[发明专利]一种最小化异构私有云计算资源能耗的变频方法

说明书

本发明公开了一种最小化异构私有云计算资源能耗的变频方法，首先对工作流应用进行任务排序，根据任务调度序列，依次为每个任务划分子截止时间；再对私有云中的物理机根据功耗比优先的原则进行排序；为任务分配的处理器调节频率，使得任务在满足子截止期的前提下能耗最小，并确定任务是否需要副本，根据副本数量，决定将副本任务优先放置于物理机上执行或从剩余云服务资源中新开一台物理机执行副本任务；根据本发明中的变频方法，使每个任务分配得到的物理机得到一个优化的频率，对受DVFS影响的瞬时故障做了容错处理，利用任务复制的方式为工作流任务调整任务副本数，并对任务副本也做了能耗优化调度，有效地降低截止期约束的工作流应用的能耗。

技术领域

本发明属于云计算资源调度技术领域，具体涉及一种最小化异构私有云计算资源能耗的变频方法。

背景技术

云计算是一种大规模的并行和分布式计算模式，由网格计算、并行计算以及效用计算等多种技术共同演化而来，其中私有云指的是云计算的一种特殊模式，IT服务通过专用IT基础架构进行配置，以供单个组织专用。私有云通常通过内部资源进行管理，涉及独特且安全的基于云的环境，只有指定的客户端可以运行。

目前，能耗已成为云计算中心运营和维护的最大成本所在。尽管计算机设备的运行效率有所提高，全球云计算数据中心的电能消耗预计每年仍将增长15%-20%。考虑到目前电能的产生仍以火力发电为主，火力发电产生的温室气体会对我们生活的大气层带来极大的破坏。据估计，2011 年数据中心的二氧化碳排放量为7870 万吨，相当于全球排放量的2%，如何减少云计算数据中心的能耗也因此成为学术界以及工业界亟待解决的问题。

对异构资源的云计算中心，可通过改进任务的调度策略来调整，例如，将任务优先分配到能耗效益较高的虚拟机上减少能耗是常见的方法。除此之外，动态电压和频率缩放（DVFS）技术通过动态地降低处理器频率和电压，使处理器保持在低功耗的模式下运行，也是可选择的方法之一，尽管降低频率带来处理器性能的下降，但可以以延长任务执行时间的代价来换取更低的功耗；另一方面，降低处理器频率和电压，计算节点瞬态故障的发生率会大大增加，任务执行的可靠性将降低。一种高能带电粒子撞击处理器的逻辑单元导致单粒子效应造成的瞬时性故障，也被称为软错误，且在云计算中心中，随着处理器规模的增加，瞬时故障的问题会变得尤为突出，一旦某个计算节点发生故障，如果不采用合适的容错技术，则在该计算节点上执行的任务要么选择在其它计算节点上从头开始执行，要么直接因为执行错误而失败，特别对于工作流，任务的执行失败还会对后继任务的执行产生影响。所以，为工作流设计容错机制是非常重要的。

工作流调度问题本身是一种NP难问题，是云计算任务调度相关研究领域中的一个难点。近年来，研究学者对工作流能耗调度问题开展了广泛的研究，提出了一些工作流调度算法，作为云计算领域的研究热点，工作流的能耗最小化问题被许多学者做了大量研究。在已有研究中，Tang等人提出使用DVFS的能耗感知的工作流调度算法DEWTS，该方法针对的是截止时间约束的工作流实现能耗优化的问题，通过回收空闲时间来合并能效相对较低的处理器，并且在服务器合并后再次使用DVFS技术来利用可用的空闲时间。然而，上述方法却无法在瞬时故障的可变频计算资源上，实现截止期的约束下工作流能耗优化的问题；同时，在使用DVFS进行工作流能耗感知的调度时，很少考虑DVFS所带来的瞬时错误，因而若有一种方法能同时兼顾降低能耗且考虑瞬时故障问题，那么将会是对云计算资源调度技术领域的一大突破和改进。

发明内容