基于智能算法的云计算资源调度的研究与实现(一)

基于智能算法的云计算资源调度的研究与实现

摘   要:云计算是基于虚拟式分布式的计算资源可配置化任务。云计算广泛运用的同时，云数据中心的高能耗问题也随之而来。云计算资源调度是云计算中最关键一个环节之一，要对云数据中心的高能耗进行节能减排，首先可以在云计算资源调度中进行。本文的目的在于从提升智能算法在资源调度中的作用，降低云计算中的能耗。本文首先对云计算的概念和资源调度进行简要介绍，然后从云计算中心的能耗来源方面引出优化资源调度的重要性。接着从智能算法在资源调度中的应用进行展开，归纳对比了几种资源调度算法的特点。最后，对智能算法在云计算未来的发展方向进行展望。

关键词：云计算；资源调度；智能算法；差分智能算法

一、绪论

随着移动互联网和数据爆炸时代的来临，云计算[1-2] 凭借高效率的服务能力、庞大的储存能力和超高速的计算能力在世界范围内迅猛发展。云计算是按照不同用户的付费指标，根据用户实际需要运行、交付、资源配置和管理的服务。近年来，全球掀起了云计算热潮，包括中国在内的许多国家加大对云计算数据中心的投资，随之而来的是伴随着数据中心建立并发的能耗问题。国际组织能源署（IEA）今年的报告表示，全球碳排放量在2018年高达330亿吨，打破所有历史记录。这一行业所造成的能耗浪费和碳排放量过高的问题也受到越来越多的关注[3]。同时，平均每个云计算数据中心要花费至少40%的能耗成本在运维上，因此降低云计算数据中心的能耗，对于节约运营成本也具有极大的意义。随着互联网时代数据量的快速增长,在科学研究、工程实践和金融业等计算领域需要处理大规模海量的数据。这些领域对计算能力的需求远远超出了传统计算机架构所能提供的计算能力。云计算是在最初的计算机集群上发展起来的,通过聚集大量廉价的计算机组成计算机群并结合分布系统软件的管理,来达到复杂的计算能力,这种方式有别于超级计算机。云计算平台试图将计算资源作为一种商品提供给用户。用户只需要按照Pay-As-You-Go的方式获取计算服务并支付相应的费用。在工业界,国内外许多知名互联网企业都在积极地推动云计算的研究和升级及相关产品的研发。在学术界,很多科研单位也成立了云计算的研究机构。云任务调度问题作为云计算上层问题中的核心问题需要首要解决。云计算任务调度策略的好坏直接影响用户满意度和云计算系统的运行效率。好的任务调度策略能够有效降低任务的完成时间,并且能有效提高各种计算资源利用率,大幅降低能耗和节省运营成本。另一方面能耗问题和绿色云为云计算研究提供了新的机遇和挑战,资源调度算法的好坏直接影响能耗问题。

云计算作为虚拟化、可调用的资源池，可通过动态负载的实时更新来配置，以达到最优化使用的目的。云计算用户依据使用的资源签订按照付费协议等级进行付费，云计算数据中心根据用户交付的任务与用户付费情况进行服务[4-6]。

资源调度在整个云计算过程中占据了重要位置，是对用户提交的任务进行优化后再映射到合适的资源上，通过调度算法对其进行有效调度和资源合理分配执行[7]。云计算资源调度通常有两种，一是对同一个机器上的资源进行分配和调整，二是指在不同机器间进行资源调度。本文的调度多旨在同一个机器间不同的资源进行调度。本文调研重点在结合智能算法对云计算资源调度进行优化，通过优化后的调度规划减少任务逗留时间与等待时间，从而降低能耗、减少资源浪费，达到节能减排的目的。

二、资源调度

对云计算的背景和基础概念进行一定了解后，第 2章将围绕资源调度的一系列概念进行展开：首先从云计算中心的能耗来源进行展开，引出通过优化资源调度减低能耗的重要性。接着对云计算资源调度的概念进行阐述，从基础概念、调度目标、传统调度算法等方面对于云计算任务调度进行阐述。

（一）云计算能耗来源

《数据中心能效现状白皮书》表示云计算数据中心截止到2020年的全球年均电量消耗将高达占全球总电量能耗的1%，而能源的很大部分依靠燃煤获得，云计算数据中心产生的高能耗将对环境问题造成影响。本节列举分析的云计算数据中心的能耗来源如下：