基于云科学工作流调度的代价与能效优化算法

为了降低云环境中科学工作流调度的执行代价与数据中心能耗,提出了一种基于能效感知的工作流调度代价最优化算法CWCO-EA。算法在满足截止时间约束下,以最小化工作流执行代价与降低能耗为目标,将工作流的任务调度划分为四步执行。首先,通过代价效用的概念设计虚拟机选择策略,实现了子makespan约束下的任务与最优虚拟机间的映射;其次,通过串行与并行任务合并策略,同步降低了工作流的执行代价与能耗;然后,通过空闲虚拟机重用机制,改善了租用虚拟机的利用率,进一步提高了能效;最后,通过任务松驰策略实现了租用虚拟机的能力回收,节省了能耗。通过四种科学工作流的仿真实验,结果表明,CWCO-EA算法比较同类型算法,在满足截止时间的同时,可以同步降低工作流的执行代价与执行能耗。     

云中截止时间动态分配的工作流调度成本优化算法

现如今,如何在满足截止时间约束的前提下降低工作流的执行成本,是云中工作流调度的主要问题之一。三步列表调度算法可以有效解决这一问题。但该算法在截止时间分配阶段只能形成静态的子截止时间。为方便用户部署工作流任务,云服务商为用户提供了的三种实例类型,其中竞价实例具有非常大的价格优势。为解决上述问题,提出了截止时间动态分配的工作流调度成本优化算法(S-DTDA)。该算法利用粒子群算法对截止时间进行动态分配,弥补了三步列表调度算法的缺陷。在虚拟机选择阶段,该算法在候选资源中增加了竞价实例,大大降低了执行成本。实验结果表明,相较于其他经典算法,该算法在实验成功率和执行成本上具有明显优势。综上所述,S-DTDA算法可以有效解决工作流调度中截止时间约束的成本优化问题。     

云环境下科学工作流的调度算法

提出一种云环境下科学工作流的调度算法.针对已有的调度算法和松弛时间资源分配策略均未考虑“或”控制结构的不足，给出了关键活动优先级（Critical Activity Priority，CAP）的概念；定义了活动的服务效益比（Service Benefit Ratio，SBR）；提出了活动松弛时间分配策略；并从流程定义和实例运行两个层次，给出了活动截止期限的分配算法.该项研究成果为解决科学工作流调度过程中的时间-成本优化问题提供了更合适的解决方案.     

多目标最优化云工作流调度进化遗传算法

为了实现云环境中科学工作流调度的执行跨度和执行代价的同步优化,提出了一种多目标最优化进化遗传调度算法MOEGA。该算法以进化遗传为基础,定义了任务与虚拟机映射、虚拟机与主机部署间的编码机制,设计了满足多目标优化的适应度函数。同时,为了满足种群的多样性,在调度方案中引入了交叉与变异操作,并使用启发式方法进行种群初始化。通过4种现实科学工作流的仿真实验,将其与同类型算法进行了性能比较。结果表明,MOEGA算法不仅可以满足工作流截止时间约束,而且在降低任务执行跨度与执行代价的综合性能方面也优于其他算法。     

一种多QoS目标约束的云计算任务调度策略

针对云计算环境下大量用户任务请求各异的服务质量（Quality of Service, QoS）调度目标要求,通过综合考虑云用户任务的截止时间底线、调度预算等QoS目标约束条件以及各类可用资源的性能参数,对任务调度的多QoS目标约束条件进行形式化建模,基于构造的隶属度函数将多QoS目标约束的优化求解问题转化成一个单目标约束的优化问题,对转化后的单目标约束优化问题进行近似求解,最终提出一种多QoS目标约束的云计算任务调度策略。在CloudSim模拟器上的仿真结果表明,提出的多QoS目标约束的云计算任务调度策略总体上优于传统的Min-min算法以及改进的以QoS为导向的Min-min算法。     

基于自适应惩罚函数的云工作流调度协同进化遗传算法

云计算为大规模科学工作流应用的执行提供了更高效的运行环境。为了解决云环境中科学工作流调度的代价优化问题,提出了一种基于协同进化的工作流调度遗传算法CGAA。该算法将自适应惩罚函数引入严格约束的遗传算法中,通过协同进化的方法,自适应地调整种群个体的交叉与变异概率,以加速算法收敛并防止种群早熟。通过4种科学工作流的仿真实验结果表明,CGAA算法得到的调度方案在满足工作流调度截止时间约束与降低任务执行代价的综合性能方面优于同类型算法。     

面向复杂约束优化问题的进化算法综述

约束优化是多数实际工程应用优化问题的呈现方式.进化算法由于其高效的表现,近年来被广泛应用于约束优化问题求解.但约束条件使得问题解空间离散、缩小、改变,给进化算法求解约束优化问题带来极大挑战.在此背景下,融合约束处理技术的进化算法成为研究热点.此外,随着研究的深入,近年来约束处理技术在复杂工程应用问题优化中得到了广泛发展,例如多目标、高维、等式优化等.根据复杂性的缘由,将面向复杂约束优化问题的进化优化分为面向复杂目标的进化约束优化算法和面向复杂约束场景的进化算法两种类别进行综述,其中,重点探讨了实际工程应用的复杂性对约束处理技术的挑战和目前研究的最新进展,并最后总结了未来的研究趋势与挑战.     

一种满足可靠性和能效的云工作流调度方法

为了同步解决云工作流调度时的失效和高能耗问题,提出一种基于可靠性和能效的工作流调度算法.算法为了在截止时间的QoS约束下最大化系统可靠性并最小化调度能耗,将工作流调度过程划分为四个阶段:计算任务优先级、工作流任务聚簇、截止时间子分配和任务调度.算法在满足执行次序的情况下对任务进行拓扑排序,并以通信代价最小为目标对任务进...     

云计算环境中面向DAG任务的多目标调度算法

为了实现任务执行效率与执行代价的同步优化,提出了一种云计算环境中的DAG任务多目标调度优化算法。算法将多目标最优化问题以满足Pareto最优的均衡最优解集合的形式进行建模,以启发式方式对模型进行求解;同时,为了衡量多目标均衡解的质量,设计了基于hypervolume方法的评估机制,从而可以得到相互冲突目标间的均衡调度解。通过配置云环境与三种人工合成工作流和两种现实科学工作流的仿真实验测试,结果表明,比较同类单目标算法和多目标启发式算法,算法不仅求解质量更高,而且解的均衡度更好,更加符合现实云的资源使用特征与工作流调度模式。     

基于贪心策略的网格工作流费用优化算法*

针对有向无环图描述的截止期约束下的网格工作流费用优化问题,提出了基于贪心策略的网格工作流费用优化算法GSA-GW(greedy scheduling algorithm for grid workflow)和IGSA-GW(improved GSA-GW)。算法首先在当前分配下将截止期转换为各任务的全局时间浮差,各任务再在全局时间浮差的限制下按照两种贪心策略选择备选资源替换原有分配。实验结果证明,两算法能较好地优化工作流费用,提高工作流调度效率。     

An Effective Cloud Workflow Scheduling Approach Combining PSO and Idle Time Slot-Aware Rules

Workflow scheduling is a key issue and remains a challenging problem in cloud computing.Faced with the large number of virtual machine(VM)types offered by cloud providers,cloud users need to choose the most appropriate VM type for each task.Multiple task scheduling sequences exist in a workflow application.Different task scheduling sequences have a significant impact on the scheduling performance.It is not easy to determine the most appropriate set of VM types for tasks and the best task scheduling sequence.Besides,the idle time slots on VM instances should be used fully to increase resources'utilization and save the execution cost of a workflow.This paper considers these three aspects simultaneously and proposes a cloud workflow scheduling approach which combines particle swarm optimization(PSO)and idle time slot-aware rules,to minimize the execution cost of a workflow application under a deadline constraint.A new particle encoding is devised to represent the VM type required by each task and the scheduling sequence of tasks.An idle time slot-aware decoding procedure is proposed to decode a particle into a scheduling solution.To handle tasks'invalid priorities caused by the randomness of PSO,a repair method is used to repair those priorities to produce valid task scheduling sequences.The proposed approach is compared with state-of-the-art cloud workflow scheduling algorithms.Experiments show that the proposed approach outperforms the comparative algorithms in terms of both of the execution cost and the success rate in meeting the deadline.     

云计算平台中非定期任务并行调度仿真

由于云计算平台的动态不确定性和非定期任务调度本身的复杂性,使得非定期任务调度过程中的耗时长和负载不均等问题很难得到有效解决.针对上述问题,提出一种非定期任务并行调度方法,并应用到云计算中.通过多方面考虑云平台客户非定期任务的截止时间底线、调度估算等并行调度约束条件和各种可用资源的性能参数,对非定期任务调度的多目标约束条...     

Deadline division-based heuristic for cost optimization in workflow scheduling

Cost optimization for workflow applications described by Directed Acyclic Graph (DAG) with deadline constraints is a fundamental and intractable problem on Grids. In this paper, an effective and efficient heuristic called DET (Deadline Early Tree) is proposed. An early feasible schedule for a workflow application is defined as an Early Tree. According to the Early Tree, all tasks are grouped and the Critical Path is given. For critical activities, the optimal cost solution under the deadline constraint can be obtained by a dynamic programming strategy, and the whole deadline is segmented into time windows according to the slack time float. For non-critical activities, an iterative procedure is proposed to maximize time windows while maintaining the precedence constraints among activities. In terms of the time window allocations, a local optimization method is developed to minimize execution costs. The two local cost optimization methods can lead to a global near-optimal solution. Experimental results show that DET outperforms two other recent leveling algorithms. Moreover, the deadline division strategy adopted by DET can be applied to all feasible deadlines.     

时间约束下可靠性增强的网格工作流调度算法

如何在动态性极强的网格环境中有效调度工作流应用并满足用户的QoS需求是一个难题.传统的基于资源静态特征的启发式调度算法或预留策略缺乏对资源动态服务能力的有效评估而无法保证工作流应用的截止时间约束.本文采用随机服务模型建模网格资源的动态性能并考虑资源内处理单元失效的情况.利用生灭过程描述资源节点中处理单元数目的变化情况并给出了资源节点在任务截止时间内的可靠性评估方法.在此基础上,提出一种可靠性增强的网格工作流调度算法RSA_TC.实验结果表明RSA_TC算法相对于DSESAW和PFAS算法,能有效保证用户截止时间的要求,对动态网格环境有较好的自适应性.     

混合云环境中数据敏感工作流调度

混合云环境下调度包含敏感数据的工作流主要考虑在满足数据安全性以及工作流截止时间的前提下,对工作流任务在混合云上进行分配,实现计算资源与任务的映射,并优化调度费用。采用了整数规划来建模求解包含数据敏感性、截止时间和调度费用3种约束条件的混合云工作流调度问题,同时为优化模型求解速度,基于“帕雷托最优”原理对工作流任务在混合云上的分配方案进行筛选以减小模型求解规模。实验表明,优先排除不合理的任务分配方案可有效减小整数规划模型的求解规模,缩短模型计算时间,在产生较小误差的情况下获得较优的调度结果。     

基于时序一致的工作流费用优化方法

针对效用网格下的工作流时间约束-费用优化问题,分层算法将工作流进行分层并逐层进行优化调度,取得了良好效果.然而,这类分层算法由于缺乏更有效的截止时间确定策略来保证时间约束而使得算法的适用性受限.在已有算法截止期约束的逆向分层算法(deadline bottom level,DBL)的基础上,研究工作流的时序特征,并基于任务的一致性状态对费用进行优化,提出了基于时序一致的截止期约束逆向分层算法(temporal consistency based deadline bottom level,TCDBL).TCDBL通过一致性时间点来保证时间约束,解决了DBL的适用性受限问题;同时基于各层并行度分配冗余时间,基于宽松时间约束策略进行费用优化,达到了进一步减少工作流执行费用的目标.实验结果表明TCDBL的费用优化效果比DBL改进了约14%.     

An effective hybrid particle swarm optimization algorithm for multi-objective flexible job-shop scheduling problem

Flexible job-shop scheduling problem (FJSP) is an extension of the classical job-shop scheduling problem. Although the traditional optimization algorithms could obtain preferable results in solving the mono-objective FJSP. However, they are very difficult to solve multi-objective FJSP very well. In this paper, a particle swarm optimization (PSO) algorithm and a tabu search (TS) algorithm are combined to solve the multi-objective FJSP with several conflicting and incommensurable objectives. PSO which integrates local search and global search scheme possesses high search efficiency. And, TS is a meta-heuristic which is designed for finding a near optimal solution of combinatorial optimization problems. Through reasonably hybridizing the two optimization algorithms, an effective hybrid approach for the multi-objective FJSP has been proposed. The computational results have proved that the proposed hybrid algorithm is an efficient and effective approach to solve the multi-objective FJSP, especially for the problems on a large scale.     

基于遗传算法的混合流水线车间调度多目标求解*

为了解决传统的多目标优化算法难以很好实现企业的实际决策需要问题,针对混合流水线车间调度（HFSP）的多目标优化调度问题,提出了一种新的多目标遗传算法。根据企业实际需求,采用分模块两层建模的思想,将多目标分为约束性目标和优化性目标。算法根据目标性质的不同分别进行不同的搜索。最后将新算法应用于HFSP多目标优化问题进行实例验证。结果表明,所提出的算法具有很好的可行性,与其他多目标优化方法相比,该算法具有明显的优越性、实用性和可操作性。     

一种可靠性驱动的云工作流调度遗传算法

为了解决云环境中工作流调度的可靠性问题,提出了一种基于可靠性驱动信誉度模型的工作流调度遗传算法RDR-GA。算法以工作流执行跨度makespan与可靠性最优化为目标,设计了一种基于时间依赖的可靠性驱动信誉度模型,通过该模型可以有效评估资源可靠性。同时,为了寻找遗传最优解,算法设计了新的遗传进化和评估机制,包括：1)以进化算子对调度解中的任务-资源映射进行遗传进化;2)以两阶段MAX-MIN策略评估并决定调度解的任务执行序列。仿真实验结果表明,满足可靠性驱动的信誉度算法不仅能够以更精确的信誉度改善工作流应用执行可靠性,而且能够以比同类遗传算法更快的收敛速度得到进化更优解。     

云工作流系统中能耗感知的任务调度算法*

云工作流系统研究集中在工作流任务执行的时间效率优化,然而时间最优的任务调度方案可能存在不同能耗,因此,文中求解满足时间约束时能耗最优的调度方案。首先改进任务执行能耗模型,设计适用于评价任务调度方案执行能耗的适应度计算方法。然后基于精准调整粒子速度的自适应权重,提出解决任务调度能耗优化问题的自适应粒子群算法。实验表明,文中算法收敛稳定,调度方案执行能耗较低。