[发明专利]虚拟化云中机器启动时间感知的实时任务与资源调度方法

权利要求书

1.一种虚拟化云中机器启动时间感知的实时任务与资源调度方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，初始化：

1.1设置等待执行任务集合WT为空，即

1.2令活跃主机的集合为H_a，令关闭主机的集合为H_o；

1.2.1令j＝1；

1.2.2如果j＞m，m为主机数量，m为正整数，转第二步；否则，执行第1.2.3步；

1.2.3如果则H_a＝H_a∪h_j；如果则H_o＝H_o∪h_j；若表示主机h_j在时刻t处于活跃状态，表示主机h_j在时刻t处于关闭状态；主机h_j∈H,1≤j≤m，表示云服务系统中的第j台主机，主机的集合H＝{h₁,h₂,…,h_m}；

1.2.4j＝j+1，执行第1.2.2步；

第二步，当新任务动态到达后，更新系统的状态：

2.1将新到达任务加入到等待执行任务集合中，即WT＝WT∪T_new，其中，表示新到达的任务集合，其中|T_new|为新到达任务的数量，t_i'∈T_new,1≤i≤|T_new|，为新到达任务集合中的编号为i的任务；

2.2取消等待执行任务与虚拟机之间的映射关系，即令x_i,jk＝0,映射任务t_i到非应急虚拟机vm_jk表示让非应急虚拟机vm_jk执行任务t_i；变量x_i,jk表示任务t_i是否被分配到非应急虚拟机vm_jk，如果任务t_i被分配到非应急虚拟机vm_jk，则x_i,jk＝1，如果任务t_i没有被分配到非应急虚拟机vm_jk，则x_i,jk＝0；任意一个任务t_i表示为t_i＝{a_i,l_i,d_i},1≤i≤n，其中a_i为任务t_i的到达时间，l_i为任务t_i的执行长度，单位为Hz，d_i为任务t_i的截止期，n为正整数；

2.3更新每台非应急虚拟机vm_jk的就绪时间rt_jk，如果非应急虚拟机vm_jk正在执行某个任务，vm_jk的就绪时间就是虚拟机完成正在执行任务的时间；如果非应急虚拟机vm_jk处于空闲状态，vm_jk的就绪时间为当前时间；

2.4更新每台活跃主机h_j上应急虚拟机lvm_j的CPU频率分配，h_j∈H_a；

第三步，按任务截止期最早优先的顺序，从WT中选出截止期d_i最早的任务t_i；

第四步，将任务t_i分配到可用的非应急虚拟机上，方法是：

4.1令selVmSet为一个虚拟机集合，初始化为minFt为一个变量，初始化为minFt＝+∞；

4.2令j＝1；|H_a|表示活跃主机的数量；

4.3如果j＞|H_a|，则转第4.4步；否则，执行第4.3.1步；

4.3.1令k＝1；|VM_j|表示主机h_j上非应急虚拟机的数量；

4.3.2如果k＞|VM_j|，则j＝j+1，转第4.3步；否则，执行第4.3.3步；

4.3.3计算任务t_i在虚拟机vm_jk上的完成时间ft_i,jk，计算公式如下：

其中，为任务t_i在虚拟机vm_jk上的执行时间；

4.3.4如果任务t_i在虚拟机vm_jk上的完成时间ft_i,jk满足ft_i,jk＜minFt，那么，清空虚拟机集合selVmSet即令并将虚拟机vm_jk加入到selVmSet中；令minFt＝ft_i,jk；k＝k+1，转第4.3.2步；

4.4如果任务t_i的最小完成时间满足它的时效性要求即minFt≤d_i，取出虚拟机集合selVmSet中的虚拟机，记为selVm；

4.5将任务t_i映射到虚拟机selVm上即令x_i,jk＝1，同时更新虚拟机selVm的就绪时间rt_jk为rt_jk＝minFt，转第八步；否则，执行第五步；

第五步，增加一台新虚拟机，并分配任务t_i到新增加的虚拟机上，方法是：

5.1确定新增加虚拟机的CPU频率f_new，计算公式如下：

其中，l_i和d_i分别表示任务t_i的执行长度和截止期；ct为当前时刻；ct(vm)为创建虚拟机的时间延迟；

5.2令selHostSet为一个主机集合，初始化为minRemFre为一个变量，初始化为minRemFre＝+∞；

5.3寻找一台剩余资源大于f_new的活跃主机：

5.3.1令j＝1；

5.3.2如果j＞|H_a|，|H_a|表示活跃主机的数量，转第5.4步；否则，执行第5.3.3步；

5.3.3计算主机的剩余资源rf_j，如下所示：

其中，表示主机h_j的最大频率；和c(lvm_j)分别表示非应急虚拟机集合和应急虚拟机使用的CPU频率；

5.3.4如果主机的剩余资源rf_j大于新增加虚拟机的CPU频率f_new，且主机的剩余资源rf_j小于minRemFre，即(f_new＜rf_j)&(rf_j＜minRemFre)，则清空主机集合selHostSet，然后将主机h_j加入到selHostSet，令minRemFre＝rf_j，更新j＝j+1，转到第5.3.2步；

5.4如果选择的主机集合selHostSet为非空，即执行第5.5步；否则，执行第5.6步；

5.5创建新虚拟机，并映射任务t_i到新虚拟机，转第八步；

5.6确定新增加虚拟机的CPU频率f_new，计算公式如下：

其中，l_i和d_i分别表示任务t_i的执行长度和截止期；ct为当前时刻；ct(vm)为创建虚拟机的时间延迟；st(host)为启动主机的时间延迟；

5.7启动一台关闭的主机，然后创建一台新虚拟机：

5.7.1令j＝1；

5.7.2如果j＞|H_o|，|H_o|表示关闭主机的数量，转第六步；否则，转第5.7.3步；

5.7.3如果主机h_j的最大CPU频率小于新增加虚拟机的CPU频率需求f_new，即则j＝j+1，转第5.7.2步；否则，执行第5.7.4步；

5.7.4启动关闭的主机h_j；

5.7.5将主机h_j加入到活跃主机集合H_a中，即H_a＝H_a∪h_j；同时，将主机h_j从关闭主机集合H_o中移除；

5.7.6在主机h_j上创建一台CPU频率为f_new的虚拟机，记为vm_jk；

5.7.7在主机h_j上创建一台CPU频率为0的应急虚拟机lvm_j；

5.7.8将新建的非应急虚拟机vm_jk加入到可用非应急虚拟机集合AVM中；

5.7.9将任务t_i映射到新非应急虚拟机vm_jk；

5.7.10更新非应急虚拟机vm_jk的就绪时间rt_jk，即rt_jk＝d_i，转第八步；

第六步，将任务t_i分配到应急虚拟机上，方法如下：

6.1确定应急虚拟机的最小CPU频率f_lash-up，计算公式如下：

其中，l_i和d_i分别表示任务t_i的执行长度和截止期；ct为当前时刻；

6.2使用主机的剩余资源来增加应急虚拟机的CPU频率，然后将任务映射到应急虚拟机上：

6.2.1令j＝1；

6.2.2如果j＞|H_a|，|H_a|为活跃主机的数量，转第6.3步；否则，转第6.2.3步；

6.2.3如果主机h_j上的应急虚拟机lvm_j为空闲，即c(lvm_j)＝0，执行第6.2.4步；否则，更新j＝j+1，转回第6.2.2步；

6.2.4如果主机h_j的剩余CPU频率rf_j不小于应急虚拟机的最小CPU频率f_lash-up，即rf_j≥f_lash-up，执行第6.2.5步；否则，更新j＝j+1，转回第6.2.2步；

6.2.5将主机h_j的剩余CPU频率rf_j分配给应急虚拟机lvm_j，即c(lvm_j)＝rf_j,rf_j＝0；

6.2.6将任务t_i映射到应急虚拟机lvm_j上，转第八步；

6.3转移非应急虚拟机的CPU频率到应急虚拟机，然后将任务映射到应急虚拟机上：

6.3.1令j＝1；

6.3.2如果j＞|H_a|，转第6.4步；否则，转第6.3.3步；

6.3.3如果主机h_j上的应急虚拟机lvm_j为空闲，即c(lvm_j)＝0，执行第6.3.4步；否则，更新j＝j+1，转回第6.3.2步；

6.3.4令k＝1；

6.3.4.1如果k＞|VM_j|，|VM_j|为主机上非应急虚拟机数量，更新j＝j+1，转第6.3.2步；否则，执行第6.3.4.2步；

6.3.4.2如果非应急虚拟机vm_jk的CPU频率满足c(vm_jk)≥f_lash-up，执行第6.3.4.3步；否则，更新k＝k+1，转回第6.3.4.1步；

6.3.4.3令MT_jk为映射到非应急虚拟机vm_jk的任务集合；

6.3.4.4如果MT_jk中每个任务t_i'的截止期与完成时间之差不小于l_i/c(vm_jk)，即d_i'-ft_i',jk≥l_i/c(vm_jk),执行第6.3.4.5步；否则，更新k＝k+1，转回第6.3.4.1步；

6.3.4.5转移非应急虚拟机vm_jk的CPU频率给应急虚拟机lvm_j，即c(lvm_j)＝c(vm_jk),c(vm_jk)＝0；

6.3.4.6将任务t_i映射到应急虚拟机lvm_j上，转第八步；

6.4转移非应急虚拟机的CPU频率到应急虚拟机，然后将任务映射到应急虚拟机，接着启动一台关闭的主机，并将非应急虚拟机迁移到新启动的主机上：

6.4.1令j＝1；

6.4.2如果j＞|H_a|，则转第七步；否则，执行第6.4.3步；

6.4.3如果主机h_j上的应急虚拟机lvm_j为空闲，即c(lvm_j)＝0，执行第6.4.4步；否则，更新j＝j+1，转回第6.4.2步；

6.4.4令k＝1；|VM_j|为主机上非应急虚拟机数量；

6.4.4.1如果k＞|VM_j|，更新j＝j+1，则转到第6.4.2步；否则，执行第6.4.4.2步；

6.4.4.2如果非应急虚拟机vm_jk的CPU频率满足c(vm_jk)≥f_lash-up，执行第6.4.4.3步；否则，更新k＝k+1，转回第6.4.4.1步；

6.4.4.3令MT_jk表示映射到非应急虚拟机vm_jk的任务集合；

6.4.4.4如果MT_jk中每个任务的截止期与完成时间之差满足d_i-ft_i,jk≥st(host)+mt(vm_jk),st(host)和mt(vm_jk)分别表示启动主机和迁移虚拟机的时间，执行第6.4.4.5步；否则，更新j＝j+1，转到第6.4.2步；

6.4.4.5转移非应急虚拟机vm_jk的CPU频率给应急虚拟机lvm_j，即c(lvm_j)＝c(vm_jk),c(vm_jk)＝0；

6.4.4.6将任务t_i映射到应急虚拟机lvm_j上；

6.4.4.7启动一台最大CPU频率大于c(lvm_j)的关闭主机h_j；

6.4.4.8迁移非应急虚拟机vm_jk到刚启动的主机h_j上；

6.4.4.9配置虚拟机vm_jk的CPU频率为c(vm_jk)＝c(lvm_j)；

6.4.4.10在主机h_j上创建一台CPU频率为0的应急虚拟机lvm_j；

6.4.4.11将主机h_j加入到活跃主机集合H_a中，即H_a＝H_a∪h_j；同时，将主机从关闭主机集合H_o中移除，即H_o＝H_o-h_j；

6.4.4.12转第八步；

第七步，如果任务t_i没有被映射到任何一台虚拟机上，则拒绝任务t_i，即WT＝WT-{t_i}；

第八步，如果待分配任务集合WT中存在未调度任务，则转第三步；否则，执行第九步；

第九步，结束。