一種多QoS約束的云存儲任務調度法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多QoS約束的云存儲任務調度法，該技術方案包括歸一化QoS約束、用戶滿意度、QoS相識度測量、各維QoS約束權重。使用該方法的過程中，用戶使用云中數(shù)據(jù)時，保證多個QoS約束需求的服務前提下，解決目前云存儲中數(shù)據(jù)的合理調度問題。
【專利說明】—種多QoS約束的云存儲任務調度法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術領域】，涉及一種多QoS約束的云存儲任務調度法。
【背景技術】
[0002]當前的云存儲服務通過互聯(lián)網(wǎng)給用戶提供服務，主要有網(wǎng)絡硬盤、在線存儲和在線備份等。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，導致云中數(shù)據(jù)量巨大，在面對云存儲這樣一個具有大規(guī)模、復雜體系結構的系統(tǒng)的時候，如何合理的、高效的利用系統(tǒng)中的各種資源，為用戶提供滿足其QoS(服務質量)約束需求的服務，并兼顧考慮系統(tǒng)的資源利用率、負載均衡度等，就成為人們關心的重要問題之一。云存儲系統(tǒng)中的資源是隸屬于不同的組織與機構的，有著不同的資源管理策略，加之系統(tǒng)的異構性、動態(tài)性、分布性、共享性和自治性等特征，使得跨域的資源管理與任務調度成為一項非常復雜和極具挑戰(zhàn)性的工作，服務質量的好壞，系統(tǒng)效率的高度等都直接關系到系統(tǒng)的整體性能。在任務的調度過程中，不僅要考慮到用戶任務需求的多樣性，還需要考慮系統(tǒng)資源的復雜構成。用戶任務對資源可以有諸如CPU性能、系統(tǒng)安全策略、存儲空間、網(wǎng)絡帶寬、任務執(zhí)行時間及某些特殊資源等基本需要，而這些需求，其級別是各不相同的，對任務調度的影響也是千差萬別的。其中的一些硬性約束條件是必須達到的，它們會對任務調度起到?jīng)Q定性的作用，系統(tǒng)資源如果達不到約束條件的要求，就不應該將該任務指派到該資源上去執(zhí)行。而對于非硬性約束條件，其對調度的影響比較弱，只會對調度結果產生影響，對于這類約束條件就只需要盡量滿足。只有滿足所有硬性約束條件的資源，對于用戶任務來講才是有效的資源提供者，才可以將其作為用戶任務的備選資源；而僅僅滿足非硬性約束條件的資源，就只能作為較優(yōu)資源，作為備選資源的后繼選擇方案。
[0003]云存儲環(huán)境下的任務調度問題已經(jīng)被證明是一個非常困難的NP問題，即使是在最簡單的假設情況之下。目前關于云存儲環(huán)境下的任務調度問題，國內外都已經(jīng)有很多研究成果，出現(xiàn)了很多比較經(jīng)典的任務調度算法。然而，傳統(tǒng)的任務調度算法一般都是以任務的最短完成時間作為算法的目標，而在系統(tǒng)環(huán)境中，每個用戶期望達到的目標、利益以及用戶自身的行為都是很復雜的，并不會是一些單一的要求。對于用戶，也不是所有任務都是以最短完成時間為目標的，部分用戶也許會要求自己提交的任務在最短的時間內完成，而有的用戶卻只是希望自己的任務可以在一段時間內完成即可，并給出了一個任務完成的時間期限，任務只要在規(guī)定的時間期限內被完成，用戶就會很滿意。如果這些用戶任務的時間完成期限比較長，就可以考慮將該任務分配到性能低一些的資源上去執(zhí)行，而首先去執(zhí)行那些用戶完成時間期限短的任務，這樣就可以保證所有系統(tǒng)用戶的利益。
[0004]更加重要的是，云存儲系統(tǒng)涉及到的實體眾多，如系統(tǒng)用戶、系統(tǒng)資源管理者、虛擬組織管理者等等。對于不同的實體，其在資源管理策略、安全策略、費用、可信度等方面的QoS約束目標都不相同，甚至是相互對抗、抵觸的。單就系統(tǒng)用戶來講，不同用戶所提交的任務的要求也不一致，有的傾向于任務完成時間，有的傾向于任務的完成費用，有的傾向于任務被執(zhí)行期間的可靠性與安全性等等。可見，在任務調度策略中僅僅考慮任務的最短完成時間是顯然不夠的，需要加入QoS約束，否則，即使得到了最短完成時間也是沒有實際價值的。
[0005]云存儲系統(tǒng)的核心價值在于，將系統(tǒng)中的所有資源共享以便用戶使用，用戶并不關心系統(tǒng)底層的物理資源的結構、資源的調度與分配策略，資源使用對于用戶來講就是透明的。由于在云存儲系統(tǒng)中涉及到諸多實體，如:系統(tǒng)用戶、資源擁有者、系統(tǒng)管理者等，他們對于資源的管理機制、服務費用、安全性、響應時間等QoS約束都有著不同的期望值，在某些時候，這些期望值甚至是相互對抗、抵觸的。QoS作為一種綜合性的指標，反映了用戶對于所提供服務的滿意程度，因此，有必要對系統(tǒng)環(huán)境中的QoS約束進行分析，以期在任務調度的時候能夠盡量實現(xiàn)不同實體之間對于QoS約束的期望。
[0006]由于QoS約束在不同的層次結構中表現(xiàn)為不同的狀態(tài)，我們根據(jù)相關參考文獻，把系統(tǒng)QoS大體上可以分為:應用服務層、虛擬組織(Virtual Organization, VO)層和資源設備層二層，如圖1所不。
[0007]圖1中應用服務層處于QoS層次結構模型的最頂層。用戶應用被系統(tǒng)分配到最適合其所提交的任務完成的系統(tǒng)資源上去，以實現(xiàn)應用的預期QoS約束水平。
[0008]虛擬組織層(VO)在整個QoS層級結構模型中，起到了承上啟下的作用，其所具有的QoS約束是應用服務層QoS約束的映射，用戶應用中提出的QoS約束被映射到具體的某一類系統(tǒng)QoS約束上去，并對底層中相似的QoS約束進行歸類。虛擬組織層不僅有效降低了低層QoS約束的復雜性，還起到了屏蔽物理資源異構性的作用。
[0009]資源設備層位于QoS層級結構模型的最底層，用以支持VO層的各種QoS約束。資源設備層獲取各物理資源的QoS特性，以將其映射到VO層。
[0010]系統(tǒng)中的物理資源在被映射到邏輯資源的時候，都需要一個實際存在的物理節(jié)點，以及該節(jié)點所處的環(huán)境。如節(jié)點的吞吐量、節(jié)點的系統(tǒng)結構、節(jié)點的存儲空間、節(jié)點的內存大小等等，這些因素雖然不能決定云存儲系統(tǒng)服務的整體QoS水平，卻會對QoS服務水平產生一定程度的影響。
[0011]用戶只能在應用服務層或者VO層中提出自己的QoS約束需求，因為對于用戶來講，系統(tǒng)中的物理資源都的透明的。在圖1所示的QoS層次結構模型中，被虛線表示的部分就是用戶在層次結構模型中可以根據(jù)自己的需求提交QoS約束的地方。在虛擬資源層，用戶只能提交帶有具體參數(shù)的QoS約束需求，而在應用服務層，用戶就可以提交一些基于功能方面的粗略的QoS約束請求。
[0012]對于云存儲系統(tǒng)環(huán)境，其中的QoS約束條件復雜多樣，為了更好的對這些QoS約束進行歸納，就需要對各個系統(tǒng)QoS約束進行分類處理。系統(tǒng)QoS約束的屬性會隨著所屬對象所處的系統(tǒng)層次不同而使用不同的描述標準，那么在系統(tǒng)層次結構模型中從不同的層次對QoS約束進行描述，就會得到不同的QoS約束分類方案。對于應用服務層QoS約束，該層的QoS約束粒度往往都較大，如果用戶從該層對整個應用提出QoS約束的抽象描述，就會很難對QoS約束進行具體的映射、描述，就會失去QoS的服務意義。而對于底層的資源設備層，其QoS粒度又太細化，這樣的分類確實可以較具體的反映出物理資源的QoS屬性，卻使得用戶見到了底層的物理資源結構，變得不透明，違背了云存儲系統(tǒng)的基本思想一資源虛擬化，并且也增加了對QoS約束的統(tǒng)一難度。
【發(fā)明內容】

[0013]為了克服現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供一種多QoS約束的云存儲任務調度法，用戶使用云中數(shù)據(jù)時，保證多個QoS約束需求的服務前提下，解決目前云存儲中數(shù)據(jù)的合理調度問題。
[0014]其技術方案如下:1、一種多QoS約束的云存儲任務調度法，其特征在于，包括以下步驟:
[0015]第I步從用戶所提交的任務集合T中提取出所有待執(zhí)行任務的QoS約束需求，組成任務QoS約束矩陣TQD ；
[0016]第2步從當前可用系統(tǒng)資源集合R中提取出所有資源的QoS服務能力，組成資源QoS服務能力矩陣RQC ；
[0017]第3步計算所有用戶任務的預測執(zhí)行時間矩陣ETC ；
[0018]第4步初始化MCT矩陣和待調度集合V，MCT = ECT, V=T ;合并矩陣TQD和RQC，組成混合矩陣Qm+n, k;
[0019]第5步對混合矩陣中的積極約束使用式(I)執(zhí)行標準化處理，對消極約束使用式(2)執(zhí)行標準化處理，得到標準化矩陣Sm+n,k ；
【權利要求】
1.一種多QoS約束的云存儲任務調度法，其特征在于，包括以下步驟:第I步從用戶所提交的任務集合T中提取出所有待執(zhí)行任務的QoS約束需求，組成任務QoS約束矩陣TQD ；第2步從當前可用系統(tǒng)資源集合R中提取出所有資源的QoS服務能力，組成資源QoS 服務能力矩陣RQC ；第3步計算所有用戶任務的預測執(zhí)行時間矩陣ETC ；第4步初始化MCT矩陣和待調度集合V，MCT = ECT, V = T ;合并矩陣TQD和RQC，組成混合矩陣Qm+n, k;第5步對混合矩陣中的積極約束使用式(I)執(zhí)行標準化處理，對消極約束使用式(2) 執(zhí)行標準化處理，得到標準化矩陣Sm+n,k ； fl,
【文檔編號】H04L29/08GK103561077SQ201310521329
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年10月29日
【發(fā)明者】李飛, 張路橋, 王娟 申請人:李飛