隨機任務在云計算平臺中能耗的優化管理方法

摘 要 作為一種新型的計算方法，云計算具有很強的擴展性和使用性，因而被學術界和互聯網產業界重點分析研究。但是云計算系統在現實的運行過程中，經常會出現嚴重的能耗浪費問題，而任務調度方法的使用對解決能源消耗起到了很大的作用，本文將對這中優化能源的管理方法進行分析。

【關鍵詞】隨機任務 云計算平臺 能源消耗 優化管理

隨著社會的進步和科技的發展，我國的互聯網技術得到了很大的提高，越來越多的行業和部門都必須利用網絡來開展工作和學習。而云計算平臺為人們提供高效、簡單和安全的計算時，卻總是由于任務的安排方式不夠科學，使得云計算系統產生大量的空閑能耗，給個人和企業的發展造成了沉重的經濟負擔。如何能夠充分的使用這些空閑的資源，提高云計算平臺的計算效率，成為人們重點研究的課題。而通過建立云計算系統的模型，掌握其計算的功率和相應的時間，然后采取相應的任務調度策略來控制空閑能耗，使之繼續發揮作用能極大的減少能耗的產生，使優化的計算平臺更好的發揮其作用。

1 云計算及調度算法的分析

1.1 云計算分析

云計算是指在互聯網服務增加、使用和交付模式的基礎上，通過互聯網來提供動態擴展的虛擬化的資源，它是一種按使用量來完成付費的的計算模式，能夠提供可用的、方便的網絡訪問，使人們很少參與管理或與服務供應商接觸就能快速的提供可以配置的計算資源。

1.2 調度算法分析

調度算法是依據資源的分配策略制定的一些資源的配置方法，它因為計算系統的不同而有不同的算法。傳統的調度方法有先到先服務和輪轉法兩種，這兩種計算方法都不能滿足云計算環境中的類型多樣和用戶增多的調度需求，因為他們都是建立在前后順序的基礎上來執行計算任務，當執行前一個任務時它就占用了后面的資源，而這些占用的資源并沒有被充分的利用，于是造成了嚴重的能耗損失。而后來設計出的啟發式調度算法，目的是計算更多的任務和解決更多處理器的調度問題，但是它在求最優解的時候效率非常低下，因此不能用于規模大、任務類型多的云計算環境。

2 隨機任務和云計算系統的建模

2.1 隨機任務模型的建立

在進行云計算方面，用戶的需求不是固定不變的，因此云計算系統接受的任務也是隨機變化的，它包括以下幾點：第一，任務下達的時間間隔會受到負指數分布和Erlang分布的影響。第二，很多用戶提交的服務很大程度上是相同的，尤其是近期網上比較流行的內容，用戶都會非常瘋狂的進行提問。第三，用戶對于同一個問題的提問方式可能都不一樣，因此需要云計算系統根據計算的要求和模式進行仔細的篩選，然后分類別進行答復。對其可以進行以下的模型建立，當任務是以隨機的方式到達云計算系統時，可以用（T，Λ，W）這樣的三元組來表示。而T=[ti|1≤i≤m]代表不同的任務類型，其中ti代表第i類型的任務且他們之間是相互獨立的，而1≤i ， j≤m；Λ=[λi|1≤i≤m]表示的是任務的平均到達效率，其中λi表示在ti單位時間內到達的任務數量，如果i和j是不相等的，那么λi也不等于λj，而且1≤i ， j≤m；W=[wi|1≤i≤m]代表的是計算的任務量，Wi代表的是ti類型任務的計算情況，所以i類計算任務就可以建立成這樣的數據模型（ti，λi，wi），而且在這個過程中ti屬于T，λi屬于Λ，wi屬于W。通過云計算系統的的監測數據，來分析出任務達到時的間隔時間，接著采用統計方法進行驗證，來估計它的參數。

2.2 云計算系統模型的建立

現在很多的云計算系統使用的服務器是不同類型的，所消耗的功率也是不相同的，所以要清楚了解它們的運算程序需要進行建模來分析，它可以定義為六元組來表示，如（ C， ， Pidle， Ppeak， Umxn），其中各個部分代表的內容也是不一樣的，如C=[cj|1≤j≤n]表示的是在云計算系統中計算機的數量集合，其他的S代表的是計算機的狀態等等。通過云計算系統的數據分析，能夠對不同服務類型的服務率矩陣Umxn，其他的數值則可以通過云計算系統的測量來獲取。

3 云計算系統的能耗分析

通過建立隨機任務模型和云計算系統的模型，能夠清楚的辨別任務到達云計算平臺的時間和不同的類型，計算系統的計算性能和效率等，掌握了這些詳細的信息就能夠采取合理的調度措施。而能耗的降低分為空閑時間優化和云計算系統運行時間優化兩個方面，當在使用空閑優化方法時可以用公式E（Energyj）idle= ×E（tj）來進行表示，通過這個公式便可以利用降低計算機的空閑概率 來實現減少空閑能耗的產生，提高云計算平臺的工作效率。而運行時間的優化則可以通過公式

來進行表示，通過公式可以將執行產生的小型能耗的任務通過計算機來完成能耗的降低處理。

4 結束語

通過建立云計算系統的模型，來分析該系統的性能和功率兩個方面的作用，并采用隨機任務的調動策略保證了云計算平臺效率的發揮，同時降低了計算系統在解決計算問題是所學的能耗，不僅滿足了用戶執行時間的要求，也減輕了他們很大的經濟負擔，實現了用戶總效益值的最大化。

參考文獻

[1]譚一鳴，曾國蓀，王偉.隨機任務在云計算平臺中能耗的優化管理方法[J].軟件學報，2012（2）.

[2]潘鈺.云計算平臺中的能耗管理方法[D].南京郵電大學，2013.

[3]李妍霏.云計算中的能耗計量模型和節能優化機制[D].北京郵電大學，2013.

[4]朱敏.云環境中面向隨機任務的用戶效用優化模型研究[D].湖南大學，2013.

[5]何麗，饒俊，趙富強.一種基于能耗優化的云計算系統任務調度方法[J].計算機工程與應用，2013（20）.

作者簡介

萬亮（1986-），男，江西南昌市人?，F就讀同濟大學軟件學院研究生。研究方向為計算機軟件工程。

作者單位

同濟大學軟件學院 上海市 200096

摘 要 作為一種新型的計算方法，云計算具有很強的擴展性和使用性，因而被學術界和互聯網產業界重點分析研究。但是云計算系統在現實的運行過程中，經常會出現嚴重的能耗浪費問題，而任務調度方法的使用對解決能源消耗起到了很大的作用，本文將對這中優化能源的管理方法進行分析。

【關鍵詞】隨機任務 云計算平臺 能源消耗 優化管理

隨著社會的進步和科技的發展，我國的互聯網技術得到了很大的提高，越來越多的行業和部門都必須利用網絡來開展工作和學習。而云計算平臺為人們提供高效、簡單和安全的計算時，卻總是由于任務的安排方式不夠科學，使得云計算系統產生大量的空閑能耗，給個人和企業的發展造成了沉重的經濟負擔。如何能夠充分的使用這些空閑的資源，提高云計算平臺的計算效率，成為人們重點研究的課題。而通過建立云計算系統的模型，掌握其計算的功率和相應的時間，然后采取相應的任務調度策略來控制空閑能耗，使之繼續發揮作用能極大的減少能耗的產生，使優化的計算平臺更好的發揮其作用。

1 云計算及調度算法的分析

1.1 云計算分析

云計算是指在互聯網服務增加、使用和交付模式的基礎上，通過互聯網來提供動態擴展的虛擬化的資源，它是一種按使用量來完成付費的的計算模式，能夠提供可用的、方便的網絡訪問，使人們很少參與管理或與服務供應商接觸就能快速的提供可以配置的計算資源。

1.2 調度算法分析

調度算法是依據資源的分配策略制定的一些資源的配置方法，它因為計算系統的不同而有不同的算法。傳統的調度方法有先到先服務和輪轉法兩種，這兩種計算方法都不能滿足云計算環境中的類型多樣和用戶增多的調度需求，因為他們都是建立在前后順序的基礎上來執行計算任務，當執行前一個任務時它就占用了后面的資源，而這些占用的資源并沒有被充分的利用，于是造成了嚴重的能耗損失。而后來設計出的啟發式調度算法，目的是計算更多的任務和解決更多處理器的調度問題，但是它在求最優解的時候效率非常低下，因此不能用于規模大、任務類型多的云計算環境。

2 隨機任務和云計算系統的建模

2.1 隨機任務模型的建立

在進行云計算方面，用戶的需求不是固定不變的，因此云計算系統接受的任務也是隨機變化的，它包括以下幾點：第一，任務下達的時間間隔會受到負指數分布和Erlang分布的影響。第二，很多用戶提交的服務很大程度上是相同的，尤其是近期網上比較流行的內容，用戶都會非常瘋狂的進行提問。第三，用戶對于同一個問題的提問方式可能都不一樣，因此需要云計算系統根據計算的要求和模式進行仔細的篩選，然后分類別進行答復。對其可以進行以下的模型建立，當任務是以隨機的方式到達云計算系統時，可以用（T，Λ，W）這樣的三元組來表示。而T=[ti|1≤i≤m]代表不同的任務類型，其中ti代表第i類型的任務且他們之間是相互獨立的，而1≤i ， j≤m；Λ=[λi|1≤i≤m]表示的是任務的平均到達效率，其中λi表示在ti單位時間內到達的任務數量，如果i和j是不相等的，那么λi也不等于λj，而且1≤i ， j≤m；W=[wi|1≤i≤m]代表的是計算的任務量，Wi代表的是ti類型任務的計算情況，所以i類計算任務就可以建立成這樣的數據模型（ti，λi，wi），而且在這個過程中ti屬于T，λi屬于Λ，wi屬于W。通過云計算系統的的監測數據，來分析出任務達到時的間隔時間，接著采用統計方法進行驗證，來估計它的參數。

2.2 云計算系統模型的建立

現在很多的云計算系統使用的服務器是不同類型的，所消耗的功率也是不相同的，所以要清楚了解它們的運算程序需要進行建模來分析，它可以定義為六元組來表示，如（ C， ， Pidle， Ppeak， Umxn），其中各個部分代表的內容也是不一樣的，如C=[cj|1≤j≤n]表示的是在云計算系統中計算機的數量集合，其他的S代表的是計算機的狀態等等。通過云計算系統的數據分析，能夠對不同服務類型的服務率矩陣Umxn，其他的數值則可以通過云計算系統的測量來獲取。

3 云計算系統的能耗分析

通過建立隨機任務模型和云計算系統的模型，能夠清楚的辨別任務到達云計算平臺的時間和不同的類型，計算系統的計算性能和效率等，掌握了這些詳細的信息就能夠采取合理的調度措施。而能耗的降低分為空閑時間優化和云計算系統運行時間優化兩個方面，當在使用空閑優化方法時可以用公式E（Energyj）idle= ×E（tj）來進行表示，通過這個公式便可以利用降低計算機的空閑概率 來實現減少空閑能耗的產生，提高云計算平臺的工作效率。而運行時間的優化則可以通過公式

來進行表示，通過公式可以將執行產生的小型能耗的任務通過計算機來完成能耗的降低處理。

4 結束語

通過建立云計算系統的模型，來分析該系統的性能和功率兩個方面的作用，并采用隨機任務的調動策略保證了云計算平臺效率的發揮，同時降低了計算系統在解決計算問題是所學的能耗，不僅滿足了用戶執行時間的要求，也減輕了他們很大的經濟負擔，實現了用戶總效益值的最大化。

參考文獻

[1]譚一鳴，曾國蓀，王偉.隨機任務在云計算平臺中能耗的優化管理方法[J].軟件學報，2012（2）.

[2]潘鈺.云計算平臺中的能耗管理方法[D].南京郵電大學，2013.

[3]李妍霏.云計算中的能耗計量模型和節能優化機制[D].北京郵電大學，2013.

[4]朱敏.云環境中面向隨機任務的用戶效用優化模型研究[D].湖南大學，2013.

[5]何麗，饒俊，趙富強.一種基于能耗優化的云計算系統任務調度方法[J].計算機工程與應用，2013（20）.

作者簡介

萬亮（1986-），男，江西南昌市人?，F就讀同濟大學軟件學院研究生。研究方向為計算機軟件工程。

作者單位

同濟大學軟件學院 上海市 200096

摘 要 作為一種新型的計算方法，云計算具有很強的擴展性和使用性，因而被學術界和互聯網產業界重點分析研究。但是云計算系統在現實的運行過程中，經常會出現嚴重的能耗浪費問題，而任務調度方法的使用對解決能源消耗起到了很大的作用，本文將對這中優化能源的管理方法進行分析。

【關鍵詞】隨機任務 云計算平臺 能源消耗 優化管理

隨著社會的進步和科技的發展，我國的互聯網技術得到了很大的提高，越來越多的行業和部門都必須利用網絡來開展工作和學習。而云計算平臺為人們提供高效、簡單和安全的計算時，卻總是由于任務的安排方式不夠科學，使得云計算系統產生大量的空閑能耗，給個人和企業的發展造成了沉重的經濟負擔。如何能夠充分的使用這些空閑的資源，提高云計算平臺的計算效率，成為人們重點研究的課題。而通過建立云計算系統的模型，掌握其計算的功率和相應的時間，然后采取相應的任務調度策略來控制空閑能耗，使之繼續發揮作用能極大的減少能耗的產生，使優化的計算平臺更好的發揮其作用。

1 云計算及調度算法的分析

1.1 云計算分析

云計算是指在互聯網服務增加、使用和交付模式的基礎上，通過互聯網來提供動態擴展的虛擬化的資源，它是一種按使用量來完成付費的的計算模式，能夠提供可用的、方便的網絡訪問，使人們很少參與管理或與服務供應商接觸就能快速的提供可以配置的計算資源。

1.2 調度算法分析

調度算法是依據資源的分配策略制定的一些資源的配置方法，它因為計算系統的不同而有不同的算法。傳統的調度方法有先到先服務和輪轉法兩種，這兩種計算方法都不能滿足云計算環境中的類型多樣和用戶增多的調度需求，因為他們都是建立在前后順序的基礎上來執行計算任務，當執行前一個任務時它就占用了后面的資源，而這些占用的資源并沒有被充分的利用，于是造成了嚴重的能耗損失。而后來設計出的啟發式調度算法，目的是計算更多的任務和解決更多處理器的調度問題，但是它在求最優解的時候效率非常低下，因此不能用于規模大、任務類型多的云計算環境。

2 隨機任務和云計算系統的建模

2.1 隨機任務模型的建立

在進行云計算方面，用戶的需求不是固定不變的，因此云計算系統接受的任務也是隨機變化的，它包括以下幾點：第一，任務下達的時間間隔會受到負指數分布和Erlang分布的影響。第二，很多用戶提交的服務很大程度上是相同的，尤其是近期網上比較流行的內容，用戶都會非常瘋狂的進行提問。第三，用戶對于同一個問題的提問方式可能都不一樣，因此需要云計算系統根據計算的要求和模式進行仔細的篩選，然后分類別進行答復。對其可以進行以下的模型建立，當任務是以隨機的方式到達云計算系統時，可以用（T，Λ，W）這樣的三元組來表示。而T=[ti|1≤i≤m]代表不同的任務類型，其中ti代表第i類型的任務且他們之間是相互獨立的，而1≤i ， j≤m；Λ=[λi|1≤i≤m]表示的是任務的平均到達效率，其中λi表示在ti單位時間內到達的任務數量，如果i和j是不相等的，那么λi也不等于λj，而且1≤i ， j≤m；W=[wi|1≤i≤m]代表的是計算的任務量，Wi代表的是ti類型任務的計算情況，所以i類計算任務就可以建立成這樣的數據模型（ti，λi，wi），而且在這個過程中ti屬于T，λi屬于Λ，wi屬于W。通過云計算系統的的監測數據，來分析出任務達到時的間隔時間，接著采用統計方法進行驗證，來估計它的參數。

2.2 云計算系統模型的建立

現在很多的云計算系統使用的服務器是不同類型的，所消耗的功率也是不相同的，所以要清楚了解它們的運算程序需要進行建模來分析，它可以定義為六元組來表示，如（ C， ， Pidle， Ppeak， Umxn），其中各個部分代表的內容也是不一樣的，如C=[cj|1≤j≤n]表示的是在云計算系統中計算機的數量集合，其他的S代表的是計算機的狀態等等。通過云計算系統的數據分析，能夠對不同服務類型的服務率矩陣Umxn，其他的數值則可以通過云計算系統的測量來獲取。

3 云計算系統的能耗分析

通過建立隨機任務模型和云計算系統的模型，能夠清楚的辨別任務到達云計算平臺的時間和不同的類型，計算系統的計算性能和效率等，掌握了這些詳細的信息就能夠采取合理的調度措施。而能耗的降低分為空閑時間優化和云計算系統運行時間優化兩個方面，當在使用空閑優化方法時可以用公式E（Energyj）idle= ×E（tj）來進行表示，通過這個公式便可以利用降低計算機的空閑概率 來實現減少空閑能耗的產生，提高云計算平臺的工作效率。而運行時間的優化則可以通過公式

來進行表示，通過公式可以將執行產生的小型能耗的任務通過計算機來完成能耗的降低處理。

4 結束語

通過建立云計算系統的模型，來分析該系統的性能和功率兩個方面的作用，并采用隨機任務的調動策略保證了云計算平臺效率的發揮，同時降低了計算系統在解決計算問題是所學的能耗，不僅滿足了用戶執行時間的要求，也減輕了他們很大的經濟負擔，實現了用戶總效益值的最大化。

參考文獻

[1]譚一鳴，曾國蓀，王偉.隨機任務在云計算平臺中能耗的優化管理方法[J].軟件學報，2012（2）.

[2]潘鈺.云計算平臺中的能耗管理方法[D].南京郵電大學，2013.

[3]李妍霏.云計算中的能耗計量模型和節能優化機制[D].北京郵電大學，2013.

[4]朱敏.云環境中面向隨機任務的用戶效用優化模型研究[D].湖南大學，2013.

[5]何麗，饒俊，趙富強.一種基于能耗優化的云計算系統任務調度方法[J].計算機工程與應用，2013（20）.

作者簡介

萬亮（1986-），男，江西南昌市人?，F就讀同濟大學軟件學院研究生。研究方向為計算機軟件工程。

作者單位

同濟大學軟件學院 上海市 200096