[发明专利]一种弹性云计算平台下工作负载的调度方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机性能优化技术领域，尤其涉及一种弹性云计算平台下工作负载的调度方法。

背景技术

弹性(Elasticity)即使用云计算系统中各类资源时的自由伸缩性，是云计算技术中公认的从资源利用角度最重要的特点之一。顾名思义，弹性的主要特征是可大可小、可增可减的利用计算资源。加州大学伯克利分校在2009年发布的云计算技术报告被公认为学术界定义云计算的白皮书，其中对弹性的概念进行了多次论述。弹性的主要目的是用户在选择云计算平台时不必担心资源的过渡供给导致额外的使用开销，亦不必担心资源的供给不足导致应用程序不能很好的运行和满足客户需要，所有资源将以自适应伸缩的方式来提供。这种自适应伸缩性表现在资源的实时、动态和按需供给上，即随着任务负载和用户请求的大小来弹性的调整资源的配置。

从国际最大的公有云计算服务提供商Amazon提供的产品来说，具有核心战略意义的EC2(Elastic Compute Cloud)即以“弹性”二字冠名，其意义是让云计算平台具有充分自如的可升缩性和可扩展性，而EC2正是本文实验采用的计算环境之一。继EC2平台的推出以后，其相继推出了基于云计算的Elastic MapReduce编程模型，Elastic Beanstalk创建可伸缩的应用和Elastic Cache缓存管理接口。可见Elastic对于云计算本身而言不仅是一种特征，也定义了一种趋势，未来对于云计算的理解将会直接和其可伸缩性即弹性衔接起来。

虚拟化技术使得弹性的概念在云计算领域成为必不可少的优势。传统分布式计算中虽然也能在一定程度上通过物理资源的复用重组和调度实现弹性的特征，但是其对于弹性的利用程度远没有虚拟化中所构建的虚拟资源一般灵活。云计算所按需构建任意数量的虚拟机；按需将其配置具有指定大小的物理资源；按需将其调度入资源池由监控器(Hypervisor)进行统一的部署和管理；按需将其撤销以最大化资源的利用；按需将虚拟机迁移到指定的物理设备和虚拟设备之上实现数据的安全和资源的整合。所有这些都给弹性带来了极大的便利与成功，标志了云计算平台的重要特性。

虽然虚拟化能够整合并最大化计算资源的使用，但是如何最有效利用庞大的数据中心所构建的物理资源池便成为弹性云计算平台最为关注的方面之一，也是“弹性”作为重要的科学问题引起学术界和工业界重视的理由。具体而言，弹性问题的解决需要研究如下两个具体方面：

其一，虚拟资源何时供给问题。一般而言，弹性云计算平台的资源供给方式是动态和运行期供给。即随着负载大小变化在不中断所服务的同时动态增加和减少虚拟资源。于是何时供给资源的问题就显得尤为重要，其体现了弹性云计算平台有效性问题。当然本问题受制于云计算本身的特点和负载变化的情况会有不同。

其二，虚拟资源如何供应问题。在每个供给阶段，如何配置和构建合适数量的虚拟机以最大化资源利用率并节省用户的资源使用成本也是关键的研究问题之一。Amazon EC2中提供了用户自定义增减虚拟资源的接口。譬如CPU在过去一段时间如其利用率高于指定阈值则增加指定数量和配置的虚拟机，以此达到弹性的目的。但是对于高效云计算平台来说，用户一般而言是不可也不必直接干预资源本身的，所有与供给相关的任务都应该由云服务提供商来完成。

发明内容

针对上述背景技术中提到云计算系统中虚拟资源不能根据负载自适应调整供给方法等不足，本发明提出了一种弹性云计算平台下工作负载的调度方法。

本发明的技术方案是，一种弹性云计算平台下工作负载的调度方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：初始化虚拟机和任务，根据任务之间的相对负载对虚拟机进行组合；

步骤2：将所有任务的总执行时间平均分成设定个调度阶段，调度系统根据当前任务的工作负载计算出最优的调度策略；

步骤3：若在任一设定个调度阶段内，当任务的工作负载的相似性小于第一设定阈值时，则将该调度阶段等分为两个调度阶段；若等分得到的两个调度阶段中仍然有任务的工作负载的相似性小于第一设定阈值的调度阶段，则继续对调度阶段两等分，直到对调度阶段等分的次数达到设定数量，得到第一调度阶段序列；

步骤4：在步骤3的基础上，若第一调度阶段序列中任意两个相邻的调度阶段的任务的工作负载的相似性大于第二设定阈值，则将当前的两个相邻的调度阶段合为一个调度阶段，若合并后仍然存在任务的工作负载的相似性大于设定的阈值的两个相邻的调度阶段，则继续合并；若合并后得到的调度阶段大于设定长度，则停止合并，得到第二调度阶段序列；