[论文解读] Virtual Machine Consolidation for Datacenter Energy Improvement

Sina Esfandiarpoor, Ali Pahlavan+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2013

Cloud Computing and Resource Management参考文献 13被引用 9

一句话总结

本文提出了一种虚拟机（VM）整合技术，通过联合优化数据中心的服务器、网络和冷却资源使用，实现对虚拟机的集中部署，以最小化机架和路由器的利用率。通过减少闲置基础设施，该方法在数据中心整体实现了14.7%的平均能效提升，其中冷却能耗降低28.2%，网络能耗降低18.8%，同时保持服务级别协议（SLA）要求。

ABSTRACT

Rapid growth and proliferation of cloud computing services around the world has increased the necessity and significance of improving the energy efficiency of could implementations. Virtual machines (VM) comprise the backend of most, if not all, cloud computing services. Several VMs are often consolidated on a physical machine to better utilize its resources. We take into account the cooling and network structure of the datacenter hosting the physical machines when consolidating the VMs so that fewer racks and routers are employed, without compromising the service-level agreements, so that unused routing and cooling equipment can be turned off to reduce energy consumption. Our experimental results on four benchmarks shows that our technique improves energy consumption of servers, network equipment, and cooling systems by 2.5%, 18.8%, and 28.2% respectively, resulting in a total of 14.7% improvement on average in the entire datacenter.

研究动机与目标

• 在云服务需求持续增长的背景下，提升云数据中心的能源效率。
• 解决虚拟化数据中心中网络和冷却基础设施利用率不足的问题。
• 通过将虚拟机集中部署以减少活跃机架、路由器和冷却设备，最小化整体能耗。
• 在关闭闲置网络和冷却设备的同时，维持服务级别协议（SLA）要求。
• 评估联合优化服务器、网络和冷却资源对数据中心整体能耗的影响。

提出的方法

• 该方法将VM整合建模为一个优化问题，综合考虑服务器、网络和冷却资源的约束条件。
• 通过将虚拟机集中部署在物理机上，以最小化活跃机架和路由器的数量，降低基础设施负载。
• 该方法明确考虑冷却和网络拓扑结构，避免过度配置，并支持关闭闲置组件。
• 采用基于启发式的整合策略，同时满足SLA约束条件，如资源限制和延迟要求。
• 使用四个真实世界的工作负载基准对方案进行评估，以模拟多样化的工作负载场景。
• 分别计算服务器、网络设备和冷却系统中的能耗节省，并进行综合评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过优化服务器使用，同时兼顾网络和冷却基础设施，实现数据中心能耗的降低？
• RQ2 在不违反SLA的前提下，减少活跃机架和路由器数量，能在多大程度上降低数据中心整体能耗？
• RQ3 冷却和网络能耗节省对数据中心总能耗降低的相对贡献是多少？
• RQ4 与单独优化策略相比，联合优化服务器、网络和冷却组件的方案有何优势？
• RQ5 一种考虑物理基础设施拓扑结构的整合策略，能否在真实工作负载中实现显著的能耗节省？

主要发现

• 在四个基准测试中，该方法平均使服务器能耗降低2.5%。
• 由于活跃路由器数量减少，网络设备能耗降低了18.8%。
• 通过关闭闲置冷却设备，冷却系统能耗下降了28.2%。
• 数据中心整体能耗平均降低14.7%，涵盖所有组件的综合节省。
• 该技术在实现闲置基础设施的深度节能关断的同时，仍能保持SLA合规。
• 结果表明，联合优化网络和冷却基础设施可带来远超仅优化服务器层面的显著能耗节省。