17、软件定义数据中心能耗优化模型解读

软件定义数据中心能耗优化模型解读

1. 引言

随着新服务的快速部署，云数据中心的底层基础设施需要具备高度的灵活性和适应性。软件定义网络（SDN）技术的应用催生了软件定义数据中心（SDDC），在SDDC中，虚拟化扩展到了网络元素和功能。这一变革对降低云系统能耗的解决方案产生了重大影响，因为SDDC实现了网络与数据中心IT流程的无缝集成，为云基础设施带来了新的节能资源策略。

现有的降低云数据中心能耗的解决方案大多聚焦于服务器整合，旨在在满足虚拟机（VM）资源需求的同时，尽量减少开启的物理服务器数量。然而，有效的SDDC管理必须具备网络感知能力，需要考虑云基础设施中虚拟元素（VE，包括虚拟机和虚拟路由器）之间的数据流量交换影响。若忽视这一点，可能导致能源管理效果不佳，因为现代数据中心的网络在正常使用时能耗占比约为10% - 20%，低负载时甚至可达50%。此外，很少有研究在提出VE分配解决方案时，考虑到VE迁移对能耗在计算和网络成本方面的贡献。即便考虑迁移成本，也只是简单地考虑VE迁移的数量，并引入权重参数来平衡减少开启物理服务器数量和降低VM迁移成本这两个相互冲突的目标。这些传统分配策略在未来的SDDC基础设施中可能不再适用。

为解决这些问题，我们提出了一种联合计算与通信的虚拟元素分配模型，旨在最小化SDDC场景下的能耗。该模型的主要贡献有三点：
- 考虑数据中心内不同的连接情况以及VE之间的数据流量交换。
- 考虑VE迁移过程中的数据传输和计算开销对能耗的影响。
- 优化模型的目标函数无需添加权重参数来平衡减少VE迁移数量和保证VE最优分配这两个目标。

我们通过一个基于真实数据中心轨迹的案例研究来评估该模型的性能。结果表明，该模型在