云環(huán)境下的任務(wù)調(diào)度研究綜述

常賀

摘 要：在今天這樣的大數(shù)據(jù)時代，云計算顯得十分重要。目前云計算被應(yīng)用到各行各業(yè)中，因而提高云計算系統(tǒng)的整體性能，提高云計算的服務(wù)質(zhì)量成為了研究的熱點。本文詳細的介紹了云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的特點和調(diào)度目標，總結(jié)了啟發(fā)式智能算法在云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度策略研究中的應(yīng)用，明確了多目標約束條件是云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度研究的重點，為更深入的研究提出了方向。

關(guān)鍵詞：云計算；任務(wù)調(diào)度；智能算法

今年是云計算概念提出來的十周年，云計算作為一種商業(yè)計算模型，先是商業(yè)巨頭Google首席執(zhí)行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在搜索引擎大會（SES San Jose 2006）首次提出來的。隨后在互聯(lián)網(wǎng)巨頭的推動下迅速發(fā)展，時至今日，已經(jīng)被應(yīng)用的十分廣泛，與各行各業(yè)結(jié)合起來。云計算概念的提出并不是空中樓閣，而是在并行計算、分布式計算、和網(wǎng)格計算的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。云計算是一種通過網(wǎng)絡(luò)來為用戶提供各種服務(wù)的計算模型。在云環(huán)境下各種軟件和硬件都被看做是資源，把各種資源虛擬化后放在一個虛擬的資源池里，用戶只要按自己的需求去付費使用。在給用戶提供服務(wù)時，如何高效的為用戶服務(wù)成為了云計算的關(guān)鍵。在如何滿足用戶的需求的同時，還要考慮云服務(wù)提供商的利益需求。如何高效的解決這些問題，主要可以從硬件和軟件兩個方面解決，硬件來說既是基礎(chǔ)設(shè)施的加強和改善，軟件方面就是如何提高云計算的計算效率。云計算的效率問題主要就是資源與任務(wù)的匹配問題，即任務(wù)的調(diào)度問題。因此如何高效的進行任務(wù)的調(diào)度是提高云計算效率的關(guān)鍵問題，也是為云服務(wù)提供商提高利益，為用戶提高服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵問題。因此，對云計算的任務(wù)調(diào)度問題進行深入的研究既具有使用價值更具有學(xué)術(shù)研究的理論意義。

1 云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度模型

云計算任務(wù)調(diào)度是將云環(huán)境下用戶提交的任務(wù)請求與多個計算資源進行匹配。在匹配的過程中重點考慮任務(wù)的執(zhí)行時間效率和資源利用的效率，同時還的滿足用戶的要求。也就是要同時滿足多個目標要求。云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度模型如下圖1。

在任務(wù)調(diào)度過程中，任務(wù)的執(zhí)行時間、負載均衡、經(jīng)濟成本、用戶滿意度、能耗和帶寬等都需要權(quán)衡，使多個目標相互協(xié)調(diào)。

2 云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的特點

在云平臺中，任務(wù)調(diào)度負責(zé)把用戶提交的任務(wù)按一定的策略分配到各個資源中進行計算，由于云計算系統(tǒng)具有的動態(tài)可擴展性和異構(gòu)性、用戶提交的任務(wù)的復(fù)雜性、計算資源之間的差別性等特性，因此云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度具有以下特點：1）系統(tǒng)本身的差異性，由于云平臺是由分布在各地的各種資源組合而成的，包括高性能的主機、工作站、普通PC機、磁盤等，它們之間具有很大的差異性，因此云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度具有系統(tǒng)本身的差異性。2）調(diào)度任務(wù)的復(fù)雜性，由于各類用戶提供的任務(wù)各不相同，而且類型各異。導(dǎo)致云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的調(diào)度任務(wù)具有復(fù)雜性。3）調(diào)度具有靈活性，由于用戶數(shù)量的動態(tài)性，導(dǎo)致系統(tǒng)要隨時動態(tài)的調(diào)整，隨時增加或者減少系統(tǒng)的計算資源，因而就要求云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度策略調(diào)度具有靈活性。4）調(diào)度的安全性，由于用戶提交的任務(wù)類型、數(shù)量和大小等不同，在執(zhí)行過程中能否安全的完成任務(wù)，就顯得特別重要。因而云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度被要求具有可靠的安全性。

3 云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的調(diào)度目標

云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的目標總的來說[ 4 ]，就是把用戶提交的任務(wù)高效的完成，并且達到最小成本化。具體就是完成時間的可接受性、負載均衡、服務(wù)質(zhì)量和成本原則。

1）完成時間的可接受性，用戶把任務(wù)提交了，如果在用戶可接受的時間內(nèi)沒有完成任務(wù)，那么，這就是系統(tǒng)的失敗。因此能夠在用戶可接受的時間內(nèi)完成任務(wù)是很關(guān)鍵的。2）負載均衡，由于云環(huán)境下處理的任務(wù)千差萬別，各個類型之間的差別很大。因此，能使得系統(tǒng)達到負載均衡是一個很關(guān)鍵的問題。3）服務(wù)質(zhì)量，云計算是廣泛的使用在各行各業(yè)，用戶千差萬別，要使各類用戶都有一個滿意的用戶體驗，這時一個困難的事。4）成本原則，云計算系統(tǒng)的使用是由各個部分組成的，各種花費比較多。因此成本原則是云平臺必須重點衡量的標準。

4 云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度策略研究現(xiàn)狀

目前，由于各個公司都具有自家的云平臺，有各自的調(diào)度算法。因此，云計算任務(wù)調(diào)度策略的研究呈現(xiàn)出了“百花齊放百家爭鳴”的景象。云計算任務(wù)調(diào)度問題是一個NP完全問題。啟發(fā)式智能算法在求解NP類問題相比傳統(tǒng)的算法具有很大的優(yōu)勢。因此有大量的基于啟發(fā)式智能算法的優(yōu)秀的學(xué)術(shù)論文，其中應(yīng)用最多的啟發(fā)式智能算法有粒子群算法、遺傳算法、螞蟻群算法。在基于這些啟發(fā)式智能算法的云環(huán)境下的任務(wù)調(diào)度策略的應(yīng)用中，大家都是以云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的特點和調(diào)度目標為研究目標進行研究。文獻[1]就以總完成時間和總完成成本為約束條件，進行實驗研究，提出了基于改進粒子群的任務(wù)調(diào)度策略。文獻[2]以總完成時間、負載均衡和經(jīng)濟成本三個目標為約束函數(shù)，提出了一種調(diào)度策略。文獻[3]以服務(wù)質(zhì)量、負載均衡、總完成時間和經(jīng)濟成本為目標約束函數(shù)，提出了基于螞蟻群的云計算任務(wù)調(diào)度策略。

5 結(jié)語

在云計算系統(tǒng)中，任務(wù)調(diào)度影響系統(tǒng)的整體性能，而任務(wù)調(diào)度策略又是任務(wù)調(diào)度的關(guān)鍵。本文詳細介紹了云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度的特點以及調(diào)度目標，介紹了啟發(fā)式智能算法在任務(wù)調(diào)度策略研究中的應(yīng)用，得到考慮多目標問題對云環(huán)境下任務(wù)調(diào)度是任務(wù)調(diào)度研究的一個額待解決的問題。只有在考慮多個目標約束的情況下才可以提高云計算系統(tǒng)的整體性能。

參考文獻：

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[2] 張照勝，李蜀瑜.云計算環(huán)境下基于改進粒子群算法的任務(wù)調(diào)度[J].電子設(shè)計工程，2016，24（15）：5-8.

[3] 李坤.云環(huán)境下的任務(wù)調(diào)度算法研究與實現(xiàn)[D].吉林大學(xué)，2012.

[4] 史恒亮.云計算任務(wù)調(diào)度研究[D].南京理工大學(xué)，2012.