基於調度目標空間的雲計算資源調度方法

2023-06-13 03:18:46

專利名稱：基於調度目標空間的雲計算資源調度方法
技術領域：
本發明涉及雲計算資源的調度方法領域，尤其涉及一種基於調度目標空間的雲計算資源調度方法。
背景技術：
各種分布式的高性能計算系統，如集群、網格以及雲計算系統，已經成為目前高效的動態計算服務平臺。而雲計算作為可用性最高的計算模式之一，利用虛擬化技術將伺服器、存儲器及網絡設備等資源通過整合與分割，實現資源的動態按需分配與部署[1]。雲計算動態、分布、面向服務、虛擬化及商業性的特點，使其調度存在一些新的特性(1)資源環境雲計算環境下，雲提供商對資源的配置差異較大，包括各種高性能集群，伺服器，以及基於虛擬化技術的虛擬機環境，而且資源的計算能力、存儲能力、帶寬等因素具有較大差異。 因此，雲計算資源具有大規模性和異構性等特徵。同時，由於資源可能來自不同的雲提供商，因此雲計算環境下的調度問題就變得異常複雜。(2)約束條件雲計算環境中，雲服務提供商提供資源服務，用戶「按需付費」。因此，任務執行的成本是雲環境中的調度問題必須考慮的約束。此外，還需要考慮任務完成時間期限(deadline)、用戶費用等重要約束條件。優化目標傳統分布式環境中，系統性能如系統吞吐量、CPU利用率等是調度優化的主要目標，而較少考慮用戶需求對於調度的需求。雲計算環境中不僅注重資源利用率及系統性能的提高，而且重視保證用戶的需求，以實現資源供給與資源消費的雙贏局面。由於雲計算調度問題以上的這些特性，雲中的調度問題也出現了新挑戰。如何採用高效的調度機制提高雲計算中的資源利用率是雲計算服務提供商需要解決的問題。此夕卜，雲計算服務的用戶眾多，如何在保證資源利用率的前提下，滿足用戶的多種需求，對任務進行高效的調度也需要解決的重要問題。目前，關於雲計算調度問題的研究已有了一些成果。李建鋒等人針對雲計算的編程模型框架，提出了一種具有雙適應度的遺傳算法。Zaharia等人在Max-Min公平調度算法的基礎上設計了延遲調度(delay scheduling)算法，以達到較高的數據本地性。但是在等待開銷較大的情況下，延遲策略會影響作業完成時間。為了折衷數據本地性和作業公平性，Isard等設計了基於最小代價流的調度模型，並應用於Microsoft的Azure平臺。閏英輝提出了一種調度機制，根據各個計算節點資源的佔用情況及服務的當前運行狀態，結合待調度服務的QoS要求及當前雲環境的整體性能，構建一個靈活的調度機制及策略為待調度服務選擇合適的資源。William K. Cheung等人提出了基於市場的調度算法，將雲環境下的資源供求關係與市場經濟模型進行類比，資源的買賣雙方則是通過基於市場機制的調度策略來完成交易，資源的競爭和分配可利用價格來調節，從而優化系統和提高效率。此外，還有基於拍賣機制的調度算法模型，均是由市場經濟模型演化而來。Fujimoto N等人提出了基於信任機制的服務調度策略，它是針對節點所提供服務是否真實可靠而提出的。通過將信任機制引入調度機制，將信任關係作為QoS調度的重要指標來綜合考慮，可以同時滿足用戶的性能QoS要求和信任QoS要求，且有利於提高調度的成功率。目前，雲計算環境中調度策略的相關研究不多，而雲計算廠商主要關注於資源管理、任務調度和負載均衡等關鍵性問題。IBM的藍雲架構採用Tivoli系列產品來完成雲計算的資源監測、分配、作業調度和系統負載均衡控制。很多IT廠商提出的雲環境中的編程模式都是基於Map-Reduce的思想，它不僅是編程模型，同時也是一種高效的任務調度模型。為了達到全局優化，Fischer等人為Map-Reduce任務調度建立數學模型，並提出了 HTA (Hadoop task assignment)問題。目標是將任務分配到計算節點，並使各計算節點負載均衡。Eucalyptus專門用於支持雲計算研究和基礎設施的開發,它基於基礎設施即服務的思想，為學術研究提供了一個模塊化的開發研究和試驗平臺，可允許研究者對雲計算的安全性、可擴展性、資源調度及接口實現進行測試，Eucalyptus的主要構件包括節點控制器、集群控制器和雲控制器。在目前已有的研究工作中，所涉及到的大多數調度模型中所有的客戶的調度目標都是一致的，而實際情況並非如此。如果將所有用戶應用程式的資源調度都置於相同的框架之下，所產生的調度結果對用戶來說通常將並不最優。比如，某些用戶需要將其應用程式運行在更加可靠的節點資源上，而其他用戶更加關注於預算。因此，需要從用戶角度出發，實現用戶對調度的個性化需求。

發明內容
鑑於現有雲計算調度策略和方法存在的不足，本發明的目的是提供一種基於調度目標空間的雲計算資源調度方法，能夠根據用戶對於雲服務資源調度的具體需求部署虛擬機資源，從而為用戶按需提供靈活可靠的資源，並且能夠達到資源的高利用率，實現用戶與資源提供者的雙贏局面。為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案基於調度目標空間的雲計算資源調度方法，其特徵在於，具體包括以下步驟(I)用戶向雲服務系統提交服務請求，並從可擴展的調度目標空間中選擇其中的一個或多個維度的調度目標(Q1, Q2，…，QJ作為自身服務資源調度的目標，並分配賦予不同的調度目標相應的調度參數；(2)雲系統監視器根據用戶提交的調度目標所涉及到的調度參數，收集相應的系統數據，並發送給雲調度系統；例如用戶的調度目標是執行服務請求的資源可靠性最大，則雲系統監視器需要收集不同資源上的關於可靠性的數據；(3)雲調度系統根據用戶提交的各項服務請求參數(包括服務請求執行所需的資源量、服務請求執行的時間上限)以及雲系統監視器發送過來的系統數據，監控現有虛擬伺服器上的資源佔用情況，形成待分配資源區；(4)雲調度系統根據現有的資源佔用情況和用戶的調度目標空間中的具體調度需求，運用效用函數計算出用戶總體效用，具體主要進行兩階段的效用集結決策過程，包括以下內容①多屬性效用的集結假定用戶i針對其服務請求Ri所選擇的調度目標Qi中一共有η i個目標，所有的目標權重表示為i，|>/=1，則Ri的整體效用被計算為
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權利要求
1.一種基於調度目標空間的雲計算資源調度方法，其特徵在於，具體包括以下步驟 (1)用戶向雲服務系統提交服務請求，並從可擴展的調度目標空間中選擇其中的一個或多個維度的調度目標{Qi，Q2，…，QJ作為自身服務資源調度的目標，並分別賦予不同的調度目標相應的調度參數； (2)雲系統監視器根據用戶提交的調度目標所涉及到的調度參數，收集相應的系統數據，並發送給雲調度系統； (3)雲調度系統根據用戶提交的各項服務請求參數(包括服務請求執行所需的資源量、服務請求執行的時間上限)以及雲系統監視器發送過來的系統數據，監控現有虛擬伺服器上的資源佔用情況，形成待分配資源區； (4)雲調度系統根據現有的資源佔用情況和用戶的調度目標空間中的具體調度需求，運用效用函數計算出用戶總體效用，具體主要進行兩階段的效用集結決策過程，包括以下內容 ①多屬性效用的集結 假定用戶i針對其服務請求Ri所選擇的調度目標Qi中一共有^個目標，所有的目標權重表示為t，Σω! = I，則Ri的整體效用被計算為
全文摘要
本發明公開了一種基於調度目標空間的雲計算資源調度方法，該方法引入調度目標空間的概念，設定了一個靈活的標準框架使得用戶能夠說明他們對於服務資源調度的需求，即用戶可以從中選取所需的調度屬性進行優化，在這種可擴展的用戶調度目標空間的驅動下，多目標資源分配調度機制能夠做出適應性的資源調度決策。本發明能夠根據用戶對於資源調度的需求動態部署雲計算資源，實現用戶需求驅動的雲計算資源的自適應優化分配。並且該調度策略能夠儘量避免雲計算伺服器的過度開啟，從而提高資源的利用率，減少雲服務提供商的成本。
文檔編號H04L29/08GK102780759SQ201210194890
公開日2012年11月14日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者丁帥, 丁靜, 周開樂, 徐達宇, 楊善林, 章政, 羅賀, 範雯娟, 裴軍 申請人:合肥工業大學