[發(fā)明專利]云計(jì)算環(huán)境下Web應(yīng)用的資源動態(tài)調(diào)度方法

有效

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• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109740870B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉段;蔡志成
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q30/06;G06F9/455
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 王瑋

本發(fā)明公開了一種云計(jì)算環(huán)境下Web應(yīng)用的資源動態(tài)調(diào)度方法，考慮了用戶請求的動態(tài)變化、應(yīng)用的時(shí)延要求、云資源的異構(gòu)性、競價(jià)實(shí)例價(jià)格波動等。該方法包括：A）基于負(fù)載預(yù)測和應(yīng)用的時(shí)延要求確定最佳資源量；B）基于競價(jià)實(shí)例價(jià)格預(yù)測選擇成本最低的競價(jià)類型；C）采用預(yù)租賃減少資源請求和創(chuàng)建所造成的時(shí)延增加。步驟A的主要特點(diǎn)是將預(yù)測負(fù)載作為排隊(duì)模型的到達(dá)率，結(jié)合應(yīng)用的時(shí)延約束，求解所需租賃的最小虛擬機(jī)數(shù)量；步驟B的主要特點(diǎn)是基于價(jià)格預(yù)測選擇預(yù)測成本最低的競價(jià)類型進(jìn)行租賃；步驟C的主要特點(diǎn)是在計(jì)費(fèi)點(diǎn)到達(dá)前進(jìn)行預(yù)租賃。本發(fā)明通過負(fù)載預(yù)測、應(yīng)用時(shí)延約束、價(jià)格預(yù)測和預(yù)租賃來實(shí)現(xiàn)資源動態(tài)調(diào)度，能夠在保證應(yīng)用性能的同時(shí)降低云資源租賃成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于云計(jì)算資源調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種云計(jì)算環(huán)境下Web應(yīng)用的資源動態(tài)調(diào)度方法。

背景技術(shù)

作為新興的計(jì)算服務(wù)模型，云計(jì)算利用虛擬化技術(shù)使得計(jì)算資源池化和共享化，提升了計(jì)算能力、降低了資源管理開銷，使云用戶能夠即付即用、動態(tài)按需租賃。由于彈性高效、便捷廉價(jià)，云計(jì)算已被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析和科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域。中小企業(yè)按照需求租賃云計(jì)算硬件和軟件資源，解決了其處理海量數(shù)據(jù)和計(jì)算密集型應(yīng)用時(shí)所面臨的系統(tǒng)成本投資高、部署任務(wù)耗時(shí)長等瓶頸，使得企業(yè)能夠更專注于業(yè)務(wù)邏輯及軟件開發(fā)。

對于云用戶來說，實(shí)現(xiàn)計(jì)算或存儲任務(wù)與所租賃的資源類型及規(guī)模之間的合理映射是保證應(yīng)用性能、減少資源租賃成本的關(guān)鍵。云資源提供商根據(jù)處理器、性能特點(diǎn)和存儲容量等標(biāo)準(zhǔn)為用戶提供多種類型的虛擬機(jī)。采用不同的計(jì)費(fèi)模式，虛擬機(jī)又分為按需實(shí)例、保留實(shí)例和競價(jià)實(shí)例。云實(shí)例通常按小時(shí)計(jì)費(fèi)。價(jià)格固定的按需資源成本高昂，穩(wěn)定性高；競價(jià)實(shí)例是基于拍賣的形式，價(jià)格隨市場需求隨機(jī)波動，具有極低的價(jià)格，但存在競標(biāo)失敗引起的虛擬機(jī)失效風(fēng)險(xiǎn)。若用戶資源租賃規(guī)模較小，會導(dǎo)致應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間過長、系統(tǒng)性能下降；反之則造成虛擬機(jī)資源浪費(fèi)、租賃成本過高。因此云用戶急需一種有效的資源動態(tài)供應(yīng)方法，來求解最佳的資源租賃類型和數(shù)量，以保證系統(tǒng)性能的前提下最小化資源租賃成本。

處理用戶實(shí)時(shí)提交請求的應(yīng)用被稱為在線應(yīng)用，云計(jì)算在線應(yīng)用可以主要分為兩種不同類型：交互式應(yīng)用、海量數(shù)據(jù)處理或計(jì)算密集型應(yīng)用。基于Web的應(yīng)用屬于交互式應(yīng)用，其特點(diǎn)是任務(wù)請求數(shù)量多、單個(gè)任務(wù)資源需求量少。就單層的Web應(yīng)用而言，到達(dá)系統(tǒng)的相互獨(dú)立的請求任務(wù)可根據(jù)到達(dá)時(shí)間或任務(wù)優(yōu)先級等被分派到虛擬機(jī)上并行執(zhí)行，該過程可用排隊(duì)知識進(jìn)行建模。多層Web應(yīng)用可建模為多個(gè)級聯(lián)的排隊(duì)模型。

在實(shí)際運(yùn)用中，需要考慮Web應(yīng)用負(fù)載的動態(tài)變化以及競價(jià)實(shí)例價(jià)格的隨機(jī)波動，同時(shí)還需要考慮虛擬機(jī)的請求時(shí)間和建立時(shí)間，這些都給云資源動態(tài)供應(yīng)和調(diào)度方法的制定帶來了挑戰(zhàn)。目前已有諸多方法和項(xiàng)目專注于解決云環(huán)境下Web應(yīng)用的資源調(diào)度問題，但是這些方法中大多是基于云實(shí)例同構(gòu)的假設(shè)，很少涉及含有競價(jià)實(shí)例的異構(gòu)資源系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種云計(jì)算環(huán)境下Web應(yīng)用的資源動態(tài)調(diào)度方法。現(xiàn)有針對Web應(yīng)用的云資源動態(tài)供應(yīng)方法大多基于價(jià)格固定的按需實(shí)例，忽略了價(jià)格極低的競價(jià)實(shí)例。本發(fā)明提出的云環(huán)境下Web應(yīng)用的彈性資源供應(yīng)方法，設(shè)計(jì)基于競價(jià)實(shí)例價(jià)格預(yù)測和預(yù)租賃的異構(gòu)資源租賃模型，以保證系統(tǒng)性能，同時(shí)減少資源租賃成本。

技術(shù)方案：一種云計(jì)算環(huán)境下的Web應(yīng)用資源調(diào)度方法，包括以下步驟：

A.基于負(fù)載預(yù)測和時(shí)延要求確定最佳資源量：利用時(shí)間序列分析方法建立負(fù)載預(yù)測模型；將預(yù)測負(fù)載作為排隊(duì)系統(tǒng)的到達(dá)率，構(gòu)建多服務(wù)臺排隊(duì)模型；將時(shí)延要求作為參數(shù)，反推出滿足時(shí)延要求的最小虛擬機(jī)數(shù)量；

B. 基于競價(jià)價(jià)格預(yù)測調(diào)整異構(gòu)資源租賃策略：根據(jù)步驟A得到所需最小資源量，尋找最佳的按需實(shí)例和競價(jià)實(shí)例組合租賃方案；選擇競價(jià)類型時(shí)，利用價(jià)格預(yù)測租賃預(yù)測成本最低的競價(jià)類型；