本發(fā)明專利技術(shù)公布了一種可自動調(diào)節(jié)參數(shù)的云計(jì)算系統(tǒng)負(fù)載預(yù)測方法。包括：在時(shí)刻t，通過系統(tǒng)調(diào)用計(jì)算得到時(shí)刻t的系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載O(t)；執(zhí)行短期預(yù)測：利用O(t)值與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算α(t)與E(t)；執(zhí)行長期預(yù)測：利用O(t)與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算αT(t)與ET(t)；綜合短期預(yù)測與長期預(yù)測：當(dāng)t＜T時(shí)，輸出O(t)，轉(zhuǎn)下一步；否則，取E(t-1)，ET(t-T)二者的最大值或者平均值作為時(shí)刻t的輸出；更新歷史數(shù)據(jù)，等待時(shí)刻t+1，轉(zhuǎn)第一步。本發(fā)明專利技術(shù)通過誤差函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算α(t)與αT(t)，提高了經(jīng)典EWMA的預(yù)測精度；通過將α(t)與αT(t)擴(kuò)充到[-1，1]區(qū)間上，使得預(yù)測值能滿足略大于實(shí)際值的需求；通過引入長期預(yù)測模塊，提高了預(yù)測對云計(jì)算平臺負(fù)載周期性的反應(yīng)能力。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)提供了一種系統(tǒng)負(fù)載預(yù)測方法，具體涉及一種云計(jì)算平臺中物理機(jī)或虛擬 機(jī)的負(fù)載預(yù)測，屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
為了提高整個(gè)云計(jì)算平臺的系統(tǒng)資源利用率，需要對各個(gè)物理機(jī)上運(yùn)行的虛擬機(jī) 進(jìn)行調(diào)度。但是，通過查看物理機(jī)與虛擬機(jī)信息的方法，只能得到現(xiàn)有時(shí)刻的負(fù)載狀況。因 此，應(yīng)當(dāng)建立適當(dāng)模型，預(yù)測系統(tǒng)在未來時(shí)刻的負(fù)載需求，從而實(shí)現(xiàn)有效合理的調(diào)度。在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載預(yù)測有兩個(gè)目標(biāo)i.預(yù)測值與實(shí)際值的誤差盡可能小；ii.預(yù) 測值大于實(shí)際值。后者是出于以下想法對于每個(gè)虛擬機(jī)，寧可多分配系統(tǒng)資源，以避免因 系統(tǒng)資源不足造成應(yīng)用無法正常執(zhí)行。而在實(shí)際的模型中，這兩點(diǎn)往往需要做出權(quán)衡。Roberts T 1959 ρ^ Exponentially Weighted Moving Average (稱EWMA)方法目前被應(yīng)用于諸多計(jì)算機(jī)領(lǐng)域(ROBERTS，S. W. (1959). Control chart tests based on geometric moving average. Technometrics 1239-250)。這是一個(gè)短期預(yù)測模 型，其形式如下E(t) = α E(t-l) + (l-a )0(t)其中E(t)表示在時(shí)刻t的預(yù)測值，0(t)表示在時(shí)刻t的實(shí)際觀察值，α是一個(gè)固 定的權(quán)重，在0到1之間取值。EWMA方法存在的問題包括當(dāng)負(fù)載序列呈上升趨勢時(shí)，預(yù)測值將始終位于歷史數(shù) 據(jù)與實(shí)際值之間，無法滿足目標(biāo)ii ； α的值是固定的，需要通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，且不能適應(yīng)不同 階段的負(fù)載特征；EWMA只能對負(fù)載進(jìn)行短期預(yù)測，無法刻畫負(fù)載的周期性質(zhì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為便于說明，本文約定t表示時(shí)刻，T表示一個(gè)負(fù)載周期；0(t)表示時(shí)刻t的系統(tǒng) 負(fù)載實(shí)際值，在每個(gè)時(shí)刻t由系統(tǒng)給出；E(t)表示在時(shí)刻t對時(shí)刻t+Ι系統(tǒng)負(fù)載的短期預(yù) 測值；ET(t)表示在時(shí)刻t對時(shí)刻t+T系統(tǒng)負(fù)載的長期預(yù)測值；a (t)表示用于求E (t)的參 數(shù)；a τ⑴表示用于求 Et(t)的參數(shù)；E(0) ,E(I) · · . · · E(t_l)、0(0)、0(1) · · . · · 0(t_l)統(tǒng)稱 為歷史數(shù)據(jù)。本專利技術(shù)的目的是提供一種參數(shù)實(shí)時(shí)更新機(jī)制，用以解決EWMA中固定參數(shù)造成的 預(yù)測精度下降；通過將參數(shù)的取值范圍擴(kuò)大到區(qū)間上，以達(dá)到預(yù)測值略大于實(shí)際值 的目的；將方法推廣至長期預(yù)測，反映負(fù)載的周期性；將長期預(yù)測與短期預(yù)測相結(jié)合。本專利技術(shù)的原理是在每個(gè)時(shí)刻t，先通過系統(tǒng)調(diào)用得到當(dāng)前時(shí)刻的系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載 0(t)；接著在執(zhí)行短期預(yù)測時(shí)，利用0(t)值與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算a (t)與E(t)；在執(zhí)行長期預(yù) 測時(shí)，利用0(t)與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算aT(t) %ET(t)；最后取E(t-l) %ET(t-T)中的較大值作 為時(shí)刻t的輸出值。本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案如下方案1 ，其特征在于，包括如下 步驟(流程參見圖1)A.在時(shí)刻t，通過系統(tǒng)調(diào)用計(jì)算得到時(shí)刻t的系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載0(t)；B.執(zhí)行短期預(yù)測利用0(t)值與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算α (t)與E(t)；C.執(zhí)行長期預(yù)測利用0(t)與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算α T(t)與Et (t)；D.綜合短期預(yù)測與長期預(yù)測當(dāng)t < T時(shí)，輸出0(t)，轉(zhuǎn)步驟E ；否則，取E(t-l)， ET(t-T) 二者的最大值或者平均值作為時(shí)刻t的輸出；E.更新歷史數(shù)據(jù)，等待時(shí)刻t+Ι，轉(zhuǎn)步驟A。方案2:為方案1的一種優(yōu)選方案，其特征在于，步驟A中的系統(tǒng)調(diào)用為調(diào)用虛擬 機(jī)管理器提供的應(yīng)用程序接口，或者抽樣查看虛擬機(jī)內(nèi)存頁，或者調(diào)用用戶自定義的方法。方案3 為方案2的一種優(yōu)選方案，其特征在于，獲取系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載0(t)的方法 為對于每個(gè)虛擬機(jī)，隨機(jī)抽樣選取一個(gè)工作集，通過統(tǒng)計(jì)工作集的負(fù)載得到整個(gè)虛擬機(jī)的 負(fù)載狀況。方案4 為方案1的一種優(yōu)選方案，其特征在于，步驟B的實(shí)現(xiàn)方法為Bi.初始情況下，即t = 0時(shí)，取E(t) = 0(t)，轉(zhuǎn)入步驟C;否則，轉(zhuǎn)入步驟B2 ；B2.上一次短期預(yù)測的平方誤差為f = 2，將經(jīng)典EWMA公 式E(t) = α (t)E(t-l) + 0 (t)代入，展開，利用保存的歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)造誤差多項(xiàng)式 f = {*a (t) 2+ * a (t)+ }2，這是 一個(gè)關(guān)于a (t)的多項(xiàng)式函數(shù)；B3.對誤差多項(xiàng)式f求導(dǎo)，得到導(dǎo)函數(shù)f’ ，解出它在區(qū)間 上的所有解；若誤差多項(xiàng)式不存在或f’ 在上無解，取a (t) = -1，轉(zhuǎn)入步 驟B5;否則，由于f次數(shù)不超過四次，因此f’ 在上的解數(shù)不超過3 個(gè)，將解集記為S，轉(zhuǎn)入步驟B4 ；B4.求誤差多項(xiàng)式f對S U {-1,1}里所有元素的函數(shù)值，比較它們的大 小，選取它們中最小的一個(gè)所對應(yīng)的自變量值為a (t)；若有多個(gè)最小的函數(shù)值，取最小的 那個(gè)自變量作為a (t)；B5.計(jì)算 E(t) = a (t) E (t_l) + 0(t)。方案5 為方案4的一種優(yōu)選方案，其特征在于，步驟C的實(shí)現(xiàn)方法為Cl.初始情況下，即t < T時(shí)，Et(t) = 0(t)，轉(zhuǎn)入步驟D ；否則，轉(zhuǎn)入步驟C2 ；C2.上一次長期預(yù)測的平方誤差*fT = 2，將經(jīng)典EWMA公 式的周期性推廣形式Et (t) = aT(t)ET(t-T) + 0⑴代入，展開，利用保存的歷史 數(shù)據(jù)，構(gòu)造誤差多項(xiàng)式 fT = { * a T (t)2+ * a T(t) + }2，這是一個(gè)關(guān)于aT(t)的多項(xiàng)式函數(shù)；C3.對上述誤差多項(xiàng)式fT求導(dǎo)，得到導(dǎo)函數(shù)f/ ，解出它在區(qū)間上的所有解；若誤差多項(xiàng)式不存在或fT'在上無解，取a τ⑴=-1， 轉(zhuǎn)入步驟C5;否則，由于fT次數(shù)不超過四次，因此f/ 在上的解 數(shù)不超過3個(gè)，將解集記為ST，轉(zhuǎn)入步驟C4 ；C4.求誤差多項(xiàng)式fT對St U {_1，1}里所有元素的函數(shù)值，比較它們的大 小，選取它們中最小的一個(gè)所對應(yīng)的自變量值為aT(t)；若有多個(gè)最小的函數(shù)值，取最小的那個(gè)自變量作為aT(t)；C5.計(jì)算 ET(t) = α T(t)ET(t-T) + 0(t)。方案6 為方案4的一種優(yōu)選方案，其特征在于，步驟B3中求解集S的方法為1)對于三次函數(shù)，利用卡丹公式求得所有三個(gè)復(fù)數(shù)根；對于二次函數(shù)，利用求根 公式求得所有兩個(gè)復(fù)數(shù)根；對于一次函數(shù)，直接利用斜率與偏移求得唯一實(shí)數(shù)根；2)所有復(fù)數(shù)根只保留其實(shí)部；3)刪去所有不在中的根，剩下的構(gòu)成解集S。本專利技術(shù)通過誤差函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算a (t)與a T(t)，提高了經(jīng)典EWMA的預(yù)測精度；通 過將a (t)與aT(t)擴(kuò)充到區(qū)間上，使得預(yù)測值能滿足略大于實(shí)際值的需求；通過 引入長期預(yù)測模塊，提高了預(yù)測對云計(jì)算平臺負(fù)載周期性的反應(yīng)能力。附圖說明圖1主框架流程。圖2為實(shí)施例中導(dǎo)函數(shù)求解集方法流程圖。 具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)例對本專利技術(shù)做進(jìn)一步的說明。設(shè)方法開始后將遇到的實(shí)際負(fù)載序列為50，42，35，31，26，22，21，周期T = 2。t = 0時(shí)，通過系統(tǒng)方法得到0(0) = 50 ；在執(zhí)行執(zhí)行短期預(yù)測時(shí)時(shí)，由于t = 0， 所以E(O) =50;在執(zhí)行執(zhí)行長期預(yù)測時(shí)時(shí)，由于t<T，所以Et(O) =50;綜合時(shí)，由于t < T，所以輸出50 ；此時(shí)的歷史數(shù)據(jù)有權(quán)利要求1.，其特征在于，包括如下步本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種可自動調(diào)節(jié)參數(shù)的云計(jì)算系統(tǒng)負(fù)載預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：Ａ．在時(shí)刻ｔ，通過系統(tǒng)調(diào)用計(jì)算得到時(shí)刻ｔ的系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載Ｏ（ｔ）；Ｂ．執(zhí)行短期預(yù)測：利用Ｏ（ｔ）值與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算α（ｔ）與Ｅ（ｔ）；Ｃ．執(zhí)行長期預(yù)測：利用Ｏ（ｔ）與歷史數(shù)據(jù)計(jì)算αＴ（ｔ）與ＥＴ（ｔ）；Ｄ．綜合短期預(yù)測與長期預(yù)測：當(dāng)ｔ＜Ｔ時(shí)，輸出Ｏ（ｔ），轉(zhuǎn)步驟Ｅ；否則，取Ｅ（ｔ－１），ＥＴ（ｔ－Ｔ）二者的最大值或者平均值作為時(shí)刻ｔ的輸出；Ｅ．更新歷史數(shù)據(jù)，等待時(shí)刻ｔ＋１，轉(zhuǎn)步驟Ａ。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肖臻，黃群，宋維佳，
申請(專利權(quán))人：北京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：11
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