计算当前时刻其较相应期望值的偏差e(t),根据各个虚拟资源平均响应时间的过往3个时刻的偏差e(t-2),e(t-1),e(t),由PID增量计算公式②计算各个虚拟资源的控制变量u(t):
②
其中,Kp是比例环节的系数, Ki为积分环节的系数, Kd为微分环节的系数,这三个参数根据控制论中的经验性方法进行事先设置;
(2)由计算公式③计算各个虚拟资源的负载比例w(n),其中,sp(n)表示虚拟资源n在饱和状态下的期望响应时间,u(t)/sp(n)表示响应时间达到期望值需要提升/下降的比例,w(n)*u(t)/sp(n)表示虚拟资源n达到期望响应时间需要提升/下降的负载比例;
w(n) = w(n) + w(n) * u(t) / sp(n) ③
(3)通过反馈控制模型,在运行时监控各个虚拟资源的平均响应时间,即动态地调整各个虚拟资源处理的负载比例,从而针对虚拟资源的异构性实现合理的负载分配。
4. 一种基于权利要求1-3所述方法的虚拟资源动态分配系统,是一个MAPE自适应控制环路,其特征在于包括:监控模块、分析模块、规划模块和执行模块;其中,监控模块负责收集应用系统的运行时数据;分析模块通过分析运行时数据获得应用系统的外部扰动以及性能参数,其中,外部扰动包括系统访问人数、访问人数变化率,性能参数包括各个虚拟资源的响应时间;规划模块由一个前馈控制器和一个反馈控制器组成,前者针对访问人数这个主要扰动因素,预先对虚拟资源数量进行动态调整,后者则针对其他扰动因素,把各个虚拟资源的响应时间作为反馈量,对各个虚拟资源处理的负载比例进行动态地调整;执行模块由资源管理模块和负载均衡模块组成,前者负责动态地增加或者删除虚拟资源,后者负责动态地调整各个虚拟资源的负载比例。
统
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