面向能耗優(yōu)化的云計算資源調度算法研究

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1、博士學位論文面向能耗優(yōu)化的云計算資源調度算法研究RESEARCHFORENERGY-OPTIMIZEDRESOURCESCHEDULINGALGORITHMINCLOUDCOMPUTING郝亮哈爾濱工業(yè)大學2015年5月國內(nèi)圖書分類號：TP393.2學校代碼：10213國際圖書分類號：004.7密級：公開工學博士學位論文面向能耗優(yōu)化的云計算資源調度算法研究博士研究生：郝亮導師：崔剛教授申請學位：工學博士學科：計算機系統(tǒng)結構所在單位：計算機科學與技術學院答辯日期：2015年5月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學DissertationfortheDoctoralDegr

2、eeinEngineeringRESEARCHFORENERGY-OPTIMIZEDRESOURCESCHEDULINGALGORITHMINCLOUDCOMPUTINGCandidate：LiangHaoSupervisor：Prof.CuiGangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ComputerArchitectureAffiliation：SchoolofComputerScienceandTechnologyDateofDefence：May,2015Degree-Confer

3、ring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要云計算正在變成一種流行的網(wǎng)絡計算模式，它可免去用戶復雜的計算過程，使企業(yè)等使用者不必再購買大量硬件設施，僅需通過應用程序界面即可獲得可觀的計算能力與服務資源。隨著云計算提供商在全球服務器數(shù)量的不斷增加，由此帶來的能耗問題逐漸引起人們的關注。目前在云計算資源調度研究中，能耗優(yōu)化問題很少被考慮，因此，本課題在云計算資源調度過程中，通過對系統(tǒng)資源與任務調度進行重新分配，提出了資源調度算法以優(yōu)化能耗。首先，介紹了課題的研究背景和意義，對云計算系統(tǒng)進行了深入研究，總結了現(xiàn)有國內(nèi)

4、外的主要云系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀。對云計算服務類、服務功能和實現(xiàn)機制進行了系統(tǒng)研究，進而分別從任務層、資源調度層、虛擬資源層和物理鏈路層進行分析，設計了面向能耗優(yōu)化的云計算資源調度框架。深入分析了云計算資源調度與能耗優(yōu)化的相關研究進展，提出了存在問題與解決思路。其次，在設計的面向能耗優(yōu)化的云計算資源調度框架的基礎上，深入分析了云系統(tǒng)中隨機任務的資源調度時間與功率、能耗優(yōu)化的資源調度策略等，提出了云計算問題模型。在隨機任務規(guī)模較小時，提出了基于云計算時間預測的資源調度能耗優(yōu)化模型，進行了云系統(tǒng)資源調度過程中低利用率時能耗的優(yōu)化。根據(jù)所提模型設計了基于時間預測的資源調度算法，

5、提出了時間預測因子以實時調節(jié)每次預測時間的準確率，提出了歷史時間槽算法來存儲與更新時間節(jié)點，并通過實驗驗證了模型的正確性。實驗表明，在隨機任務量較少時，該調度算法可以有效地節(jié)省云系統(tǒng)低利用率時浪費的能耗。再次，在云計算系統(tǒng)中的隨機任務規(guī)模較大時，提出了基于任務忍耐值的資源調度算法以優(yōu)化云系統(tǒng)能耗。研究了云系統(tǒng)中執(zhí)行任務的情況，引出了松弛時間概念，定義了任務超時忍耐函數(shù)，通過調整任務分配資源以減少任務等待時間；根據(jù)任務的當前網(wǎng)絡重要等級、任務在云系統(tǒng)的執(zhí)行時間長短等參數(shù)計算出任務超時忍耐值的大?。惶岢隽嘶谠朴嬎闳蝿杖棠椭档馁Y源調度能耗優(yōu)化模型，設計了資源調度算法

6、以優(yōu)化云系統(tǒng)能耗，對各算法性能對比后，證明了所提算法更好地優(yōu)化了云系統(tǒng)的能耗。此外，在云系統(tǒng)隨機任務規(guī)模適中時，為避免由于任務與資源的不相關性而浪費過多能耗以及由此導致的數(shù)據(jù)中心間任務數(shù)據(jù)傳輸能耗的浪費，本課題研究了云數(shù)據(jù)中心之間的的資源相關性，提出了任務調度過程中的資源相關性概念。通過計算資源相關性的大小實現(xiàn)任務調度，設計了基于資源相關性的云計算調度模型，使任務調度所產(chǎn)生的能耗隨資源相關性的提高而減少，提出了-I-哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文基于資源相關性的云計算資源調度算法以優(yōu)化傳輸過程中產(chǎn)生的能耗。實驗結果證明了本算法有效地優(yōu)化了云系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗并提高了

7、系統(tǒng)效率。最后，在隨機任務規(guī)模不同情況下，對云計算資源調度過程中可能產(chǎn)生的成本進行了約束，在世界時區(qū)的特性可能產(chǎn)生不同電價、網(wǎng)絡帶寬、負載程度的研究基礎上，提出了世界動態(tài)時區(qū)性電價，進而提出了基于以執(zhí)行成本為約束條件的云系統(tǒng)資源調度能耗優(yōu)化模型，在資源調度過程中，利用負載程度、電價等因素優(yōu)化云系統(tǒng)能耗。在該模型中，設計了任務分層策略以實現(xiàn)任務能耗分層，提出了云系統(tǒng)自適應資源匹配調度算法，在完成調度過程的約束條件后進行系統(tǒng)資源利用率等因素判定，實現(xiàn)對已設計的調度算法的合理選擇與切換，基于此提出了成本約束的能耗優(yōu)化的調度算法。實驗結果表明所提出的算法在優(yōu)化能耗的同時

8、，實現(xiàn)了服務成本的降低。