[发明专利]一种基于图着色的容器协同编排方法

说明书

本发明公开了一种基于图着色的容器协同编排方法。所述方法包括：基于图着色的负载冲突避免规则，采用图论中的顶点着色方法，将容器服务映射为邻接矩阵，其意味着容器集的冲突避免的编排方案；通过引入心跳消息实现容器集群的性能监控，并根据实时监控情况，进行容器初始化协同放置；评估和计算在特定时间内服务的主导资源类型；设定资源枯竭预警阈值，并根据主导资源属性将容器迁移至最佳节点，最后终止原容器实例以释放资源。本发明方法通过协同考虑容器集群各节点的内存、CPU、网络I/O以及块I/O等资源异构性，解决容器调度中出现端口冲突、容器副本冲突、资源冲突等问题，保证容器放置的容错性和可靠性，从而提升了资源利用率与应用程序性能。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，更具体地，涉及一种基于图着色的容器协同编排方法。

背景技术

面对飞速发展的云计算应用需求，基于Hypervisor虚拟化技术的传统云计算系统已经暴露出性能和资源利用效率等方面的不足。鉴于虚拟机当前存在的资源管理效率问题，更灵活、更高效的容器技术成为云计算应用交付平台的发展趋势。容器技术主要包括容器运行、容器编排等技术。容器编排是指按顺序对单独容器化的组件进行组织，包括容器调度、集群管理和其他主机供应配置。在实际的云计算环境中，异构集群环境已趋于普遍。而当前关于容器编排策略的研究主要集中在启发式算法上，并没有考虑集群内服务的协同关系：如容器的放置应考虑节点内存、CPU、网络I/O等相关资源是否满足服务正常使用、容器副本以及其他易产生端口冲突的容器的放置问题、发生资源枯竭后容器的迁移是否影响到其他同一服务下的容器。为了改善异构集群环境中容器集群的资源利用率不高和应用程序性能不佳等问题，需要从容器协同编排策略对容器协同编排技术进行研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于图着色的容器协同编排方法，其目的在于通过协同综合考虑集群各节点的内存、CPU、网络I/O以及块I/O等资源异构性，采用图顶点着色映射容器负载冲突规则，解决在容器调度过程中出现端口冲突、容器副本冲突、资源冲突等负载冲突问题，保证容器放置的容错性和可靠性，从而提升资源利用率与应用程序性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于图着色的容器协同编排方法，包括下述内容：

(1)基于图着色的负载冲突避免规则：采用图论中的点着色方法，将容器间的关系映射为邻接矩阵，每一个可行的着色方案意味着容器集的一个避免冲突的编排方案，并用于容器负载自适应调整中；

(2)首先进行协同初始化资源放置：引入包含工作节点状态和容器资源使用情况的心跳消息(Heartbeat)实现容器集群性能监控，自动记录到数据表中并根据容器使用情况实时更新，最后根据记录的节点资源状态进行容器初始化协同放置。放置结束的集群处于暂时的稳态，随着各种类型应用的变化，其资源需求也处于不断变化中，因此需确定各时间段内服务的主导资源需求；

(3)服务主导资源动态评估：确定每种服务的主导资源需求，需要集群中的管理节点监控所有容器的资源使用情况，并按相关联的服务ID分组。假设服务s_l(s_l∈S)包含n个运行的容器，它们存储于集合中。假设集群中存在k种资源，由消耗的资源用集合表示，则其中每个属性表示单容器上的一类资源，即因此，可得S_l的平均资源消耗为：

在集群中，每一个工作节点的资源是有限的，因此我们假设单节点的资源上限是集群总资源上限是L＝{L¹,L²,…,L^k}。因为L可以由l_i计算得来，所以下式中可以由集群的总资源的百分比来表示：

根据上述分析，定义主导函数DOM(S_l)，其返回特定时间内服务S_l的主导资源需求类型，如下：