基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方法，包括：構(gòu)造一個基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算系統(tǒng)，計(jì)算任務(wù)分片的傳輸時間，計(jì)算任務(wù)分片在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的平均處理時間，計(jì)算任務(wù)分片的總處理時間，計(jì)算任務(wù)響應(yīng)時間，構(gòu)造云計(jì)算任務(wù)調(diào)度問題的目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算調(diào)度器的任務(wù)分片方案。本發(fā)明從任務(wù)分片的并行處理出發(fā)，以任務(wù)分片執(zhí)行最長的時間作為任務(wù)的響應(yīng)時間，各調(diào)度器均以其任務(wù)響應(yīng)時間最小為目標(biāo)建模，得到新的任務(wù)調(diào)度方法。本發(fā)明更能反映任務(wù)并行處理的特性。實(shí)驗(yàn)表明：無論是調(diào)度器的響應(yīng)時間值還是目標(biāo)函數(shù)值，本發(fā)明均優(yōu)于博弈算法和均衡調(diào)度算法，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增加和負(fù)載加大時，本發(fā)明較其它兩種算法也均有明顯的優(yōu)勢。
【專利說明】基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及云計(jì)算領(lǐng)域，特別涉及一種基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]云計(jì)算是從分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來的基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算模式。云計(jì)算任務(wù)調(diào)度的目標(biāo)就是對用戶提交的任務(wù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度，并設(shè)法提高云計(jì)算系統(tǒng)的總體吞吐率。
[0003]目前，國內(nèi)外對云計(jì)算任務(wù)調(diào)度算法的研究主要針對的目標(biāo)包括最早完成時間、服務(wù)質(zhì)量、負(fù)載均衡、經(jīng)濟(jì)原則等。在任務(wù)的均衡調(diào)度方面，易侃等人針對mXn型的網(wǎng)格環(huán)境建模，以每個調(diào)度節(jié)點(diǎn)調(diào)度任務(wù)分片的平均完成時間為優(yōu)化目標(biāo)，提出了該任務(wù)調(diào)度的Nash均衡問題；Subrata等以任務(wù)處理時間作為目標(biāo)，給出了一種基于博弈的任務(wù)調(diào)度模型，并把基于任務(wù)處理時間的作業(yè)分配問題建模為一個非合作博弈，給出了納什討價還價解的結(jié)構(gòu)。以上任務(wù)調(diào)度研究工作，采用了不同的思路，利用了不同的數(shù)學(xué)工具，取得了較好的研究成果，但存在一個共同點(diǎn):任務(wù)調(diào)度以處理時間為依據(jù)，任務(wù)分解成任務(wù)分片以后在處理器上的執(zhí)行是并行的，但是相關(guān)工作卻隱含了任務(wù)分片串行執(zhí)行的假設(shè)，顯然任務(wù)分片的并行執(zhí)行更符合云計(jì)算提供強(qiáng)大并行處理能力的本質(zhì)和特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以往以處理時間為目標(biāo)建立的模型中，獨(dú)立任務(wù)的任務(wù)分片以串行方式執(zhí)行的問題，本發(fā)明從任務(wù)分片的并行執(zhí)行出發(fā)，提出一種基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的任務(wù)調(diào)度方法。該方法將任務(wù)的各個任務(wù)分片處理最長的時間作為該任務(wù)的響應(yīng)時間，每個調(diào)度器在對任務(wù)進(jìn)行分解調(diào)度時，總是以其任務(wù)的響應(yīng)時間最小為目標(biāo)，確定云計(jì)算系統(tǒng)中各個調(diào)度器的任務(wù)分片方案。
[0005]本發(fā)明云計(jì)算任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)模型簡略圖如附圖1所示。圖1中調(diào)度方案計(jì)算器通過調(diào)度器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)傳遞的信息依據(jù)該發(fā)明中的調(diào)度算法計(jì)算出調(diào)度器的任務(wù)分片方案，并將其傳送給相應(yīng)的調(diào)度器，調(diào)度器依據(jù)該任務(wù)分片方案將任務(wù)分發(fā)給相應(yīng)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行，由此構(gòu)成整個云計(jì)算系統(tǒng)。圖2是圖1中多個用戶向某個調(diào)度器發(fā)送任務(wù)請求及調(diào)度器依據(jù)該發(fā)明中的任務(wù)分片方案分發(fā)任務(wù)的示意圖。
[0006]本發(fā)明基于以下兩點(diǎn)假設(shè):
[0007](I)目前任務(wù)一次運(yùn)行的代價通常較大，如執(zhí)行時間較長。此外，云系統(tǒng)覆蓋的地理范圍可能較大，任務(wù)分片在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時間較長。所以，可忽略調(diào)度器的內(nèi)部處理代價，將任務(wù)執(zhí)行代價看作只由任務(wù)分片執(zhí)行代價和任務(wù)分片在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸代價兩部分組成。
[0008](2)調(diào)度器對任務(wù)進(jìn)行分解以后得到任務(wù)分片，假定云計(jì)算系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)都具備任務(wù)分片的執(zhí)行能力。[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:首先，在云計(jì)算系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，調(diào)度器將任務(wù)分解成任務(wù)分片，各任務(wù)分片的執(zhí)行時間包括調(diào)度器到相應(yīng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的傳輸時間和計(jì)算節(jié)點(diǎn)上處理時間兩個方面；其次，調(diào)度器將任務(wù)分解成任務(wù)分片，各個任務(wù)分片在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上并行執(zhí)行，以任務(wù)分片執(zhí)行的最長時間作為該任務(wù)的響應(yīng)時間，各個調(diào)度器均以其任務(wù)的響應(yīng)時間最小為目標(biāo)，建立任務(wù)調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，通過一種改進(jìn)的極大熵法求解，以此為基礎(chǔ)得到各調(diào)度器的任務(wù)分片方案。調(diào)度器得到一個新的任務(wù)后就可以依據(jù)此調(diào)度方案將任務(wù)分配到計(jì)算節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行。
[0010]基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方法，包括以下步驟:
[0011]步驟1，構(gòu)造一個基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算系統(tǒng)。
[0012]所述基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算系統(tǒng)由用戶、面向各用戶的各調(diào)度器i以及面向各調(diào)度器i的計(jì)算節(jié)點(diǎn)j以及調(diào)度方案計(jì)算器組成，其中i = 1，2，...，η，η為所述系統(tǒng)中調(diào)度器的數(shù)量，j = 1，2，...，m，m為系統(tǒng)中所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。
[0013]在忽略調(diào)度器內(nèi)部處理代價前提下，假設(shè)任務(wù)分片的執(zhí)行代價和任務(wù)分片在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸代價是任務(wù)執(zhí)行代價的關(guān)鍵。所述調(diào)度器在進(jìn)行任務(wù)分片時的條件如下:
[0014]各個調(diào)度器從各用戶接受任務(wù)，各個調(diào)度器發(fā)出任務(wù)的平均速率λ i的加和應(yīng)該小于所述系統(tǒng)所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)對任務(wù)的平均執(zhí)行速率的加和，速率的單位是單位時間內(nèi)的任務(wù)數(shù)，即:
【權(quán)利要求】
1.基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1，構(gòu)造一個基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算系統(tǒng)； 所述基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算系統(tǒng)由用戶、面向各用戶的各調(diào)度器i以及面向各調(diào)度器i的計(jì)算節(jié)點(diǎn)j以及調(diào)度方案計(jì)算器組成，其中i = 1，2，...，η，η為所述系統(tǒng)中調(diào)度器的數(shù)量，j = 1，2，...，m，m為系統(tǒng)中所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)目； 在忽略調(diào)度器內(nèi)部處理代價前提下，假設(shè)任務(wù)分片的執(zhí)行代價和任務(wù)分片在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸代價是任務(wù)執(zhí)行代價的關(guān)鍵；所述調(diào)度器在進(jìn)行任務(wù)分片時的條件如下: 各個調(diào)度器從各用戶接受任務(wù)，各個調(diào)度器發(fā)出任務(wù)的平均速率Xi的加和應(yīng)該小于所述系統(tǒng)所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)對任務(wù)的平均執(zhí)行速率的加和，速率的單位是單位時間內(nèi)的任務(wù)數(shù)，即:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于響應(yīng)時間最優(yōu)化的云計(jì)算任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，所述步驟7計(jì)算調(diào)度器任務(wù)分片方案的方法還包括以下步驟: 步驟7.1，系統(tǒng)參數(shù)初始化； 設(shè)云計(jì)算系統(tǒng)中調(diào)度器的個數(shù)為n，計(jì)算節(jié)點(diǎn)個數(shù)為m，調(diào)度器i發(fā)出任務(wù)的平均速率為λ i (O)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)j的任務(wù)平均執(zhí)行速率+ (O)，調(diào)度器i到計(jì)算節(jié)點(diǎn)j的線路傳輸延遲eu (O)，所有任務(wù)的平均數(shù)據(jù)長度b (O)，單位:bit，調(diào)度器i到計(jì)算節(jié)點(diǎn)j的線路傳輸速率為Cij(O),單位:Kbps,其中i = 1，2，...，n, j = 1，2，...，m ;系統(tǒng)中各個調(diào)度器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)將上述初始值發(fā)送給調(diào)度方案計(jì)算器，以下步驟均由調(diào)度方案計(jì)算器完成；將調(diào)度器i的任務(wù)分片方案初始化為:
【文檔編號】H04L29/08GK103841208SQ201410101281
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】王勇, 李凱, 劉美林 申請人:北京工業(yè)大學(xué)