CN118175118A - 一种基于icn网络的数据中心分布式资源调度方法 - Google Patents

一种基于icn网络的数据中心分布式资源调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于数据中心资源调度技术领域，涉及一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，基于在数据中心计算集群中的每个机架上均部署的ICN路由器实现，所述方法包括：数据中心收到用户资源请求报文，分发给ICN路由器；ICN路由器接收用户资源请求报文，根据携带的资源需求参数，结合机架内资源状态以及其它ICN路由器所在机架的整体资源状态，进行资源调配，分配本机架资源进行响应或将该用户资源请求报文转发至其它ICN路由器。本发明将资源调度决策过程下沉至ICN路由器，在降低采集、处理及存储全局资源状态信息对硬件处理能力压力的同时，提高了调度决策过程的并发性及响应速度。

Description

一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法
技术领域
本发明属于数据中心资源调度技术领域，尤其涉及一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法。
背景技术
数据中心作为数字经济时代的关键基础设施，在5G、工业互联网、大数据、人工智能等领域发挥着重要作用。伴随数据资源存储、计算和应用需求的大幅提升，数据中心规模也不断扩大，传统中心化资源调度技术所面临的可扩展性问题日益突出：一方面，集中式地采集、处理、存储全局资源状态信息将占用大量硬件资源，对硬件处理能力提出了极高的要求；另一方面，集中式的资源调度算法计算复杂度较高，资源调度决策耗时随数据中心规模扩大而呈指数级增长，难以满足业务需求。因此，如何对大规模数据中心进行高效、快速且合理的调度是一个至关重要的问题。
近年来，针对上述问题，学术界和产业界相继提出了一些解决方案，主要包括以下三种：基于分区的资源调度技术、基于共享状态的资源调度技术和基于分布式计算的资源调度技术。
基于分区的资源调度技术将一个大规模数据中心分解为若干个分区，每个分区由一个调度器集中管理，分区大小可静态配置或由一个中心调度器动态决定，典型项目如：Mesos、HOD。基于分区的资源调度技术在一定程度上缓解了数据中心规模扩大所导致的可扩展性问题，但其不同分区的资源不共享，导致了资源分段、资源利用率下降等问题。
基于共享状态的资源调度技术保留了集中式的资源调度结构，但具有多个并行进行调度决策的调度器，每个调度器均有全局资源状态信息的副本，通过乐观锁的并发控制机制来避免冲突，典型项目如：Omega。基于共享状态的资源调度技术通过提升并发性来提高资源调度决策速度，但由于其需存储多个全局资源状态信息副本，导致其对硬件容量及性能的要求更高。
基于分布式计算的资源调度技术将资源调度决策过程下沉或部分下沉至主机，当用户资源请求到达时，其将被转发至一组主机，各主机根据自身状态对该请求做出回复，最终通过共识机制或集中式调度器决定响应该请求的主机，典型项目如：Sparrow。基于分布式计算的资源调度技术解决了硬件层面的可扩展性问题，但由于其资源调度决策过程相对复杂，单次调度决策耗时较长，而并发性的提升需减小用户资源请求的转发范围，进而导致调度决策的最优性下降。
发明内容
现有技术存在的技术缺陷是：数据中心资源调度的可扩展性问题。本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提出了一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法。
为了实现上述目的，本发明提出了一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，基于在数据中心计算集群中的每个机架上均部署的ICN路由器实现，所述方法包括：
数据中心收到用户资源请求报文，分发给ICN路由器；
ICN路由器接收用户资源请求报文，根据携带的资源需求参数，结合机架内资源状态以及其它ICN路由器所在机架的整体资源状态，进行资源调配，分配本机架资源进行响应或将该用户资源请求报文转发至其它ICN路由器。
作为上述方法的一种改进，所述数据中心计算集群中的ICN路由器之间构成ICN网络，ICN网络采用标识与地址分离架构，标识具有唯一性。
作为上述方法的一种改进，基于划域规则，将ICN网络划分为多个协同调度域，协同调度域内的ICN路由器之间通过通告方式，获取并维护协同调度域内其他ICN路由器的网络地址与所在机架的整体资源状态。
作为上述方法的一种改进，所述划域规则包括：基于网络拓扑和基于功能分区。
作为上述方法的一种改进，所述资源调配具体包括：
步骤1)ICN路由器基于用户资源请求报文中携带的资源需求参数，根据机架内资源状态进行本机架资源可用性判定，若判定成功，则由本机架资源响应请求，返回调度成功；否则，转步骤2)；
步骤2)ICN路由器根据其它ICN路由器所在机架的整体资源状态，进行协同调度域内资源可用性判定，若判定失败，返回调度失败；否则，基于选择策略选择一个ICN路由器作为协作ICN路由器，将用户资源请求报文的目的地址修改为该协作ICN路由器地址，并发送修改后的用户资源请求报文；
步骤3)协作ICN路由器收到用户资源请求报文后，重复执行步骤1)。
作为上述方法的一种改进，其特征在于，所述ICN路由器具有计算和存储能力，能识别、解析、处理及转发用户资源请求报文。
作为上述方法的一种改进，所述用户资源请求报文包括所需资源对应标识符和资源需求参数，所述资源需求参数包括：CPU需求、内存需求和带宽需求。
作为上述方法的一种改进，所述机架内资源状态包括：主机CPU、内存、存储空间的容量和已使用量，以及主机带宽资源的容量和已使用量。
作为上述方法的一种改进，所述其它ICN路由器所在机架的整体资源状态包括：机架整体CPU、内存、存储空间的容量和已使用量，以及机架整体在数据中心网络中的带宽容量和已使用量。
作为上述方法的一种改进，所述用户资源请求报文的分发方式包括：基于负载均衡器和任播。
作为上述方法的一种改进，所述步骤1)的本机架资源可用性判定包括：基于主机资源容量约束判定。
作为上述方法的一种改进，所述步骤2)的协同调度域内资源可用性判定包括：基于机架资源容量约束判定。
作为上述方法的一种改进，所述步骤2)的选择策略包括：随机、基于网络邻域关系和基于打分函数。
作为上述方法的一种改进，所述用户资源请求报文被转发多次，直至成功响应或超出转发的限制条件而停止，所述转发的限制条件包括：转发次数限制和/或调度时长限制。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明解决了数据中心中心化资源调度的可扩展性问题，资源调度决策过程下沉至ICN路由器，在降低采集、处理及存储全局资源状态信息对硬件处理能力压力的同时，提高了调度决策过程的并发性及响应速度；
2、本发明提出的方法，在数据中心计算集群中每个机架上部署ICN路由器，ICN路由器具有计算和存储能力，对其所在机架资源进行集中管理，同时各ICN路由器通过分布式协作实现机架间的资源共享，解决了集中式采集、处理及存储全局资源状态信息对硬件处理能力带来的压力；资源调度决策过程下沉至ICN路由器，提高了并发性；ICN路由器根据用户资源请求报文中的资源需求参数进行调度决策，为其分配本机架资源或直接将其转发至其它ICN路由器，提高了调度响应速度。
附图说明
图1为ICN路由器协作示意图；
图2为ICN路由器处理用户资源请求流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，具体来说，包括：在数据中心计算集群中的每个机架上部署ICN路由器，对机架内的资源状态进行集中管理；ICN路由器之间构成ICN网络；其中，所涉及的ICN为标识与地址分离架构，网络中所有资源都可通过标识符来唯一标识。基于划域规则，将ICN网络划分为多个协同调度域，协同调度域内的ICN路由器之间通过通告方式，获取并维护协同调度域内其他ICN路由器的网络地址与所在机架的整体资源状态；用户资源请求报文分发至ICN路由器，ICN路由器根据其资源需求参数，分配本机架资源响应该请求或将其转发至其它ICN路由器处理。
基于ICN网络的数据中心资源调度步骤包括：
步骤(1)数据中心收到资源请求报文，根据一定方式分发给ICN路由器；其中，资源请求报文中携带资源需求参数，包括但不限于所需资源对应标识符、资源需求参数。资源需求参数包括但不限于：CPU需求、内存需求、带宽需求；
步骤(2)基于报文中携带的资源需求参数，ICN路由器进行本节点资源可用性判定，若判定成功，则由本机架资源响应请求，返回调度成功；否则，转步骤(3)；
步骤(3)进行协同调度域内资源可用性判定，若判定失败，返回调度失败；否则，基于判定结果选择一个协作ICN路由器，将资源请求报文的目的地址修改为该协作ICN路由器地址，转发报文；
步骤(4)协作ICN路由器收到请求报文后，重复执行步骤(2)。
作为上述方法的一种改进，所述ICN路由器具有计算和存储能力，可识别、解析、处理及转发ICN报文。
作为上述方法的一种改进，所述协同调度域是由一组ICN路由器构成的集合，位于该集合内的ICN路由器彼此通告其所在机架的整体资源状态并进行协作，其划域规则包括但不限于：基于网络拓扑、基于功能分区。
作为上述方法的一种改进，所述机架内资源状态包括但不限于：
(1)主机CPU、内存、存储空间等计算资源的容量、已使用量；
(2)主机带宽资源的容量、已使用量。
作为上述方法的一种改进，所述机架整体资源状态包括但不限于：
(1)机架整体CPU、内存、存储空间等计算资源的容量、已使用量；
(2)机架整体在数据中心网络中的带宽容量、已使用量。
作为上述方法的一种改进，所述用户资源请求报文的分发方式包括但不限于：基于负载均衡器、任播。
作为上述方法的一种改进，所述本节点资源可用性判定包括但不限于：基于主机资源容量约束判定。
作为上述方法的一种改进，所述协同调度域内资源可用性判定包括但不限于：基于机架资源容量约束判定。
作为上述方法的一种改进，所述ICN路由器的选择策略包括但不限于：随机、基于网络邻域关系、基于打分函数。
作为上述方法的一种改进，用户资源请求报文可能被转发多次，直至其被成功响应或由于超出转发条件限制而停止，转发的限制条件包括但不限于：转发次数限制、调度时长限制。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例
如图1所示，本发明的实施例提出了一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法。
在数据中心计算集群中的每个机架上部署ICN路由器，对机架内的资源状态进行集中管理，ICN路由器之间构成ICN网络；其中，所涉及的ICN为标识与地址分离架构，网络中所有资源都可通过标识符来唯一标识。
ICN路由器具有计算和存储能力，可识别、解析、处理及转发ICN报文；
机架内资源状态包括但不限于：
(1)主机CPU、内存、存储空间等计算资源的容量、已使用量；
(2)主机带宽资源的容量、已使用量。
基于划域规则，将ICN网络划分为多个协同调度域，协同调度域内的ICN路由器之间通过通告方式，获取并维护协同调度域内其他ICN路由器的网络地址与所在机架的整体资源状态；
协同调度域是由一组ICN路由器构成的集合，位于该集合内的ICN路由器彼此通告其所在机架的整体资源状态并进行协作，其划域规则包括但不限于：基于网络拓扑、基于功能分区；
机架整体资源状态包括但不限于：
(1)机架整体CPU、内存、存储空间等计算资源的容量、已使用量；
(2)机架整体在数据中心网络中的带宽容量、已使用量。
基于ICN网络的数据中心资源调度步骤包括：
步骤(1)数据中心收到资源请求报文，根据一定方式分发给ICN路由器；其中，资源请求报文中携带资源需求参数，包括但不限于所需资源对应标识符、资源需求参数。资源需求参数包括但不限于：CPU需求、内存需求、带宽需求；
步骤(2)基于报文中携带的资源需求参数，ICN路由器进行本节点资源可用性判定，若判定成功，则由本机架资源响应请求，返回调度成功；否则，转步骤(3)；
步骤(3)进行协同调度域内资源可用性判定，若判定失败，返回调度失败；否则，基于判定结果选择一个协作ICN路由器，将资源请求报文的目的地址修改为该协作ICN路由器地址，转发报文；
步骤(4)协作ICN路由器收到请求报文后，重复执行步骤(2)。
图2为ICN路由器处理用户资源请求流程图。
用户资源请求报文的分发方式包括但不限于：基于负载均衡器、任播。
本节点资源可用性判定包括但不限于：基于主机资源容量约束判定。
协同调度域内资源可用性判定包括但不限于：基于机架资源容量约束判定。
ICN路由器的选择策略包括但不限于：随机、基于网络邻域关系、基于打分函数。
用户资源请求报文可能被转发多次，直至其被成功响应或由于超出转发条件限制而停止，转发的限制条件包括但不限于：转发次数限制、调度时长限制。
综述：
针对现有数据中心资源调度技术存在的问题，本发明提出一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，在数据中心计算集群中每个机架上部署ICN路由器，ICN路由器具有计算和存储能力，对其所在机架资源进行集中管理，同时各ICN路由器通过分布式协作实现机架间的资源共享，解决了集中式采集、处理及存储全局资源状态信息对硬件处理能力带来的压力；资源调度决策过程下沉至ICN路由器，提高了并发性；ICN路由器根据用户资源请求报文中的资源需求参数进行调度决策，为其分配本机架资源或直接将其转发至其它ICN路由器，提高了调度响应速度。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都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 (14)

1.一种基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，基于在数据中心计算集群中的每个机架上均部署的ICN路由器实现，所述方法包括：
数据中心收到用户资源请求报文，分发给ICN路由器；
ICN路由器接收用户资源请求报文，根据携带的资源需求参数，结合机架内资源状态以及其它ICN路由器所在机架的整体资源状态，进行资源调配，分配本机架资源进行响应或将该用户资源请求报文转发至其它ICN路由器。
2.根据权利要求1所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述数据中心计算集群中的ICN路由器之间构成ICN网络，ICN网络采用标识与地址分离架构，标识具有唯一性。
3.根据权利要求2所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，基于划域规则，将ICN网络划分为多个协同调度域，协同调度域内的ICN路由器之间通过通告方式，获取并维护协同调度域内其他ICN路由器的网络地址与所在机架的整体资源状态。
4.根据权利要求3所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述划域规则包括：基于网络拓扑和基于功能分区。
5.根据权利要求3或4所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述资源调配具体包括：
步骤1)ICN路由器基于用户资源请求报文中携带的资源需求参数，根据机架内资源状态进行本机架资源可用性判定，若判定成功，则由本机架资源响应请求，返回调度成功；否则，转步骤2)；
步骤2)ICN路由器根据其它ICN路由器所在机架的整体资源状态，进行协同调度域内资源可用性判定，若判定失败，返回调度失败；否则，基于选择策略选择一个ICN路由器作为协作ICN路由器，将用户资源请求报文的目的地址修改为该协作ICN路由器地址，并发送修改后的用户资源请求报文；
步骤3)协作ICN路由器收到用户资源请求报文后，重复执行步骤1)。
6.根据权利要求1或5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述ICN路由器具有计算和存储能力，能识别、解析、处理及转发用户资源请求报文。
7.根据权利要求1或5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述用户资源请求报文包括所需资源对应标识符和资源需求参数，所述资源需求参数包括：CPU需求、内存需求和带宽需求。
8.根据权利要求1或5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述机架内资源状态包括：主机CPU、内存、存储空间的容量和已使用量，以及主机带宽资源的容量和已使用量。
9.根据权利要求1或5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述其它ICN路由器所在机架的整体资源状态包括：机架整体CPU、内存、存储空间的容量和已使用量，以及机架整体在数据中心网络中的带宽容量和已使用量。
10.根据权利要求1或5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述用户资源请求报文的分发方式包括：基于负载均衡器和任播。
11.根据权利要求5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述步骤1)的本机架资源可用性判定包括：基于主机资源容量约束判定。
12.根据权利要求5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述步骤2)的协同调度域内资源可用性判定包括：基于机架资源容量约束判定。
13.根据权利要求5所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述步骤2)的选择策略包括：随机、基于网络邻域关系和基于打分函数。
14.根据权利要求1所述的基于ICN网络的数据中心分布式资源调度方法，其特征在于，所述用户资源请求报文被转发多次，直至成功响应或超出转发的限制条件而停止，所述转发的限制条件包括：转发次数限制和/或调度时长限制。
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