一种基于能耗优化的云计算系统任务调度方法（可编辑）

一种基于能耗优化的云计算系统任务调度方法计算机工程与应用天津财经大学信息科学与技术系,要:服务器执行任务产生的能耗是云计算系统动态能耗的重要组成部分。为降低云计算系统任务执行的总能耗,提出了一种基于能耗优化的最早完成时间任务调度方法,建立了服务器动态功率计算模型,基于动态功率的服务器执行能耗模型,以及云计算系统的能耗优化模型。调度策略根据任务的截止时间要求和在不同服务器上的执行能耗,选择不同的调度算法,以获得最小任务执行总能耗。实验结果证明,提出的任务调度方法,能够较好地满足任务截止时间的要求,降低云计算系统任务执行的总能耗。关键词:云计算;能耗优化;任务调度;任务截止时间文献标志码:中图分类号:.数据中心服务器的运行频率,延长任务执行周期来降低数引言据中心的能量消耗;另一类是通过将任务集中到少数服务云计算系统通常由异构的服务器组成,由于不同服务器上运行,让闲置服务器关闭或处于睡眠状态来降低数据器硬件配置和计算性能的不同,使得任务映射到不同服务中心的总能耗。能耗优化是实现绿色云计算系统的一个器上执行产生的能耗也可能不同。在大规模的云计算系重要基础,众多学者从不同的视角提出了针对云计算系统统中,有效降低系统能耗是云计算系统面临的~个新挑的能耗优化管理方法。

文献提出了一种基于使用战。在大规模云计算系统中,云计算系统的任务调度不仅率和频率来计算云计算系统的能耗;文献提出了基于数要满足用户对服务质量的要求,还要尽可能降低云计算系统任务执行的总能耗。云计算系统任务执行的总能耗由据中心服务转移的能耗控制框架;文献提出了基于的多目标能耗优化模型,它通过引入虚拟机的最小各个服务器执行能耗的和。服务器执行能耗是任务在服运行频率,将云计算系统中的虚拟资源分配问题建模为一务器上运行时产生的能耗,它随着服务器的执行功率和任务在服务器上执行时间的变化而变化。目前,云计算系统的个多目标优化模型并使用多目标进化算法求解该模型;文能耗优化方法可分为两大类:一类是基于针对硬实时服务模型和软实时服务模型,提出了基于的能量感知的虚拟机分配算法;文献建立了基于能耗优化方法,它通过降低基金项日:天津市高等学校科技发展基金.;天津财经大学预研项目.。作者简介:何丽一,女,博士,副教授,主要研究方向:服务、分布式计算;,男,博士,讲师,主要研究方向:分布式计算;赵富强计算机工程与应用多个数据中心的能耗计算模型,该模型通过跨数据中心的服务器执行能耗和任务调度服务转移来提高数据中心的能量消耗;文献提出了基于服务器能耗计算模型利用率的服务器能量消耗模型;文献提出了基于成服务器在运行状态的功率称为服务器的执行功率,服本驱动的虚拟机调度策略,实现了系统利益最大化的虚拟务器的执行功率与该服务器的峰值功率和的利用率机调度策略;文献提出了一种基于机器学习和能耗感知成正比。

服务器的执行功率一般在之间。对的任务调度算法,通过建立基于决策树和线性回归的机器任意一个服务器表示表示,执行任务时的利用率,将的执行功率计算公式描算法需要依赖相关任务的历史行为;文献提出了基于任务类型调度概率的云计算平台能耗优化管理方法;文献为服务器空闲功管理方法””。以上研究成果主要通过虚拟资源优化管理率与峰值功率的比值。当服务器处于执行状态时,其执行来降低云计算系统的运行能耗,没有根据不同的任务要求功率与的利用率成正比。服务器处于空闲状态时,其来调整任务调度策略。本文根据用户对任务截止时间的执行功率等于要求,提出了一种基于能耗优化的最早完成时间调度方服务器执行任务时产生的能耗称为服务器的执行能法。该调度方法首先选择在所有服务器上具有最早完成耗。服务器的执行能耗与服务器的执行功率和分配到该时间的任务,然后根据任务截止时间的紧迫程度,将其映射到相应的服务器上执行,在尽可能满足任务截止时间要服务器上的任务总数和每个任务的运行时间相关。假设求的情况下,将任务分配到执行能耗最小的服务器上执,,表示服务器在执行任务.时产生的执行能耗,则根行,以获得更好的能耗优化效果。据公式,可以将,.的计算模型描述为:问题描述云计算系统执行任务集合中所有任务产生的总能耗在由异构服务器组成的云计算系统中,由于同一任务等于各个服务器执行能耗的和。

云计算系统能耗优化的在不同服务器上的运行时间和服务器执行功率的不同,使目标是使系统在该任务集上产生的总能耗最小。根据式得同一任务在不同服务器上执行的计算性能和产生的能可以将云计算系统的能耗优化模型描述为:耗也会有所差别。服务器的执行能耗与服务器执行任务时的动态功率和任务在服务器上的执行时问密切相关云计算系统中任务和服务器的描述模型。假设云计算系统中配置了台异构服务器,则将服务器集合描述为.任务调度算法。对集合中的任意一个服务器在一个拥有台服务器和个任务的云计算机系统,。其中是服务器在尽可能满足任务截止时间要求的前提下,使系统在任务的编号,表示服务器拥有的个数,算法是一种经典的分布分别表示的峰值功率和空闲功率。式任务调度算法,它每次从任务队列中选择一个当前最小云计算系统中的任务集合用表示,将由个任务组任务,并将其映射到具有最早完成时间的服务器上执行,成的任务集描述为中的任务该算法能够获得较好的计算性能。云计算系统一般由多云计算调度系统,。其中,个异构服务器组成,不同服务器对任务的执行功率和响应是任务的编号,“表示,请求的数量,时间可能会不同,任务执行产生的系统能耗也可能不同。表示在单处理器上的估计运行时间,表示用户鉴于此,本文提出了一种基于能耗优化的最早完成时间任对,的截止时间要求。

务调度方法。该调度算法将能耗优化方法应用到为记录任务在不同服务器上的执行时间,建立矩阵任务调度算法中,它根据系统对任务截止时间要求的满足,的每一行表示一个任务,的每一列表示一个服程度,优先选择任务队列中的最短任务,并将其分配执行务器,对任一元素,其值是任务,在能耗最小的服务器上执行。当任务集合不为空时,每次从服务器上的执行时间。理论上每增加一个,服务器任务集中选择一个完成时间最小的任务执行,然后计算该每个时钟周期内执行的指令数可以增加一倍。因此,本文任务在每个服务器上的执行能耗,首先考虑将任务分配到.,的值定义为:执行能耗最小的服务器上执行,并计算任务在该服务器上的完成时间,如果完成时间能满足该任务的截止时间要求,本次任务调度结束,否则,使用调度策略,将当前任务映射到完成时间最小的服务器上执行。,.其他,.何俊,赵富强:一种基于能耗优化的云计算系统任务调度方法完成任务到服务器的映射为方便模型实现,在算法实现过程中,建立两个临时;将映射到上执行矩阵任务,每一列表示一台服务器。描述任务与服务器令『,其他情况令。矩阵肘描述服务器服务器,上执行,则等于上的完成时间。同时,为避免服务器出现过载现象,设置一个服务器负载上实验,当服务器负载大于时,暂不接收新任务。

服务的负载用,表示,将的计算模型描述为:进行仿真,在仿真昔实验中,数据中心中设置两种异构服务器模型,参数设置 见表。实验随机生成 个服务器和 个任务,随机抽 取其中的 和云计算系统提供的服务是一种有偿服务,需要满足用 户对任务服务质量的要求。本文以任务的完成截止时间 个任务建立 个任务 集合。实验中,两种服务器模型的峰值 功率分别设为和 ,空闲功率分别设为 来描述用户对任务服务质量的要求,并用 来统计调度 算法对任务集合中任务服务质量的违反情况。当一个任务的完成时间大于该任务的完成截止时间时,则认为违反 实验参数设置了当前任务的服务质量要求,令加 根据上述描述,将基于能耗优化的最早完成时间任务调度算法描述如下: 输入:服务器集合, ,任务集合,?,,任务在各个服务上执行时间矩 输出:系统总能耗和违背截止时间的任务比例 步骤:.初始化 表示的执行能耗 性能分析为验证基于能耗优化云计算系统任务调度算法在响; 应时间上的有效性,分别在上述 个任务集合上对本文算 算法、文献算法的计算性能进行比较了,具.不为空 体包括三种调度算法在各个任务集上的平均响应时间和 违背任务截止时间的百分比。一个任务的响应时间定义 //函数 返回 中完成时间最小的任务 任务集上所有任务响应时间的平均值。

调度算法在一个任务集上违反任务截止时间情况用/: 表示任务根据式 计算 集中的任务总数。 根据公式计算 三种调度算法在不同任务集上得到的平均响应时间“和违反任务截止时间情况如图 中,当任务数少于时,由于每台服务器上 的任务负载比较轻,任务分配到能耗较小的服务器上也能.够满足用户对 任务截止时间的要求,因此,本文算法会将 任务映射到能耗较小的服务器上执行。由于这类服务器 //函数 返回完成时间最小的服务器 通常具有较好的计算性能,能够获得比 较好的平均响应时 计算机工程与应用 问,而且,任务在服务器上等待的时间也会比较短,能够获 通过上述实验分析可知,随着任务集的增大,本文算 得较好的。随着任务集的增大,本文算法使用 法在平均响应时间和 上接近 算法,而在系统 调度策略将不能满足截止时间要求的任务映射到总能耗方面,本文算 法具有更明显的优势。 具有最早完成时间的服务器上执行。随着服务器任务负 载的增大,任务在服务器上等待的时间也会延长,使得违 结束语 反截止时间要求的任务数量增多,导致呈上升趋势。 本文针对传统任务调度算法存在的能耗浪费问题,利 但是,由于本文算法对不能满足截止时间要求的任务使用 用不同服务器执 行同一任务的执行功率和任务在不同服? 调度策略,所以,当任务集较大时,本 文算法在平 务器上运行时间的不同,建立了服务器的执行能耗模型, 均响应时间和 上比较接近 算法。

和基于服务器动态执行功率的云计 算系统能耗优化目标 模型,提出了基于能耗优化的最早完成时间任务调度策 本文算法 ?一文献 算法 略。该调度策略能够根据任务的截止时间要求和服务器 的执行能耗,尽可能将任务映射到执行能耗最小的服务器 有效降低云计算系统任务执行的总能耗。本文讨论了在现有系统资源配置的情况下,通过调整任务调度策略来降 低系统的任务执行能耗,没有考虑不同负载情况下的服务 器动态配置问题。接下来将从服务器动态配置和虚拟资 源优化管理的角度,研究针对负载变化的云计算系统资源 平均响应时问对比管理和能耗优化问题。 本文算法.. 文献算法 参考文献: 宋杰,李甜甜,闫振兴,等.一种云计算环境下的能效模型和度 量方法『 .软件学报, .史少锋,刘宴兵.云计算环境中虚拟资源分配优化策略研究【 图对比 通信学报,, 能耗分析.为验证本文算法能耗优化的有效性,在 个任务集上 别运行本文算法、算法和文献 算法,并计算在不 同任务集上系统执行任务产生的总能耗,结果如图所示。 //更低的执行能耗。并且,随着任务集的增大,本文算法在 本文算法会将更多任务映射到能耗较小的服务器上执行,因而获得了更好的能耗优化效果。

（编辑：52站长网）

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