[发明专利]混合云环境下多QoS约束的并行任务调度成本优化方法

摘要

本发明涉及一种混合云环境下多QoS约束的并行任务调度成本优化方法，该方法包括：私有云的任务调度、任务重新调度和公有资源最小化租赁成本。在私有云任务调度方法中，根据改进的极大极小的策略给任务分配资源，提出一个快速启发式算法—TSOPR。在任务重新调度中，根据RSD算法完成：决定什么任务应该安排到公有云；判断公有云是否可以满足最后期限约束和预算约束；如果约束条件都能满足，系统为提交作业中的任务生成一个调度表。本发明能够在满足预算控制约束的前提下最小化公有云资源的租赁成本。

主权项

1.一种混合云环境下多QoS约束的并行任务调度成本优化方法，其特征在于包括私有云任务调度和公有云任务调度，所述私有云任务调度包括：在混合云环境中，根据作业的需要为每个提交的作业分配私有云资源槽，如果私有云资源槽不能满足作业的最后期限约束，根据作业的最后期限约束决定哪一项作业的任务应该调度到公有云，私有云并生成该作业的两个调度表，一个用于私有云调度一个用于公有云调度；所述私有云任务调度包括以下步骤：(1)定义Ji、PrRi和RT{1...m}，其中Ji表示需要提交的作业i，该作业i包含n个任务，PrRi表示分配私有云资源槽，且该私有云资源槽数量为m，RT{1...m}记录一个私有云资源槽从当前变成可用的最短时间；(2)根据数据量大小DSi,j把作业Ji的所有任务按照降序排列；(3)计算每个任务Ti,j的估计执行时间Eet[i,j,k]；(4)给任务Ti,j分配资源槽，并且记录映射；(5)如果所有的RT都小于最后期限约束，则返回一个私有云任务调度表；否则，利用QoS综合评估方法选择与作业Ji的安全性和可靠性相匹配的公有云资源；所述作业Ji包含了n个任务，有m个可用资源槽，定义为资源槽Di＞Estk，双目标多维多选择问题如下定义：双目标多维多选择背包问题TDO‑MMKP，最小化成本函数为：其中，CostF[i,j,k]＝SCi,j×xk+SDi,j×yk+SDi,j×(dtik+dtok)，SCi,j是工作负载，xk是公有云资源槽k的计算成本，SDi,j是数据量大小，yk是公有云资源槽k的存储成本，dtik是向资源槽k输入数据的成本，dtok是资源槽k输出数据的成本；最小化估计执行时间其中，NB是私有云与公有云之间的网络带宽，p_k为资源槽k的计算能力；a_i,j,k表示任务T_i,j是否分配给资源槽k；b_k表示资源槽是否在被使用；使估计执行时间要小于最后期限：Est_k代表资源槽k预计完成的时间；同时成本函数要低于预算成本其中M_i是执行成本，表示在公有云中执行作业J_i的费用；资源选择问题映射为一个变化的多维多选择背包问题，包括：①在TDO‑MMKP中，作业的每个任务被映射到一个资源槽，每个资源槽映射到一组中的一个对象；②在TDO‑MMKP中，每个任务的QoS约束映射到对象所需的资源；③成本函数映射到对象的第一种利润必须优化；④使用资源槽的最小估计完成时间映射到对象的第二种利润必须优化；⑤最后期限约束和预算约束被看作为背包中可用资源的限制；⑥在TDO‑MMKP中，使用选择变量来表示一组中的某一对象是否被选用；⑦有第一种利润的解决方案是选择的解决方案，但如果两个方案有相同的第一种利润，有着更好的第二种利润的方案是选择的解决方案；所述公有云任务调度包括任务重新调度和公有资源最小化租赁成本，其中，所述任务重新调度包括：决定什么任务应该安排到公有云；判断公有云是否可以满足最后期限约束和预算约束；如果约束条件都能满足，系统为提交作业中的任务生成一个调度表；其中，决定什么任务应该安排到公有云包括以下步骤：(1)定义Zi，PrRi，RT[1...m]，JR；其中Zi表示作业Ji安排在私有云上运行的调度表，PrRi表示私有云资源槽，其资源槽数量为m，RT[1...m]表示记录一个私有云资源槽从当前变成可用的最短时间，JR是QoS综合评估方法的输出结果；(2)将需要分配到公有云上的任务集置空，计TPPU＝φ；(3)将任务根据估计执行时间的大小进行升序排序得到TPPR；(4)当私有云资源槽k上任务的执行时间大于最后截止期限，查询分配在资源槽k的任务集，将该任务集添加到TPPU，即将私有云资源槽中前n个任务从TPPR移到TPPU；(5)计算公有云任务的完成时间小于最后截止期限时，再把n＇个任务从TPPU移到TPPR；(6)输出二元组＜Z＇i,TPi＞，其中Z＇i是作业Ji在公有云上的调度表，TPi是转移到公有云上的任务集；所述公有资源最小化租赁成本资源槽根据资源质量、CPU总时间、总使用存储空间和总消耗带宽来收费，在满足预算控制约束的前提下最小化公有云资源的租赁成本，其中所述在满足预算控制约束的前提下最小化公有云资源的租赁成本包括以下步骤：(1)定义TPi，PRT，tinit；其中TPi是作业Ji运行在公有云上的任务集，PRT是公有云资源槽的类型集，tinit是公有云资源槽的时间初始值；(2)初始化变量，NRi＝φ，Zi＝φ，TotalCost＝0，其中NRi表示一组公有云资源槽，Zi表示公有云上任务的调度表，TotalCost表示公有云的租赁成本；(3)在公有云上为任务寻找合适的资源类型，该资源满足最后期限约束的条件下价格最低；(4)如果最好的资源类型被找到，系统会在公有云上创建一个实例类型并且分配任务到该公有云资源实例，即分配任务Ti,j到资源k并且在Zi中记录映射；(5)计算在k上运行的Ti,j的成本并且加入到TotalCost；(6)返回公有云的调度表和为作业中的任务相应地调度公有云资源槽。