[發明專利]一種云計算環境下安全感知的科學工作流調度方法

有效

• 申請號: 201210172306.6
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102799957A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 杜薇;劉偉;位凱志;彭蘇
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

技術領域

本發明涉及數據密集型科學工作流的調度方法，特別是一種云計算環境下安全感知的科學工作流調度方法。

背景技術

云計算是一種典型的網絡計算模式，強調在虛擬計算環境下運行大規模應用的可伸縮性和可用性。基于云計算的大型網絡應用呈現異出分布、異構的特點和數據密集的趨勢，如科學工作流系統，這類應用被稱為數據密集型應用。目前數據密集型應用已被廣泛的應用于天文學、高能物理學以及生物信息學等領域。這類應用的數據密集性主要體現在其處理的數據大小通常達TB級甚至PB級，其中既有已存在的輸入數據源，也有在對數據進行分析和處理的過程中產生的中間數據和最終結果數據，而通過流程管理技術可以實現這類數據密集型應用的自動化執行。但是科學工作流在利用云計算環境的過程中遇到了一些新的問題，其中在如何保證數據安全和工作流性能方面顯得尤為突出。一方面，由于云計算環境的開放性和共享性，數據安全是科學工作流部署到云計算環境下必須要考慮的問題，尤其是那些關鍵應用，如地震預測等；另一方面，由于數據密集型科學工作流具有數據量巨大、任務多的特點，對數據加密勢必會帶來一定的性能開銷，因此如何在保證數據安全的同時兼顧工作流的執行性能（主要指調度的時間）是亟待解決的重要問題之一；合理的調度方法可以在不影響科學工作流調度長度的同時來提高科學工作流整體安全級別。

科學工作流調度技術是針對云計算環境下科學工作流自身的特點，從保證科學工作流調度性能和提高數據安全性兩方面對科學工作流進行調度。科學工作流具有任務個數多、數據量大的特點，其中任務之間具有相互依賴的關系，這種依賴關系一般體現在數據之間的依賴關系。因此在進行任務調度的時候，綜合考慮任務之間的依賴關系、數據的安全服務和科學工作流的調度性能等因素，為任務選擇合適的執行位置，以達到在保證科學工作流性能的情況下提高科學工作流數據的安全服務級別。

在云計算環境中，科學工作流數據調度的一般方法是：先根據一定的QoS目標（一般指科學工作流的性能）為科學工作流中的單個任務選擇指定的數據中心執行任務，然后在運行科學工作流任務的時候根據任務的依賴關系以及執行位置依次執行科學工作流中的任務，任務運行過程中根據布局策略把產生的數據放置到指定的數據中心上。由于云計算環境的開放性、多租戶等特性，安全問題是部署科學工作流到云計算環境下亟待解決的重要問題之一，因此在云計算環境下調度執行科學工作流的時候應該考慮提高科學工作流的數據安全服務級別同時兼顧性能。

目前，國內外關于云計算環境下科學工作流調度問題的研究較少，當前的工作大多是針對網格環境的，并且主要側重于如何提高科學工作流調度性能：

澳大利亞的Ke?Liu等人提出了一種云計算環境下針對實例密集型工作流的基于時間和成本調度算法，充分考慮數用戶對調度時間和成本兩方面的要求，對云計算環境下實例密集型的工作流進行調度，從而滿足用戶對調度時間和成本的要求。

上海交通大學的伍民友等人提出了MCP（Modified?Critical-Path）算法用于在分布式計算系統中調度基于DAG（Directed?Acyclic?Graphs）的任務，如并行任務、科學工作流等，實驗表明此算法具有較好的性能。

然而，云計算環境作為一個開放的環境，允許多用戶共享硬件資源，如何在保障科學工作流調度性能的前提下提高數據安全服務級別是部署科學工作流到云計算環境下面臨的問題之一。然而上述云計算環境下科學工作流數據調度方面的研究，并沒有綜合考慮科學工作流的數據安全和性能。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于MCP算法同時利用科學工作流非關鍵任務的空閑時間做數據安全服務的云計算環境下安全感知的科學工作流調度方法。本發明提出的調度方法的優勢在于能以較小的性能開銷來對科學工作流非關鍵任務的數據做安全服務，以達到提高科學工作流數據整體安全服務級別同時兼顧科學工作流性能的目的。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種云計算環境下安全感知的科學工作流調度方法，包括以下步驟

第一步：先計算出科學工作流中各個任務的最早開始時間和最晚開始時間；

第二步：根據科學工作流中單個任務的最早開始時間和最晚開始時間計算出單個任務的空閑時間；

第三步：根據安全服務模型和科學工作單個任務的空閑時間，對單個任務的數據采取相應的安全服務，同時更新后繼任務的空閑時間。