一种云工作流任务调度能效优化算法

工作流任务执行时带来的高能耗不仅会增加云资源提供方的经济成本,而且会降低云系统的可靠性。为了满足截止时间的同时,降低工作流执行能耗,提出一种工作流能效调度算法CWEES。算法将能效优化调度划分为三个阶段：初始任务映射、处理器资源合并和任务松驰。初始任务映射旨在通过任务自底向上分级排序得到任务调度初始序列,处理器资源合并旨在通过重用松驰时间合并相对低效率的处理器,降低资源使用数量,任务松驰旨在为每个任务重新选择带有合适电压/频率等级的最优目标资源,在不违背任务顺序和截止时间约束前提下降低工作流执行总能耗。通过随机工作任务模型对算法的性能进行了仿真实验分析。结果表明,CWEES算法不仅资源利用率更高,而且可以在满足截止时间约束下降低工作流执行能耗,实现执行效率与能耗的均衡。     

QoS约束云环境下的工作流能效调度算法

云环境可以为大规模工作流的执行提供高效、可靠的运行环境,但工作流执行时带来的高能耗不仅会增加云资源提供方的经济成本,还会影响云系统的可靠性,并对环境产生不利影响。为了在满足用户截止时间QoS需求的同时降低云环境中工作流调度的执行能耗,提出一种工作流能效调度算法QCWES。该算法将工作流的能效调度方案求解划分为3个阶段:截止时间重分配、任务调度选择排序以及基于DVFS的最佳资源选择。截止时间重分配阶段旨在将用户定义的全局工作流截止时间在各个任务间进行重分配,任务调度选择排序阶段旨在通过自顶向下的任务分级方式得到任务调度序列;基于DVFS的最佳资源选择阶段旨在为每个任务选择带有合适电压/频率等级的最优目标资源,在满足任务的子截止时间的前提下使总体能耗达到最小。通过随机工作流和基于高斯消元法的现实工作流结构,对算法的性能进行仿真实验分析。结果表明,所提算法可以在满足截止时间约束下降低工作流的执行能耗,实现用户方的QoS需求与资源方的能耗间的均衡。     

树型网格计算环境下的自适应任务调度算法

提出一种基于树型计算网格的自适应调度算法,实现对小粒度独立任务和用户大作业的自适应最优调度。通过对网格环境的实时检测,给出了基于节点负载状况、节点任务执行时间、任务传输时间和任务特性的自适应调度算法,即基于最优任务分配方案的启发式任务调度算法。通过实验与其他调度算法的比较,证明了所提出的任务调度算法在负载平衡和最优跨度方面具有明显的优越性。     

云环境中基于混合多目标粒子群的科学工作流调度算法

为了更高效地实现科学工作流任务的调度,研究了云环境中的工作流调度多目标优化问题,提出了一种基于非占优排序的混合多目标粒子群优化的工作流调度算法HPSO。首先,建立了截止时间与预算约束下工作流调度的多目标优化模型,模型引入三目标最优化,包括工作流执行跨度、执行代价及执行能耗;其次,设计了一种混合粒子群算法对相互冲突的三目标最优化进行求解,算法通过非占优排序的形式可以得到满足Pareto最优的工作流调度解集合;最后,通过3种科学工作流案例的仿真实验,与同类多目标调度算法NSGA-II,MOPSO和ε-Fuzzy进行了性能比较。实验结果表明,HPSO得到的调度解不仅收敛性更好,而且调度解的空间分布更加一致,更符合云环境中的工作流调度优化。     

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。     

基于均衡适应度的云工作流调度算法

针对工作流任务调度优化问题,提出一种云工作流任务调度遗传算法。为了寻找工作流执行时间与执行代价的同步最优解,建立了遗传调度模型。在个体编码方面,采用了一种二维排列编码方法,可以更好地展现工作流任务间的执行次序;综合考虑任务执行代价与最早完成时间两个因素,设计了一种均衡适应度函数;为了丰富种群个体多样性,引入三种遗传交叉操作和两种遗传变异操作,以产生新的个体,增加了最优解的求解概率。通过数值仿真实验,在多个性能指标上对算法进行分析。结果表明,该调度算法能更好地平衡执行代价与调度效率,性能优于同类算法。     

满足帕累托最优的多目标云工作流调度算法

为了同步考虑用户的任务QoS需求和云资源提供方的收益,提出一种云环境中满足帕累托最优的多目标最优化DAG(Directed Acyclic Graph)粒子群算法MODPSO(Multi-objective DAG Particle Swarm Optimization)。综合考虑任务执行跨度、执行代价与执行能耗的三目标同步最优化,设计基于DVFS的离散PSO调度优化方法。重新定义PSO的种群粒子进化过程和更新规则,进而得到多目标优化工作流调度解。通过人工合成工作流和现实科学工作流进行仿真测试,并对算法性能进行分析。结果表明,该算法可以通过非支配集的方式实现冲突多目标的调度优化求解。在满足用户QoS的同时,得到最优解的Pareto边界集,实现调度性能与系统能耗的均衡。     

混合自适应粒子群工作流调度优化算法

针对具有截止期的云工作流完成时间与执行成本冲突的问题,提出一种混合自适应粒子群工作流调度优化算法（HAPSO）。首先,基于截止期建立有向无环图（DAG）云工作流调度模型;然后,通过范数理想点与自适应权重的结合,将DAG调度模型转化为权衡DAG完成时间和执行成本的多目标优化问题;最后,在粒子群优化（PSO）算法的基础上引入自适应惯性权重、自适应学习因子、花朵授粉算法的概率切换机制、萤火虫算法（FA）和粒子越界处理方法,从而平衡粒子群的全局搜索与局部搜索能力,进而求解DAG完成时间与执行成本的目标优化问题。实验中对比分析了PSO、惯性权重粒子群算法（WPSO）、蚁群算法（ACO）和HAPSO的优化结果。实验结果表明,HAPSO在权衡工作流（30～300任务数）完成时间与执行成本的多目标函数值上降低了40.9%～81.1%,HAPSO在工作流截止期约束下有效权衡了完成时间与执行成本。此外,HAPSO在减少完成时间或降低执行成本的单目标上也有较好的效果,验证了HAPSO的普适性。     

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...     

一种多重约束下确保成功率的云工作流调度方法

为提高多重约束下的调度成功率,提出一种满足期限和预算双重约束的云工作流调度算法。将可行工作流调度方案求解分解为工作流结构分层、预算分配、期限分配、任务选择和实例选择。工作流结构分层将所有工作流任务划分层次形成包任务,以提高并行执行程度;预算分配对整体预算在层次间进行分割;期限分配将全局期限在不同层次间分割;任务选择基于任务最早开始时间确定优先级,得到任务调度次序;实例选择根据时间和代价均衡因子,获取任务执行最佳实例。仿真结果证明,该算法在调度成功率、同步优化工作流执行时间与执行代价上相较对比算法更好。     

基于代价优化的云工作流调度改进PSO算法

云计算可以通过即付即用的方式向用户工作流提供资源。为了解决资源服务代价异构环境下的云工作流任务调度代价问题,提出一种基于改进粒子群算法的云工作流任务调度算法WSA-IPSO。通过综合考虑任务的执行代价和依赖任务间发生数据传输时的通信代价,算法将总代价优化问题形式化为有向无环图DAG中的任务调度模型,并提出基于改进粒子群算法的优化模型对其进行求解。通过改进传统粒子群算法的粒子速度更新策略和惯性权重更新策略,算法可以以更快的收敛速度得到代价最小化的调度方案。通过仿真实验,与MCT算法及标准粒子群算法进行性能比较。实验结果表明,WSA-IPSO算法在降低总代价、任务分布的负载均衡以及算法收敛性方面比较同类算法均表现出更好的性能。     

Joint optimization method for task scheduling time and energy consumption in mobile cloud computing environment

An unheard of growth in mobile data traffic has drawn attention from academia and industry. Mobile cloud computing is an emerging computing paradigm combining cloud computing and mobile networks to alleviate resource-constrained limitations of mobile devices, which can greatly improve network quality of service and efficiency to make good use of available network resource. Mobile cloud computing not only inherits the advantages of strong computing capacity and massive storage of cloud computing, but also overcomes the time and geographical restrictions, bringing benefits for mobile users to offload complex computation to powerful cloud servers for execution anytime and anywhere. To this end, an optimal task workflow scheduling scheme is proposed for the mobile devices, based on the dynamic voltage and frequency scaling technique and the whale optimization algorithm. Through considering three factors: task execution position, task execution sequence, and operating voltage and frequency of mobile devices, this study makes a tradeoff between performance and energy consumption by solving the joint optimization for task completion time and energy consumption simultaneously. Finally, a series of extensive simulation results has demonstrated and verified the scheme has distinguished performance in terms of efficiency and operational cost, providing feasible solutions to similar optimization problems of mobile cloud computing.     

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。     

移动云计算中基于延时传输的多目标工作流调度

云计算和移动互联网的不断融合,促进了移动云计算的产生与发展.在移动云计算环境下,用户可将工作流的任务迁移到云端执行,这样不但能够提升移动设备的计算能力,而且可以减少电池能源消耗.但是不合理的任务迁移会引起大量的数据传输,这不仅损害工作流的服务质量,而且会增加移动设备的能耗.基于此,本文提出了基于延时传输机制的多目标工作流调度算法MOWS-DTM.该算法基于遗传算法,结合工作流的调度过程,在编码策略中考虑了工作流任务的调度位置和执行排序.由于用户在不断移动的过程中,移动设备的无线网络信号也在不断变化.当传输一定大小的数据时,网络信号越强则需要的时间越少,从而移动设备的能耗也越少.而且工作流结构中存在许多非关键任务,延长非关键任务的执行时间并不会对工作流的完工时间造成影响.因此,本文在工作流调度过程中融入了延时传输机制DTM,该机制能够同时有效地优化移动设备的能耗和工作流的完工时间.仿真结果表明,相比MOHEFT算法和RANDOM算法,MOWS-DTM算法在多目标性能上更优.     

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.     

A hybrid instance-intensive workflow scheduling method in private cloud environment

Aiming to solve the problem of instance-intensive workflow scheduling in private cloud environment, this paper first formulates a scheduling optimization model considering the communication time between tasks. The objective of this model is to minimize the execution time of all workflow instances. Then, a hybrid scheduling method based on the batch strategy and an improved genetic algorithm termed fragmentation based genetic algorithm is proposed according to the characters of instance-intensive cloud workflow, where task priority dispatching rules are also taken into account. Simulations are conducted to compare the proposed method with the canonical genetic algorithm and two heuristic algorithms. Our simulation results demonstrate that the proposed method can considerably enhance the search efficiency of the genetic algorithm and is able to considerably outperform the compared algorithms, in particular when the number of workflow instances is high and the computational resource available for optimization is limited.

     

一种基于能耗优化的云计算系统任务调度方法

服务器执行任务产生的能耗是云计算系统动态能耗的重要组成部分。为降低云计算系统任务执行的总能耗,提出了一种基于能耗优化的最早完成时间任务调度方法,建立了服务器动态功率计算模型,基于动态功率的服务器执行能耗模型,以及云计算系统的能耗优化模型。调度策略根据任务的截止时间要求和在不同服务器上的执行能耗,选择不同的调度算法,以获得最小任务执行总能耗。实验结果证明,提出的任务调度方法,能够较好地满足任务截止时间的要求,降低云计算系统任务执行的总能耗。