CN105592160B - 一种云计算环境下面向服务消费者的资源配置方法 - Google Patents

一种云计算环境下面向服务消费者的资源配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种云计算环境下面向服务消费者的资源配置方法,该方法利用以应用为中心的云资源分配框架,以最小化云服务消费者的应用运行成本为目标,设计并实现具有多项式时间复杂度的启发式云资源配置算法;在该方法中,云服务消费者的应用运行时间按小时计算,每小时对云资源的需求量已知;云服务消费者可以基于单合约、多合约方式对资源进行预留租用,也可以基于按需方式对资源进行租用;预留租用资源的成本较低但会造成资源浪费,按需租用资源可以提高资源利用率,但消耗的成本较高;考虑两方面的因素在合理的时间内找到最优的云资源配置方案。

Description

一种云计算环境下面向服务消费者的资源配置方法
技术领域
本发明涉及一种云计算环境下面向服务消费者的资源配置方法,属于云计算技术领域。
背景技术
云计算(Cloud Computing)是基于分布式计算特别是网格计算的发展而产生的一种新型服务的计算模型,其通过网络以一种便利的、按需的方式访问一个可配置的计算资源共享池(即网络、服务器、存储器、应用、服务)。资源共享池以最少的管理开销、最少的与服务供应商的交互,迅速配置、提供或释放资源,以满足服务消费者多样化的需求。云计算的优势主要表现在能够迅速地降低硬件成本和提升计算能力以及存储容量等,用户是以极低的成本投入,获得极高的计算品质,而不用再投资购买昂贵的硬件设备,进行频繁的保养与升级。
云计算包括三种服务模式:软件即服务(Software as a Service,SaaS)、平台即服务(Platform as a Service,PaaS)和基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS);IaaS是更高层次服务(如PaaS、SaaS)的基础,允许云服务提供商以虚拟机(VirtualMachines,VMs)的方式将资源租赁给云服务消费者,且通常采用四种服务价格计算模型:固定成本(Fixed cost)、可变成本(Variable cost)、混合成本(Hybrid cost)、灵活成本(Flexible cost)。云服务消费者以预留或按需的方式租用所需的虚拟机(VirtualMachine)实例,预留租用资源的价格较低,适合云服务消费者的长期需求;按需租用资源的价格较高,适合云服务消费者的短期需求。但若为了满足云服务消费者的需求,预留资源时间过长或预留资源过多都会导致资源使用成本增加且降低资源利用率,反之仅以按需的方式使用资源也会导致较高的成本。面对多样的云服务价格计算模型,如何从云服务消费者的角度考虑资源分配策略,以降低云服务消费者的成本是一个亟待解决的问题。
目前,考虑多种云服务价格计算模型,以降低云服务消费者成本为目标的资源分配策略都是将问题建模为整数规划模型(Integer Programming Model)来进行求解,其本质上都存在非确定多项式(Non-Deterministic Polynomial,NP)问题。在应用于具有大规模实例的场景中此类方法具有较高的时间复杂度,应用于当前的云计算平台在有限的时间内无法给出问题的可行解,难以满足实际的用户需求。而本发明能够很好地解决上面的问题。
发明内容
发明目的在于针对现有技术中存在的不足,提供了一种面向服务消费者的资源分配方法,该方法利用以应用为中心的云计算资源分配框架,从IaaS服务消费者的角度分配资源,以最小化云服务消费者的成本快速有效地保证用户的QoS。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种云计算环境下面向服务消费者的资源配置方法,该方法包括如下步骤:首先根据作业的提交时间和等待时间,生成需待分配的资源需求量,以最小化资源消费者成本为目标,建立云计算资源预留模型,针对资源租用合约集中的每一种合约,设计单合约资源预留算法,计算在每一种合约上为满足资源需求量所需预留的资源量以及对应的最小成本;其次考虑合约数依次递增的情况,设计多合约资源预留算法,计算在每一种合约组合上为满足资源需求量所需预留的资源方案以及对应的最小成本;最后基于单合约资源预留算法与多合约资源预留算法得到的结果,找出具有最小成本的最佳资源预留方案。
方法流程:
步骤1:根据作业的提交时间和等待时间,生成需待分配的资源需求量;
步骤2:以最小化资源消费者成本为目标,建立云计算资源预留模型;
步骤3:针对资源租用合约集中的每一种合约,设计单合约资源预留算法,计算在每一种合约上为满足资源需求量所需预留的资源量以及对应的最小成本;
步骤4:考虑合约数依次递增的情况,设计多合约资源预留算法,计算在每一种合约组合上为满足资源需求量所需预留的资源方案以及对应的最小成本;
步骤5:基于单合约资源预留策略与多合约资源预留策略得到的结果,找出具有最小成本的最佳资源预留方案。
本发明上述步骤1包括:所述资源需求量D=(D1,D2,...,DT)是一个包含可用区间为T个小时的资源需求向量,需求可用区间表示作业在某个时间段需要使用资源;
在可用区间中第i个小时的资源需求量Di是云平台接收到的所有作业在第i个小时对资源请求数量的总和;
作业请求资源的方式分为预留租用资源与按需租用资源,云平台为资源消费者提供K种不同类型的资源租用合约k,每种合约的有效期为tk
本发明上述步骤2包括:所述资源消费者成本是所有第t(1≤t≤T)小时成本Costt的总和,各Costt由第t小时所使用的各类合约k(1≤k≤K)的预留租用资源成本reservedt与按需租用资源成本ondemandt组成,其中reservedt是各类合约的一次性预留资源成本Rk与各类合约下资源使用成本rk的总和,ondemandt是每小时按需使用实例成本o与使用时间、使用实例数的乘积;
预留租用资源数、使用的预留资源数、按需租用资源数都为大于等于零的整数;
第t小时使用的预留资源数应小于等于第t小时之前预留的资源量;
第t小时使用的预留资源数与按需租用资源数的总和应大于等于第t小时的资源需求数。
本发明上述步骤3的单合约资源预留算法包括:
步骤3-1:基于使用的合约k的合约期tk,将资源需求区间T分为个资源需求区间段,其中最开始的个资源需求区间段的长度为tk,最后一个资源需求区间段的长度为
步骤3-2:在每个资源需求区间段中找出第j个小的资源需求量作为当前资源需求区间段的资源预留量,其中
本发明上述步骤4的多合约资源预留算法包括:
步骤4-1:判断合约集是否为空,若合约集为空则结束;若合约集非空,对合约集中的合约k,采用步骤3对资源需求向量进行单合约资源预留,计算合约k所对应的资源预留方案与资源消费成本;
步骤4-2:在合约集中移除已应用的合约k,并根据合约k的资源预留方案更新资源需求向量D,得到新的资源需求向量Dnew
步骤4-3:基于新的合约集,执行步骤41,对新的资源需求向量进行操作。
本发明上述步骤5包括:对上述步骤3与步骤4得到的所有资源预留方案对应的消费成本进行排序,找出具有最小成本所对应的资源预留方案作为问题的解。
有益效果:
1、本发明通过设计符合资源预留特性的启发式方法,实现了云计算资源分配,有效地降低了资源消费者的使用成本,提高了资源分配效率。
2、本发明通过对租用合约集中的所有合约组合进行计算,权衡资源预留租用与资源按需租用之间的成本,选择能够满足资源需求量且具有最小成本的资源预留方案,在多项式时间内完成对解空间的全局搜索,增强了云计算平台的可用性。
附图说明
图1为本发明云计算资源分配结构图。
图2为本发明云计算资源分配方法流程图。
图3为本发明单合约资源预留流程图。
图4为本发明多合约资源预留流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
如图1所示,本发明云计算资源分配结构包括资源需求向量11、云计算资源池12、租用合约类型及属性13。本实例中假设资源需求向量D={D1,D2,...,Dj,Dj+1,...,DT}包含连续T个小时的资源需求,其中Di(1≤i≤T)表示第i个小时的资源需求量。云平台向资源消费者提供两种租用合约(1-month contract、3-month contract),每一种租用合约的预留资源成本、使用预留资源成本、按需租用预留资源成本如图1中表格所示。
图2为本发明的方法流程图,为了以最小成本满足资源需求D,云平台首先基于租用合约集进行单合约资源预留(s201),然后基于合约组合进行多合约资源预留(s202),在所有预留方案中找出成本最小的预留方案(s203)。
图3是本发明实施例的单合约资源预留流程图,如图中所示,对于资源需求向量D={D1,D2,...,Dj,Dj+1,...,DT}先进行单合约资源预留,步骤如下:
步骤s301:判断需求区间段中是否有未处理的区间段,如果没有区间段,方法结束;如果有区间段,转步骤s302。
步骤s302:分别根据1-month contract和3-month contract的合约有效期将资源需求向量的需求区间T划分为多个需求区间段,对于1-monthcontract需求区间T被划分为|T/720|个区间段,除最后一个区间段长度为小时外,其余区间段长度都为720小时;对于3-monthcontract需求区间T被划分为|T/2160|个区间段,除最后一个区间段长度为小时外,其余区间段长度都为2160小时。
步骤s303:对于1-month contract划分所得到的|T/720|个区间段,在每个区间段中查找第个小的资源需求量对于3-monthcontract划分所得到的|T/2160|个区间段,在每个区间段中查找第个小的资源需求量
步骤s304:在1-month contract的合约下基于资源预留量为(是在步骤s203中得到的1-month contract资源预留量)计算满足需求资源向量D所使用的成本;在3-month contract的合约下基于资源预留为(是在步骤s203中得到的3-month contract资源预留量)计算满足需求资源向量D所使用的成本;转步骤s201。
图4是本发明实施例的多合约资源预留流程图,如图中所示,对于资源需求向量D={D1,D2,...,Dj,Dj+1,...,DT}进行具有多合约的合约组合资源预留,步骤如下:
步骤s401:判断合约集是否为空,如果合约集中没有合约,方法结束;如果合约集中有合约,转步骤s402。
步骤s402:基于合约集中的1-month contract和3-month contract合约对资源需求向量D={D1,D2,...,Dj,Dj+1,...,DT}做单合约资源预留,分别得到1-month contract所需预留的资源量(其中表示1-month contract下第i个区间段的资源预留量)及成本Cost1-month(使用1-month contract预留资源的总成本)和3-month contract所需预留的资源量其中表示3-month contract下第i个区间段的资源预留量)及成本Cost3-month(使用3-month contract预留资源的总成本);若最小成本mCost为Cost1-month,则将1-month contract在合约集中删除,记录资源预留量RX为RX1-month(1-month contract的资源预留方案);若最小成本mCost为Cost3-month,则将3-month contract在合约集中删除,记录资源预留量RX为RX3-month(3-month contract的资源预留方案)。
步骤s403:基于资源预留量RX对资源需求向量D进行更新。
步骤s404:基于此合约资源预留量RX计算租用此合约所耗费的成本,并对结果集并记录资源预留方案及相应的成本,转步骤s401。
基于图3与图4的资源预留流程所得到的所有资源预留方案,选择其中具有最小成本的方案作为问题的解。
上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本发明所附权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种云计算环境下面向服务消费者的资源配置方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤1:根据作业的提交时间和等待时间,生成需待分配的资源需求量,包括:
所述资源需求量D=(D1,D2,...,DT)是一个包含可用区间为T个小时的资源需求向量,需求可用区间表示作业在某个时间段需要使用资源;在可用区间中第i个小时的资源需求量Di是云平台接收到的所有作业在第i个小时对资源请求数量的总和;
作业请求资源的方式分为预留租用资源与按需租用资源,云平台为资源消费者提供K种不同类型的资源租用合约k,每种合约的有效期为tk
步骤2:以最小化资源消费者成本为目标,建立云计算资源预留模型,包括:
所述资源消费者成本是所有第t小时成本Costt的总和,1≤t≤T,各Costt由第t小时所使用的各类合约k的预留租用资源成本reservedt与按需租用资源成本ondemandt组成,1≤k≤K,其中reservedt是各类合约的一次性预留资源成本Rk与各类合约下资源使用成本rk的总和,ondemandt是每小时按需使用实例成本o与使用时间、使用实例数的乘积;
预留租用资源数、使用的预留资源数、按需租用资源数都为大于等于零的整数;
第t小时使用的预留资源数应小于等于第t小时之前预留的资源量;
第t小时使用的预留资源数与按需租用资源数的总和应大于等于第t小时的资源需求数;
步骤3:针对资源租用合约集中的每一种合约,设计单合约资源预留算法,计算在每一种合约上为满足资源需求量所需预留的资源量以及对应的最小成本,包括:
步骤3-1:基于使用的合约k的合约期tk,将资源需求区间T分为个资源需求区间段,表示对T除以tk得到的结果向上取整,其中最开始的个资源需求区间段的长度为tk表示对T除以tk得到的结果向下取整,最后一个资源需求区间段的长度为
步骤3-2:在每个资源需求区间段中找出第j个小的资源需求量作为当前资源需求区间段的资源预留量,其中
步骤4:设计多合约资源预留算法,计算在每一种合约组合上为满足资源需求量所需预留的资源方案以及对应的最小成本,多合约资源预留算法包括:
步骤4-1:判断合约集是否为空,若合约集为空则结束;若合约集非空,对合约集中的合约k,采用步骤3对资源需求向量进行单合约资源预留,计算合约k所对应的资源预留方案与资源消费成本;
步骤4-2:在合约集中移除已应用的合约k,并根据合约k的资源预留方案更新资源需求向量D,得到新的资源需求向量Dnew
步骤4-3:基于新的合约集,执行步骤41,对新的资源需求向量进行操作;
步骤5:通过基于单合约资源预留算法与多合约资源预留算法得到的结果,找出具有最小成本的最佳资源预留方案,对上述步骤3与步骤4得到的所有资源预留方案对应的消费成本进行排序,找出具有最小成本所对应的资源预留方案作为问题的解。
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