數據中心中面向工作流應用的節能調度算法研究

摘要：

根據數據中心實際工作機制，推出面向工作流應用的節能調度算法，不但可確保數據傳輸過程的時效，還可適當降低因數據延遲或網絡吞吐量小給系統帶來的不利影響，并讓處理器分出對節能調度算法獨立單元。

關鍵詞：

數據中心;工作流應用;節能調度算法;數據結構

中圖分類號：

TP308

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0014-02

1項目基本背景分析

1.1節能調度算法的實現過程。節能調度算法是一種基于云計算技術和模型的分布式算法，意圖提高計算模型的總體運行效率，并基于大數據支撐保持系統良好的延展性，降低系統使用成本的同時確保資源調度合理和接到計算機指令后能根據算法中的內容完成對平臺運行效率的改造。

1.2數據計算中存在的損耗分析。在不同算法下對數據執行而言有不同的運行效率，決定數據計算中損耗率大小的主要指標是通過集成式計算機設備，保證計算機處理器核心調度與能源功耗控制處于正常狀態，另外計算機系統中節點的分布與運算消耗的能源比例也將對數據計算效率帶來影響。

1.3數據計算的資源調度分析。在對數據計算過程用適當方式建模時，首先可建立由任務集組成的隊列，按照數據執行順序完成各項計算步驟。另外也可根據資源的分配情況設置計算節點和計算資源總調配系統，明確各項任務對應的計算需求，使用與之匹配的計算單元完成，并在中止程序后及時回收資源。

1.4調度層網絡相關算法分析。調度層網絡對整個計算過程中涉及的損耗率和傳輸距離與時間做計算，不但可得出信息在到達調度層后的接收功率大小，因信號的傳輸與發射過程也存在一定損耗，在得到接收功率等參數后，也可計算出在不同層級下的發射功率與損耗程度。

1.5當前國內外研究現狀。節能調度算法目前在國內外的計算機科研機構或企事業單位多有應用，企業不單要考慮實際經營成本，因對能源的不必要損耗不但會讓計算機在運行期間執行多余計算步驟，也不符合可持續發展視閾下的計算機節能與資源合理調配的預期，讓計算過程的運行高效有序。

2數據中心拓撲結構及技術探究

2.1光和電結合的拓撲結構分析。數據中心內對光電結合的拓撲結構合理規劃，因交流電在生活中較常見，在某輸送電的過程中，將發電系統做為單位，通過連接逆變器完成升壓過程，在不同單位的子系統內，確保各個單元的輸出功率相同，并通過最優算法降低輸出輸入期間的能源損耗。

2.2網絡基本拓撲結構分析。由于網絡存在獨立的虛擬地址和名稱，在相鄰節點間的拓撲結構不但具有單向性特點，在尋址和節點轉換過程中，確定基本路徑和映射關系，在完成整個尋址過程后以遞歸形式重復尋址過程，是網絡基本拓撲結構算法的實現過程，因此確定合理的算法和節點關系尤為重要。

2.3虛擬層拓撲結構分析。在連接好虛擬交換機和主機與虛擬機后，通過獲取IP地址和DNS服務器地址形式，完成三層網絡交換，設置正確的DHCP值，并通過物理交換機利用網關完成數據傳輸過程，在配置文件時，不但要確保虛擬機的運行使用正常，還可將拓撲結構進一步深化拓展。

2.4管理層拓撲結構分析。管理層拓撲結構一般設置數組和庫群的形式，將所有可能出現的拓撲列出，由于存在相關函數與映射關系，閉集中的表達式不但可一一列出，在數據傳輸時也可讓閉集中的內容以確定關系式和計算方法形式完成管理，進而優化管理層拓撲結構的組成，精簡計算步驟。

3數據損耗率評估辦法探究

3.1數據中心的基本損耗評估辦法。在完成數據中心建模后，評估系統可行性和實際能耗比，對各設施的實際耗電量和運行過程中的能源損耗情況合理評估，并根據評估結果完成定向改造，既可讓運行過程體現安全性，還可明確實際電能損耗情況對未來的電源能耗效率給出指導性整改方案。

3.2資源調度算法的使用方式分析。在將數據中心內部劃分為多個計算單元后，將不同分區內的運行效率單獨計算，在分析出功率較大電器設備和在運算期間可關閉的計算單元后，給出具體整改方案，另外在計算過程中的分區要講究合理性和最小單位，也可以計算設備的最小單元為單位完成計算。

3.3合理分配任務的調度算法分析。對計算元件內部合理分配，不但讓任務執行過程具有高效特點，算法有效性的提高也可通過搜索算子和利用遺傳算法的原理，對調度內部選擇隨機雜交形式，進而生成全新解法，另外選擇合適的雜交點也將讓系統內部合理調度。

3.4計算數據相關節點的實現過程分析。在計算數據時，當完成搜索算子和雜交算子的調度后，既可以產生新解法，又可讓輔助算子對群內所有數據具備合理調度特點，運算范疇內的所有子任務都將以合理形式交換，處理機對數據的遷移過程也將讓不同子任務的切換過程達到最優效率，變異算子的編程算法執行難度高低也將影響執行效率。

4數據中心節能調度算法的概述

4.1數據中心資源的能耗模型研究。在建立模型時，不但要本著高效便捷的使用原則，還需要明確各功能間的關系，例如在探究能耗的組成結構和彼此間的關聯時，要根據設備的部署與架構情況，選擇最優的能耗模型，后在中確定子系統和設備模型，以完成外部數據在內部系統的計算過程。

4.2節能調度算法的實現過程。節能調度算法將網絡傳感器內的運算節點通過建立能好關系表達方程的形式確定關系，首先要計算信息傳遞期間的能源變化量，不但確定了功率轉化的基本系數，還可通過計算臨界值和傳輸距離關系形式，完成初步節能調度算法的計算。

4.3項目的仿真程度分析。由于項目在實際生產中的仿真程度較高，遺傳算法的改造過程不但對各項工序合理布置，還可通過分別枚舉所有可能出現情況的形式，讓項目的運行過程具有高度可視化特點，因全盤化了解項目可節省項目運行所耗費的時間，故具有一定仿真度，另外在滿足條件后即中止運算過程，提升項目的可行性。

4.4對項目模擬結果的分析。在對項目計算過程合理編程后，根據遺傳算法的改進步驟，通過列出最優解和相關函數的形式，對子數據的運算過程做規劃，不但讓遺傳算法的利用率得到保證，還可讓計算結果更接近目標預期值，也對節省不必要的能源浪費十分有利，可在生產中加以應用。

5對未來研究的展望分析

5.1對當前階段工作流應用節能調度算法的總結。對當前階段工作流應用節能調度算法而言，未來還需在現有研究成果上進一步優化計算效率，既可通過對遺傳算法完成改造，也可通過合理調度和跳路由形式，對數據的傳輸能力做更高的要求，以降低數據延遲和各計算單元合理分配空間為目的。

5.2工作流應用節能調度算法待改進內容。工作流應用節點中的節能調度算法雖可有效改善當前階段部分電器在使用過程中對能源的浪費，但還需注意到節能調度算法的本質是讓各項電器在人為可控條件下合理安排能效資源，并確保數據具有較強的運輸效率，這也將是未來算法改造工作的重點。

5.3工作流應用節能調度算法中提升效率的辦法。工作流應用節能調度算法提升效率不但可通過優化計算路徑和遺傳算法的實現過程得以改變，還可通過讓內部模型的所有計算設備合理利用網絡帶寬，并根據實際配置原理確定在不同運算條件下的網絡占用時間，以滿足運算需求和計算效率。

5.4對未來項目研究的展望。在看到“互聯網+”政策得以普及后，隨著移動設備和物聯網技術的不斷發展，大數據的出現也讓云計算等相關產業得以被大面積應用。未來在相關技術的不斷創新下，項目也必將進一步優化計算效率，并能夠深入到社會的各項事業中，以滿足不同客戶的個性化需求為目的，打造數字化城市，提升工作總體效率將是未來項目的發展方向。

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作者簡介：宋艷，（1979-9）女，民族：漢，河南洛陽人，河南林業職業學院講師，最高學歷：本科，最高學位：工程碩士學位，主要研究方向：大數據分析。