CN102420850A - 一种资源调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及计算机技术领域，公开了一种资源调度的方法及系统。该方法包括：获取云应用；根据保存的云应用与虚拟机间的对应关系，解析云应用包含的虚拟机；计算云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度r，r＝1/d，其中，d为单位时间内虚拟机间数据交互的平均速度；以虚拟机为节点，根据不相关度建立至少两个虚拟机树形结构；分别为每个虚拟机树形结构查找一台主机：若主机的空闲资源能满足虚拟机树形结构的运行需求，则将虚拟机树形结构包含的虚拟机分配到主机上运行；否则，根据不相关度拆分虚拟机树形结构，直至该虚拟机树形结构包含的虚拟机全部被分配到不同主机上运行。利用本发明，就可进一步提高对网络设备和网络带宽资源的利用率。

Description

一种资源调度方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种资源调度方法及系统。

背景技术

“云”是一些可以自我维护和管理的虚拟计算资源，通常为一些大型服务器集群，包括计算服务器、存储服务器、宽带资源等等。云计算是一种商业计算模型，它将计算任务分布在服务器集群构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。

云应用是可伸缩企业级应用系统在云计算环境下支付、部署与管理的容器。相比传统的应用，云应用将应用系统的大部分配置、部署、维护工作以脚本的形式封装到了云应用容器内，使工作量从客户端转移到了系统及解决方案提供商，这就可大幅降低现场部署和系统运行维护的工作量。云应用模板中定义有系统部署、运行过程中所需的虚拟机及虚拟网络设备，其中包括：应用服务器虚拟机、数据库虚拟机、虚拟网络、虚拟防火墙和负载均衡器等，虚拟机及虚拟网络设备可以运行于不同的物理主机之上，也可在运行过程中随需在不同主机之间迁移，动态改变虚拟机与主机之间的映射关系。

在云计算中，资源分配的效率非常重要，对云计算平台的系统综合性能影响很大。目前，面向“虚拟机”的资源调度模式是基于云计算环境下的常用云应用资源调度方法之一。该调度模式以“虚拟机”为最小资源申请和交付单位，可按先来先服务原则查找适合的主机来分配资源，也就是说查找与虚拟机的运行需求相匹配的主机进行资源分配。这种调度模式支持虚拟机密度最大策略以及主机负载均衡策略，可根据虚拟机的实际应用需求计算获得该虚拟机运行占用的资源，并为其进行合理地资源分配，在一定程度上提高了资源利用率。

该调度方法虽在一定程度上提高了资源利用率、优化了云计算平台的资源分配，但却未考虑到在云计算环境下，多个虚拟机组成的云应用系统机群的整体性，也就是说未考虑到不同虚拟机之间数据交互与虚拟机之间的依赖性(即不同虚拟机间的相关度)这二者对资源利用率的影响。因此，在云应用的资源调度方面仍存在优化空间，可进一步提高资源利用率和资源分配效率。

发明内容

本发明实施例提供一种资源调度方法及系统，以进一步提高对物理网络设备和带宽资源的利用率。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例的资源调度方法，包括：

获取云应用；

根据保存的云应用与虚拟机间的对应关系，解析所述云应用包含的虚拟机；

计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度r，r＝1/d，其中，d为单位时间内虚拟机间数据交互的平均速度；

以所述虚拟机为节点，根据所述不相关度建立至少两个虚拟机树形结构；

分别为每个虚拟机树形结构查找一台主机：若所述主机的空闲资源能满足所述虚拟机树形结构的运行需求，则将所述虚拟机树形结构包含的虚拟机分配到所述主机上运行；否则，根据所述不相关度拆分所述虚拟机树形结构，直至该虚拟机树形结构包含的虚拟机全部被分配到不同主机上运行。

优化的，所述方法还包括：在所述计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度之前，

查找一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机：若查找到，则将所述云应用包含的虚拟机分配到该主机上运行；若未查找到，再执行所述计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度的步骤。

优化的，所述方法还包括：在所述查找一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机之前，将所有主机按照空闲资源的大小进行排序；

所述查找一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机包括：

自空闲资源最大的主机开始查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机。

优化的，所述方法还包括：

若未查找到一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机，在计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度之前：

判断所有主机的空闲资源是否满足所述云应用的运行需求，若满足，再计算所述虚拟机之间的不相关度。

优化的，所述方法还包括：在所述计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度之后，获取每台主机的空闲资源；

所述建立至少两个虚拟机树形结构具体包括：

以所述虚拟机为节点，根据所述不相关度与所述每台主机的空闲资源建立至少两个虚拟机树形结构。

相应地，本发明实施例资源调度系统，包括：

获取单元，用于获取云应用；

解析单元，用于根据保存的云应用与虚拟机间的对应关系，解析所述云应用包含的虚拟机；

计算单元，用于计算所述解析单元解析出的云应用包含的虚拟机间的不相关度；

树形结构构建单元，用于根据所述不相关度建立至少两个虚拟机树形结构；

树形结构拆分单元，用于根据所述不相关度拆分所述虚拟机树形结构；

查找单元，用于查找一台其空闲资源能满足所述虚拟机树形结构和/或所述拆分的虚拟机树形结构运行需求的主机；

分配单元，用于将所述虚拟机树形结构包含的虚拟机和/或拆分的虚拟机树形结构包含的虚拟机分配到所述查找单元查找到的主机上运行。

优化的，所述查找单元，还用于在所述计算单元计算所述不相关度之前，查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机；

所述分配单元，具体用于在所述查找单元查找到主机后，将所述云应用包含的虚拟机分配到该主机上运行；

所述计算单元，具体用于在所述查找单元未查找到主机时，计算所述解析单元解析出的云应用包含的虚拟机间的不相关度。

优化的，所述系统还包括：

空闲资源排序单元，用于在所述查找单元查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机前，对所有主机按照空闲资源的大小进行排序；

所述查找单元，具体用于自空闲资源最大的主机开始查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机。

优化的，所述系统还包括：

空闲资源监控单元，用于在所述计算单元计算所述不相关度前，监控所有主机的空闲资源，并在所有主机空闲资源能满足所述云应用运行需求时，通知所述计算单元计算所述不相关度。

优化的，所述空闲资源监控单元，还用于在所述计算单元计算所述不相关度之后，监控每台主机的空闲资源；

所述树形结构构建单元，具体用于根据所述不相关度和所述每台主机的空闲资源建立至少两个虚拟机树形结构。

本发明的资源调度方法及系统公开了以下技术效果：

采用本发明技术方案，将数据交互关系较强的虚拟机尽量多的分配到一台主机上运行，降低了虚拟机之间跨物理网络交换数据的频率，从而达到提高网络设备及带宽资源利用率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例资源调度方法的第一种流程图；

图2是本发明实施例资源调度方法的第二种流程图；

图3是本发明实施例资源调度方法的第三种流程图；

图4是本发明实施例虚拟机树形结构的结构示意图；

图5是本发明实施例虚拟机树形结构拆分后的结构示意图；

图6是本发明实施例资源调度系统的一种结构示意图；

图7是本发明实施例资源调度系统的另一种结构示意图；

图8是本发明资源调度方法与面向“虚拟机”资源调度方法在请求响应时间方面的对比示意图；

图9是本发明资源调度方法与面向“虚拟机”资源调度方法在接收数据量方面的对比示意图；

图10是本发明资源调度方法与面向“虚拟机”资源调度方法在发送数据量方面的对比示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，是本发明实施例资源调度方法的流程图，包括：

步骤101，获取云应用。

步骤102，根据保存的云应用与虚拟机间的对应关系，解析出获取的云应用包含的虚拟机。

上述虚拟机是指一个通过软件模拟的计算机系统，它具有完整的硬件系统功能，可以运行在一个完全隔离的环境中。一台物理主机上可模拟出多个虚拟机，也就是说一台物理主机可以映射多个虚拟机。另外，需要说明的是虚拟机与主机之间的映射关系是可以在线迁移的，但是这种迁移对网络带宽资源的消耗很大，不利于网络带宽资源的高效利用。本发明从虚拟机之间的交互特性(一台主机上虚拟机间数据交互消耗带宽资源小于不同主机上虚拟机间数据交互消耗带宽资源)出发，综合考虑由多个虚拟机组成的云应用系统机群的整体性，尽量将一个云应用包含的多个虚拟机分配到到一台主机上运行(也就是尽量将该云应用包含的多个虚拟机映射到一台主机上)，这样就可进一步提高物理网络设备和网络带宽资源的利用率。

步骤103，计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度r，r＝1/d，其中，d为单位时间内虚拟机间数据交互的平均速度。两个虚拟机在单位时间内数据交互量越大，则不相关度r就越小。

步骤104，建立至少两个虚拟机树形结构。可通过以下两种实现方式：

a.以虚拟机为节点，综合考虑不相关度r和每台主机的空闲资源两方面因素，建立至少两个虚拟机树形结构。这种针对主机空闲资源大小建立的树形结构具有算法简单，针对性强的优点，可一次性完成为树形结构查找主机的目的。

b.以虚拟机为节点，以不相关度r为边权值建立至少两个虚拟机树形结构。这种根据不相关度建立的树形结构具有合理性强的优点。虽然存在不能一次性为树形结构查找到合适主机的可能性，但是以本方式建立或者拆分的树形结构包含的虚拟机间都具有较强的关联性，实现了虚拟机的合理分配，也能达到提高带宽资源利用率的目的。

步骤105，分别为每个虚拟机树形结构查找一台主机，可包括以下两种情况：

a.若能为每个虚拟机树形结构查找到一台其空闲资源能满足该虚拟机树形结构运行需求的主机，则执行步骤106将该虚拟机树形结构包含的虚拟机分配到这台主机上运行。

b.若还存在未查找到分配主机的虚拟机树形结构，也就是说现有的单台主机均不能满足该虚拟机树形结构的运行需求，则执行步骤107拆分该虚拟机树形结构，将该树形结构包含的虚拟机分配到至少两台主机上运行。具体实现方式可体现为：

如图4所示的虚拟机树形结构，若不能为该树形结构查找到符合其运行需求的一台主机，则将其中不相关度最大的一边拆离出来，经比对发现V₀和V₁之间的不相关度r＝0.574为最大，则拆分该条边，形成如图5所示的两个新的虚拟机树形结构I和II。再分别为新的虚拟机树形结构I和新的虚拟机树形结构II分布查找一台主机；若查找到，则将该新的虚拟机树形结构中包含的虚拟机分配到该主机上运行；若仍未查找到，则继续拆分该新的虚拟机树形结构，直至所有的虚拟机树形结构包含的虚拟机全部被分配到不同主机上运行为止。

需要说明的是，本发明实施例中拆分虚拟机树形结构的方式不仅限于上述示例中描述的拆离出不相关度最大的边，还可以采用其它方式进行拆分，对此本发明实施例不做限定。

参见图3，为了提高本发明实施例资源调度的效率，在执行步骤103计算不相关度之前，还可执行步骤108查找一台其空闲资源能满足云应用的运行需求的主机：若查找到这样一台主机，则执行步骤109将云应用包含的虚拟机分配到该主机上运行；若查找不到这样一台主机，则再执行步骤103计算不相关度。本优化方案，在计算虚拟机间的不相关度之前，先判断是否能将云应用包含的虚拟机全部分配到一台主机上，如果可以，则无需计算虚拟机间的不相关度，进而也无需执行建立树形结构、拆分树形结构等步骤，这就可大大缩减资源调度的时间，提高资源调度的效率。此外，将云应用包含的多个虚拟机分配到一台主机上运行，从资源损耗的角度来说也是一种最佳的分配方式，可最大程度的节省物理网络设备和带宽资源。

上述查找一台其空闲资源能满足云应用运行需求的主机包括：查找一台其CPU、内存和存储器的运行指标能满足云应用的运行需求的主机。

参见图3，在执行步骤108查找一台能满足云应用运行需求的主机之前，先执行步骤110对所有主机按照空闲资源的大小进行排序，判断空闲资源最大的一台主机能否满足云应用的运行需求，若能满足，则执行步骤109将云应用分配到该主机上运行，这样就可提高资源调度过程中主机查找的精准度，节省查找主机所消耗的时间。

如图2所示，在执行步骤103计算各个虚拟机间的不相关度之前，可先执行步骤111判断现有的所有主机的全部空闲资源能否满足云应用的运行需求。只有在能满足云应用运行需求的情况下才进行以下一系列操作：计算虚拟机间的不相关度r、建立虚拟机树形结构、拆分虚拟机树形结构、分配虚拟机树形结构包含的虚拟机到不同主机上运行。如果现有的所有主机的全部空闲资源都不能满足云应用的运行需求，则认为无法为该云应用进行资源调度，亦无需再进行上述一系列操作，直接执行步骤112结束资源调度。这就从另一方面进一步提高了资源调度的效率。

当然，在本发明实施例执行步骤108后，若未查找到一台其空闲资源能满足云应用运行需求的主机，需要拆分云应用包含的虚拟机时，也可以如图3所示，先执行步骤111判断现有的主机空闲资源能否满足云应用的运行需求，以达到提高资源调度效率的目的。

相应地，本发明实施例还提供一种资源调度系统，如图6所示，是该系统的一种结构示意图。

在该实施例中，资源调度系统包括：

获取单元301，用于获取云应用；

解析单元302，用于根据保存的云应用与虚拟机间的对应关系，解析云应用包含的虚拟机；

计算单元303，用于计算解析单元解析出的云应用包含的虚拟机间的不相关度；

树形结构构建单元304，用于根据不相关度建立至少两个虚拟机树形结构；

树形结构拆分单元305，用于根据不相关度拆分虚拟机树形结构；

查找单元306，用于查找一台其空闲资源能满足虚拟机树形结构和/或拆分的虚拟机树形结构运行需求的主机；

分配单元307，用于将虚拟机树形结构包含的虚拟机和/或拆分的虚拟机树形结构包含的虚拟机分配到查找单元查找到的主机上运行。

优化的，查找单元306，还用于在计算单元计算不相关度之前，查找一台其空闲资源能满足云应用运行需求的主机；

分配单元307，具体用于在查找单元查找到主机后，将云应用包含的虚拟机分配到该主机上运行；

计算单元303，具体用于在查找单元未查找到主机时，计算解析单元解析出的云应用包含的虚拟机间的不相关度。

参见图7，本发明实施例的资源调度系统还包括：

空闲资源排序单元308，用于在查找单元查找一台其空闲资源能满足云应用运行需求的主机前，对所有主机按照空闲资源的大小进行排序；

查找单元306，具体用于自空闲资源最大的主机开始查找一台其空闲资源能满足云应用运行需求的主机。

如图7所示，本发明实施例的资源调度系统还包括：

空闲资源监控单元309，用于在计算单元计算不相关度前，监控所有主机的空闲资源，并在所有主机空闲资源能满足云应用运行需求时，通知计算单元计算不相关度。

优化的，空闲资源监控单元309，还用于在计算单元计算不相关度之后，监控每台主机的空闲资源；

树形结构构建单元304，具体用于根据不相关度和每台主机的空闲资源建立至少两个虚拟机树形结构。

为了验证本发明实施例资源调度方法及系统的效果，进行了系列测试，具体情况如下。

在9台DELL R710服务器(host1～9)上搭建了测试环境。虚拟化平台选择开源XenServer V5.6 Hypervisor搭建；利用Hyperic HQ V4.5探查、监控虚拟化基础设施资源运行指标数据；采用JMeter生成云应用压力测试数据。为尽量真实模拟实际应用场景下的运行情况，构建了六组对应不同租户实际业务系统的云应用样本数据(如表1所示)，以OVF Package的形式依次导入实验系统环境中。通过对比以虚拟机为单位的调度策略运行环境下，云应用请求平均响应时间和主机单位时间平均网络带宽使用量来分析本发明实施例的实际效果。

表1  云应用模型样本

验证过程中以五分钟为间隔提交云应用，为了便于虚拟机运行期动态迁移，所有虚拟机均存储于iSCSI存储设备上。在所有云应用提交并正常启动之后，通过JMeter分别在面向“虚拟机”的资源调度方法和本发明实施例的资源调度方法下对六组云应用(capp1～capp6)进行模拟负载测试。如图8、图9和图10所示，采用本发明实施例，将数据交互关系较强的虚拟机尽量分配在一台主机上运行，降低跨物理网络交互数据的频率，就可达到提升云应用系统的整体请求响应时间，且主机之间网络发送、接收的数据量也随着负载的增加整体趋势低于面向“虚拟机”的资源调度方法。

本发明方案可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序单元。一般地，程序单元包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明方案，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序单元可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种资源调度方法，其特征在于，包括：

获取云应用；

根据保存的云应用与虚拟机间的对应关系，解析所述云应用包含的虚拟机；

计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度r，r＝1/d，其中，d为单位时间内虚拟机间数据交互的平均速度；

以所述虚拟机为节点，根据所述不相关度建立至少两个虚拟机树形结构；

分别为每个虚拟机树形结构查找一台主机：若所述主机的空闲资源能满足所述虚拟机树形结构的运行需求，则将所述虚拟机树形结构包含的虚拟机分配到所述主机上运行；否则，根据所述不相关度拆分所述虚拟机树形结构，直至该虚拟机树形结构包含的虚拟机全部被分配到不同主机上运行。

2.根据权利要求1所述的资源调度方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度之前，

查找一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机：若查找到，则将所述云应用包含的虚拟机分配到该主机上运行；若未查找到，再执行所述计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度的步骤。

3.根据权利要求2所述的资源调度方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述查找一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机之前，将所有主机按照空闲资源的大小进行排序；

所述查找一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机包括：

自空闲资源最大的主机开始查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机。

4.根据权利要求2或3所述的资源调度方法，其特征在于，所述方法还包括：

若未查找到一台其空闲资源能满足所述云应用的运行需求的主机，在计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度之前：

判断所有主机的空闲资源是否满足所述云应用的运行需求，若满足，再计算所述虚拟机之间的不相关度。

5.根据权利要求4所述的资源调度方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述计算所述云应用包含的各个虚拟机之间的不相关度之后，获取每台主机的空闲资源；

所述建立至少两个虚拟机树形结构具体包括：

以所述虚拟机为节点，根据所述不相关度与所述每台主机的空闲资源建立至少两个虚拟机树形结构。

6.一种资源调度系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取云应用；

解析单元，用于根据保存的云应用与虚拟机间的对应关系，解析所述云应用包含的虚拟机；

计算单元，用于计算所述解析单元解析出的云应用包含的虚拟机间的不相关度；

树形结构构建单元，用于根据所述不相关度建立至少两个虚拟机树形结构；

树形结构拆分单元，用于根据所述不相关度拆分所述虚拟机树形结构；

查找单元，用于查找一台其空闲资源能满足所述虚拟机树形结构和/或所述拆分的虚拟机树形结构运行需求的主机；

分配单元，用于将所述虚拟机树形结构包含的虚拟机和/或拆分的虚拟机树形结构包含的虚拟机分配到所述查找单元查找到的主机上运行。

7.根据权利要求6所述的资源调度系统，其特征在于，

所述查找单元，还用于在所述计算单元计算所述不相关度之前，查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机；

所述分配单元，具体用于在所述查找单元查找到主机后，将所述云应用包含的虚拟机分配到该主机上运行；

所述计算单元，具体用于在所述查找单元未查找到主机时，计算所述解析单元解析出的云应用包含的虚拟机间的不相关度。

8.根据权利要求7所述的资源调度系统，其特征在于，所述系统还包括：

空闲资源排序单元，用于在所述查找单元查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机前，对所有主机按照空闲资源的大小进行排序；

所述查找单元，具体用于自空闲资源最大的主机开始查找一台其空闲资源能满足所述云应用运行需求的主机。

9.根据权利要求7或8所述的资源调度系统，其特征在于，所述系统还包括：

空闲资源监控单元，用于在所述计算单元计算所述不相关度前，监控所有主机的空闲资源，并在所有主机空闲资源能满足所述云应用运行需求时，通知所述计算单元计算所述不相关度。

10.根据权利要求9所述的资源调度系统，其特征在于，

所述空闲资源监控单元，还用于在所述计算单元计算所述不相关度之后，监控每台主机的空闲资源；

所述树形结构构建单元，具体用于根据所述不相关度和所述每台主机的空闲资源建立至少两个虚拟机树形结构。

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