[发明专利]一种基于有向无环图分层的工作流调度方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于有向无环图分层的工作流调度方法，包括：将输入的工作流转换为DAG图；将关键路径分层划分，得到多个并行层的DAG图；将工作流宽裕时间按各并行层任务数量比例进行分配得到各层宽裕时间，基于各层宽裕时间，以及各并行层关键结点的最早开始时间和最晚完成时间，构建各并行层的时间窗口；采用马尔科夫决策算法，基于各并行层的时间窗口，形成各并行层的多个服务资源链队列；通过对多个服务资源链队列进一步选择，得到各并行层的最优服务资源链队列，完成工作流的服务资源调度。本发明还提供了一种基于有向无环图分层的工作流调度装置，利用该装置，可以高效地完成工作流的服务调度。

技术领域

本发明属于分布式计算下工作流调度领域，具体涉及一种基于有向无环图分层的工作流调度方法及装置。

背景技术

随着分布式系统、Web服务技术、SOA架构的广泛应用，网络计算这一新型计算模式被得到的较多的关注和研究。标准化组织已经建立了开放网格服务架构OGSA(open gridservice architecture)和Web服务资源框架WSRF(Web service resource framework)等标准化方案，将网格计算和Web服务融合起来构建服务网络，为异构和分布式系统中的计算问题提供解决方案，已经在生产自动化、电子商务、科研活动等领域有许多应用。

随着信息化覆盖面越来越广，网格规模不断扩大，Web服务数量也不断增长，但各个服务性能各异，很多大规模科学计算问题都可以抽象为工作流模型。工作流调度问题，是指给定工作流的任务作为对象，若干的处理器作为完成任务的资源，要在满足一定的约束条件下，对任务和处理器进行分配并安排先后次序，将所需的资源进行最优分配和最优调度。调度问题在物流、航空航天、医疗、生物等各领域都有广泛的应用。

在网格或云平台下，用户通常需要在一定时间和费用内完成工作流调度，资源的管理者根据资源的不同性能给出不同的价格，用户想租用资源完成复杂的应用程序，因此他们需要支付资源管理者一定的费用并且希望在有限的时间内完成任务，而资源的管理者需要合理分配资源，使得资源不被浪费，这就需要规划者给出合理的调度方法使得用户和资源管理者都接受。

因此用户期望工作流执行能够满足预期的一些服务质量(QoS)需求，如完工时间、费用、可靠性等。工作流调度算法就是研究如何从众多有逻辑关联的候选服务中选择合适的服务，在指定的QoS要求下，协同工作，完成用户的复杂任务。

网络中的工作流一般包含大量服务，各服务之间存在约束关系，有向无环图DAG(directed acyclicgraph)是一种常用建模方法，可以对服务及其约束进行抽象表述，也方便其可视化。工作流调度已被证明是一个NP难题，因此，许多启发式方法被提出来，一些是随机方法如遗传算法、模拟退火算法、混合粒子群算法等，在庞大的解空间中限制解的搜索，在某些线索的指引下，逐步逼近最优解，这些方法耗时较长。

专利号为CN110287011A的中国专利公开了一种基于局部路径与截止期限分配的云工作流调度算法，包括两个阶段：期限分配与资源选择两个阶段，期限分配阶段中，全局任务DAG的截止期限在个体任务间进行分配，若每个任务可在其子期限内完成，则整个任务DAG可在截止期限内完成；资源选择阶段中，在满足任务子期限的同时，为每个任务选择最优资源完成任务调度。上述调度方法将全局期限在所有工作流任务上进行分割，以得到任务的子期限，然后在实例提供时仅满足子期限。未将碎片时间充分利用，时间利用率较低，无法动态调控每个任务的时间窗口。

发明内容

本发明提供了一种基于有向无环图分层的工作流调度方法，该方法能够充分利用碎片时间，动态调控每个任务时间窗口，为每个任务选择最优服务资源。

将输入的工作流转换为DAG图，DAG图中每个工作结点对应多个服务资源；

从工作结点对应的多个服务资源选择时间最短的服务，基于选择的结果得到DAG图的关键路径，将关键路径分层划分，得到多个并行层的DAG图；