[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

说明书

技术领域

本发明属于计算机软件和云服务系统中任务调度和资源管理技术领域，涉及云计算平台中任务和资源调度方法。

背景技术

为了满足急剧增长的计算服务需求，云服务系统中的主机规模不断扩大。一个数据中心的主机数量就高达几万台，甚至几十万台。正常运行这些主机，云服务系统需要消耗大量的电能。据统计，从2005年到2010年全球数据中心的能耗提高了56％，占全球能耗的1.5％。对企业而言，高能耗就意味着高成本。另外，高能耗对生态环境产生较大的负面影响，因为使用煤矿发电会向空气中释放大量的废气。云服务系统的高能耗问题已经引起工业界和学术界的极大关注，并成为学术界研究的热点。

大量的研究表明，在云服务系统中，能够提高活跃主机资源的有效利用和减少电能消耗的有效途径是：在云服务系统负载下降的时候，动态整合虚拟机到尽可能少的主机上，然后关闭空闲的主机，以减少能量消耗。由于主机处于完全空闲的状态，功耗仍然是它最大功耗的50％以上，关闭空闲的主机就意味着减少大量的电能消耗。

但是，这种资源调度方法带来了另一个具有挑战性的问题：当云服务系统的负载突增时，在伸展虚拟机的过程中，创建新虚拟机或者先开启关闭的主机然后再创建虚拟机都需要一定的时间开销，使得某些任务不能及时开始，从而延误了它们的截止期。例如，一个在0s到达的新任务，它的执行时间是5s，假设它的截止期是执行时间的五倍(即25s)。启动主机的时间大概为30s，创建一台虚拟机的时间近似于启动一个操作系统的时间，大概是30s。当新任务到达后，启动一台主机，然后再创建一台新虚拟机来执行新到达任务，很明显，新到达任务的截止期将被延误。

一段时间内，云服务系统需要执行的任务集合可表示为T＝{t₁,t₂,…,t_n}，其中n为正整数。任意一个任务t_i∈T可表示为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的计算量(单位为Hz)，d_i为任务t_i的截止期。云服务系统中，主机的集合用H＝{h₁,h₂,…,h_m}表示，主机h_j∈H,1≤j≤m表示云服务系统中的第j台主机，m为正整数。另外，任意一台主机h_j∈H可描述为其中m_j、s_j、n_j和分别表示主机h_j的内存大小(GB)、硬盘大小(GB)、网络传输速度(Mb/s)和功耗(W)；表示主机h_j中CPU主频-电压对的离散集合，max为正整数，表示主机的主机主频-电压对的数量，其中表示主机h_j的第d对主频-电压，并且主机h_j∈H可同时运行一个虚拟机集合，表示为其中下标|VM_j|为可变的正整数，表示主机h_j上非应急虚拟机的个数；vm_jk∈VM_j,1≤k≤|VM_j|表示主机h_j上的第k台虚拟机；lvm_j为主机h_j上唯一的一台应急虚拟机。对于虚拟机vm_jk，符号c(vm_jk)、r(vm_jk)和n(vm_jk)分别表示分配给该虚拟机的CPU能力、内存和网络带宽。类似地，c(lvm_j)、r(lvm_j)和n(lvm_j)分别表示分配给应急虚拟机lvm_j的CPU能力、内存和网络带宽。