基于負(fù)載均衡的云資源調(diào)度策略研究

王晨輝

摘 要：自云計算這一概念及其技術(shù)應(yīng)用自問世以來，其發(fā)展趨勢愈發(fā)強勁，對于目前各大主流IT應(yīng)用以及各類服務(wù)模式均產(chǎn)生了重大影響，自其由最初的概念初創(chuàng)時期到發(fā)展時期，直至最終的實踐階段，由云計算的技術(shù)框架提出至逐步細(xì)化至各方面，云計算發(fā)展長期以來始終是相關(guān)學(xué)術(shù)界與經(jīng)營企業(yè)的研究熱點。由于云計算發(fā)展所產(chǎn)生出的信息技術(shù)變革，不但是一次技術(shù)性的變革，同時也是一種運營模式的轉(zhuǎn)變。目前云計算現(xiàn)已成為了一種新的商業(yè)計算模式與服務(wù)模式。文章將主要就針對云資源的調(diào)度管理策略展開具體的分析與探討，以確保在云平臺上并行任務(wù)時的負(fù)載均衡。

關(guān)鍵詞：云計算；云資源；負(fù)載均衡；調(diào)度策略

中圖分類號：TP315 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0079-02

在云計算當(dāng)中對于資源及任務(wù)的調(diào)度將會使得云平臺的整體性能，以及云服務(wù)的運營均會遭受嚴(yán)重的干擾。若對于云資源的管理以及負(fù)載均衡不恰當(dāng)，便會使得在云平臺當(dāng)中并行任務(wù)的時候會造成負(fù)載不均衡情況的出現(xiàn)，進而使得云平臺的整體性能、效率降低，產(chǎn)生極大的資源浪費情況。就這一問題展開相關(guān)的研究工作便具有極其重要的作用與價值，應(yīng)當(dāng)引起人們的重視與思考，據(jù)此下文將基于對云計算與云資源管理的基礎(chǔ)理論之上，重點就負(fù)載均衡算法進行了深入的研究，進而提出了一類基于負(fù)載均衡的云資源調(diào)度機制。

1 云計算定義

在云計算技術(shù)的基礎(chǔ)原理中，是利用網(wǎng)絡(luò)等級進行劃分的，促使海量的應(yīng)用處理程序可被分解為數(shù)個不等的子程序系統(tǒng)，而后在服務(wù)器集群當(dāng)紅總開展應(yīng)用搜索查詢，并進而找出合適的應(yīng)用請求進而針對用戶予以處理，最終將所得到的結(jié)論反饋至用戶。目前對于云計算概念的主流定義包括有：

用戶可依據(jù)分鐘（min）或是秒（s）來進行基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用時間的規(guī)劃，而并非傳統(tǒng)的天（d）或是周（W），從而便可實現(xiàn)對于資源的高效利用，以避免對資源的浪費。

云型結(jié)構(gòu)是一類并行分布式系統(tǒng)，其通常是采用一系列的聯(lián)網(wǎng)、虛擬化等計算機來實現(xiàn)不同服務(wù)層之間的協(xié)同，將計算機資源做到統(tǒng)一運用。

云計算是一項將多方面考量概念予以統(tǒng)一，例如發(fā)布，負(fù)載均衡，事物及架構(gòu)模型等，云計算是軟件系統(tǒng)的下一邏輯階段。關(guān)于云計算的定義有一個最為簡潔的概念，即為“因特網(wǎng)集成軟件”。

2 云資源關(guān)鍵技術(shù)分析

云計算的發(fā)展是基于在長期的發(fā)展演變過程當(dāng)中，對于多種技術(shù)手段予以融合之后所產(chǎn)生的一種新技術(shù)，其中主要就包括了虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計算以及Web2.0等相關(guān)技術(shù)，從而促使云計算平臺的規(guī)模愈發(fā)龐大，結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜，分布更加廣泛且種類形式趨于多樣化，針對不同的業(yè)務(wù)需求及商業(yè)目標(biāo)，需設(shè)計出具有針對性、高效性的云計算平臺資源調(diào)度策略算法，當(dāng)前的分配調(diào)度策略主要涵括有先到先服務(wù)、負(fù)載均衡以及最高效的應(yīng)用等。提升系統(tǒng)性能以及服務(wù)質(zhì)量是云平臺計算的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，而后伴隨著云計算技術(shù)的持續(xù)發(fā)展與規(guī)模的擴張，使得能源損耗問題日漸嚴(yán)重且廣受人們的重視，因而能源損耗對于成本及環(huán)境均會產(chǎn)生較大的影響。

在云計算平臺資源調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)中重點涵括以下幾個方面的內(nèi)容：

①調(diào)度策略：為資源調(diào)度管理當(dāng)中最高等級的策略，需由相關(guān)的云平臺經(jīng)營者與管理者予以界限劃定。其核心思想是為了明確調(diào)度資源的目標(biāo)及明確在資源相對有限為了滿足一切需求時所應(yīng)采取的處置策略。

②優(yōu)化目標(biāo)：對于調(diào)度中心而言可應(yīng)用不同的目標(biāo)函數(shù)來進行資源調(diào)度優(yōu)劣性的判定。當(dāng)前所普遍應(yīng)用的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)具備有滿足用戶請求最大化、資源利用最大化、利潤最大化以及成本最低化等。

③調(diào)度算法：最為有效的調(diào)度算法是依據(jù)當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)所形成的優(yōu)化結(jié)果，不會損耗過多的資源且調(diào)度時間相對較短，因目前的調(diào)度算法基本都為NP-Hard問題，因此針對調(diào)度算法的設(shè)計大多選用近似優(yōu)化的方式。

④調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)：此架構(gòu)通過云平臺的急促結(jié)構(gòu)其聯(lián)系更為密切，目前云平臺的建設(shè)大多選用分布式的結(jié)構(gòu)形式，因而調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)往往也更加偏向于考慮多級分布式結(jié)構(gòu)。

⑤云資源界定與互相制約關(guān)系：云平臺大多采用虛擬資源并實施集中式管理，因而在實際管理的過程中必須要明確掌握各類資源及其互相之間的制約型關(guān)系，從而方可有助于調(diào)度算法對各類因素予以均衡。

3 基于負(fù)載均衡的云資源調(diào)度策略設(shè)計

3.1 整體設(shè)計框架

在位于云計算平臺這一復(fù)雜且規(guī)模龐大的系統(tǒng)中，對于資源的管理往往會選用相對統(tǒng)一的管理軟件，對于云資源采取資源規(guī)劃，將相關(guān)的資源進行整合，而后依據(jù)資源所能夠提供的服務(wù)性能將之劃分為普通、高吞吐量、高密度以及相關(guān)的特殊資源，如果分類存在明顯的差異性，在之后的實踐應(yīng)用當(dāng)中，亦可在新增資源類型之中針對資源實施分組動態(tài)監(jiān)控實時統(tǒng)計，如此一來也可解決針對預(yù)先配置云資源性能較低難以滿足用戶實際需求的問題。

在云資源及其平臺間設(shè)置一個策略池，將相應(yīng)的策略在此之中采取集中式的管理方式，在其內(nèi)部可具體劃分出性能有限、成本優(yōu)先等策略集合。鑒于云資源相對較多，針對云資源的調(diào)度算法通常是為了滿足于用戶的實際需求所設(shè)置出的一類基礎(chǔ)算法，同時再加之其他算法的應(yīng)用，在策略池當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)首先依據(jù)服務(wù)類型將請求轉(zhuǎn)到所對應(yīng)的策略集之中予以資源選取，而后再利用負(fù)載均衡算法對系統(tǒng)負(fù)載予以均衡。之后，鑒于云計算面向服務(wù)的特征，首先可將其具體的服務(wù)依據(jù)所提供的應(yīng)用類型予以劃分，其中主要就包括有大數(shù)據(jù)量應(yīng)用、大訪問量應(yīng)用以及大存儲量應(yīng)用。對于這三類服務(wù)類型，應(yīng)選用不同的策略予以選取。其整體的框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

3.2 詳細(xì)設(shè)計過程

具體的負(fù)載均衡云資源調(diào)度策略可通過調(diào)度過程進行具體步驟的設(shè)計，其中主要就包括有以下幾個過程：

①在云服務(wù)層，用戶請求服務(wù)以及系統(tǒng)自動化的服務(wù)類型劃分；

②將已完成類型劃分的服務(wù)發(fā)送至相應(yīng)的策略集當(dāng)中，而后選取出所對應(yīng)的具體算法內(nèi)容；

③在經(jīng)由策略集之中的資源選取之后，再統(tǒng)一實施負(fù)載平衡計算，對于系統(tǒng)資源采取負(fù)載調(diào)整；

④在經(jīng)由上一環(huán)節(jié)策略池之中的資源調(diào)度后，再到資源池之中尋找相應(yīng)的匹配資源，為用戶實施資源分配；

⑤在用戶將所申請的資源釋放抑或是暫停應(yīng)用之后，資源將會即刻回歸為空閑資源狀態(tài)，經(jīng)由資源的動態(tài)化管理實施動態(tài)監(jiān)測以有助于下一次的資源分配。

基于負(fù)載均衡的云資源調(diào)度過程，如圖2所示。

4 結(jié) 語

總而言之，伴隨著移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展云計算技術(shù)也已經(jīng)表現(xiàn)出了強勁的發(fā)展勢頭，相應(yīng)的云計算平臺應(yīng)用也愈發(fā)廣泛且深入，然而伴隨著云計算技術(shù)的快速發(fā)展，云平臺的穩(wěn)定性以及用戶應(yīng)用需求越來越高，對于云平臺性能要求也隨之升高，因而，云平臺的設(shè)計工作也日漸趨向于完善，對于云平臺的負(fù)載均衡以及資源調(diào)度設(shè)計工作其重要性自然也就更加關(guān)鍵。本次研究重點就目前云計算的發(fā)展及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)予以了深入的分析，而后對于云計算所引出的基于負(fù)荷均衡的云資源調(diào)度策略及算法進行了細(xì)致分析，并基于此設(shè)計出了一種基于負(fù)載均衡的云資源調(diào)度策略。

參考文獻：

[1] 張海洲.基于利用率和負(fù)載均衡的云資源調(diào)度算法研究[D].哈爾濱：哈 爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[2] 柳紅日.面向SLA和負(fù)載均衡及能耗的多目標(biāo)云資源調(diào)度研究[D].哈 爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[3] 朱澤民，張青.基于多維QoS和云計算的資源負(fù)載均衡調(diào)度研究[J].計 算機測量與控制，2013，（1）.

[4] 尹紅軍，李京，宋滸，等.云計算中運營商效益最優(yōu)的資源分配機制[J].華 中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，（Z1）.