云計算環境中的資源調度策略探討

汪 蓉

(湖北科技學院 計算機科學與技術學院，湖北 咸寧 437100)

云計算環境中的資源調度策略探討

汪 蓉

(湖北科技學院 計算機科學與技術學院，湖北 咸寧 437100)

近年來，隨著我國社會經濟的進步與發展，科學技術水平也隨之提高。云計算在此背景下快速發展，并成為世界商業與科學研究的重點內容。將云計算與網格計算相比，云計算環境是對虛擬化技術的合理使用。而虛擬技術就是把網絡服務器與存儲與網絡虛擬，并形成資源池，進行統一的調配。其中，資源的分配與調度就是云計算中的重要技術。但是，云計算環境下的資源調度并未發展成熟，沒有形成明確的體系，并在其管理系統中存在一定的問題，需要進行適當的調整與完善。

云計算環境；資源調度；調度算法；策略

在云計算環境中對調度算法的研究與設計處于初步階段，并且云計算中的虛擬化技術是將不同資源進行有效的整合并組成虛擬機的形式，為終端用戶提供使用服務。與此同時，伴隨云計算環境的進一步發展，云計算平臺所需要的服務器與相應的配套設施數量也不斷增加，導致能源消耗增加，并提高運營的支出。因此，為了有效的解決以上云計算環境中的資源調度問題，應采取具有針對性的措施，并重點關注云計算環境中虛擬機的分配調度問題，進而有效的完善并調整云計算環境中資源調度的狀況。

一、云計算技術概述

(一)網格計算技術

網格計算技術的主要目的就是用戶通過使用網格服務更加方便與快捷。同時，網格計算是將互聯網虛擬，并為用戶提供無關地理位置且無關計算設施的一種通用計算的能力[1]。網格計算技術能夠有效的實現資源存儲與計算以及信息和數據的全面共享，其自身具有一定的優勢。

第一，分布性與分享性。網格計算技術的分布性主要指的就是網格資源的分布。網格計算的組成部分是具有不同計算能力的計算機，還有不同類型的數據庫與電子圖書館，此外，還有不同設備與資源，這些組成部分分布在不同的區域。以上資源具有復雜的類型，并且其規模龐大，地理范圍也比較廣闊。所以，網格計算技術主要是分布式的。雖然網格的計算技術具有分布性，但是卻可以實現共享。共享性是網格計算的主要目標，所以，一旦缺失共享就不會形成完整的網格計算。

第二，自相似性。網格計算的整體與局部具有相似性[2]。國家級的網格是在省級網格基礎上發展起來的，并且主干網的帶寬更大，有利于將子網格進行聯接，進而提供優質的服務。與此同時，國家級與省級具有自己獨自的計算中心，但是在計算的能力方面仍存在一定的差異。其中，所有的網格計算都有相應的管理節點，并且國家級的節點更強。

第三，動態性與多樣性。網格計算具有一定的動態性質，不是始終不變的。其自身的動態性主要表現在動態的增加與動態的減少。除此之外，網格計算的資源是多種多樣的。在網格計算環境下可以存在不同結構體系的計算機。因為在網格計算的環境下，其資源的管理會涉及到較多類型的資源，所以，網格計算系統需要對不同結構與類別資源的通信與操作問題進行正確的解決與處理。

第四，自治性與管理多重性。網格計算資源的擁有者對其享有最高的管理權限，并對其進行自主的管理。與此同時，網格計算資源也需要進行統一管理，進而建立相互的良好聯系，有效的實現資源的共享與操作，最終為用戶提供更優質的服務。所以，網格計算的管理具有明顯的多重性，不僅受到資源擁有者的自主管理，同時還要接受網格統一的管理。

(二)虛擬化技術

在云計算環境中，虛擬化技術是其關鍵的技術。虛擬化技術主要是計算的元件在虛擬的環境中運行，而非是真實的環境，同時也將物理的資源有效的轉變為邏輯管理資源[3]。虛擬化技術能夠有效的對硬件容量進行擴大，并簡化相應軟件的配置。在云計算的環境下，虛擬化技術逐漸向更長遠的方向發展，主要表現在以下方面：

第一，高級虛擬主機。眾所周知，伴隨互聯網普及程度的加深，在提供用戶服務方面出現了明顯的限制，并且其穩定性與安全性也無法有效的保證。但是，虛擬化技術的產生，一定程度上降低了站點建立的成本，并為其提供了安全可靠的服務。虛擬服務器的技術可以在一個服務器中創建不同且彼此隔離的虛擬服務器，并且可以進行各自獨立的運行與啟動，同時各自擁有訪問權利與相應的IP地址以及文件和系統的函數庫等等。與此同時，在利用虛擬服務器的技術以后，能夠實現為用戶提供更多新型服務的目標，這樣可以彌補虛擬主機服務與獨立的主機服務的缺陷。現階段，虛擬的主機用戶逐漸提高了對虛擬主機服務的要求，因為，用戶也需要安全穩定的環境，并且還需要對其他部分資源的相應控制權。

第二，面向應用與資源。虛擬化技術主要指的是應用所運行的具體環境。在云計算的環境中，虛擬化自身的作用與需求一定要以應用與資源為基礎。同時，軟件所重視的不只是計算機品牌，最重要的是處理器的計算能力。計算機的硬件是為了提供所需的計算資源，但是應用卻需要可操作的環境與資源。然而，應用與資源最直接的接觸面是操作系統。

第三，虛擬化存儲。利用資源池方式進行計算機處理器與存儲的虛擬管理，一定程度上可以提高資源使用的效率。虛擬化的存儲就是將不同存儲介質的模塊利用相應的手段進行集中的管理。這種管理方法可以為用戶提供更高性能與容量的存儲系統。除此之外，虛擬存儲能夠有效的降低成本，并具有一定的靈活性。

除了以上網格計算技術與虛擬化技術以外，云計算技術還包括IaaS技術、PaaS技術以及SaaS技術[4]。

二、云計算環境中的虛擬機資源調度

(一)虛擬機資源調度的模型

在云計算的環境下，應用與數據以及服務都被存儲在云端，所以，需要全部的IT能源被云管理[5]。

虛擬化的技術能夠把底層CPU與內存以及網絡的帶寬等資源進行合理的抽象，將底層存在的差異與兼容對上層顯示透明，進而對不同的資源進行管理。云計算主要是運用了虛擬技術自身的特點，把物理機資源有效的映射在虛擬的機層，并且利用虛擬機來完成用戶的任務。針對云計算環境下虛擬技術的特點，研究出了云計算的資源調度算法與作業調度算法，并將虛擬機的資源調度分為兩個等級。

圖1 虛擬機的資源調度圖

(二)虛擬機資源調度算法的目標

1.跨度最優

跨度具體指的就是用戶調度的長度，也就是在進行云計算系統資源的管理與調度過程中所有任務執行所使用的時間。所以，跨度越小就說明調度策略越合理。

2.保證負載均衡

在應用進行并行計算與分布計算時最重要的調度算法衡量標準就是負載的均衡程度。云計算環境下的資源調度是對云內部虛擬機的有效調度[6]。因為，虛擬機自身資源的規模龐大，并且還存在同構性與異構性，所以，虛擬機資源的管理與監控具有重要的意義，應有效的保證其資源負載的均衡性。

3.服務的質量

對云計算系統各種服務衡量的重要標準就是其自身性能的好壞程度，是通過QoS來具體體現的。云調度器將資源調度給其用戶的時候，應重點保證云計算中應用的QoS[7]。

4.遵循經濟原則

云計算環境下的不同資源的使用也是需要進行付費的。因此，按照市場經濟的相關原則，其不同的資源所付費的多少也存在一定的差異。同時，云計算系統本身也一定要保證提供資源方面與使用資源方面的共同利益，進而有效的推動云計算系統的順利運行。

(三)虛擬機資源調度的特點

1.面向同構臺與異構臺進行任務的調度

云計算的系統主要是為用戶的應用提供統一封裝完整的虛擬機資源，但是，虛擬機資源中的內存與帶寬以及CPU等具有不同的特征，具有相同與不相同兩種形態。所以，云計算系統在任務調度的方面不僅要面向同構臺，還需要面向異構臺，進而更好的實現用戶任務的科學合理調度。

2.任務調度的擴展性

云計算技術屬于彈性的計算，能夠實現服務器的隨時增減，進而調整其自身的計算能力。與此同時，虛擬機能夠被隨時進行創建來為用戶提供任務的使用。最重要的是，用戶在使用過后可以自行銷毀[8]。

3.任務調度的集中與規模性

與網格計算技術不同的是，云計算技術雖然是基于網格計算進行發展的，但是在資源的利用方面存在一定的差距。網格的計算技術自身不具備數據中心，并且，一般情況下是以聚合分散的形式來對集中應用提供有效的支持。除此之外，云計算主要是集中資源，并以數據中心的形式，再綜合使用虛擬化的技術進行分散應用的實際運行。

4.任務調度的適應動態性

云計算技術與網格計算技術具有一定的相似性，其自身的資源不僅可以是異構的，并且網絡的本身也能夠進行不斷的變化。在云計算的環境下，虛擬機資源會由于自身的故障退出，也可能被其系統進行創建，并為用戶任務的使用提供有效的服務。所以，云計算技術具有明顯的動態性質，而任務的調度系統也需要合理的適應以上動態性，并選擇合理的虛擬機資源為用戶提供優質的服務。

三、結語

綜上所述，隨著社會經濟水平的不斷提高，科學技術有了巨大的發展。同時，互聯網在人們的日常生活中逐漸普及，云計算技術應運而生。云計算技術是互聯網未來發展的重要方向，因此，被大多數所關注，并具有一定的優勢與發展空間。文章對云計算技術中的網格計算技術與虛擬化技術進行了全面詳細的闡述，同時對云計算環境中的虛擬機資源調度策略進行了深入的研究。了解虛擬機資源調度的模型與資源調度方法的目標，并且掌握了虛擬機資源調度的具體特點，為云計算技術的發展提供了有效的依據。

[1]張浩榮.云環境下基于蟻群算法的資源調度策略研究[D].廣州：廣東工業大學,2014.

[2]文曉棠.云計算環境下基于蟻群粒子群優化算法的資源調度策略研究[D].南昌：江西師范大學,2013.

[3]孫瑞鋒,趙政文.基于云計算的資源調度策略[J].航空計算技術,2010,40(3):103～105.

[4]劉永,王新華,邢長明等.云計算環境下基于蟻群優化算法的資源調度策略[J].計算機技術與發展,2011,21(9):19-23,27.

[5]張彬橋.云環境下計算資源調度策略與仿真研究[J].計算機仿真,2013,30(11):392～395.

[6]崇陽.云計算環境中優化遺傳算法的資源調度策略[J].中國新通信,2013,(21):92～93.

[7]殷洪海.云環境下基于改進蟻群算法的資源調度策略[D].成都：電子科技大學,2014.

[8]徐波.云計算環境下基于蟻群優化算法的資源調度策略[J].吉林廣播電視大學學報,2014(6):5～6.

2095-4654(2015)12-0007-03

2015-08-20

TP311