相比IT设备良好的可扩展性,数据中心中非IT基础设施（比如电力传输设施）却难以扩展和升级。有鉴于此,随着用户需求日益增长,服务器超额订购设计允许数据中心在不升级现有非IT基础设施的情况下放置更多的IT设备。然而,在非常规用户（比如功耗攻击或者新兴应用）存在的情况下,这样的设计可能会干扰IT设备的正常运行,降低常规用户的服务质量,最终影响数据中心的可用性和可扩展性。针对上述问题,本文旨在提升服务器超额订购数据中心中功耗管理的韧性,这既需要增强其在异常功耗情况下的承压能力,也需要提升其处理新兴应用的灵活性。因此,本文不仅研究传统Iaa S/Paa S/Saa S云服务下功耗攻击以及对应解决方法,同时也积极探索新兴Faa S云服务下用户功耗管理需求和挑战。本文主要包括以下四个方面:基于储能混合池化的异构备电架构。该架构旨在平衡数据中心备电系统的削峰状态,防止恶意用户通过耗尽局部储能设备进而造成更大规模的服务器乃至整个数据中心断电宕机,最终严重降低系统可用性。该架构采取软硬结合的功耗管理方法。首先,该架构定义数据中心虚拟电池池来隐藏电池的使用信息,干扰恶意用户识别薄弱电池的过程;其次,该架构在每个机柜上部署小容量超级电容来处理不可见尖峰功耗;最后,该架构采用预测方法前摄性地捕捉到异常功耗峰值的特征并且实施精准削峰,减少降频削峰带来的性能损失。激励机制驱动的用户功耗分配方法。该方法旨在激励数据中心最大程度地发挥需求响应潜能,促进功耗管理系统和应用层的相互合作,以及有效遏制恶意VM/APP对功耗资源的非法抢占进而降低正常用户的服务质量。该方法采取基于市场机制模型的方法建立调度层和应用层的交流渠道,促进它们不断协调功耗资源供需关系。在该方法中,通过对功耗资源竞价的过程,不同用户根据自身性能-成本比迭代地调整功耗资源需求;通过不同用户购买功耗资源的过程,调度层全局地决定每个用户分配的功率以及成本;通过激励式的奖惩机制,该方法有效地打击恶意用户对功耗资源的非法占用。请求特征感知的流量功耗分配策略。该策略旨在解决功耗资源日益紧缺和网络应用用户逐步扩张之间的冲突和矛盾。在服务器超额订购的数据中心中,一个恶意的网络应用用户,可以在不表征网络异常的情况下,通过外网向数据中心发送非法请求来制造峰值功耗,进而触发不同的削峰机制,最终影响合法用户的正常执行。该策略通过协同网络负载均衡器来增强功耗资源管理系统对功耗异常请求的处理能力。一方面,该策略在网络负载均衡器端标识和重定向可疑用户请求。另一方面,功耗管理系统采用差异化的削峰方式,优先满足合法请求的资源需求,抑制恶意请求的资源占用行为。宏观微观协同的敏捷功耗管理系统。该系统旨在自上而下地打通数据中心功耗管理架构,实现应用感知的、负载自适应的、快速响应的功耗管理系统。该系统不仅能够增强数据中心在上述功耗异常下的承压能力,还能够敏捷地响应新生微服务应用的功耗需求,在更细的应用粒度上提升功耗管理灵活性。该系统通过融合数据中心层面的功耗资源监控系统和本地服务器的功耗调制模块来消除功耗管理过程中的时延。一方面,该系统采用一种敏捷的功耗预算方法来消除上层迭代的决策循环延迟;另一方面,该系统绕过服务器端系统层直接控制底层硬件动态电压频率调制模块来加速本地功耗的调节。总的来说,本文通过对数据中心不同层次的功耗管理架构、功耗资源分配方法和策略的探讨,最终提出一个硬件和软件协同的、架构设计和系统优化相结合的、跨层的敏捷功耗管理系统,该系统能够保证数据中心在处理各种云用户功耗需求下的可用性和可扩展性。