[發明專利]一種云工作流調度的能耗優化方法、云計算系統

在審

• 申請號: 201810463368.X
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108768703A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 羅永紅
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發明屬于傳輸控制規程技術領域，公開了一種云工作流調度的能耗優化方法、云計算系統，云計算作為分布式環境中一種新的服務供應模式，對計算資源的大量需求使得其能耗問題面臨巨大的挑戰。在云計算系統中，選擇不合適的調度方法執行云工作流往往會造成能耗的浪費。為了解決云工作流執行過程中的高能耗問題，建立了云工作流的能耗模型，并提出了一個基于SLA的云工作流調度能耗優化算法，能在滿足時間和成本約束的同時降低能耗。實驗結果表明本發明所提出的優化算法與基于QoS的工作流調度算法相比而言，不僅能滿足用戶定義的時間和成本要求，而且還能減少平均能耗。

技術領域

本發明屬于傳輸控制規程技術領域，尤其涉及一種云工作流調度的能耗優化方法、云計算系統。

背景技術

目前，業內常用的現有技術是這樣的：由于云計算系統集中了大量的計算資源和存儲資源，為了實現系統運行的高效、低成本和安全需要解決許多方面的問題，其中高能耗就是最為嚴重的問題之一。據統計，從2005年到2010年云計算數據中心所消耗的能量上升了56％，在2010年其所消耗的電能大約占到了全球總用電量的1.1％～1.5％左右。在云計算系統中，除了執行用戶任務所必需的能耗外，也存在不合理調度而造成的能耗浪費的現象。通常，云計算系統中包含各種性能不同的計算機，而不同類型的計算機在執行相同任務時所花費的能耗和時間也往往不相同。在考慮能耗的情況下，對于用戶任務的請求，不適合的調度方式可能會造成低能耗就能解決的問題卻花費了高能耗。因此，在滿足服務等級協議的前提下，通過對資源的合理調度如何實現云計算系統的能耗降低受到了廣泛關注。云工作流是工作流管理系統在云計算環境中的一種嶄新的應用模式，是針對云計算的系統性能與運行成本的優化解決方案，能幫助云計算系統降低運行成本而提高云服務質量。云工作流的調度和網格工作流一樣，都是將工作流中每個任務映射到一個合適的資源，并根據每個資源所能滿足的性能標準對任務進行排序。對于工作流調度算法概括起來可以分為兩大類：基于盡力服務的服務調度算法和基于QoS限制的服務調度算法。基于盡力服務方法是單純以最小化執行時間為目標的調度策略，基于QoS限制的調度算法則是要在滿足用戶QoS要求的條件下保證使調度系統的性能最好。目前，對于云計算環境中解決工作流調度的研究工作還比較少，但都沒有很好地解決由于不匹配調度而造成的能耗浪費問題。對Montage工作流在本地集群和芝加哥大學科學云中執行的性能進行了比較；進行了類似的工作研究，根據時間和成本對在美國國家計算機安全協會的Abe集群中心和Amazon EC2中執行一些科學工作流的性能進行了比較。采用Pegasus工作流管理系統來執行工作流應用，也沒有考慮云計算環境中工作流應用的運行成本。兩種工作流調度策略(即時間優化和成本優化策略)，在本地資源和公共IaaS云相結合的環境中執行受到最后期限和預算約束的Parameter Sweep工作流應用。不管是時間優化策略還是成本優化策略都利用本地集群中心來執行工作流應用，而時間優化策略在指定的預算范圍內試圖通過采用云供應商(比如Amazon EC2)的資源來最小化執行時間，成本優化策略只有在用戶最后期限得不到滿足的情況下才會利用額外的云資源。然而它們都沒有考慮到工作流應用的實際情況。利用網格資源來調度工作流應用，這樣就可以在需要的時候能夠租用云資源。綜上所述，現有的工作流調度算法不管是時間優化還是成本優化的調度算法都未考慮到云計算環境中所面臨的能耗問題，造成了不匹配調度的能耗浪費現象。

綜上所述，現有技術存在的問題是：現有的工作流調度算法不管是時間優化還是成本優化的調度算法都未考慮到云計算環境中所面臨的能耗問題，造成了服務和任務不匹配調度的能耗浪費現象。如果對這種現象不加以控制，任其繼續發展，在當前大力倡導綠色、低碳、環保、節能的情勢下，云計算的發展必定會受到嚴重的影響。

既要滿足服務質量又能有效降低能耗的云工作流調度是一個NP難度問題，通過搜索工作流關鍵路徑建立起來的能耗優化模型從一定程度上解決了這一問題，不僅能保證了云計算系統在時間、成本等方面的服務質量，而且從長遠來看有效地避免了云計算數據中心的能耗嚴重浪費問題，對于21世紀提倡綠色環保的云服務系統具有重要的意義。