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1、(10)申请公布号 CN 103957261 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103957261 A (21)申请号 201410187474.1 (22)申请日 2014.05.06 H04L 29/08(2006.01) G06F 9/50(2006.01) (71)申请人 湖南体运通信息技术有限公司 地址 410000 湖南省长沙市高新开发区延农 创业基地三楼 申请人 长沙爱体信息技术有限公司 (72)发明人 陈浩 王高浪 舒万能 (74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11350 代理人 汤东凤 (54) 发明名称 一种基于能耗优化的云。
2、计算资源分配的方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于能耗优化的云计算资 源分配的方法, 包括 : 部署云计算实验平台 ; 进行 云计算资源分配描述与建模 ; 选择不同能耗优化 因素 ; 进行仿真平台构建 ; 对性能进行测试实验 ; 模型修正 ; 性能仿真实验 ; 确定性能分析模型和 确定关键因素 ; 研究云计算环境下资源分配的能 耗优化模型 ; 设计实现负载均衡和满足能量消耗 最小化的启发式资源分配算法 ; 性能仿真与测试 实验。本发明能够准确而真实地反映云计算环境 下资源的实际情况。提出一种能耗优化模型, 突 破现有的研究方法只考虑用户任务时间需求的 局限。此外, 本发明提出了实现资源负。
3、载均衡、 兼 容能耗优化的启发式资源分配算法, 突破现有的 资源分配算法无法保证全局和局部搜索平衡的局 限。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103957261 A CN 103957261 A 1/2 页 2 1. 一种基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 该基于能耗优化的云计 算资源分配的方法包括以下步骤 : 部署云计算实验平台 ; 进行云计算资源分配描述与建模 ; 选择不同能耗优化因素 ; 进 行仿真平台构建 。
4、; 对性能进行测试实验 ; 模型修正 ; 性能仿真实验 ; 确定性能分析模型和确 定关键因素 ; 研究云计算环境下资源分配的能耗优化模型 ; 设计实现负载均衡和满足能量 消耗最小化的启发式资源分配算法 ; 性能仿真与测试实验 ; 将资源分配算法的编码方式表示为E, 适应度函数为F, 选择操作为S, 交叉操作为C, 变 异操作为 M, 则可以描述为 FBGSA (E,F,S,C,M) ; 如果算法的第 t 代群体表示为 P(t), 则算法选择操作 S 定义如下 : 操作步骤如下 : 在解空间中随机产生初始种群 P(0) x1,x2,.,xi,.,xSize, 并初始化种群规模 Size、 交叉概。
5、率 pc、 变异概率 Pm和最大进化代数 Gm, 进化代数 t ; 计算种群中每个个体的适应度值 F(xi),i 1,2,.,Size ; 对种群 P(t) 进行选择操作 ; 对种群 P(t) 进行交叉操作 ; 对种群 P(t) 进行变异操作 ; 令 t t+1, 如果 t Gm, 则跳转到计算种群中每个个体的适应度值 F(xi),i 1,2,.,Size ; 否则, 算法搜索过程结束。 2. 如权利要求 1 所述的基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 该基于 能耗优化的云计算资源分配的方法资源的属性描述与性能分析方法为 : 将资源 ri定义为二元组 ri ci,si, 其中 c。
6、i表示资源 ri单位时间内的计算能力, 如 单位时间内资源执行指令数 ; si表示资源ri的供应电压策略, 每种策略供电电压不同, 用来 衡量资源节点的计算能力主要参数包括 CPU 的个数 m, 处理能力 p 以及所处网络的带宽 B, 决定任务从分配到传送到资源节点所用时间, 同时还要引入一个负载均衡因子 LB, 即资源 的负载完成率, LB La/Lf, 其中 La 表示完成的任务量, Lf 表示分配到的任务计算量之和。 3. 如权利要求 1 所述的基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 该基于 能耗优化的云计算资源分配的方法任务的属性描述与性能分析方法为 : 随机到达云计算系统。
7、的任务描述为集合 T t1,t2,.,tj,.,tn, tj表示第 j 个任 务, tj定义为二元组 tj aj,wj, 其中, aj表示任务单位时间内平均到达数量, wj表示任务 tj的计算量或工作负载, 根据任务计算量及资源计算能力, 任务 tj在资源 ri上执行所需时 间 ETC(i,j) 为 : 4. 如权利要求 1 所述的基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 该基于 能耗优化的云计算资源分配的方法构建能耗优化模型的方法为 : 动态功耗是由各节点电容的充放电造成的, 其基本表达式为 : P ACv2f, 其中, A 表示一个周期内的电路平均跳变次数, 称为翻转频率, 与充。
8、放电频率有关 ; C 表示负载电 容, 是线长和晶体管尺寸的函数 ; v表示供电电压 ; f表示工作频率, 当资源ri供应电压策略 为 si、 DVS 级别为 k 时, 资源 ri执行任务 tj时产生能耗为 : Eijl r(vk(i)j2(fk(i) jfETCi,j,k。 权 利 要 求 书 CN 103957261 A 2 2/2 页 3 5. 如权利要求 1 所述的基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 该基于 能耗优化的云计算资源分配的方法构建多目标效用函数方法为 : 结合云计算环境下所有资源产生的总能耗、 资源负载平衡因子和时间跨度等因素, 设 计一个多目标效用函数, 。
9、并引入一种基于免疫算法的资源分配算法, 实现所有资源综合效 用的提升。 6. 如权利要求 1 所述的基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 交叉操 作实现步骤如下 : 根据交叉概率 pc从种群 P(t) 中随机选择两个个体 x 和 y ; 随机生成变量 c1 random(1,m), m 为染色体长度, 1 c1 m ; 令如果 i 1, 令 i i+1, 如果 i m, 令 i i-1 ; 将个体 x 和 y 的前 i 位进行互换。 7. 如权利要求 1 所述的基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 变异操 作实现步骤如下 : 根据变异概率 pm从种群 P(t) 中随。
10、机选择个体 x ; 随 机 生 成 两 个 变 量 m1 random(1,m), m2 random(1,m), m 为 染 色 体 长 度, 1 m1,m2 m ; 令如果 i j, 令 j j+1 ; 将个体 x 的第 i 和 j 基因进行对调。 权 利 要 求 书 CN 103957261 A 3 1/7 页 4 一种基于能耗优化的云计算资源分配的方法 技术领域 0001 本发明属于计算机信息化技术领域, 尤其涉及一种基于能耗优化的云计算资源分 配的方法。 背景技术 0002 近几年, 随着信息技术在各个领域的广泛应用, 对于大规模且低成本的计算能力 的需求越来越迫切, 同时, 网络带。
11、宽的不断增长使得通过网络访问异地的计算资源的条件 越来越成熟, 云计算技术就是在这样的背景下应运而生, 云计算是分布式计算、 网格计算和 效用计算的进一步发展, 是以网络为载体, 以虚拟化技术为基础, 根据用户需求动态配置资 源的新兴计算模式, 随着计算服务向普适化方向发展, 社会对云计算需求的不断扩大需要 构建规模巨大的数据中心, 而维护其运行需要大量的能量, 如何在保证云计算系统高性能 以及为用户提供普适化服务的前提下, 提高资源利用率和降低能耗已经成为亟待解决的问 题 ; 0003 尽管国内外学者在上述领域开展了有效的科研工作, 但云计算环境下资源分配问 题仍然存在以下的不足之处 : 0。
12、004 (1) 资源分配问题作为云计算的关键技术之一还处于研究阶段, 到目前为止关于 影响资源分配的关键技术, 资源分配与任务调度之间相互协同和依赖关系等问题还没有形 成统一的行业标准 ; 0005 (2) 云计算环境下资源分配过程中的能量消耗受诸多因素的影响, 建立有效的数 学模型对其性能进行深入分析, 并从本质上揭示 CPU 动态功耗与资源的计算能力、 资源的 供应电压策略、 资源的数量、 供应电压、 CPU 频率之间的内在关系, 以及影响系统性能的关键 因素至关重要 ; 0006 (3) 根据用户的需求和当前资源节点的负载状态, 在满足云计算系统的负载均衡 和能耗最小化的前提下, 如何通。
13、过智能优化算法 ( 如免疫算法 ) 设计一种科学合理的启发 式资源分配算法有待于进一步深入研究。 0007 现有在云计算系统高性能以及为用户提供普适化服务的前提下, 提高资源利用率 和降低能耗已经成为亟待解决的问题 ; 发明内容 0008 本发明实施例的目的在于提供一种基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 旨在 解决提高资源利用率和降低能耗已经成为亟待解决的问题。 0009 本发明实施例是这样实现的, 一种基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 该基 于能耗优化的云计算资源分配的方法包括以下步骤 : 0010 部署云计算实验平台 ; 进行云计算资源分配描述与建模 ; 选择不同能耗优化因 素 ; 。
14、进行仿真平台构建 ; 对性能进行测试实验 ; 模型修正 ; 性能仿真实验 ; 确定性能分析模 型和确定关键因素 ; 研究云计算环境下资源分配的能耗优化模型 ; 设计实现负载均衡和满 说 明 书 CN 103957261 A 4 2/7 页 5 足能量消耗最小化的启发式资源分配算法 ; 性能仿真与测试实验 ; 0011 将资源分配算法的编码方式表示为 E, 适应度函数为 F, 选择操作为 S, 交叉操作为 C, 变异操作为 M, 则可以描述为 FBGSA (E,F,S,C,M) ; 0012 如果算法的第 t 代群体表示为 P(t), 则算法选择操作 S 定义如下 : 0013 0014 操作步。
15、骤如下 : 0015 在解空间中随机产生初始种群 P(0) x1,x2,.,xi,.,xSize, 并初始化种群规 模 Size、 交叉概率 pc、 变异概率 Pm和最大进化代数 Gm, 进化代数 t ; 0016 计算种群中每个个体的适应度值 F(xi),i 1,2,.,Size ; 0017 对种群 P(t) 进行选择操作 ; 0018 对种群 P(t) 进行交叉操作 ; 0019 对种群 P(t) 进行变异操作 ; 0020 令 t t+1, 如果 t Gm, 则跳转到计算种群中每个个体的适应度值 F(xi),i 1,2,.,Size ; 否则, 算法搜索过程结束。 0021 进一步, 。
16、该基于能耗优化的云计算资源分配的方法资源的属性描述与性能分析方 法为 : 0022 将资源ri定义为二元组rici,si, 其中ci表示资源ri单位时间内的计算能力, 如单位时间内资源执行指令数 ; si表示资源ri的供应电压策略, 每种策略供电电压不同, 用 来衡量资源节点的计算能力主要参数包括 CPU 的个数 m, 处理能力 p 以及所处网络的带宽 B, 决定任务从分配到传送到资源节点所用时间, 同时还要引入一个负载均衡因子 LB, 即资 源的负载完成率, LB La/Lf, 其中 La 表示完成的任务量, Lf 表示分配到的任务计算量之 和。 0023 进一步, 该基于能耗优化的云计算资。
17、源分配的方法任务的属性描述与性能分析方 法为 : 0024 随机到达云计算系统的任务描述为集合 T t1,t2,.,tj,.,tn, tj表示第 j 个任务, tj定义为二元组 tj aj,wj, 其中, aj表示任务单位时间内平均到达数量, wj表示 任务 tj的计算量或工作负载, 根据任务计算量及资源计算能力, 任务 tj在资源 ri上执行所 需时间 ETC(i,j) 为 : 0025 进一步, 该基于能耗优化的云计算资源分配的方法构建能耗优化模型的方法为 : 0026 动态功耗是由各节点电容的充放电造成的, 其基本表达式为 : PACv2f, 其 中, A 表示一个周期内的电路平均跳变次。
18、数, 称为翻转频率, 与充放电频率有关 ; C 表示负载 电容, 是线长和晶体管尺寸的函数 ; v表示供电电压 ; f表示工作频率, 当资源ri供应电压策 略为si、 DVS级别为k时, 资源ri执行任务tj时产生能耗为 : Eijlr(vk(i)j2(fk(i) jfETCi,j,k。 0027 进一步, 该基于能耗优化的云计算资源分配的方法构建多目标效用函数方法为 : 0028 结合云计算环境下所有资源产生的总能耗、 资源负载平衡因子和时间跨度等因 素, 设计一个多目标效用函数, 并引入一种基于免疫算法的资源分配算法, 实现所有资源综 合效用的提升。 说 明 书 CN 103957261 。
19、A 5 3/7 页 6 0029 进一步, 交叉操作实现步骤如下 : 0030 根据交叉概率 pc从种群 P(t) 中随机选择两个个体 x 和 y ; 0031 随机生成变量 c1 random(1,m), m 为染色体长度, 1 c1 m ; 0032 令如果 i 1, 令 i i+1, 如果 i m, 令 i i-1 ; 0033 将个体 x 和 y 的前 i 位进行互换。 0034 进一步, 变异操作实现步骤如下 : 0035 根据变异概率 pm从种群 P(t) 中随机选择个体 x ; 0036 随机生成两个变量 m1 random(1,m), m2 random(1,m), m 为染色。
20、体长度, 1 m1,m2 m ; 0037 令如果 i j, 令 j j+1 ; 0038 将个体 x 的第 i 和 j 基因进行对调。 0039 本发明提供的基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 通过提出云计算环境下资 源属性描述与定量分析的新思路, 突破现在的分析方法只考虑资源的计算能力和通信能力 的局限。本发明采用计算能力和供应电压策略相结合的方式描述资源属性, 供应电压策略 根据 DVS 技术划分不同的级别, 并设计了供应电压与频率的关系矩阵。本发明能够准确而 真实地反映云计算环境下资源的实际情况。提出一种能耗优化模型, 突破现有的研究方法 只考虑用户任务时间需求的局限。 此外, 本发。
21、明提出了实现资源负载均衡、 兼容能耗优化的 启发式资源分配算法, 突破现有的资源分配算法无法保证全局和局部搜索平衡的局限。 附图说明 0040 图 1 是本发明实施例提供的基于能耗优化的云计算资源分配的方法的流程图。 具体实施方式 0041 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白, 以下结合实施例, 对本发明 进行进一步详细说明。 应当理解, 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明, 并不用于 限定本发明。 0042 图 1 示出了本发明提供的基于能耗优化的云计算资源分配的方法流程。为了便于 说明, 仅仅示出了与本发明相关的部分。 0043 本发明的基于能耗优化的云计算资源分配的方。
22、法, 该基于能耗优化的云计算资源 分配的方法包括以下步骤 : 0044 云计算实验平台部署 ; 云计算资源分配描述与建模 ; 不同能耗优化因素选择 ; 仿 真平台构建 ; 性能测试实验 ; 模型修正 ; 性能仿真实验 ; 确定性能分析模型和确定关键因 素 ; 研究云计算环境下资源分配的能耗优化模型 ; 设计实现负载均衡和满足能量消耗最小 化的启发式资源分配算法 ; 性能仿真与测试实验。 0045 作为本发明实施例的一优化方案, 该基于能耗优化的云计算资源分配的方法资源 的属性描述与性能分析方法为 : 0046 将资源ri定义为二元组rici,si, 其中ci表示资源ri单位时间内的计算能力, 。
23、如单位时间内资源执行指令数 ; si表示资源ri的供应电压策略, 每种策略供电电压不同, 用 说 明 书 CN 103957261 A 6 4/7 页 7 来衡量资源节点的计算能力主要参数包括 CPU 的个数 m, 处理能力 p 以及所处网络的带宽 B, 决定任务从分配到传送到资源节点所用时间, 同时还要引入一个负载均衡因子 LB, 即资 源的负载完成率, LB La/Lf, 其中 La 表示完成的任务量, Lf 表示分配到的任务计算量之 和。 0047 作为本发明实施例的一优化方案, 该基于能耗优化的云计算资源分配的方法任务 的属性描述与性能分析方法为 : 0048 随机到达云计算系统的任务。
24、描述为集合 T t1,t2,.,tj,.,tn, tj表示第 j 个任务。tj定义为二元组 tj aj,wj, 其中, aj表示任务单位时间内平均到达数量, wj表 示任务 tj的计算量或工作负载, 根据任务计算量及资源计算能力, 任务 tj在资源 ri上执行 所需时间 ETC(i,j) 为 : 0049 作为本发明实施例的一优化方案, 该基于能耗优化的云计算资源分配的方法构建 能耗优化模型的方法为 : 0050 动态功耗是由各节点电容的充放电造成的, 其基本表达式为 : PACv2f, 其 中, A 表示一个周期内的电路平均跳变次数, 称为翻转频率, 与充放电频率有关 ; C 表示负载 电容。
25、, 是线长和晶体管尺寸的函数 ; v表示供电电压 ; f表示工作频率, 当资源ri供应电压策 略为si、 DVS级别为k时, 资源ri执行任务tj时产生能耗为 : Eijlr(vk(i)j2(fk(i) jfETCi,j,k。 0051 作为本发明实施例的一优化方案, 该基于能耗优化的云计算资源分配的方法构建 多目标效用函数方法为 : 0052 结合云计算环境下所有资源产生的总能耗、 资源负载平衡因子和时间跨度等因 素, 设计一个多目标效用函数, 并引入一种基于免疫算法的资源分配算法, 实现所有资源综 合效用的提升。 0053 下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。 0054。
26、 如图 1 所示, 本发明实施例的基于能耗优化的云计算资源分配的方法包括以下步 骤 : 0055 S101 : 云计算实验平台部署 ; 0056 S102 : 云计算资源分配描述与建模 ; 0057 S103 : 不同能耗优化因素选择 ; 0058 S104 : 仿真平台构建 ; 0059 S105 : 性能测试实验 ; 0060 S106 : 模型修正 ; 0061 S107 : 性能仿真实验 ; 0062 S108 : 确定性能分析模型和确定关键因素 ; 0063 S109 : 研究云计算环境下资源分配的能耗优化模型 ; 0064 S110 : 设计实现负载均衡和满足能量消耗最小化的启发式。
27、资源分配算法 ; 0065 S111 : 性能仿真与测试实验。 0066 本发明的具体步骤为 : 0067 本发明基于能耗优化的云计算资源分配的方法, 其特征在于, 该基于能耗优化的 说 明 书 CN 103957261 A 7 5/7 页 8 云计算资源分配的方法包括以下步骤 : 0068 部署云计算实验平台 ; 进行云计算资源分配描述与建模 ; 选择不同能耗优化因 素 ; 进行仿真平台构建 ; 对性能进行测试实验 ; 模型修正 ; 性能仿真实验 ; 确定性能分析模 型和确定关键因素 ; 研究云计算环境下资源分配的能耗优化模型 ; 设计实现负载均衡和满 足能量消耗最小化的启发式资源分配算法 。
28、; 性能仿真与测试实验 ; 0069 将资源分配算法的编码方式表示为 E, 适应度函数为 F, 选择操作为 S, 交叉操作为 C, 变异操作为 M, 则可以描述为 FBGSA (E,F,S,C,M) ; 0070 如果算法的第 t 代群体表示为 P(t), 则算法选择操作 S 定义如下 : 0071 0072 操作步骤如下 : 0073 在解空间中随机产生初始种群 P(0) x1,x2,.,xi,.,xSize, 并初始化种群规 模 Size、 交叉概率 pc、 变异概率 Pm和最大进化代数 Gm, 进化代数 t ; 0074 计算种群中每个个体的适应度值 F(xi),i 1,2,.,Size。
29、 ; 0075 对种群 P(t) 进行选择操作 ; 0076 对种群 P(t) 进行交叉操作 ; 0077 对种群 P(t) 进行变异操作 ; 0078 令 t t+1, 如果 t Gm, 则跳转到计算种群中每个个体的适应度值 F(xi),i 1,2,.,Size ; 否则, 算法搜索过程结束。 0079 交叉操作实现步骤如下 : 0080 根据交叉概率 pc从种群 P(t) 中随机选择两个个体 x 和 y ; 0081 随机生成变量 c1 random(1,m), m 为染色体长度, 1 c1 m ; 0082 令如果 i 1, 令 i i+1, 如果 i m, 令 i i-1 ; 0083。
30、 将个体 x 和 y 的前 i 位进行互换。 0084 变异操作实现步骤如下 : 0085 根据变异概率 pm从种群 P(t) 中随机选择个体 x ; 0086 随机生成两个变量 m1 random(1,m), m2 random(1,m), m 为染色体长度, 1 m1,m2 m ; 0087 令如果 i j, 令 j j+1 ; 0088 将个体 x 的第 i 和 j 基因进行对调。 0089 本发明首先建立云计算资源分配的能耗优化模型, 资源分配中的能耗优化性能受 到诸多关系密切、 互相关联、 相互制约因素的影响, 这些因素之间的内在关系非常复杂, 很 难完全准确、 完整地利用数学公式表。
31、达, 因此, 采用层次化的结构模型与多目标优化相结合 的设计方法, 建立既能够准确而真实地反映云计算环境下资源分配的实际情况, 又适宜于 数值求解的多因素数学模型是本课题的关键问题之一, 其次, 设计基于免疫算法的启发式 资源分配算法。寻求具有资源负载均衡、 时间跨度最小化的分配策略, 研究具有能耗最优 化、 全局和局部搜索平衡的启发式算法, 是云计算平台提高资源利用率与高效节能的重要 前提, 在兼容现有 Map/Reduce 编程模型的前提下, 设计支持异构资源迁移、 实现资源负载 均衡、 提高资源利用率、 满足能量消耗最小化、 具有全局和局部搜索平衡的优化算法。 说 明 书 CN 1039。
32、57261 A 8 6/7 页 9 0090 本发明的资源分配和任务调度是云计算的两大关键技术, 资源分配是根据一定的 规则和需求在不同的资源使用者之间进行资源的调整, 即调整资源使用者所对应的计算任 务的资源使用量, 或者进行计算任务的迁移, 达到负载均衡的目的, 为了更加详细真实地反 映云计算环境, 研究资源分配与任务调度之间相互协同和依赖关系, 本发明必须对云计算 环境下资源和任务的属性以及关键技术进行深入研究。 0091 目前云计算环境下资源分配的目标是提供高效的执行来满足 SLA(Service Level Agreement, SLA), 而没有把精力集中在通过如何部署资源节点来实。
33、现能耗最小化, 为了探 索执行效率和能耗优化, 三个关键问题需要处理 : 0092 1、 资源应该结合计算能力和供应电压策略两方面的因素进行描述。 资源的计算能 力可以用 MIPS 表示, MIPS 描述的是资源每秒钟可以执行百万指令数, 资源的供应电压策略 可以通过 DVS(Dynamic Voltage Scaling, DVS) 技术进行描述 ; 0093 2、 任务的描述应该考虑单位时间内平均到达数量和计算量, 计算量可以通过任务 的总指令数进行描述 ; 0094 3、 要充分考虑资源的负载完成率, 它的数值采用已经完成的任务量和分配的任务 量之比。 0095 为了揭示云计算环境下资源。
34、分配过程中 CPU 动态功耗的定量表示关系, 必须先弄 清楚资源的计算能力、 资源的供应电压策略、 资源的数量、 供应电压、 CPU 频率等方面的影 响, 在数据中心中能量被认为是计算机节点的 CPU、 内存、 磁盘、 网络接口等设备消耗掉的, 与系统中的其它资源相比较, CPU 的能量消耗占据主要的部分, 因此, 本发明资源分配过程 的能耗优化即 CPU 节能, 在不考虑散热系统的情况下, 资源分配过程的能量消耗是数据中 心最大的能量消耗。所以建立 CPU 功耗模型是本发明工作的前提, CMOS 电路的功耗由静态 功耗和动态功耗两部分组成, 其中, 静态功耗是 CMOS 电路工作时固有的功率。
35、消耗, 所以如 何在保证性能的情况下降低动态功耗是最重要的。 0096 本发明将充分考虑云计算环境下资源分配自身的特征以及能耗优化带来的新特 点, 拟采用层次化的结构模型方法, 建立资源负载均衡模型、 动态功耗模型、 资源能耗优化 模型, 并通过免疫算法建立资源分配优化模型, 将云计算资源分配问题转化为多目标优化 问题, 通过定量分析它们内在关系, 试图将其分解并归结为几个关键因素, 然后, 研究这些 关键因素与云计算相关性能之间的数学表达式, 建立性能分析模型, 在性能分析的基础上, 将云计算资源分配过程中的能耗优化问题建模为一个多目标优化模型, 并采用免疫算法求 解该模型, 联合时间跨度、。
36、 负载均衡与能耗构建算法, 解决免疫算法的稳定性和冗余性问 题。 0097 本发明的具体实施例 : 0098 本发明拟采用理论分析、 仿真验证及实际部署相结合的方法进行研究。云计算资 源分配的关键技术分析建模, 将采用下面的技术路线和研究方法深入展开 : 0099 1、 资源的属性描述与性能分析 0100 将资源ri定义为二元组rici,si, 其中ci表示资源ri单位时间内的计算能力, 如单位时间内资源执行指令数 ; si表示资源ri的供应电压策略, 每种策略供电电压不同, 用 来衡量资源节点的计算能力主要参数包括CPU的个数m, 处理能力p(MIPS)以及其所处网络 的带宽 B( 决定任务。
37、从分配到传送到资源节点所用时间 ), 同时还要引入一个负载均衡因子 说 明 书 CN 103957261 A 9 7/7 页 10 LB, 即资源的负载完成率, LB La/Lf, 其中 La 表示完成的任务量, Lf 表示分配到的任务计 算量之和。 0101 2、 任务的属性描述与性能分析 0102 随机到达云计算系统的任务描述为集合 T t1,t2,.,tj,.,tn, tj表示第 j 个任务。tj定义为二元组 tj aj,wj, 其中, aj表示任务单位时间内平均到达数量, wj表 示任务 tj的计算量或工作负载。根据任务计算量及资源计算能力, 任务 tj在资源 ri上执 行所需时间 E。
38、TC(i,j) 为 : 0103 3、 构建能耗优化模型 0104 动态功耗是由各节点电容的充放电造成的, 其基本表达式为 : PACv2f, 其 中, A 表示一个周期内的电路平均跳变次数, 称为翻转频率, 与充放电频率有关 ; C 表示负载 电容, 是线长和晶体管尺寸的函数 ; v表示供电电压 ; f表示工作频率。 当资源ri供应电压策 略为si、 DVS级别为k时, 资源ri执行任务tj时产生能耗为 : Eijlr(vk(i)j2(fk(i) jfETCi,j,k。 0105 4、 构建多目标效用函数 0106 结合云计算环境下所有资源产生的总能耗、 资源负载平衡因子和时间跨度等因 素, 设计一个多目标效用函数, 并引入一种基于免疫算法的资源分配算法, 实现所有资源综 合效用的提升。 0107 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已, 并不用以限制本发明, 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等, 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103957261 A 10 1/1 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 103957261 A 11 。