混合云中基于截止时间和费用约束的调度模型及方法技术

本发明专利技术公开了一种混合云中基于截止时间和费用约束的调度模型及方法，针对混合云调度中私有云利用率不高和公有云费用偏高的问题，基于性能和费用目标提出了两个调度策略—截止时间优先和费用优先策略，建立了混合云中的任务和资源模型，能够根据用户提交的任务需求自适应选择合适的调度资源，对截止时间要求比较高的任务可以优先调度至公有云，对费用要求高的任务可以优先调度至私有云，而且两种策略均满足截止时间和一定的费用约束。本文的两种调度策略在调度完成时间、费用、截止时间超出率和私有云利用率等方面均有很好的表现，尤其是当任务量比较大的时候，两种调度策略表现出更好的自适应性和优势。

【技术实现步骤摘要】
混合云中基于截止时间和费用约束的调度模型及方法
本专利技术涉及云计算领域，具体涉及一种混合云中基于截止时间和费用约束的调度模型及方法。
技术介绍
目前随着企业应用的扩展和数据量的倍增，尤其是高峰时段，企业现有集群无法满足全部需求，因此需要大量增加硬件设施投入。但是除高峰时段外，大部分设备利用率不高，造成了大量硬件设备的浪费和操作成本的增加。因此为了减少硬件投入和维护成本，越来越多的企业选择混合云作为企业应用部署平台。混合云中除了有企业自己的本地私有云，在私有云的计算能力等不能满足要求时可以直接访问计算能力更高的公有云，如一些需要更强计算能力和存储能力的应用，或在高峰时段私有云资源过载，不能同时处理更多的应用任务。对此很多学者提出了一些解决方案，如对负载进行管理，或对数据进行划分优化等，但是无论是针对资源负载还是数据应用，调度问题都成为其中非常关键的一环：哪些应用需调度到公有云？哪些可以在本地私有云完成？如何尽可能最大化私有云利用率和最小化公有云的租用费用？如何保证时间与费用这两个目标？目前关于混合云调度的研究主要从以下三个方面进行描述。1)单一云的调度：关于混合云调度问题的研究，现有一些研究的调度定位与本文的有一定差别，它们是在混合云中分别研究公有云和私有云的调度问题，而不是在混合云中如何将任务调度至公有云或私有云的问题。如文献[1]BosscheVDB,VanmechelenK,BroeckhoveJ.Cost-efficientschedulingheuristicsfordeadlineconstrainedworkloadsonhybridclouds，2011IEEEThirdInternationalConferenceonCloudComputingTechnologyandScience公开了一种调度方法，针对混合云中的工作负载提出一种截止时间约束的费用优化调度方法。文献[2]QiuX,YeowWL,WuC,LauFC.Cost-minimizingpreemptiveschedulingofmapreduceworkloadsonhybridclouds，2013IEEE/ACM21stInternationalSymposiumonQualityofService，为最小化费用提出了一种混合云中的抢占式调度方法，考虑了QoS约束，但是它同样是分别研究私有云和外包费用。文献[3]VanDBR,VanmechelenK,BroeckhoveJ.Cost-optimalschedulinginhybridiaascloudsfordeadlineconstrainedworkloads，CloudComputing(CLOUD),2010IEEE3rdInternationalConferenceon.也是针对公有云和私有云分别制定的工作流调度方法。2)侧重费用：现有研究中有一部分是侧重于讨论在截止时间约束下的费用优化问题。如文献[4]ChopraN,SinghS.Deadlineandcostbasedworkflowschedulinginhybridcloud，2013InternationalConferenceonAdvancesinComputing,CommunicationsandInformatics(ICACCI),从云用户的角度出发提出了一个外包调度模型，来最小化费用，但是它侧重于讨论公有云中的费用优化问题，而且它对解决问题的规模有一定限制。文献[5]HoseinyfarahabadyMR,SamaniHRD,LeslieLM,etal.HandlingUncertainty:Pareto-EfficientBoTSchedulingonHybridClouds，201342ndInternationalConferenceonParallelProcessing(ICPP),应用部分关键路径提出了一种费用驱动的工作流调度方法。文献[6]GenezTAL,BittencourtLF,MadeiraERM.OnthePerformance-CostTradeoffforWorkflowSchedulinginHybridClouds，Proceedingsofthe2013IEEE/ACM6thInternationalConferenceonUtilityandCloudComputing提出了两种基于混合云架构的调度优化策略，但它主要侧重于费用的分析。3)费用与性能平衡：更多的研究是讨论性能与费用的平衡问题。如文献[7]AbrishamiS,NaghibzadehM,EpemaDH.Cost-drivenschedulingofgridworkflowsusingpartialcriticalpaths针对混合云中的不确定因素，提出了一种动态资源分配方法，应用帕累托优化方法，同时考虑了费用和截止时间约束问题，但它的时间复杂度较高，两个算法都大于等于O(n2)(n为任务个数)。文献[8]ShifrinM,AtarR,CidonI.Optimalschedulinginthehybrid-cloud，2013IFIP/IEEEInternationalSymposiumonIntegratedNetworkManagement(IM2013)公开了一个自适应启发式工作流调度方法，它考虑了费用和截止时间约束问题，但它只是针对混合云中的数据分析工作流进行调度。文献[9]DuanR,ProdanR,LiX.Multi-ObjectiveGameTheoreticSchedulingofBag-of-TasksWorkflowsonHybridClouds，IEEETRANSACTIONSONCLOUDCOMPUTING,2014.2(1)公开了一个多目标的调度优化方法。它将执行时间和成本作为优化目标，带宽和存储作为约束条件。文献[10]RahmanM,LiX,PalitH.Hybridheuristicforschedulingdataanalyticsworkflowapplicationsinhybridcloudenvironment，2011IEEEInternationalSymposiumonParallelandDistributedProcessingWorkshopsandPhdForum(IPDPSW)公开了一种混合云调度方法，侧重于提高私有云的利用率，以期取得性能与费用的平衡。文献[11]JavadiB,AbawajyJ,BuyyaR.Failure-awareresourceprovisioningforhybridCloudinfrastructure，Journalofparallelanddistributedcomputing,2012,72(10)公开的研究成果主要研究了在混合云中，当资源请求失败时，应将任务调度至公有云还是私有云的调度问题。文献[12]ZuoX,ZhangG,TanW.Self-AdaptiveLearningPSO-BasedDeadlineConstrainedTaskSchedulingforHybri本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合云中基于截止时间和费用约束的调度模型，其特征在于：包括用户接口、任务请求管理器和调度管理器；用户接口用于将用户提交的任务请求送至请求管理器，任务请求管理器用于将任务请求信息传输至调度管理器，调度管理器根据任务需求，结合保存在调度管理器中的公有云和私有云的资源信息，运用混合云调度方法将任务调度至公有云或私有云上，完成任务处理后将结果返回给用户。

【技术特征摘要】
1.一种混合云中基于截止时间和费用约束的调度模型的调度方法，其特征是：调度模型包括用户接口、任务请求管理器和调度管理器；用户接口用于将用户提交的任务请求送至请求管理器，任务请求管理器用于将任务请求信息传输至调度管理器，调度管理器根据任务需求，结合保存在调度管理器中的公有云和私有云的资源信息，运用混合云调度方法将任务调度至公有云或私有云上，完成任务处理后将结果返回给用户；调度方法包括步骤：1)资源描述：定义公有云资源Ru为：Ru＝＜Cu,Lu，Pu,Su,Qu＞(1)其中，Cu为公有云资源计算能力，影响任务的计算时间；Lu为传输能力，影响任务的传输时间；Pu为计算价格，Su为存储价格，Qu为传输价格；定义私有云资源为：Rr＝＜Cr,Lr＞(2)其中，Cr为私有云资源计算能力，影响任务的计算时间；Lr为传输能力，影响任务传输时间；2)任务描述：设任务Ti为任务请求的一个单位，每个资源一次处理一个任务，则任务Ti定义为：Ti＝＜TDi,TCi,TLi,TMi＞(3)其中，TDi为任务的截止时间；TCi为任务大小；TLi为任务计算所需信息量；TMi为任务的预算花费；3)调度约束描述：在任务调度时有两个约束：截止时间和费用；任务完成时间由任务计算时间和传输时间两部分组成；任务Ti分别在公有云和私有云中的完成时间tiRu、tiRr如下：截止时间约束条件为tiRu≤TDi和tiRr≤TDi；任务Ti的花费Fi计算公式为：Fi＝TCi×Pu+TLi×Qu+TLi×Su(6)费用约束条件为Fi≤TMi；4)费用优先调度策略：费用优先调度策略是在满足截止时间约束条件下优先将任务调度至私有云；在调度时首先判断任务Ti在私有云的完成时间约束，若tiRr≤TDi，则调度至私有云，否则调度至公有云，调度至公有云时，要满足费用约束条件Fi≤TMi；n个任务的花费问题转化为以下优化问题，相关优化及约束描述如下：最小费用公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：左利云，舒磊，孙慧琳，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44