[发明专利]一种面向大型移动设备移动数据中心的任务调度方法

权利要求书

1.一种面向大型移动设备移动数据中心的任务调度方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

(1)任务接收：收集移动数据中心的相关信息、数据存储分布情况以及移动设备当前需要调度的所有触发型和交互型任务的相关信息；

(2)触发型任务调度：触发型任务的调度以保障任务响应时间为前提，根据任务提交时间、数据传输时间、任务调度时间、任务时延约束进行任务分配，确保触发型任务可以在时延约束内完成；

(3)交互型任务调度：按照任务提交时间先后依次进行调度，根据每个任务待处理数据集的分布情况，利用分布式思想将任务处理分布到多个存储待处理数据的服务器上同时处理，降低交互型任务的处理时间；

(4)任务迁移：在移动设备运行过程中，若交互型任务执行过程中接收到对时延约束更严格的触发型任务时，触发型任务抢占服务器处理资源，综合考虑任务等待时间和任务迁移时间判定原交互型任务的后续执行方式。

2.根据权利要求1所述的一种面向大型移动设备移动数据中心的任务调度方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤如下：

①计算数据传输时间：根据移动数据中心的结构以及每个任务待处理的数据集来源，计算每个触发型任务在每个服务器上执行需要的待处理数据传输时间；

②任务排序：统计每个任务在每个服务器上执行所需的最小传输时间，将所有触发型任务按最小传输时间的降序排序，优先调度数据传输最大的任务；

③计算资源需求：计算每个任务的剩余时间、任务的总计算量，以及对服务器的最低处理资源需求；

④任务分配：将每个任务预分配到最小数据传输时间的服务器上，判断该服务器上的可用资源是否可以满足任务的最低处理资源需求，如果满足则将任务分配到该服务器上执行，否则重复执行步骤(2)的①～④步，将该任务分配到其他可以在最短时间内完成处理的服务器上执行；

⑤任务缓存：若当前所有服务器均不能满足任务的处理资源需求，则将任务加入任务缓存队列，与下一时刻用户提交的触发型任务一起进行调度。

3.根据权利要求1所述的一种面向大型移动设备移动数据中心的任务调度方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤如下：

①选择候选服务器：将每个交互型任务待处理数据进行分片，所有存储待处理数据分片的服务器均为候选服务器，每个候选服务器上存储的当前任务待处理的所有数据分片构成该服务器的待处理数据分片集合；

②任务分配：将候选服务器中待处理数据分片数量最少的服务器分配用以执行当前任务的部分数据处理操作，该服务器执行的数据处理操作主要针对其存储的当前任务的待处理数据分片集合；

③候选服务器更新：从每个候选服务器的待处理数据分片集合中移除当前已分配执行的数据分片，从候选服务器中移除待处理数据分片集合为空的服务器；

④终止分配：循环执行步骤(3)的②、③步，直到当前交互型任务待处理的所有数据分片均被分配到候选服务器处理；

⑤计算任务处理时间：计算每个被选定的候选服务器处理待处理数据分片集合的处理时间，当前任务的处理时间为所有被选定的候选服务器的处理时间的最大值。

4.根据权利要求1所述的一种面向大型移动设备移动数据中心的任务调度方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体步骤如下：

①任务等待判定：若当前抢占服务器的触发型任务的处理时间与被抢占的交互型任务在该服务器上的预期处理时间之和不超过被抢占的交互型任务的处理时间，则被抢占的交互型任务等待抢占服务器的触发型任务执行完成后继续在原服务器上执行；

②任务迁移判定：若当前被抢占的交互型任务将剩余未出处理的数据分片迁移到其他服务器的数据传输时间小于抢占服务器的触发型任务的执行时间，则将被抢占的交互型任务的未处理部分迁移到其他服务器上执行。

5.根据权利要求1所述的一种面向大型移动设备移动数据中心的任务调度方法，其特征在于，具体的任务调度过程包括如下四个步骤：

(1)、任务接收：收集移动数据中心的相关信息、数据存储分布情况以及移动设备当前需要调度的所有任务信息，具体信息包括：

①移动数据中心的m个服务器P＝{P₁,P₂,…,P_m}接收当前需要处理的各类任务，包括触发型任务集合和交互型任务集合其中NT和NI分别为触发型任务和交互型任务的数量，m表示移动数据中心服务器的数量；

②收集触发型任务信息：每个触发型任务的相关信息其中1≤i≤NT，at_i和χ_i分别表示任务的提交时间以及单位数据量的计算复杂系数，w_i表示任务待处理的数据量，w_i中存储在服务器P_j上的数据量为w_i,j，即w_i＝(w_i,1,w_i,2,L,w_i,m)，1≤j≤m；

③收集交互型任务信息：每个交互型任务的相关信息其中at_i表示任务的到达时间，χ_i表示任务中单位数据量的计算复杂系数，X_i＝(x_j,k)_s×m表示任务待处理的数据集在各服务器上的分布情况，任务处理的大规模数据集D_i分成s个分片{D_i,1,D_i,2,…,D_i,s}存储在不同的服务器上，若第j个数据分片D_i,j存储在服务器P_k上则x_j,k＝1，否则x_j,k＝0，1≤i≤NI，1≤k≤m，1≤j≤s；

(2)、触发型任务调度：触发型任务的调度以保障任务响应时间为前提，具体过程如下：

①计算数据传输时间：计算每个任务在P＝{P₁,P₂,…,P_m}的每个服务器P_j上执行时任务待处理数据传输到P_j的数据传输时间任务在所有服务器上执行的数据传输时间集合其中1≤i≤NT，1≤j≤m，d_k,j表示服务器P_k与P_j之间的数据传输距离，若k＝j表示服务器自身的数据存储，即d_j,j＝0，τ表示单位数据量传输单位距离所用时间；

②任务排序：计算每个任务在所有服务器上执行的最小传输时间将所有触发型任务按照最小传输时间的降序排序，按照数据传输时间由大到小的顺序依次调度每一个任务；

③计算资源需求：对于每个任务任务处理剩余时间任务的总计算量对服务器的最低处理资源需求其中at_i表示任务的触发时间，Tthreshold^T表示触发型任务的最大允许延时，ct为当前时间；

④任务分配：对于每个任务最小的数据传输时间对应的服务器为判断服务器P_k上可用的数据处理资源ActiveResource(P_k)是否满足任务的最低处理资源需求，如果则将任务分配到服务器上执行；若重复执行①～④，将任务在服务器集合P′＝P-{P_k}＝{P₁,P₂,…,P_k-1,P_k+1,…,P_m}上进行任务分配；

⑤任务缓存：若当前所有服务器均不能满足任务的处理资源需求，则将任务加入任务缓存队列，与下一时刻用户提交的触发型任务一起进行调度；

(3)、交互型任务调度：交互型任务按照任务提交时间先后依次进行调度，对于每个分析型任务根据其待处理数据集的分布情况X_i＝(x_j,k)_s×m，将任务分配到合适的服务器上执行，调度过程如下：

①选择候选服务器：每个服务器P_j上存储的任务待处理的数据分片集合为DC_i,j，待处理的数据分片数量所有DC_i,j≠Φ的服务器均为任务可调度的候选服务器，所有候选服务器的集合为PC＝{P_j|DC_i,j≠Φ,1≤j≤m}，其中s为任务待处理的数据分片数量，1≤j≤m，1≤i≤NI；

②任务分配：从候选服务器集合PC中选择待处理数据分片最少的服务器P_k∈PC用于执行任务负责其存储的待处理数据分片集合DC_i,k的处理，其中1≤k≤m；

③候选服务器更新：更新每个候选服务器P_j∈PC存储的待处理数据分片DC_i,j＝DC_i,j-DC_i,k，若DC_i,j＝Φ，则将其从候选服务器集合中移除，其中P_k为当前已分配用来执行任务的服务器，1≤j≤m；

④终止分配：循环执行步骤②、③，直到任务待处理的数据分片均被分配的服务器处理，即且每个服务器处理的数据分片不同，即其中1≤j,k≤m，j≠k；

⑤计算任务处理时间：任务的处理时间其中每个服务器的任务处理时间其中表示P_j实际处理的任务的数据分片数量，υ为每个数据分片的单位数据量，resource_j为P_j上当前可用的数据处理资源,χ_i表示任务中单位数据量的计算复杂系数，1≤j≤m；

(4)、任务迁移：当服务器P_j在执行交互型任务的过程中接收到触发型任务时，需要决定交互型任务的是否需要迁移到其他服务器上执行，还是在当前服务器上等待触发型任务完成后继续执行，具体过程如下：

①任务等待判定：若交互型任务在服务器P_j上的预期处理时间为交互型任务的处理时间为触发型任务在服务器P_j上的执行时间为当时不需要将交互型任务迁移到其他服务器P_j上执行，其中1≤i≤NI，1≤j≤m，1≤h≤NT；

②任务迁移判定：若移动数据中心内未执行该交互任务的服务器集合为PM，将当前服务器P_j上未完成的交互任务和未处理的数据迁移到PM中任一拥有足够数据处理资源的服务器P_k上继续执行，未处理数据从服务器P_j迁移到P_k的数据传输时间当时进行任务迁移，当时等待触发型任务执行完成后继续执行原交互型任务其中d_j,k表示服务器P_j到P_k的传输距离，表示迁移的数据量，τ为服务器之间单位长度高速总线上传输单位数据量所需时间，为触发型任务在服务器P_j上的执行时间。