[发明专利]一种多QoS约束的云存储任务调度法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种多QoS约束的云存储任务调度法。

背景技术

当前的云存储服务通过互联网给用户提供服务，主要有网络硬盘、在线存储和在线备份等。随着移动互联网和物联网的快速发展，导致云中数据量巨大，在面对云存储这样一个具有大规模、复杂体系结构的系统的时候，如何合理的、高效的利用系统中的各种资源，为用户提供满足其QoS(服务质量)约束需求的服务，并兼顾考虑系统的资源利用率、负载均衡度等，就成为人们关心的重要问题之一。云存储系统中的资源是隶属于不同的组织与机构的，有着不同的资源管理策略，加之系统的异构性、动态性、分布性、共享性和自治性等特征，使得跨域的资源管理与任务调度成为一项非常复杂和极具挑战性的工作，服务质量的好坏，系统效率的高度等都直接关系到系统的整体性能。在任务的调度过程中，不仅要考虑到用户任务需求的多样性，还需要考虑系统资源的复杂构成。用户任务对资源可以有诸如CPU性能、系统安全策略、存储空间、网络带宽、任务执行时间及某些特殊资源等基本需要，而这些需求，其级别是各不相同的，对任务调度的影响也是千差万别的。其中的一些硬性约束条件是必须达到的，它们会对任务调度起到决定性的作用，系统资源如果达不到约束条件的要求，就不应该将该任务指派到该资源上去执行。而对于非硬性约束条件，其对调度的影响比较弱，只会对调度结果产生影响，对于这类约束条件就只需要尽量满足。只有满足所有硬性约束条件的资源，对于用户任务来讲才是有效的资源提供者，才可以将其作为用户任务的备选资源；而仅仅满足非硬性约束条件的资源，就只能作为较优资源，作为备选资源的后继选择方案。

云存储环境下的任务调度问题已经被证明是一个非常困难的NP问题，即使是在最简单的假设情况之下。目前关于云存储环境下的任务调度问题，国内外都已经有很多研究成果，出现了很多比较经典的任务调度算法。然而，传统的任务调度算法一般都是以任务的最短完成时间作为算法的目标，而在系统环境中，每个用户期望达到的目标、利益以及用户自身的行为都是很复杂的，并不会是一些单一的要求。对于用户，也不是所有任务都是以最短完成时间为目标的，部分用户也许会要求自己提交的任务在最短的时间内完成，而有的用户却只是希望自己的任务可以在一段时间内完成即可，并给出了一个任务完成的时间期限，任务只要在规定的时间期限内被完成，用户就会很满意。如果这些用户任务的时间完成期限比较长，就可以考虑将该任务分配到性能低一些的资源上去执行，而首先去执行那些用户完成时间期限短的任务，这样就可以保证所有系统用户的利益。

更加重要的是，云存储系统涉及到的实体众多，如系统用户、系统资源管理者、虚拟组织管理者等等。对于不同的实体，其在资源管理策略、安全策略、费用、可信度等方面的QoS约束目标都不相同，甚至是相互对抗、抵触的。单就系统用户来讲，不同用户所提交的任务的要求也不一致，有的倾向于任务完成时间，有的倾向于任务的完成费用，有的倾向于任务被执行期间的可靠性与安全性等等。可见，在任务调度策略中仅仅考虑任务的最短完成时间是显然不够的，需要加入QoS约束，否则，即使得到了最短完成时间也是没有实际价值的。

云存储系统的核心价值在于，将系统中的所有资源共享以便用户使用，用户并不关心系统底层的物理资源的结构、资源的调度与分配策略，资源使用对于用户来讲就是透明的。由于在云存储系统中涉及到诸多实体，如：系统用户、资源拥有者、系统管理者等，他们对于资源的管理机制、服务费用、安全性、响应时间等QoS约束都有着不同的期望值，在某些时候，这些期望值甚至是相互对抗、抵触的。QoS作为一种综合性的指标，反映了用户对于所提供服务的满意程度，因此，有必要对系统环境中的QoS约束进行分析，以期在任务调度的时候能够尽量实现不同实体之间对于QoS约束的期望。

由于QoS约束在不同的层次结构中表现为不同的状态，我们根据相关参考文献，把系统QoS大体上可以分为：应用服务层、虚拟组织(Virtual Organization，VO)层和资源设备层三层，如图1所示。

图1中应用服务层处于QoS层次结构模型的最顶层。用户应用被系统分配到最适合其所提交的任务完成的系统资源上去，以实现应用的预期QoS约束水平。

虚拟组织层(VO)在整个QoS层级结构模型中，起到了承上启下的作用，其所具有的QoS约束是应用服务层QoS约束的映射，用户应用中提出的QoS约束被映射到具体的某一类系统QoS约束上去，并对底层中相似的QoS约束进行归类。虚拟组织层不仅有效降低了低层QoS约束的复杂性，还起到了屏蔽物理资源异构性的作用。