[发明专利]一种异构云计算系统节能方法及任务调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种云计算系统的节能方法，尤其涉及一种异构云计算系统节能方法及任务调度方法，属于云计算与节能技术交叉的技术领域。

背景技术

组成云计算硬件基础设施的云数据中心通常是由大规模异构计算节点组成，这些节点通常是由不同厂家生产的服务器或计算机，具有不同的硬件配置以及不同的计算能力和不同的能量消耗率，从而构成一个大规模异构云环境。云计算技术的快速发展正是以云数据中心为基础，然而，云计算发展的同时也面临一系列的挑战，其中云数据中心的高能耗问题刻不容缓。据统计，Google的云计算数据中心每年消耗的电能为1亿千瓦，这相当于一个小型城市的总能耗。由IDC提供的报告显示，在最近的30年之中，由大规模数据中心所带来的能源消耗已经增长了400%，并且这一数字正快速的持续增长。目前，在全球70%的计算中心中，能耗开销已成为第二大运营开销。为避免云数据中心的高能耗问题成为制约云计算发展的瓶颈，高能耗问题亟须解决。

任务调度是云计算系统的关键技术，由于到达云计算系统的任务请求具有随机性，时而密集，例如针对某个热点事件的集中讨论；时而稀疏，例如凌晨时段云任务提交通常较少，这使得云数据中心的计算节点长期处于开启状态等待任务的到来，导致云数据中心的资源利用率不足30%，产生能耗浪费。因此，设计合理的任务调度算法，使得在任务调度的过程中实现节能也是降低云数据中心能耗的一个主要方面。

现有的节能任务调度技术主要包括：对基于传统启发式任务调度的改进、元启发式任务调度和基于排队论的任务调度三类。基于排队论的节能的任务调度技术的核心思想是：基于不同的排队系统对云计算系统建模，将云计算系统看成一个随机服务排队系统，到达云计算系统中的任务称之为顾客，云计算系统中的异构计算节点称之为服务员，结合排队系统不同的性能指标进行能耗分析，并制定相应的任务调度策略实现能耗优化，具有实用性强、效率高等特点。经典排队系统主要是由任务到达过程、服务机制、排队规则三部分组成，休假排队系统作为经典排队系统的改进，它是在经典排队系统基础上在增加一个休假策略，其中基于空竭服务的休假排队系统规定了：计算节点一旦开始执行任务，就一直持续工作到节点变成空的，一旦系统中没有任务，便开启一次随机长度为的休假时间，直到系统中有任务到来，休假结束，系统开始为顾客服务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，基于休假排队论的思想，对异构云计算系统中的任务调度与云计算系统能耗之间的关系进行建模分析，提供一种异构云计算系统节能方法及任务调度方法，可有效降低云计算系统的能耗，同时为云计算系统任务调度与云计算系统能耗的建模分析提出了一个新的思路。

本发明的采用以下技术方案：

一种异构云计算系统节能方法，使异构云计算系统接收到的各任务分别在平均服务时间与该任务在该计算节点上的执行时间最接近的计算节点上执行。

一种异构云计算系统任务调度方法，所述异构云计算系统按照先到先服务的原则接收随机到来的任务，并按照以下方法将当前任务调度至相应的计算节点：从能使当前任务在要求的截止时间前完成的计算节点集合中选择其平均服务时间与当前任务在该计算节点上的执行时间最接近的计算节点，将当前任务调度至该计算节点执行。

上述技术方案中，当不存在能使当前任务在要求的截止时间前完成的计算节点时，可以直接采用现有的各种任务调度策略来对当前任务进行调度，为了保证任务的性能，本发明进一步采用以下技术方案：

如不存在能使当前任务在要求的截止时间前完成的计算节点，则将当前任务调度至能使当前任务最早完成的计算节点。

本发明基于休假排队论的思想，对异构云计算系统中的任务调度与云计算系统能耗之间的关系建立了与实际情况贴近的数学模型，通过对该数学模型的分析发现：稳态条件下，异构云计算系统中计算节点的能耗仅和计算节点的空闲期阈值与服务时间方差有关，因此可以在任务调度时通过减少服务时间方差与合理设置空闲期阈值来减少能耗。基于该发现，本发明将任务调度至平均服务时间与当前任务在该计算节点上的执行时间最接近的计算节点，从而可有效降低云计算系统能耗，同时本发明为云计算系统的任务调度分析提供了一条新的思路。

附图说明

图1为计算节点在不同状态之间的转换过程示意图；

图2为基于休假M/G/1排队系统的云计算任务调度框架图；

图3为具体实施方式中所述异构云计算系统任务调度方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：