一种支持带宽保证的多租户云平台任务调度方法技术

本发明专利技术涉及一种支持带宽保证的多租户云平台任务调度方法，属于网络虚拟化领域。租户根据自身业务需求，提出任务所需的虚拟资源请求，并把该请求发送至云平台；云平台接到来自租户的任务请求后，检索已有任务的虚拟机数量及分配位置，根据新任务的虚拟资源需求和已有关联任务的虚拟资源分配情况，构造资源分配网。计算调度该任务实际需要的虚拟资源数量，选择最优方案；最后确定是否分配虚拟资源。本发明专利技术可以针对租户任务的虚拟资源请求，根据现有云平台的资源使用情况，计算出占用资源最少的任务调度方案，提高云平台的资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种支持带宽保证的多租户云平台任务调度方法
本专利技术涉及一种支持带宽保证的多租户云平台任务调度方法，属于网络虚拟化领域。
技术介绍
随着以AmazonEC2为代表的公共数据中心云平台的出现，越来越多的企业将业务由本地数据中心迁移到云平台之上。为了支持大量用户共享硬件(如CPU、存储、带宽等)资源，云平台运营商通常采用多租户技术将物理硬件资源抽象为虚拟资源(如虚拟机)。每个用户(又称租户)能够按照自身业务需求，租用不同规模的虚拟资源，并根据资源使用量向运营商付费。因此，多租户云平台具有两大优势：一是，可以服务于大量的租户，提高物理资源的利用率，从而提高运营商收益；二是，允许租户根据业务需求灵活伸缩虚拟资源的使用规模，最大程度地避免资源浪费。然而，多租户平台面临的主要挑战是资源隔离。现有的商业云平台能够保证满足租户所需的各类计算和存储资源(如CPU、内存和存储空间等)，但是不提供任何形式的网络带宽保证。于是，众多租户竞争有限的网络带宽资源，导致运行在虚拟网上的任务完成时间不可预测，严重影响了使用其业务的终端用户体验。从长远来看，这将削弱用户将业务迁移到云平台的热情，在一定程度上阻碍了云平台的大规模推广和商用。由此看来，设计一种高效的跨域虚拟网映射方法具有巨大的经济和社会价值。为此，我们设计了支持带宽保证的多租户云平台任务调度方法，既可以保证租户的任务完成时间，又能提高云平台的资源利用率，实现云平台运营商与租户的双赢。
技术实现思路
本专利技术基于如下合理的假设：云平台的服务器采用树型拓扑连接。当新任务到达时，如果多租户云平台可以满足其资源需求，则该任务被调度执行；否则，该任务被拒绝。具体内容包括：步骤一、租户根据自身业务需求，提出任务所需的虚拟资源请求，并把该请求发送至云平台：一个完整的任务请求由一个四元组<N,Ba,Be,S>来表述，其中，N表示任务需要的虚拟机数量，虚拟机是虚拟计算资源(如CPU)和虚拟存储资源(如内存容量、存储容量)的集合，也是云平台中虚拟资源的基本单位。Ba表示内部虚拟带宽数量，即该任务的每台虚拟机与同属于该任务的其他虚拟机通信所需的带宽数量；Be表示外部虚拟带宽数量，即该任务的每台虚拟机与属于其他任务的虚拟机通信所需的带宽数量；S表示与该任务具有关联(即通信)关系的其他任务的集合。步骤二、云平台接到来自租户的任务请求后，检索已有任务的虚拟机数量、该任务中的每台虚拟机所寄存的物理机(如服务器)的位置，已有任务的内部虚拟带宽数量和已有任务的外部虚拟带宽数量。步骤三、云平台根据新任务的虚拟资源需求和已有关联任务的虚拟资源分配情况，构造资源分配网。资源分配网的建立过程为：若新任务记为Q，并假设仅有已有任务P与Q关联。对任意一条云平台中的物理链路l，1)计算已有任务在l的左子树中的虚拟机个数，那么，剩余的虚拟机则位于其右子树中，左子树和右子树虚拟机之和为已有任务的每个虚拟机构造对应的节点。2)为新任务Q的每个虚拟机构造对应的节点。3)添加源节点和宿节点，其中源节点分别与已有任务和新任务位于链路l左子树的虚拟机相连，而宿节点分别与已有任务和新任务位于链路l右子树的虚拟机相连。4)为每个任务创建两个内部节点和两个外部节点。每个任务的虚拟机节点都分别连接到对应的内部节点和外部节点，边的容量即为虚拟机内部通信带宽数量和外部通信带宽数量。5)将同一任务的内部节点互联。具有关联(即通信)关系的多个任务，其外部节点进行互连。至此，资源分配网构造完毕。步骤四、云平台根据资源分配网计算调度该任务实际需要的虚拟资源数量，采取如下策略选择最优方案V：从树型拓扑的根节点开始，对于其下一层的若干独立子树，选择单一子树中容纳虚拟机最多的方案。依次迭代进行，直至叶子节点。步骤五、检测最优方案V是否为空。若为空，云平台没有足够的虚拟资源调度该任务，该任务被拒绝；若非空，云平台按照最优方案V为该任务分配虚拟资源。有益效果本专利技术可以针对租户任务的虚拟资源请求，根据现有云平台的资源使用情况，计算出占用资源最少的任务调度方案。本专利技术提出的多租户云平台任务调度方法既可以保证租户的任务完成时间，又能提高云平台的资源利用率，有利于推动云平台的大规模应用。附图说明图1.流程图；图2.本专利技术应用示例示意图；图3.双通道模型示意图；图4.资源分配网示意图；图5.任务平均完成时间实验柱状图；图6.云平台资源利用率实验柱状图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行具体说明：本专利技术的具体工作流程如图1所示。如图2所示，根据步骤一租户根据自身业务需求，提出任务所需的虚拟资源请求，并把该请求发送至云平台。一个完整的任务请求由一个四元组来表述，如图3所示；根据步骤二、云平台接到来自租户的任务请求后，检索到已有任务P的虚拟机数量为NP，分配位置为AP，已有任务的内部虚拟带宽数量为BPa，已有任务的外部虚拟带宽数量为BPe。其中，AP是长度为NP的向量，每一个元素表示该虚拟机所寄存的物理机的编号。根据步骤三、云平台根据新任务的虚拟资源需求和已有关联任务的虚拟资源分配情况，构造资源分配网，如图4所示。为了便于表述，称新任务为Q。并假设仅有步骤二中检索的已有任务P与Q关联。对任意一条云平台中的物理链路l，资源分配网的建立包括以下步骤：(1)计算任务P在l的左子树中的VM个数，记为有p1；那么，剩余的VM则位于其右子树中，记为p2。NP＝p1+p2。为任务P的每个VM构造对应的节点。(2)令Q有q1和q2个VM分别位于链路l的左子树和右子树中，NQ＝q1+q2。为任务Q的每个VM构造对应的节点。(3)添加源节点和宿节点，其中源节点分别与任务P和Q位于链路l左子树的VM相连，而宿节点分别与任务P和Q位于链路l右子树的VM相连。(4)为每个任务创建两个内部节点(上标用intra表示，如piintra和pointra)和两个外部节点(上标用intro表示，如piinter和pointer)。每个任务的VM节点都分别连接到对应的内部节点和外部节点，边的容量即为VM内部通信带宽数量和外部通信带宽数量。(5)将同一任务的内部节点互联。具有关联(即通信)关系的多个任务，其外部节点进行互连。至此，资源分配网构造完毕。上述构造过程同样适用于存在多个与Q关联的已有任务的场景。云平台根据资源分配网，计算任务P和Q在链路l上的带宽需求。计算带宽需求的过程等价于计算该资源分配网最大流的问题。给定某个任务Q的调度方案，若该方案对每条链路的带宽需求均小于或者等于该链路的可用带宽，则称该方案为可行方案。根据步骤四、云平台根据所有可行方案，选择最优方案V，即确定任务Q要求的NQ个虚拟机的最优放置位置，具体包括以下步骤：1)初始化全零向量AQ，长度为NQ，用于记录任务Q的每个虚拟机所寄存的物理机编号。2)为云平台中的每一条物理链路l关联一个可行向量FVl，用于表示在该链路的内子树中可以分配的虚拟机数量。每个可行向量有NQ+1位，第n(0≤n≤NQ)位为1表示可以在该子树中分配n个VM，为0则表示不可以。3)为每一条物理链路l关联一个数值Ml，表示FVl中可以为该任务分配的最少虚拟机数。4)遍历与根节点相连的链路，为每条链路所属的子树分配Ml个虚拟机，并从NQ中减去Ml。若遍历完成后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持带宽保证的多租户云平台任务调度方法，其特征在于：步骤一、租户根据自身业务需求，提出任务所需的虚拟资源请求，并把该请求发送至云平台：一个完整的任务请求由一个四元组<N,Ba,Be,S>来表述，其中，N表示任务需要的虚拟机数量，Ba表示内部虚拟带宽数量；Be表示外部虚拟带宽数量；S表示与该任务具有关联关系的其他任务的集合；步骤二、云平台接到来自租户的任务请求后，检索已有任务的虚拟机数量、该任务中的每台虚拟机所寄存的物理机的位置，已有任务的内部虚拟带宽数量和已有任务的外部虚拟带宽数量；步骤三、云平台根据新任务的虚拟资源需求和已有关联任务的虚拟资源分配情况，构造资源分配网；步骤四、云平台根据资源分配网计算调度该任务实际需要的虚拟资源数量，采取如下策略选择最优方案V：从树型拓扑的根节点开始，对于其下一层的若干独立子树，选择单一子树中容纳虚拟机最多的方案。依次迭代进行，直至叶子节点；步骤五、检测最优方案V是否为空，若为空，云平台没有足够的虚拟资源调度该任务，该任务被拒绝；若非空，云平台按照最优方案V为该任务分配虚拟资源。

【技术特征摘要】
1.一种支持带宽保证的多租户云平台任务调度方法，其特征在于：步骤一、租户根据自身业务需求，提出任务所需的虚拟资源请求，并把该请求发送至云平台：一个完整的任务请求由一个四元组<N,Ba,Be,S>来表述，其中，N表示任务需要的虚拟机数量，Ba表示每台虚拟机的内部虚拟带宽数量；Be表示每台虚拟机的外部虚拟带宽数量；S表示与该任务具有关联关系的其他任务的集合；步骤二、云平台接到来自租户的任务请求后，检索已有任务的虚拟机数量、该任务中的每台虚拟机所寄存的物理机的位置，已有任务的内部虚拟带宽数量和已有任务的外部虚拟带宽数量；步骤三、云平台根据新任务的虚拟资源需求和已有关联任务的虚拟资源分配情况，构造资源分配网：新任务记为Q，对任意一条云平台中的物理链路l，1)计算已有任务在l的左子树中的虚拟机个数，那么，剩余的虚拟机则位于其右子树中，左子树和右子树虚拟机之和为已有任务的每个虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈蒙，李凡，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11