CN104079637B - 一种资源调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了一种资源调度方法及系统。其中，该方法包括：建立基于油气管道SCADA系统的Master‑Slave结构的云服务器；定义油气管道SCADA系统的服务器集合；计算服务器的性能参数；将任务的基版本分配到性能参数最小的服务器，将任务的副版本分配到性能参数次小的服务器；其中，性能参数次小的服务器的数量至少为1，且至少有一个性能参数次小的服务器与性能参数最小的服务器不在同一区域。本发明解决了现有油气管道SCADA系统所存在的服务器资源浪费、系统可靠性不高和负载不均衡的问题。

Description

一种资源调度方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，主要适用于资源调度方法及系统。

背景技术

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)是一种以监督为基础的计算机控制系统。应用于油气管道的SCADA系统能进行顺序控制输送、设备监控、数据同步传输记录、监控管道沿线及各站控制系统运行状况等工作。此外，SCADA管道系统还具备泄露检测、系统模拟、水击提前保护等功能。

目前，中国石油长输油气管道采用集中调度管理的运营模式。北京油气调控中心通过SCADA系统对中石油所辖的大部分油气长输管道进行集中调度，并负责制定管道生产的运行方案。地区管道公司通过SCADA系统的远程显示终端接受调度数据，负责对所管辖的管道及设备进行日常维护和管理工作。

现有油气管道SCADA系统的数据中心采用各管线对应各自固定服务器的资源调度模式，并采用双机热备的冗余方式来保证系统的可靠性。服务器按照设计要求热备份配置，每台服务器的最大可利用率要求不超过40％。这种资源配置模式和冗余机制不但造成服务器资源的浪费，增加了运行维护的工作量和设备功耗，而且，单一备份机制并不能完全保障系统的可靠性。此外，随着系统规模的不断扩大，主备中心服务器的数量也会不断增加。由于所面对的管道站场数据点数量不同，会产生严重的负载不均衡问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种资源调度方法及系统，它能够解决现有油气管道SCADA系统所存在的服务器资源浪费、系统可靠性不高和负载不均衡的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种资源调度方法，包括：

建立基于油气管道SCADA系统的Master-Slave结构的云服务器；其中的主服务器负责维护系统的原数据，并进行资源调度；

定义油气管道SCADA系统的服务器集合ψ＝{P₁,P₂,...,P_m}，并定义P_i＝(Δ_i,ξ_i,λ_i)，其中，Δ_i是分配到服务器P_i上的任务集合；ξ_i是服务器P_i的调度长度，表示任务分配到服务器P_i上所需的时间；λ_i是服务器P_i的失效率；

通过公式Z_ji＝k₁Δ_i+k₂ξ_i+k₃λ_i计算服务器的性能参数

其中，k₁是Δ_i的最优偏重系数，k₂是ξ_i的最优偏重系数，k₃是λ_i的最优偏重系数；

将任务的基版本分配到所述性能参数最小的服务器，将任务的副版本分配到所述性能参数次小的服务器；其中，所述性能参数次小的服务器的数量至少为1，且至少有一个所述性能参数次小的服务器与所述性能参数最小的服务器不在同一区域。

进一步地，所述系统的原数据包括：名字空间、访问控制、点配置定义块与从动服务器的映射关系、从动服务器的负载信息。

进一步地，所述服务器P_i的失效率λ_i的计算公式为：服务器P_i的失败任务量与服务器P_i的总任务量的百分比。

进一步地，还包括：

将每一个实时任务定义为一个多元组；所述多元组中包括实时任务的截止执行期限、任务的基版本和副版本；其中，所述任务的基版本和副版本是同一个任务程序，副版本是基版本的副本，且将任务的基版本和副版本定义为T_i＝(C_i，s_i，ρ_i)，其中s_i是任务版本的开始执行时间，ρ_i是任务版本所分配的服务器，C_i＝[c(i,1),...,c(i,m)]是时间向量，c_ij表示任务版本在服务器上的执行时间。

本发明还提供了一种资源调度系统，包括：

服务器建立模块，用于建立基于油气管道SCADA系统的Master-Slave结构的云服务器；其中的主服务器负责维护系统的原数据，并进行资源调度；

第一数据定义模块，用于定义油气管道SCADA系统的服务器集合ψ＝{P₁,P₂,...,P_m}，并定义P_i＝(Δ_i,ξ_i,λ_i)，其中，Δ_i是分配到服务器P_i上的任务集合；ξ_i是服务器P_i的调度长度，表示任务分配到服务器P_i上所需的时间；λ_i是服务器P_i的失效率；

性能参数运算模块，用于通过公式Z_ji＝k₁Δ_i+k₂ξ_i+k₃λ_i计算服务器的性能参数Z_ji；其中，k₁是Δ_i的最优偏重系数，k₂是ξ_i的最优偏重系数，k₃是λ_i的最优偏重系数；

任务分配模块，用于将任务的基版本分配到所述性能参数Z_ji最小的服务器，将任务的副版本分配到所述性能参数Z_ji次小的服务器；其中，所述性能参数Z_ji次小的服务器的数量至少为1，且至少有一个所述性能参数Z_ji次小的服务器与所述性能参数Z_ji最小的服务器不在同一区域。

进一步地，所述系统的原数据包括：名字空间、访问控制、点配置定义块与从动服务器的映射关系、从动服务器的负载信息。

进一步地，还包括：

失效率运算模块，用于计算服务器的失效率；其中，服务器的失效率的计算公式为：服务器的失败任务量与服务器的总任务量的百分比。

进一步地，还包括：

第二数据定义模块，用于将每一个实时任务定义为一个多元组；所述多元组中包括实时任务的截止执行期限、任务的基版本和副版本；其中，所述任务的基版本和副版本是同一个任务程序，副版本是基版本的副本，且将任务的基版本和副版本定义为T_i＝(C_i，s_i，ρ_i)，其中s_i是任务版本的开始执行时间，ρ_i是任务版本所分配的服务器，C_i＝[c(i,1),...,c(i,m)]是时间向量，c_ij表示任务版本在服务器上的执行时间。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的资源调度方法及系统，通过建立基于Master-Slave架构的云服务器集群，将同一实时任务同时分配到多个服务器执行，并选择最优的服务器执行实时任务的基版本，选择次优的服务器执行实时任务的副版本，且执行任务基版本的服务器与执行任务副版本的服务器不在同一区域，这样，不仅可以提高油气管道SCADA系统中服务器资源的利用率和系统可靠性,而且还能使系统的负载均衡。本发明在油气管道SCADA系统数据中心资源调度方面有着重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的资源调度方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的资源调度系统的结构框图；

图3为基于本发明实施例的油气管道SCADA系统的可靠性性能曲线图；

图4为基于本发明实施例的油气管道SCADA系统的可调度性性能曲线图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的资源调度方法及系统的具体实施方式及工作原理进行详细说明。

参见图1，本发明实施例提供的资源调度方法，包括：

步骤S110：建立基于油气管道SCADA系统的Master-Slave结构的云服务器；其中的主服务器负责维护系统的原数据，并进行资源调度；其中，系统的原数据包括：名字空间、访问控制、点配置定义块与从动服务器的映射关系、从动服务器的负载信息。

步骤S120：定义油气管道SCADA系统的服务器集合ψ＝{P₁,P₂,...,P_m}，并定义P_i＝(Δ_i,ξ_i,λ_i)，其中，Δ_i是分配到服务器P_i上的任务集合；ξ_i是服务器P_i的调度长度，表示任务分配到服务器P_i上所需的时间；λ_i是服务器P_i的失效率；

其中，服务器P_i的失效率λ_i的计算公式为：服务器P_i的失败任务量与服务器P_i的总任务量的百分比。

步骤S130：将每一个实时任务定义为一个多元组；多元组中包括实时任务的截止执行期限、任务的基版本和副版本；其中，任务的基版本和副版本是同一个任务程序，副版本是基版本的副本，且将任务的基版本和副版本定义为T_i＝(C_i，s_i，ρ_i)，其中s_i是任务版本的开始执行时间，ρ_i是任务版本所分配的服务器，C_i＝[c(i,1),...,c(i,m)]是时间向量，c_ij表示任务版本在服务器上的执行时间。例如：将每一个实时任务定义为一个四元组，如T_i＝(d_i,T_i ¹,T_i ²,T_i ³)，其中，d_i是实时任务的截止执行期限，T_i ¹是任务的基版本,T_i ²是任务的一个副版本，T_i ³是任务的另一个副版本，三个任务版本的代码完全相同，且其中是T_i ¹的开始执行时间，是T_i ²的开始执行时间，是T_i ³的开始执行时间，是T_i ¹所分配的服务器，是T_i ²所分配的服务器，是T_i ³所分配的服务器；由于每个任务T_i在不同的服务器上会有不同的执行时间，因此为每个任务T_i定义一个计算时间向量C_i＝[c(i,1),...,c(i,m)]，c_ij表示任务版本T_i ¹,T_i ²,T_i ³在服务器P_j上的执行时间；

步骤S140：查询预设在主服务器中的预装实时数据所需的点配置信息的从动服务器信息，通过公式Z_ji＝k₁Δ_i+k₂ξ_i+k₃λ_i计算服务器的性能参数Z_ji；

其中，k₁是Δ_i的最优偏重系数，k₂是ξ_i的最优偏重系数，k₃是λ_i的最优偏重系数；k₁、k₂和k₃具体由实时任务对服务器的处理要求决定。

步骤S150：将任务的基版本分配到性能参数最小的服务器，将任务的副版本分配到性能参数次小的服务器；其中，性能参数次小的服务器是指性能参数第二小的服务器；性能参数次小的服务器的数量至少为1，且至少有一个性能参数次小的服务器与性能参数最小的服务器不在同一网络服务区域，如：至少有一个性能参数次小的服务器与性能参数最小的服务器不在同一局域网或广域网，从而使当性能参数最小的服务器所在的网络发生故障而导致任务的基版本无法被执行时，任务的副版本能够被在另一局域网或广域网的从动服务器执行，保证了任务始终能够被顺利执行，提高了油气管道SCADA系统的可靠性。例如：将任务的基版本T_i ¹分配到性能参数最小的服务器将任务的副版本T_i ²分配到一个性能参数次小的服务器将任务的副版本T_i ³分配到另一个性能参数次小的服务器其中，和中至少有一个与不在同一局域网或广域网。

这里需要说明的是，服务器的性能参数越小，就说明服务器的综合性能越好(负载少、调度时间短、失效率低),越适合执行任务。

参见图2，本发明实施例提供的资源调度系统，包括：

服务器建立模块100，用于建立基于油气管道SCADA系统的Master-Slave结构的云服务器；其中的主服务器负责维护系统的原数据，并进行资源调度；其中，系统的原数据包括：名字空间、访问控制、点配置定义块与从动服务器的映射关系、从动服务器的负载信息。

第一数据定义模块200，用于定义油气管道SCADA系统的服务器集合ψ＝{P₁,P₂,...,P_m}，并定义P_i＝(Δ_i,ξ_i,λ_i)，其中，Δ_i是分配到服务器P_i上的任务集合；ξ_i是服务器P_i的调度长度，表示任务分配到服务器P_i上所需的时间；λ_i是服务器P_i的失效率；

第二数据定义模块300，用于将每一个实时任务定义为一个多元组；多元组中包括实时任务的截止执行期限、任务的基版本和副版本；其中，任务的基版本和副版本是同一个任务程序，副版本是基版本的副本，且将任务的基版本和副版本定义为T_i＝(C_i，s_i，ρ_i)，其中s_i是任务版本的开始执行时间，ρ_i是任务版本所分配的服务器，C_i＝[c(i,1),...,c(i,m)]是时间向量，c_ij表示任务版本在服务器上的执行时间。

性能参数运算模块400，用于查询预设在主服务器中的预装实时数据所需的点配置信息的从动服务器信息，通过公式计算服务器的性能参数其中，k₁是Δ_i的最优偏重系数，k₂是ξ_i的最优偏重系数，k₃是λ_i的最优偏重系数；k₁、k₂和k₃具体由实时任务对服务器的处理要求决定。

任务分配模块500，用于将任务的基版本分配到性能参数最小的服务器，将任务的副版本分配到性能参数次小的服务器；其中，性能参数次小的服务器是指性能参数第二小的服务器；性能参数次小的服务器的数量至少为1，且至少有一个性能参数次小的服务器与性能参数最小的服务器不在同一网络服务区域，如：至少有一个性能参数次小的服务器与性能参数最小的服务器不在同一局域网或广域网，从而使当性能参数最小的服务器所在的网络发生故障而导致任务的基版本无法被执行时，任务的副版本能够被在另一局域网或广域网的从动服务器执行，保证了任务始终能够被顺利执行，提高了油气管道SCADA系统的可靠性。

这里需要说明的是，服务器的性能参数越小，就说明服务器的综合性能越好(负载少、调度时间短、失效率低),越适合执行任务。

进一步对本发明实施例的技术方案进行说明，在本实施例中，本发明实施例还包括：

失效率运算模块，用于计算服务器的失效率；其中，服务器的失效率的计算公式为：服务器的失败任务量与服务器的总任务量的百分比。

实验证明实例

实例试验的基本参数：实时任务的截止执行期限DL＝1000，单服务器的调度长度L_p＝400，本地Slave服务器数及异地Slave服务器数分别为m＝6,n＝6，一共12台。其中，本地服务器的失效率分别为0.9、0.95、1、1.05、1.10和1.15，异地服务器的失效率分别为0.9、0.95、1、1.05、1.10和1.15。其基本单位是10^-6次/小时。

(1)可靠性性能

参见图3，在采用本发明实施例的油气管道SCADA系统中,随着系统处理任务个数的增加,系统花费的可靠性代价也随之增大,保障了系统的高可靠性，满足了实际应用对可靠性的需求。

(2)可调度性能

参见图4，在采用本发明实施例的油气管道SCADA系统中,随着系统处理任务个数的增加,需要的服务器最小个数也随之增加,但增加趋势在可接受范围内，因此，本发明实施例可以在使用尽可能少的服务器的情况下，完成尽可能多的任务,满足了实际应用对可调度性的需求，即解决了油气管道SCADA系统所存在的服务器资源浪费和负载不均衡的问题。

本发明实施例提供的资源调度方法及系统，通过建立基于Master-Slave架构的云服务器集群，将同一实时任务同时分配到多个服务器执行，并选择最优的服务器执行实时任务的基版本，选择次优的服务器执行实时任务的副版本，且执行任务基版本的服务器与执行任务副版本的服务器不在同一区域。在本发明实施例中，择优使用服务器来执行实时任务，不仅提高了油气管道SCADA系统中服务器资源的利用率，而且还使系统的负载更加均衡。此外，由于本发明实施例采用的是实时任务主副版本异地运行的容错机制，当分配到任务基版本的服务器性能差或发生故障时，被分配到任务副版本且性能较好的服务器能够及时执行任务，因而提高了油气管道SCADA系统的可靠性。本发明实施例在油气管道SCADA系统数据中心资源调度方面有着重要的应用价值。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种资源调度方法，其特征在于，包括：

建立基于油气管道SCADA系统的Master-Slave结构的云服务器；其中的主服务器负责维护系统的原数据，并进行资源调度；

定义油气管道SCADA系统的服务器集合ψ＝{P₁,P₂,...,P_m}，并定义P_i＝(Δ_i,ξ_i,λ_i)，其中，Δ_i是分配到服务器P_i上的任务集合；ξ_i是服务器P_i的调度长度，表示任务分配到服务器P_i上所需的时间；λ_i是服务器P_i的失效率；

通过公式计算服务器的性能参数

其中，k₁是Δ_i的最优偏重系数，k₂是ξ_i的最优偏重系数，k₃是λ_i的最优偏重系数；

将任务的基版本分配到所述性能参数最小的服务器，将任务的副版本分配到所述性能参数次小的服务器；选择最优的服务器执行实时任务的基版本，选择次优的服务器执行实时任务的副版本；其中，所述性能参数次小的服务器的数量至少为1，且至少有一个所述性能参数次小的服务器与所述性能参数最小的服务器不在同一区域；

服务器的性能参数越小，就说明服务器的综合性能越好,越适合执行任务。

2.如权利要求1所述的资源调度方法，其特征在于，所述系统的原数据包括：名字空间、访问控制、点配置定义块与从动服务器的映射关系、从动服务器的负载信息。

3.如权利要求1所述的资源调度方法，其特征在于，所述服务器P_i的失效率λ_i的计算公式为：服务器P_i的失败任务量与服务器P_i的总任务量的百分比。

4.如权利要求1-3中任一项所述的资源调度方法，其特征在于，还包括：

将每一个实时任务定义为一个多元组；所述多元组中包括实时任务的截止执行期限、任务的基版本和副版本；其中，所述任务的基版本和副版本是同一个任务程序，副版本是基版本的副本，且将任务的基版本和副版本定义为T_i＝(C_i，s_i，ρ_i)，其中s_i是任务版本的开始执行时间，ρ_i是任务版本所分配的服务器，C_i＝[c(i,1),...,c(i,m)]是时间向量，c(i，j)表示任务版本在服务器上的执行时间。

5.一种资源调度系统，其特征在于，包括：

服务器建立模块，用于建立基于油气管道SCADA系统的Master-Slave结构的云服务器；其中的主服务器负责维护系统的原数据，并进行资源调度；

第一数据定义模块，用于定义油气管道SCADA系统的服务器集合ψ＝{P₁,P₂,...,P_m}，并定义P_i＝(Δ_i,ξ_i,λ_i)，其中，Δ_i是分配到服务器P_i上的任务集合；ξ_i是服务器P_i的调度长度，表示任务分配到服务器P_i上所需的时间；λ_i是服务器P_i的失效率；

性能参数运算模块，用于通过公式计算服务器的性能参数其中，k₁是Δ_i的最优偏重系数，k₂是ξ_i的最优偏重系数，k₃是λ_i的最优偏重系数；

任务分配模块，用于将任务的基版本分配到所述性能参数最小的服务器，将任务的副版本分配到所述性能参数次小的服务器；其中，所述性能参数次小的服务器的数量至少为1，且至少有一个所述性能参数次小的服务器与所述性能参数最小的服务器不在同一区域。

6.如权利要求5所述的资源调度系统，其特征在于，所述系统的原数据包括：名字空间、访问控制、点配置定义块与从动服务器的映射关系、从动服务器的负载信息。

7.如权利要求5所述的资源调度系统，其特征在于，还包括：

失效率运算模块，用于计算服务器的失效率；其中，服务器的失效率的计算公式为：服务器的失败任务量与服务器的总任务量的百分比。

8.如权利要求5-7中任一项所述的资源调度系统，其特征在于，还包括：

第二数据定义模块，用于将每一个实时任务定义为一个多元组；所述多元组中包括实时任务的截止执行期限、任务的基版本和副版本；其中，所述任务的基版本和副版本是同一个任务程序，副版本是基版本的副本，且将任务的基版本和副版本定义为T_i＝(C_i，s_i，ρ_i)，其中s_i是任务版本的开始执行时间，ρ_i是任务版本所分配的服务器，C_i＝[c(i,1),...,c(i,m)]是时间向量，c(i，j)表示任务版本在服务器上的执行时间。