[发明专利]一种高效的云市场弹性期限计算资源拍卖机制

说明书

技术领域

本发明属于云计算领域，尤其涉及一种高效的云市场弹性期限计算资源拍卖机制。

背景技术

云计算的出现为用户提供了快速的资源按需分配，例如CPU、RAM及磁盘存储器的资源分配。在过去的数十年里，两种云平台在互联网上蓬勃发展，第一种是大规模互联网数据中心，如AmazonEC2、微软Azure和Linode这些可以管理共享资源池的云平台；第二种是托管数据中心，通常位于大城市，物理位置相同的不同用户使用的相对较小的云资源，托管数据中心共同管理这些云资源且为用户提供服务。

虚拟技术把云产商的资源收集到一起，打包成各种不同类型的虚拟机，再分配给云用户。比如，AmazonEC2目前提供7类共23种不同类型的虚拟机，每种虚拟机都有自己的优势且针对不同的作业。通常，大型的计算作业需要多个虚拟机实例合作进行。比如，社交游戏和企业应用通常由前段web服务器层、负载均衡层及后端数据存储层组成，每层适用于在特定类型的资源，如带宽、CPU或者存储充足的虚拟机上执行作业。

云计算作业可根据计算需求是否有弹性分为两类。非弹性云作业，如大规模web服务将云服务作为公共设施，要求租用的虚拟机一直运行且适应可能的作业大小变化。这些云作业与电网中需要不间断电能供应的用户类似。弹性云作业，如大数据分析和谷歌数据爬取处理通常是批处理，它们需要特定的计算作业能在虚拟机不是一直开启的情况下完成，并且可以容忍作业完成过程中特定级别的延迟。这些用户与电网中需要定量能源来处理提供的作业但时间窗灵活的能源用户相似。

现有的云计算市场机制，特别是拍卖机制中已有针对非弹性云作业的机制。在只有一轮的云资源拍卖或在线云资源拍卖中，一旦某个投标中标，相对应的虚拟机的服务时间窗口就确定了，即服务时间要么是本轮，要么是投标中要求的时间段。这种拍卖算法不需要考虑接受的作业的完成顺序。与之形成鲜明对比的是，一个设计优良的弹性云作业市场机制不仅需要考虑是否接受投标，也要注意在投标中的时限信息的基础上考虑何时执行投标中的作业。例如，假设有一个云用户(投标者)为人类染色体组分析作业竞拍虚拟机资源，这个作业在有特定虚拟机的情况下可以在3小时内完成，但只要在接下来的24小时内拍卖商能分配计算资源完成这一作业用户就能满意，这24小时就是我们所说的弹性期限(soft deadline)。弹性期限在时间上给作业调度留下了充足的空间，一个好的拍卖算法如果能充分利用这一点，就可以达到资源利用和社会效益(拍卖商的效益与中标的投标者的效益之和)最大化。比如，可以在弹性期限内选择需求低的时段执行该用户的作业。

但由于即使每个投标者都是诚实的(即用自己对计算资源的真实估价进行投标)，计算社会效益(social welfare)最大的方案也是一个属于NP-hard的整数线性规划问题(integer linear program，ILP)，而传统线性规划又无法模拟及解决弹性期限问题。再加上还需要拍卖是在线的，即可以即时处理所有的投标，又增加了问题的难度。所以目前，还没有针对弹性期限的云计算资源在线拍卖机制既在计算上高效，又能达到较高社会效益且保证拍卖的诚实性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效的云市场弹性期限计算资源拍卖机制。先通过使用posted pricing拍卖框架保证诚实性，再通过紧凑指数型整数线性规划和dual oracles处理弹性期限约束问题。最后，通过使用基于线性规划对偶的经典原始对偶算法，达到最优社会效益。

本发明所采用的技术方案是：

一种高效的云市场弹性期限计算资源拍卖机制，其特征在于，包括：

云数据中心：云数据中心的资源池中有K种资源，资源能够动态地分配到不同类型的虚拟机中；

虚拟机：设置在资源池中，第k种类型的虚拟机一共有c_k个单位；[X]代表整数集{1,2,...,X}；

云服务供应商：作为拍卖商，以拍卖的方式向用户出租虚拟机；用户的投标在大的时间跨度{1,2,...,T}上随机地出现；

其中，多个投标会同时到来或者以随机的次序到来；令有I个用户参与拍卖，每个用户需要多个类型的虚拟机，且会提交多个投标，将投标总数记为J；

具体拍卖步骤如下：