技术领域
[0001] 本
发明涉及电数字
数据处理领域，更具体而言，涉及一种增强云计算环境节能系统，其目的是降低云计算环境的
能量消耗并增强云计算环境的安全性。
背景技术
[0002] 随着信息技术的飞速发展，特别是互联网技术的发展，用户对数据的计算和存储需求激增，通过购置大量高性能的
服务器来满足用户这种需求的传统模式会极大地增加资源的浪费。云计算(Cloud Computing)技术应用而生，所谓云计算是指提供可获得的、便利的、根据需要的网络
访问，进入包括网络、服务器、存储、应用
软件、服务之类的可配置计算资源的共享池，使得能够快速提供资源而只需投入很少的管理工作，或与服务提供商进行很少的交互。作为互联网技术中新兴的研究和应用领域，越来越受到人们的关注，并在近些年得到了迅速的推广和流行，这是因为其适应了网络服务从“高集中、高成本、低通用”的服务配置向“高分布、低成本、高通用”转变的新计算模式，作为信息技术中新兴研究和应用领域，越来越受到相关企业和研究机构的广泛关注，并被认定为未来计算模式的必然趋势。通过云计算的方式可以共享软
硬件资源和信息，可以按需提供给计算机和其他设备。
[0003] 因为云计算是基于互联网的提供动态易扩展且往往是虚拟化的资源，所以其计算能
力得到指数级地提升，云计算可以执行每秒10万亿次的运算，从而可以仿真
原子能试验、天气变化预报等大量数据的计算。正是由于云计算的这些优点，导致在实施过程中存在一系列问题：云计算环境中的
节点计算设备数量越来越庞大，所消耗的能量也不断增加。例如美国谷歌公司的云计算设备每年消耗的
电能为1亿KWh，该能量消耗相当大，约等于小城市的总能耗。特别是，不同时段对节点计算设备使用的需求不同，白天和工作日使用需求大，调用的节点计算设备也较多；相反，夜间和周末，使用需求小，调用的节点计算设备也较少，此时节点计算设备处于运行或者运行延迟等待待机的话，将极大地浪费能量，而且较高的能量消耗成为制约云计算发展的
瓶颈，在倡导节能减排的今天，该状态亟待改进。
[0004] 针对云计算环境的节能问题，存在诸多技术，例如通过将
虚拟机进行迁移来减少运行的服务器数目，继而整个云计算环境的减少能量消耗。另外，还存在其它技术，诸如对负荷的调度的改进、通过排队或者排序或者简单地赋予不同优先级来实现节能。经检验，这些方式的结果显示，其有一定的节能效果，但也存在一些
缺陷，由于调度计算和分配过程中，以及虚拟机的迁移以及合并的过程中，由于参数的选取和计算方式的不足，导致对云计算环境中的物理计算设备和虚拟计算设备等节点处理设备的能量消耗控制以及对于虚拟机的调度、迁移和合并的效率还有待进一步提高，并且由于云计算环境中连接的节点计算设备众多，存在一定的安全隐患。
发明内容
[0005] 本发明的目的之一是提供一种增强云计算环境节能系统，能解决
现有技术中存在的技术问题。可以有效地降低对云计算环境中的物理计算设备和虚拟计算设备等节点处理设备的能量消耗，并且进一步提高对于虚拟机的调度、迁移和合并的效率，增强云计算环境的安全性。
[0006] 本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案为：一种增强云计算环境节能系统，包括：客户端，发送云计算
请求，并由云计算环境平台接收；以及云计算环境C，包括：云计算环境平台，分析、评估并获取请求中包括的工作量，根据比较该工作量，确定节能策略；节点计算设备，接受云计算环境平台根据节能策略而被执行调度，继而执行该工作量，计算处理结束后，将处理结果递送回云计算环境平台；以及该云计算环境平台进一步向客户端发送的云计算请求的结果。
[0007] 根据本发明的另一个方面，增强云计算环境节能系统进一步包括：该增强云计算环境节能系统中的云计算环境C进一步包括：历史记录
数据库，并且该云计算环境C被配置成：由云计算环境平台接收从客户端发送的云计算请求；由云计算环境平台对计算请求进行安全性认证，认证通过后执行下述操作；由云计算环境平台分析、评估并获取请求中包括的工作量；由云计算环境平台通过调用历史记录数据库分析判断该云计算请求先前是否被请求处理过，如果已被处理过则直接从历史记录数据库中调用先前的处理结果，并向客户端发送经计算处理的云计算请求的结果；如果先前未被处理过，则继续；由云计算环境平台更新各节点计算设备的能力、容量和优先级；根据现有节点计算设备的优先级，由云计算环境平台将请求中包括的工作量与现有节点计算设备中的信息处理余量逐个地进行比较；如果前者小于后者，则云计算环境平台根据优先级将请求中包括的工作量加密后递送到所选的节点计算设备，计算处理结束后，递送回云计算环境平台；之后执行下述解密；如果前者大于后者，则云计算环境平台进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并将请求中包括的工作量加密后递送到所选的节点计算设备，计算处理结束后，递送回云计算环境平台；之后执行下述解密；由云计算环境平台将数据进行解密；由云计算环境平台向客户端发送经计算处理的云计算请求的结果。
[0008] 根据本发明的另一个方面，增强云计算环境节能系统进一步包括：该增强云计算环境节能系统中的节点计算设备被配置成：在请求中包括的工作量大于现有节点计算设备中的信息处理余量的情况下，识别待迁移的虚拟机；获得待测试以被迁移的主机i的
中央处理器的使用参数Pari，该参数Pari为该主机i的中央处理器的当前处理的工作量与主机分布平均的差的二次方累加和继而与主机数量的商，即： 其中表示主机i的中央处理器的当前处理的工作量，B表示主机分布平均值，而M表示主机数量，其值为至少为2的正整数；对于待迁移的同一个虚拟机，重复前一步操作，直至M个主机；对于待迁移的第j个虚拟机，重复前两步操作直至M个主机，重复执行直至N个待迁移的虚拟机，亦即执行M×(N-1)次，其中N表示待迁移的虚拟机的数量，其值为至少为2的正整数；对于每个待迁移的虚拟机和每个主机，创建中央处理器的使用参数的阵列Ary：
从每行中选择最小值，创建中央处理器的使用参数
的最小值阵列AryMIN， 计算AryMIN的最小值，其对应于优选的可迁移的虚拟机和优选的主机，并进行调度分配迁移。
[0009] 根据本发明的另一个方面，增强云计算环境节能系统进一步包括：该增强云计算环境节能系统中的节点计算设备被配置成：在请求中包括的工作量大于现有节点计算设备中的信息处理余量的情况下，根据请求中包括的工作量计算待调度的单位处理能力的虚拟机数量；将待调度的单位处理能力的多个虚拟机分解成分组；根据分组数目确定虚拟机是否需要迁移；如果超出临界值则需要，否则不需要；如果有足够的处于低功耗状态的节点计算设备，则根据处于低功耗状态的节点计算设备的中央处理器、静态
存储器、动态存储器的性能和容量将前一步骤中所述的
虚拟机迁移到处于低功耗状态的节点计算设备；不足的话，则根据处于低功耗状态的节点计算设备的中央处理器、静态存储器、动态存储器的性能和容量，通过将签署性能和容量除以单位处理能力，采用取整去尾法将整数个单位处理能力的数据传入到处于低功耗状态的节点计算设备。
[0010] 根据本发明的另一个方面，其中低功耗状态包括休眠、待机、运行到延迟的等待的状态。
[0011] 根据本发明的另一个方面，其中根据请求中包括的工作量计算待调度的单位处理能力的虚拟机数量进一步包括：使用下述方式来获取数量，数量 其中Dk表示虚拟机数量，Ek表示虚拟机的任务量的数值，E表示服务器数量。
[0012] 根据本发明的另一个方面，增强云计算环境节能系统进一步包括：客户端包括用户、台式或便携式PC、具有PC功能的终端或者通信技术中的用户设备UE。
[0013] 根据本发明的另一个方面，增强云计算环境节能系统进一步包括：云计算环境平台先辨识请求中的信息类型，去除其中的请求报头信息，保留、评估并获取请求中包括的待处理的信息。
[0014] 根据本发明的另一个方面，增强云计算环境节能系统进一步包括：现有节点计算设备的优先级是基于节点计算设备的中央处理器、静态存储器、动态存储器的性能和容量来确定的，而且这些参数定期更新到云计算环境平台。
[0015] 根据本发明的另一个方面，增强云计算环境节能系统进一步包括：现有节点计算设备中的信息处理余量是指现有节点计算设备的预设
阈值减去当前时间点处的工作量，所述预设阈值是节点计算设备的总的性能和容量乘以一定的比例，该比例至少为80％。
[0016] 本文所述的增强云计算环境节能系统，可以有效地降低对云计算环境中的物理计算设备和虚拟计算设备等节点处理设备的能量消耗，并且进一步提高对于虚拟机的调度、迁移和合并的效率，增强云计算环境的安全性。
附图说明
[0017] 在附图中通过实例的方式而不是通过限制的方式来示出本发明的
实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：
[0018] 根据本发明的示范性实施例，图1图示一种增强云计算环境节能方法；
[0019] 根据本发明的示范性实施例，图2图示一种增强云计算环境节能系统的示意图；
[0020] 根据本发明的示范性实施例，图3图示一种增强云计算环境节能方法的
流程图；
[0021] 根据本发明的示范性实施例，图4图示进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并计算处理的流程图；
[0022] 根据本发明的示范性实施例，图5图示进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并计算处理的可替代流程图；以及
[0023] 根据本发明的示范性实施例，图6图示本发明相对于现有技术的节能效果图。
具体实施方式
[0024] 在下面的描述中，参考附图并以图示的方式示出几个具体的实施例。将理解的是：可设想并且可做出其他实施例而不脱离本公开的范围或精神。因此，以下详细描述不应被认为具有限制意义。
[0025] 根据本发明的示范性实施例，图1图示一种增强云计算环境节能方法，包括以下步骤：
[0026] 接收从客户端发送的云计算请求；
[0027] 云计算环境平台分析、评估并获取请求中包括的工作量；
[0028] 根据比较该工作量，确定节能策略并调度资源执行该工作量，计算处理结束后，递送回云计算环境平台；以及
[0029] 云计算环境平台向客户端发送的云计算请求的结果。
[0030] 根据本发明的示范性实施例，图2图示一种增强云计算环境节能系统的示意图。其中该系统含有客户端1，以及用于与客户端1进行通信和交互的云计算环境C。云计算环境C包括云计算环境平台1和多个节点计算设备2-6。通过云计算环境平台1可以合理调用节点计算设备，经优化后可使用较少数量的节点计算设备来降低整个系统的能量消耗。
[0031] 相应地，该增强云计算环境节能系统包括：
[0032] 客户端，发送云计算请求，并由云计算环境平台接收；以及
[0033] 云计算环境C，包括：
[0034] 云计算环境平台，分析、评估并获取请求中包括的工作量，根据比较该工作量，确定节能策略；
[0035] 节点计算设备，接受云计算环境平台根据节能策略而被执行调度，继而执行该工作量，计算处理结束后，将处理结果递送回云计算环境平台；以及
[0036] 该云计算环境平台进一步向客户端发送的云计算请求的结果。
[0037] 根据本发明的示范性实施例，图3图示一种增强云计算环境节能方法的流程图。具体地，该方法包括以下步骤：
[0038] 在步骤S1中，接收从客户端发送的云计算请求；
[0039] 在步骤S2中，云计算环境平台对计算请求进行安全性认证，认证通过后执行步骤S3；
[0040] 在步骤S3中，云计算环境平台分析、评估并获取请求中包括的工作量；
[0041] 在步骤S4中，云计算环境平台通过调用历史记录数据库分析判断该云计算请求先前是否被请求处理过，如果已被处理过则直接从历史记录数据库中调用先前的处理结果，并执行步骤S10；如果先前未被处理过，则执行步骤S5；
[0042] 在步骤S5中，云计算环境平台更新各节点计算设备的能力、容量和优先级；
[0043] 在步骤S6中，根据现有节点计算设备的优先级，云计算环境平台将请求中包括的工作量与现有节点计算设备中的信息处理余量逐个地进行比较；
[0044] 在步骤S7中，如果前者小于后者，则根据优先级将请求中包括的工作量加密后递送到所选的节点计算设备，计算处理结束后，递送回云计算环境平台；之后执行步骤S9；
[0045] 在步骤S8中，如果前者大于后者，则进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并将请求中包括的工作量加密后递送到所选的节点计算设备，计算处理结束后，递送回云计算环境平台；之后执行步骤S9；
[0046] 在步骤S9中，云计算环境平台将数据进行解密；
[0047] 在步骤S10中，云计算环境平台向客户端发送经计算处理的云计算请求的结果。
[0048] 相应地，该增强云计算环境节能系统中的云计算环境C进一步包括历史记录数据库，并且该云计算环境C被配置成：
[0049] 由云计算环境平台接收从客户端发送的云计算请求；
[0050] 由云计算环境平台对计算请求进行安全性认证，认证通过后执行下述操作；
[0051] 由云计算环境平台分析、评估并获取请求中包括的工作量；
[0052] 由云计算环境平台通过调用历史记录数据库分析判断该云计算请求先前是否被请求处理过，如果已被处理过则直接从历史记录数据库中调用先前的处理结果，并向客户端发送经计算处理的云计算请求的结果；如果先前未被处理过，则继续；
[0053] 由云计算环境平台更新各节点计算设备的能力、容量和优先级；
[0054] 根据现有节点计算设备的优先级，由云计算环境平台将请求中包括的工作量与现有节点计算设备中的信息处理余量逐个地进行比较；
[0055] 如果前者小于后者，则云计算环境平台根据优先级将请求中包括的工作量加密后递送到所选的节点计算设备，计算处理结束后，递送回云计算环境平台；之后执行下述解密；
[0056] 如果前者大于后者，则云计算环境平台进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并将请求中包括的工作量加密后递送到所选的节点计算设备，计算处理结束后，递送回云计算环境平台；之后执行下述解密；
[0057] 由云计算环境平台将数据进行解密；
[0058] 由云计算环境平台向客户端发送经计算处理的云计算请求的结果。
[0059] 具体地，客户端可以是用户，可以是台式或便携式PC、具有PC功能的终端，也可以是手机或称之为
移动电话之类的移动设备，也可以是通信技术中的用户设备UE。
[0060] 具体地，云计算环境平台先辨识请求中的信息类型，去除其中的请求报头信息，保留、评估并获取请求中包括的待处理的信息，即待计算处理的工作量。
[0061] 具体地，现有节点计算设备的优先级是基于节点计算设备的中央处理器、静态存储器、动态存储器的性能和容量来确定的，而且这些参数定期更新到云计算环境平台。
[0062] 现有节点计算设备中的信息处理余量是指现有节点计算设备的预设阈值减去当前时间点处的工作量，所述预设阈值是节点计算设备的总的性能和容量乘以一定的比例，诸如80％，以保证正常运行而不使得节点计算设备满负荷运转或超过运行能力或长期高利用率导致节点计算设备寿命降低。
[0063] 另外，节点计算设备包括而不限于含虚拟机的主机，此外还可以包括位于节点的其他信息处理设备，诸如调度计算设备。
[0064] 根据本发明的示范性实施例，图4图示进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并计算处理的流程图；
[0065] 具体地，在步骤S5中，进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并计算处理包括：
[0066] 在步骤S510中，识别待迁移的虚拟机；
[0067] 在步骤S511中，获得待测试以被迁移的主机i的中央处理器的使用参数Pari，该参数Pari为该主机i的中央处理器的当前处理的工作量与主机分布平均的差的二次方累加和继而与主机数量的商，即：
[0068]
[0069] 其中表示主机i的中央处理器的当前处理的工作量，B表示主机分布平均值，而M表示主机数量，其值为至少为2的正整数。
[0070] 在步骤S512中，对于待迁移的同一个虚拟机，重复步骤S511，直至M个主机。
[0071] 在步骤S513中，对于待迁移的第j个虚拟机，重复步骤S511-S512直至M个主机，执行直至N个待迁移的虚拟机，亦即执行M×(N-1)次，其中N表示待迁移的虚拟机的数量，其值为至少为2的正整数。
[0072] 在步骤S514中，对于每个待迁移的虚拟机和每个主机，创建中央处理器的使用参数的阵列Ary：
[0073]
[0074] 在步骤S515中，从每行中选择最小值，创建中央处理器的使用参数的最小值阵列AryMIN，
[0075]
[0076] 在步骤S516中，计算AryMIN的最小值，其对应于优选的可迁移的虚拟机和优选的主机。
[0077] 相应地，该增强云计算环境节能系统中的节点计算设备被配置成：
[0078] 在请求中包括的工作量大于现有节点计算设备中的信息处理余量的情况下，[0079] 识别待迁移的虚拟机；
[0080] 获得待测试以被迁移的主机i的中央处理器的使用参数Pari，该参数Pari为该主机i的中央处理器的当前处理的工作量与主机分布平均的差的二次方累加和继而与主机数量的商，即：
[0081]
[0082] 其中表示主机i的中央处理器的当前处理的工作量，B表示主机分布平均值，而M表示主机数量，其值为至少为2的正整数。
[0083] 对于待迁移的同一个虚拟机，重复前一步操作，直至M个主机。
[0084] 对于待迁移的第j个虚拟机，重复前两步操作直至M个主机，重复执行直至N个待迁移的虚拟机，亦即执行M×(N-1)次，其中N表示待迁移的虚拟机的数量，其值为至少为2的正整数。
[0085] 对于每个待迁移的虚拟机和每个主机，创建中央处理器的使用参数的阵列Ary：
[0086]
[0087] 从每行中选择最小值，创建中央处理器的使用参数的最小值阵列AryMIN，[0088]
[0089] 计算AryMIN的最小值，其对应于优选的可迁移的虚拟机和优选的主机，并进行调度分配迁移。
[0090] 根据本发明的示范性实施例，图5图示进行节点计算设备中的主机和虚拟机的配置和/或将虚拟机进行迁移和/或组合，以降低使用的节点计算设备的总数，并计算处理的可替代流程图。
[0091] 可替代地，步骤S5包括以下步骤：
[0092] 在步骤S520中，根据请求中包括的工作量计算待调度的单位处理能力的虚拟机数量；
[0093] 在步骤S521中，将待调度的单位处理能力的多个虚拟机分解成分组；
[0094] 在步骤S522中，根据分组数目确定虚拟机是否需要迁移；如果超出临界值则需要，否则不需要；
[0095] 在步骤S523中，如果有足够的处于低功耗状态的节点计算设备，则根据处于低功耗状态的节点计算设备的中央处理器、静态存储器、动态存储器的性能和容量将前一步骤中所述的虚拟机迁移到处于低功耗状态的节点计算设备；不足的话，则根据处于低功耗状态的节点计算设备的中央处理器、静态存储器、动态存储器的性能和容量，通过将签署性能和容量除以单位处理能力，采用取整去尾法将整数个单位处理能力的数据传入到处于低功耗状态的节点计算设备；
[0096] 其中低功耗状态包括而不限于休眠、待机、运行到延迟的等待中(为了优化能耗并兼顾启动速率和处理效率，本领域中从运行到休眠或待机往往使用延迟，以便在有需求时快速响应)。
[0097] 相应地，该增强云计算环境节能系统中的节点计算设备被配置成：
[0098] 在请求中包括的工作量大于现有节点计算设备中的信息处理余量的情况下，[0099] 根据请求中包括的工作量计算待调度的单位处理能力的虚拟机数量；
[0100] 将待调度的单位处理能力的多个虚拟机分解成分组；
[0101] 根据分组数目确定虚拟机是否需要迁移；如果超出临界值则需要，否则不需要；
[0102] 如果有足够的处于低功耗状态的节点计算设备，则根据处于低功耗状态的节点计算设备的中央处理器、静态存储器、动态存储器的性能和容量将前一步骤中所述的虚拟机迁移到处于低功耗状态的节点计算设备；不足的话，则根据处于低功耗状态的节点计算设备的中央处理器、静态存储器、动态存储器的性能和容量，通过将签署性能和容量除以单位处理能力，采用取整去尾法将整数个单位处理能力的数据传入到处于低功耗状态的节点计算设备；其中低功耗状态包括而不限于休眠、待机、运行到延迟的等待中。
[0103] 根据请求中包括的工作量计算待调度的单位处理能力的虚拟机数量进一步包括：使用下述方式来获取数量，数量 其中Dk表示虚拟机数量，Ek表示虚拟机
的任务量的数值，E表示服务器数量，L表示。
[0104] 此外，具体地，云计算环境平台将数据进行加密和解密，可消除由于云计算环境中连接的节点计算设备众多，在数据的计算处理中存在的安全隐患。
[0105] 根据本发明的示范性实施例，图6图示本发明相对于现有技术的节能效果图。其中：A项表示本发明所采用的方法和系统，B项表示现有技术中的通过赋予优先级排队或者排序来对负荷调度的方法和系统；横轴表示客户端发出的请求速率，单位为每分钟十的数量级，纵轴表示节能比率。经测试，本发明相对于现有技术所采用的方法和系统有1％-4％的改进，这对于大的云计算环境来说有较大的节能效果改进。
[0106] 综上，在本发明的技术方案中，通过采用了本文所述的增强云计算环境节能系统，包括：客户端，发送云计算请求，并由云计算环境平台接收；云计算环境平台，分析、评估并获取请求中包括的工作量，根据比较该工作量，确定节能策略；节点计算设备，接受云计算环境平台根据节能策略而执行的调度，继而执行该工作量，计算处理结束后，将处理结果递送回云计算环境平台；以及该云计算环境平台进一步向客户端发送的云计算请求的结果。该系统可以有效地降低对云计算环境中的物理计算设备和虚拟计算设备等节点处理设备的能量消耗，并且进一步提高对于虚拟机的调度、迁移和合并的效率，增强云计算环境的安全性。
[0107] 将理解的是：可以硬件、软件或硬件和软件的组合的形式实现本发明的示例和实施例。如上所述，可存储任何执行这种方法的主体，以易失性或非易失性存储的形式，例如存储设备，像ROM，无论可擦除或可重写与否，或者以存储器的形式，诸如例如RAM、存储器芯片、设备或集成
电路或在光或磁可读的介质上，诸如例如CD、DVD、磁盘或磁带。将理解的是：存储设备和存储介质是适合于存储一个或多个程序的机器可读存储的示例，当被执行时，所述一个或多个程序实现本发明的示例。经由任何介质，诸如通过有线或无线连接载有的通信
信号，可以
电子地传递本发明的示例，并且示例适当地包含相同内容。
[0108] 应当注意的是：因为本发明采用了计算机领域中技术人员在阅读本
说明书之后根据其教导所能理解的技术手段，解决了技术问题并获得了有效地降低对云计算环境中的物理计算设备和虚拟计算设备等节点处理设备的能量消耗，并且进一步提高对于虚拟机的调度、迁移和合并的效率，增强云计算环境的安全性的有益技术效果，所以在所附
权利要求中要求保护的方案属于
专利法意义上的技术方案。另外，因为所附权利要求要求保护的技术方案可以在工业中制造或使用，因此该方案具备实用性。
[0109] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应包涵在本发明的保护范围之内。除非以其他方式明确陈述，否则公开的每个特征仅是一般系列的等效或类似特征的一个示例。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
