虛擬實(shí)驗(yàn)室中云平臺(tái)資源均衡調(diào)度方法

王曙霞+焦家林+黃志武

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷普及到各行各業(yè)，云資源也成為人們關(guān)注的重點(diǎn)話題，云資源來(lái)源渠道多樣，數(shù)量龐大，對(duì)其進(jìn)行均衡調(diào)度一直極為復(fù)雜。利用虛擬實(shí)驗(yàn)室研究了云平臺(tái)資源的均衡調(diào)度方法，建立了云平臺(tái)資源均衡系統(tǒng)模型，給出了均衡調(diào)度算法，通過(guò)所建立的模型和給出的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)云平臺(tái)資源的均衡調(diào)度，利用仿真實(shí)驗(yàn)證明方法的可行性。通過(guò)研究證明此種方法能夠有效均衡地調(diào)度云平臺(tái)中的資源，提高資源利用率，同時(shí)加強(qiáng)負(fù)載均衡穩(wěn)定性，具有極好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室；云平臺(tái)；資源調(diào)度

中圖分類號(hào)TP3.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）29-0172-02

Abstract： With the continuous popularization of computer technology to all walks of life， cloud resources have also become a key topic of attention. The source channels of cloud resources are diverse and large， and the balanced scheduling of them has been extremely complex. Using virtual laboratory studies the balance of the cloud resource scheduling method， cloud platform resource equilibrium system model is established， balance scheduling algorithm is given， and through the established model and algorithm to realize the equilibrium of cloud resources scheduling， using simulation experiments prove the feasibility of method. It is proved that this method can effectively balance the resources in the cloud platform， improve the utilization rate of resources， and enhance the stability of load balancing.

Key words： virtual laboratory； Cloud platform； Resource scheduling

隨著科學(xué)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷滲透到各個(gè)領(lǐng)域，伴隨計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的各種業(yè)務(wù)也愈加成熟。云平臺(tái)（cloud platforms）是隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展被提出的一種服務(wù)平臺(tái)，云平臺(tái)支持開(kāi)發(fā)者將已經(jīng)編輯好的程序放置到“云環(huán)境”中進(jìn)行運(yùn)算，也能為使用者提供“云環(huán)境”中的服務(wù)，這種新興服務(wù)平臺(tái)能夠最大程度幫助用戶利用互聯(lián)網(wǎng)中的資源完成各種任務(wù)，而且在任何時(shí)間和任何空間都能使用，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α＝陙?lái)互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)云平臺(tái)提出了更高的要求，云平臺(tái)必須要擁有大量提供并發(fā)訪問(wèn)服務(wù)的能力。云平臺(tái)中負(fù)載豐富的資源，如何均衡調(diào)度這些資源成為目前亟待解決的問(wèn)題[1]。

鑒于上述所言，本文利用虛擬實(shí)驗(yàn)室研究了云平臺(tái)資源的均衡調(diào)度方法，首先建立了云平臺(tái)資源均衡系統(tǒng)模型，然后通過(guò)建立的云平臺(tái)資源均衡調(diào)度模型實(shí)現(xiàn)對(duì)云平臺(tái)資源的均衡調(diào)度，最后利用仿真實(shí)驗(yàn)證明方法的可行性。實(shí)驗(yàn)證明：本文給出的方法能夠有效均衡地調(diào)度云平臺(tái)中的資源，提高資源利用率，同時(shí)加強(qiáng)負(fù)載均衡穩(wěn)定性。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)室中云平臺(tái)資源均衡調(diào)度模型

首先在所建立的虛擬實(shí)驗(yàn)室中設(shè)置云平臺(tái)，然后對(duì)云平臺(tái)上各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載信息進(jìn)行全面的搜集，記錄出搜集到節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀態(tài)，進(jìn)而將其分類，判斷節(jié)點(diǎn)樣本的負(fù)載特性，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)樣本的負(fù)載特征值，通過(guò)傳輸包將計(jì)算的節(jié)點(diǎn)負(fù)載特征結(jié)果傳送到根部節(jié)點(diǎn)，從而促進(jìn)根部節(jié)點(diǎn)能夠及時(shí)反饋出各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的任務(wù)要求，虛擬實(shí)驗(yàn)室中云平臺(tái)資源均衡系統(tǒng)模型如下圖1所示[2]：

虛擬實(shí)驗(yàn)室云平臺(tái)資源調(diào)度模型建立過(guò)程如下：首先計(jì)算出云平臺(tái)節(jié)點(diǎn)整體負(fù)載值，計(jì)算公式如下：

公式（1）中，代表云平臺(tái)下的節(jié)點(diǎn)，表示節(jié)點(diǎn)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的整體負(fù)載情況，表示在云平臺(tái)下的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行任務(wù)數(shù)，通過(guò)上述公式計(jì)算出CPU的負(fù)載特征值。在計(jì)算出整體負(fù)載值后，要對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下所示：

公式（2）中，代表云平臺(tái)下各個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)載空間，代表樣本的先驗(yàn)概率，代表樣本的后驗(yàn)概率，通過(guò)公式（2）能夠有效計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載值。

當(dāng)計(jì)算出云平臺(tái)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載值后，可以根據(jù)公式（3）計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行的任務(wù)[3]：

公式（3）代表，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于空閑狀態(tài)時(shí)，子節(jié)點(diǎn)任務(wù)請(qǐng)求為1，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于正常狀態(tài)時(shí)，子節(jié)點(diǎn)任務(wù)請(qǐng)求為2，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于超載狀態(tài)時(shí)，子節(jié)點(diǎn)任務(wù)請(qǐng)求為3。根據(jù)公式（1）、公式（2）和公式（3）能夠在虛擬實(shí)驗(yàn)室中建立云平臺(tái)資源均衡系統(tǒng)模型。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)室中云平臺(tái)資源均衡調(diào)度方法的實(shí)現(xiàn)

在建立資源均衡系統(tǒng)模型后，可根據(jù)資源均衡系統(tǒng)原理對(duì)云平臺(tái)資源進(jìn)行均衡調(diào)度，通過(guò)云平臺(tái)資源均衡調(diào)度模型計(jì)算出調(diào)度過(guò)程需要花費(fèi)的時(shí)間，產(chǎn)生的費(fèi)用以及涉及的安全函數(shù)等。虛擬實(shí)驗(yàn)室中云平臺(tái)資源均衡調(diào)度模型如下圖2所示：

根據(jù)圖2所建立的均衡調(diào)度模型實(shí)現(xiàn)云資源的調(diào)度，調(diào)度過(guò)程如下[4]。

在云平臺(tái)資源均衡調(diào)度過(guò)程中，設(shè)計(jì)云平臺(tái)數(shù)據(jù)異構(gòu)集合群，并對(duì)計(jì)算矩陣的值進(jìn)行計(jì)算，從而定義遷移虛擬實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)物理節(jié)點(diǎn)，判斷節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行方式。計(jì)算過(guò)程如公式（4）所示：endprint

公式（4）中，表示云平臺(tái)的物理節(jié)點(diǎn)，代表節(jié)點(diǎn)類型，表示計(jì)算數(shù)量，代表物理節(jié)點(diǎn)的荷載。在計(jì)算出物理節(jié)點(diǎn)的荷載值后，進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度過(guò)程根據(jù)公式（5）進(jìn)行：

公式（5）中，代表云平臺(tái)在空閑狀態(tài)下的調(diào)度能力，代表云平臺(tái)在正常狀態(tài)下的調(diào)度能力，代表云平臺(tái)在過(guò)載狀態(tài)下的調(diào)度能力。表示相對(duì)負(fù)載差值，代表物理負(fù)載閾值，、代表不同物理節(jié)點(diǎn)的采集周期，代表處理能力的量化值，代表調(diào)度能力的最大值，、、表示虛擬目標(biāo)值，表示在空閑狀態(tài)下的最大調(diào)度能力，表示在正常狀態(tài)下的最大調(diào)度能力，表示在超載狀態(tài)下的最大調(diào)度能力，根據(jù)上述公式和調(diào)度模型從而實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)資源均衡調(diào)度。

3 仿真證明

根據(jù)上述在虛擬實(shí)驗(yàn)室中建立的模型和給出的算法能夠?qū)崿F(xiàn)云平臺(tái)資源的均衡調(diào)度，為了證明方法的可操作性，參考傳統(tǒng)的資源調(diào)度方法設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)。參數(shù)設(shè)定如下：在0～100之間，分別為1、2、3、4，為固定值。根據(jù)上述設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3所示[5]：

分析圖3可知，雖然隨著時(shí)間的增加，兩種方法的調(diào)度能力都在不斷增，但是本文給出的均衡調(diào)度方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)調(diào)度方法，且越到后期調(diào)度能力越強(qiáng)，而傳統(tǒng)方法到后期調(diào)度能力上升程度較小。

傳統(tǒng)方法雖然能夠?qū)υ破脚_(tái)資源進(jìn)行均衡調(diào)度，但是不具備建立云平臺(tái)資源負(fù)載均衡模型的能力，因此無(wú)法計(jì)算調(diào)度過(guò)程中需要使用的各種參數(shù)，調(diào)度耗時(shí)長(zhǎng)，調(diào)度結(jié)果差，本文設(shè)計(jì)的方法在建立虛擬實(shí)驗(yàn)室中云平臺(tái)資源均衡系統(tǒng)模型上實(shí)現(xiàn)，能夠有效計(jì)算出調(diào)度過(guò)程可能涉及的各種參數(shù)，并且給出準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，耗時(shí)短，工作效率高，是未來(lái)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的探討分析可以了解到，如今計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)不斷普及到各行各業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域之中，計(jì)算機(jī)的發(fā)展帶動(dòng)云資源的發(fā)展，云資源來(lái)源渠道多樣，數(shù)量龐大，一直以來(lái)科學(xué)家都在尋找對(duì)其進(jìn)行均衡調(diào)度的方法，但是收效甚微。本文利用虛擬實(shí)驗(yàn)室研究了云平臺(tái)資源的均衡調(diào)度方法，首先建立了云平臺(tái)資源均衡系統(tǒng)模型，給出了均衡調(diào)度算法，通過(guò)所建立的模型和給出的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)云平臺(tái)資源的均衡調(diào)度，最后利用仿真實(shí)驗(yàn)證明方法的可行性。通過(guò)本文的研究證明此種方法能夠有效均衡地調(diào)度云平臺(tái)中的資源，提高資源利用率，同時(shí)加強(qiáng)負(fù)載均衡穩(wěn)定性，是未來(lái)調(diào)度云資源的必然發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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