CN102158906B - 一种服务质量敏感系统及其任务调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种服务质量敏感系统的任务调度方法，包括：设置时间间隔阈值，并根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队；进行任务调度队列的初始化，并确定当前的调度任务；为确定的当前的调度任务分配资源；本发明还提供一种服务质量敏感系统。根据本发明的技术方案，能够实现整体最优化的服务质量敏感系统。

Description

一种服务质量敏感系统及其任务调度方法

技术领域

本发明涉及服务质量敏感系统，尤其涉及一种服务质量敏感系统及其任务调度方法。

背景技术

随着Internet与无线网络技术的发展，多种基于有线网络/无线网络的服务质量敏感系统开始出现且日益流行。服务质量敏感系统具有多资源多任务的特点，要求计算机在已有通信条件下，有效利用包括网络带宽、设备缓冲区等在内的多种资源，充分满足基于有线网络/无线网络的音/视频点播、直播等应用的响应即时性需求，能够实现音/视频的流畅、及时播放。响应即时性需求指的是要求服务质量敏感系统在时间约束之内完成相应的运算或处理。截止时间或时限用于表示时间约束，指的是服务质量敏感系统给出处理结果的最迟可以接受的时间。任务调度算法是直接影响上述服务质量敏感系统的响应即时性的关键因素，因而服务质量敏感系统的研究具有十分重要的意义。

最早时限优先（EDF，Earliest Deadline First）算法是广泛使用的最具代表性的一种任务调度算法。该算法能够实现优先处理最紧迫任务，每当资源空闲下来，该算法中的调度程序就选择具有最早时限的任务，并赋给该任务需要的资源，使其获得运行权。EDF算法已经被证明对基于时限标准的单资源分配是最优的。但是，针对具有多个相同资源多个任务的服务质量敏感系统的分配问题，EDF却无法实现整体的最优化。例如，一个有多通信信道多传输数据的服务质量敏感系统，各个信道的带宽不同，各个待传输数据的数据量也不同，如果采用EDF算法，则很有可能为具有最早时限但通信量大的数据分配一个最先空闲下来的低带宽信道；而下一个拥有最早时限的数据，尽管通信量小，却被分配一个高带宽信道，因此EDF算法并不能实现具有多资源多任务的服务质量敏感系统的最优调度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种服务质量敏感系统及其任务调度方法，能够实现整体最优化的服务质量敏感系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种服务质量敏感系统的任务调度方法，包括：

设置时间间隔阈值，并根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队；

进行任务调度队列的初始化，并确定当前的调度任务；

为确定的当前的调度任务分配资源。

上述方法中，该方法还包括：

进行空闲资源集合和任务调度队列的更新。

上述方法中，所述根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队为：

根据时间间隔阈值和待调度的任务中的最早时限，计算时间间隔阈值与该最早时限的和；将待调度的任务中，时限小于时间间隔阈值与该最早时限的和的任务，按照优先级由高到低的顺序进行排队，将其余的任务按照最早时限的先后顺序进行排队。

上述方法中，所述确定当前的调度任务为：

当未调度任务集合M₀不为空集且空闲资源集合N₀不为空集时，分别计算M₀和N₀中所含元素的数量，用n′表示两个数量中最小的数量；未调度任务集合M₀=（U_j，……，U_m），1≤j≤m中，前n′个任务U_j，……，U_j+n′-1被确定为当前的调度任务。

上述方法中，所述为确定的当前的调度任务分配资源为：

为确定的当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1分配资源，所述当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1的最大时延为

上述方法中，所述进行空闲资源集合的更新为：

在为当前的调度任务分配资源后，从空闲资源集合N₀中将当前被占用的资源删除，并根据任务U_k占用资源

的时延判断当前被占用的资源是否恢复空闲，当恢复空闲时，将恢复空闲的资源补充到空闲资源集合N₀中。

上述方法中，所述进行任务调度队列的更新为：

进行每个当前被占用的资源所对应的任务调度队列的更新，将当前被分配到资源的任务U_k添加到任务调度队列Q_i中。

本发明还提供一种服务质量敏感系统，包括：任务排序模块、任务初始化模块、任务确定模块、资源分配模块；其中，

任务排序模块，用于设置时间间隔阈值，并根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队；

任务初始化模块，用于进行任务调度队列的初始化；

任务确定模块，用于确定当前的调度任务；

资源分配模块，用于为确定的当前的调度任务分配资源。

上述系统中，该系统还包括：

更新模块，用于进行空闲资源集合和任务调度队列的更新。

本发明提供的服务质量敏感系统及其任务调度方法，设置时间间隔阈值，并根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队，进行任务调度队列的初始化，并确定当前的调度任务，为确定的当前的调度任务分配资源，突破现有的EDF算法仅能实现的单资源分配最优的局限性，提高多种资源利用率在内的多性能指标，在网络利用率和缓冲区利用率方面具有很好的性能，能够实现具有多资源多任务的服务质量敏感系统的最优调度。

附图说明

图1是本发明实现服务质量敏感系统的任务调度方法的流程示意图；

图2是本发明实现服务质量敏感系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：设置时间间隔阈值，并根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队；进行任务调度队列的初始化，并确定当前的调度任务；为确定的当前的调度任务分配资源。

下面通过附图及具体实施例对本发明再做进一步的详细说明。

本发明提供一种服务质量敏感系统的任务调度方法，图1是本发明实现服务质量敏感系统的任务调度方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤101，设置时间间隔阈值，并根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队；

具体的，U_j表示一个任务，其中j表示该任务的任务号，用M表示全部任务集合，又称全部任务队列，其中M=（U₁，U₂，……U_j）；用M₀表示未调度任务集合，又称未调度任务队列；初始状态下全部任务均处于未调度状态，M₀=M=（U₁，U₂，……U_j）；

按如下策略对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队：设置一个时间间隔阈值，根据该时间间隔阈值和待调度的任务中的最早时限，计算时间间隔阈值与该最早时限的和；其中，最早时限指的是多个待调度任务中，距离当前时刻最近的任务的时限；将待调度的任务中时限小于时间间隔阈值与该最早时限的和的任务，按照优先级由高到低的顺序进行排队，优先级高的任务排在队列的前面，其中，任务的优先级是预先根据任务的特点为任务分配的；将其余的任务按照最早时限的先后顺序进行排队，最早时限早的任务排在队列的前面。

步骤102，进行任务调度队列的初始化；

具体的，C_i表示一个资源（i表示该资源的资源号），N表示全部资源集合，N₀表示某时刻的空闲资源集合，在初始状态下，所有资源处于空闲状态，有N₀=N={C_i∣1≤i≤n}；每一个资源C_i在服务质量敏感系统的任务调度过程中，会被先后分配给多个任务，这些任务形成一个任务调度队列，又称任务调度集合，用Q_i表示该任务调度集合，Q_i与资源C_i一一对应；在初始状态下，所有资源均未分配任何一个任务，处于空闲状态，因此与资源对应的任何一个任务调度队列均初始化为空集，即Q_i=Φ，1≤i≤n，其中Φ表示空集。

步骤103，确定当前的调度任务；

具体的，当M₀≠Φ且N₀≠Φ时，分别计算M₀和N₀的值，即分别计算M₀和N₀中所含元素的数量，并用n′表示这两个数量中最小的数量，即n′=min（︱M₀︱，︱N₀︱）；未调度任务集合M₀=（U_j，……，U_m），1≤j≤m中，前n′个任务U_j，……，U_j+n′-1被确定为当前的调度任务，从而未调度任务集合变为M₀=（U_j+n′，……，U_m），n′＜j+n′≤m，或M₀为空；根据该确定当前的调度任务的过程，可以确定在本发明中，当前的调度任务的数量可以是多个，而现有技术中调度任务的数量只能是一个。

步骤104，为确定的当前的调度任务分配资源；

具体的，为确定的当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1分配资源，即为U_k（j≤k≤j+n′-1）分配一个资源

其中

目的是使得当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1的最大时延最小，即

这里，为了减少资源的空闲时间，提高资源的利用率，如果M₀不为空，则只要存在空闲资源，就为M₀中靠前的n′个当前的调度任务分配资源。

步骤105，进行空闲资源集合的更新；

具体的，在为当前的调度任务分配资源后，应从空闲资源集合N₀中将当前被占用的资源删除，即

此外，根据任务U_k占用资源的时延

判断当前被占用的资源是否恢复空闲，如果恢复空闲，则恢复空闲的资源补充到空闲资源集合N₀中，使其可以再次被分配给任务，此时，空闲资源集合N₀变为

步骤106，进行任务调度队列的更新；

具体的，进行每个当前被占用的资源所对应的任务调度队列的更新，即将当前被分配到资源的任务U_k添加到任务调度队列Q_i中，此时

此时，如果未调度任务集合M₀不为空，则执行步骤103，如果M₀为空，则结束流程。

实施例

本实施例中，服务质量敏感系统的任务和分配给任务的资源的情况如表1和表2所示，根据表1和表2中的数据，表3和表5表分别表示利用本发明中的方法进行任务调度时，网络利用率和缓冲区利用率的情况，表4和表6分别表示利用现有的EDF算法进行任务调度时，网络利用率和缓冲区利用率的情况，很明显的，利用本发明提出的方法进行任务调度时，网络利用率和缓冲区利用率均有较明显的提高，如果服务质量敏感系统中的任务数量进一步增加，

则利用本发明提出的方法进行任务调度的优势将更加明显。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

为实现上述方法，本发明还提供一种服务质量敏感系统，图2是本发明实现服务质量敏感系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：任务排序模块21、任务初始化模块22、任务确定模块23、资源分配模块24；其中，

任务排序模块21，用于设置时间间隔阈值，并根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队；

任务初始化模块22，用于进行任务调度队列的初始化；

任务确定模块23，用于确定当前的调度任务；

资源分配模块24，用于为确定的当前的调度任务分配资源。

该系统还包括：更新模块25，用于进行空闲资源集合和任务调度队列的更新。

所述根据时间间隔阈值和任务中的最早时限，对服务质量敏感系统的任务进行优先级排队为：根据时间间隔阈值和待调度的任务中的最早时限，计算时间间隔阈值与该最早时限的和；将待调度的任务中时限小于时间间隔阈值与该最早时限的和的任务，按照优先级由高到低的顺序进行排队，将其余的任务按照最早时限的先后顺序进行排队。

所述确定当前的调度任务为：当未调度任务集合M₀不为空集且空闲资源集合N₀不为空集时，分别计算M₀和N₀中所含元素的数量，用n′表示两个适量中最小的数量；未调度任务集合M₀=（U_j，……，U_m），1≤j≤m中，前n′个任务U_j，……，U_j+n′-1被确定为当前的调度任务。

所述为确定的当前的调度任务分配资源为：为确定的当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1分配资源，所述当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1的最大时延为 $\min \left(\underset{j\≤k\≤j+n^{\′}-1}{\max }\frac{U_k}{C_{i_k}}\right).$

所述进行空闲资源集合的更新为：在为当前的调度任务分配资源后，从空闲资源集合N₀中将当前被占用的资源删除，并根据任务U_k占用资源

的时延

判断当前被占用的资源是否恢复空闲，当恢复空闲时，将恢复空闲的资源补充到空闲资源集合N₀中。

所述进行任务调度队列的更新为：进行每个当前被占用的资源所对应的任务调度队列的更新，将当前被分配到资源的任务U_k添加到任务调度队列Q_i中。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种服务质量敏感系统的任务调度方法，其特征在于，该方法包括：

设置时间间隔阈值，将服务质量敏感系统待调度的任务中时限小于所述时间间隔阈值与最早时限的和的任务，按照优先级由高到低的顺序进行排队；将时限大于等于所述时间间隔阈值与该最早时限的和的任务，按照最早时限的先后顺序进行排队；所述最早时限是指多个待调度任务中，距离当前时刻最近的任务的时限；

进行任务调度队列的初始化，并确定当前的调度任务；

为确定的当前的调度任务分配资源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为确定的当前的调度任务分配资源之后，该方法还包括：

进行空闲资源集合和任务调度队列的更新。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前的调度任务为：

当未调度任务集合M₀不为空集且空闲资源集合N₀不为空集时，分别计算M₀和N₀中所含元素的数量，用n′表示两个数量中最小的数量；未调度任务集合M₀=（U_j，……，U_m），1≤j≤m中，前n′个任务U_j，……，U_j+n′-1被确定为当前的调度任务。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为确定的当前的调度任务分配资源为：

为确定的当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1分配资源，所述当前的调度任务U_j，……，U_j+n′-1的最大时延为

其中，所述

为：为所述U_k（j≤k≤j+n′-1）分配的资源，

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进行空闲资源集合的更新为：

在为当前的调度任务分配资源后，从空闲资源集合N₀中将当前被占用的资源删除，并根据任务U_k占用资源

的时延

判断当前被占用的资源是否恢复空闲，当恢复空闲时，将恢复空闲的资源补充到空闲资源集合N₀中。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进行任务调度队列的更新为：

进行每个当前被占用的资源所对应的任务调度队列的更新，将当前被分配到资源的任务U_k添加到任务调度队列Q_i中。

7.一种服务质量敏感系统，其特征在于，该系统包括：任务排序模块、任务初始化模块、任务确定模块、资源分配模块；其中，

任务排序模块，用于设置时间间隔阈值，并将服务质量敏感系统待调度的任务中时限小于所述时间间隔阈值与最早时限的和的任务，按照优先级由高到低的顺序进行排队；将时限大于等于所述时间间隔阈值与该最早时限的和的任务，按照最早时限的先后顺序进行排队；所述最早时限是指多个待调度任务中，距离当前时刻最近的任务的时限；

任务初始化模块，用于进行任务调度队列的初始化；

任务确定模块，用于确定当前的调度任务；

资源分配模块，用于为确定的当前的调度任务分配资源。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

更新模块，用于进行空闲资源集合和任务调度队列的更新。

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