[發明專利]一種異構云計算系統節能方法及任務調度方法

在審

• 申請號: 201410156148.4
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103944985A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 程春玲;李君;高陽;付雄
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;G06F9/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及一種云計算系統的節能方法，尤其涉及一種異構云計算系統節能方法及任務調度方法，屬于云計算與節能技術交叉的技術領域。

背景技術

組成云計算硬件基礎設施的云數據中心通常是由大規模異構計算節點組成，這些節點通常是由不同廠家生產的服務器或計算機，具有不同的硬件配置以及不同的計算能力和不同的能量消耗率，從而構成一個大規模異構云環境。云計算技術的快速發展正是以云數據中心為基礎，然而，云計算發展的同時也面臨一系列的挑戰，其中云數據中心的高能耗問題刻不容緩。據統計，Google的云計算數據中心每年消耗的電能為1億千瓦，這相當于一個小型城市的總能耗。由IDC提供的報告顯示，在最近的30年之中，由大規模數據中心所帶來的能源消耗已經增長了400%，并且這一數字正快速的持續增長。目前，在全球70%的計算中心中，能耗開銷已成為第二大運營開銷。為避免云數據中心的高能耗問題成為制約云計算發展的瓶頸，高能耗問題亟須解決。

任務調度是云計算系統的關鍵技術，由于到達云計算系統的任務請求具有隨機性，時而密集，例如針對某個熱點事件的集中討論；時而稀疏，例如凌晨時段云任務提交通常較少，這使得云數據中心的計算節點長期處于開啟狀態等待任務的到來，導致云數據中心的資源利用率不足30%，產生能耗浪費。因此，設計合理的任務調度算法，使得在任務調度的過程中實現節能也是降低云數據中心能耗的一個主要方面。

現有的節能任務調度技術主要包括：對基于傳統啟發式任務調度的改進、元啟發式任務調度和基于排隊論的任務調度三類。基于排隊論的節能的任務調度技術的核心思想是：基于不同的排隊系統對云計算系統建模，將云計算系統看成一個隨機服務排隊系統，到達云計算系統中的任務稱之為顧客，云計算系統中的異構計算節點稱之為服務員，結合排隊系統不同的性能指標進行能耗分析，并制定相應的任務調度策略實現能耗優化，具有實用性強、效率高等特點。經典排隊系統主要是由任務到達過程、服務機制、排隊規則三部分組成，休假排隊系統作為經典排隊系統的改進，它是在經典排隊系統基礎上在增加一個休假策略，其中基于空竭服務的休假排隊系統規定了：計算節點一旦開始執行任務，就一直持續工作到節點變成空的，一旦系統中沒有任務，便開啟一次隨機長度為的休假時間，直到系統中有任務到來，休假結束，系統開始為顧客服務。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，基于休假排隊論的思想，對異構云計算系統中的任務調度與云計算系統能耗之間的關系進行建模分析，提供一種異構云計算系統節能方法及任務調度方法，可有效降低云計算系統的能耗，同時為云計算系統任務調度與云計算系統能耗的建模分析提出了一個新的思路。

本發明的采用以下技術方案：

一種異構云計算系統節能方法，使異構云計算系統接收到的各任務分別在平均服務時間與該任務在該計算節點上的執行時間最接近的計算節點上執行。

一種異構云計算系統任務調度方法，所述異構云計算系統按照先到先服務的原則接收隨機到來的任務，并按照以下方法將當前任務調度至相應的計算節點：從能使當前任務在要求的截止時間前完成的計算節點集合中選擇其平均服務時間與當前任務在該計算節點上的執行時間最接近的計算節點，將當前任務調度至該計算節點執行。

上述技術方案中，當不存在能使當前任務在要求的截止時間前完成的計算節點時，可以直接采用現有的各種任務調度策略來對當前任務進行調度，為了保證任務的性能，本發明進一步采用以下技術方案：

如不存在能使當前任務在要求的截止時間前完成的計算節點，則將當前任務調度至能使當前任務最早完成的計算節點。

本發明基于休假排隊論的思想，對異構云計算系統中的任務調度與云計算系統能耗之間的關系建立了與實際情況貼近的數學模型，通過對該數學模型的分析發現：穩態條件下，異構云計算系統中計算節點的能耗僅和計算節點的空閑期閾值與服務時間方差有關，因此可以在任務調度時通過減少服務時間方差與合理設置空閑期閾值來減少能耗。基于該發現，本發明將任務調度至平均服務時間與當前任務在該計算節點上的執行時間最接近的計算節點，從而可有效降低云計算系統能耗，同時本發明為云計算系統的任務調度分析提供了一條新的思路。

附圖說明

圖1為計算節點在不同狀態之間的轉換過程示意圖；

圖2為基于休假M/G/1排隊系統的云計算任務調度框架圖；

圖3為具體實施方式中所述異構云計算系統任務調度方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：