趙秀梅，鐘新成

(長(zhǎng)治學(xué)院 計(jì)算機(jī)系，山西 長(zhǎng)治 046011 )

0 引 言

資源調(diào)度是一種合理化的信息測(cè)量與調(diào)節(jié)策略，可按照待傳輸數(shù)據(jù)所屬的層次級(jí)別條件，將信息參量由初始執(zhí)行主機(jī)直接運(yùn)輸至底層應(yīng)用結(jié)構(gòu)。在OpenURL等開(kāi)放型鏈接技術(shù)的支持下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)數(shù)字化資源的整合與共享，并借助輸入型信道，建立信息結(jié)構(gòu)與核心調(diào)度主機(jī)之間的實(shí)用服務(wù)連接[1-2]。在資源調(diào)度技術(shù)的作用下，云計(jì)算主機(jī)直接將數(shù)字資源的元起點(diǎn)與信息對(duì)象連接起來(lái)，再通過(guò)解析服務(wù)器的本地化控制作用，釋放暫存于數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息參量，從而建立完整的一站式檢索環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多屬性數(shù)據(jù)的獲取與查詢(xún)[3-4]。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于擁塞狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度域的劃分是影響調(diào)度有效性的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，針對(duì)擁塞網(wǎng)絡(luò)研究一種資源調(diào)度域劃分方法是極為關(guān)鍵的。

在云計(jì)算擁塞網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于多屬性資源數(shù)據(jù)的過(guò)量堆積，易導(dǎo)致信息消耗成本的攀升與資源數(shù)據(jù)利用率的下降。為避免上述情況的出現(xiàn)，齊平等采用兩參數(shù)威爾布分布方法對(duì)擁塞網(wǎng)絡(luò)中資源節(jié)點(diǎn)與鏈路失效規(guī)律進(jìn)行特征提取[5]，根據(jù)多屬性資源的調(diào)度任務(wù)關(guān)系，構(gòu)建資源調(diào)度域劃分模型，完成動(dòng)態(tài)多屬性資源調(diào)度域的劃分，但是該方法的總體開(kāi)銷(xiāo)較高。周炳海等采用改進(jìn)型免疫克隆選擇算法[6]，對(duì)調(diào)度域劃分問(wèn)題進(jìn)行描述，利用最小化總加權(quán)構(gòu)建多屬性資源調(diào)度的目標(biāo)約束函數(shù)，對(duì)需調(diào)度數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)則排序，完成調(diào)度域的劃分，但是該方法的資源數(shù)據(jù)利用效率仍需進(jìn)一步提升。武麗芬等根據(jù)傳統(tǒng)OpenStack動(dòng)態(tài)資源調(diào)度策略[7]，利用負(fù)載均衡器彌補(bǔ)數(shù)據(jù)參量在共享傳輸方面的信息缺失，從而檢驗(yàn)出多屬性數(shù)據(jù)可能達(dá)到的最遠(yuǎn)調(diào)度域范圍。但此方法很難完全解決數(shù)據(jù)信息最高時(shí)效利用率較低的問(wèn)題，易導(dǎo)致單頻網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)長(zhǎng)的過(guò)量延伸。

為此，將參數(shù)提取算法應(yīng)用于擁塞網(wǎng)絡(luò)多屬性資源調(diào)度域劃分，在多屬性數(shù)據(jù)編碼原理的支持下，確定域控制條件的實(shí)際輸入與輸出水平。

1 網(wǎng)絡(luò)調(diào)度域協(xié)調(diào)

網(wǎng)絡(luò)調(diào)度域協(xié)調(diào)包含云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)搭建、多屬性數(shù)據(jù)編碼、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)度評(píng)估3個(gè)處理環(huán)節(jié)。

1.1 云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)搭建

云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)是擁塞網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，多屬性資源調(diào)度所依靠的主體傳輸結(jié)構(gòu)，由實(shí)體設(shè)備終端、虛擬服務(wù)終端兩部分共同組成。其中，實(shí)體設(shè)備終端包含CRM服務(wù)器、OA服務(wù)器、Web服務(wù)器、Mail服務(wù)器，前2個(gè)應(yīng)用主機(jī)可直接接入云計(jì)算服務(wù)體系之中，并可借助輸入導(dǎo)線(xiàn)，調(diào)取其中的多屬性數(shù)據(jù)資源，后2個(gè)應(yīng)用主機(jī)負(fù)責(zé)與云計(jì)算虛擬服務(wù)終端相連，可將暫存數(shù)據(jù)傳輸至下級(jí)設(shè)備結(jié)構(gòu)體中。云計(jì)算虛擬服務(wù)終端包含虛擬CRM服務(wù)器、虛擬OA服務(wù)器、虛擬Web服務(wù)器、虛擬Mail服務(wù)器。虛擬CRM服務(wù)器與虛擬OA服務(wù)器的調(diào)度執(zhí)行等級(jí)相對(duì)較高，能夠感知擁塞網(wǎng)絡(luò)中多屬性資源的基本存在狀態(tài)，而虛擬Web服務(wù)器與虛擬Mail服務(wù)器的調(diào)度執(zhí)行等級(jí)相對(duì)較低，可按照調(diào)度域等級(jí)的實(shí)際劃分條件，更改多屬性信息參量在云計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)中的連接存儲(chǔ)形式。

1.2 多屬性數(shù)據(jù)編碼

多屬性數(shù)據(jù)編碼的處理行為相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于可攜帶的信息總量相對(duì)較少，因此需要云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)的配合，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)碼與解析處理。多屬性數(shù)據(jù)編碼的處理流程需要源碼信息、譯碼信息、編程結(jié)構(gòu)體3部分的共同配合。源碼信息可理解為多屬性數(shù)據(jù)參量的原有存在狀態(tài)，這些信息始終表現(xiàn)為未編碼形式，為順應(yīng)資源結(jié)構(gòu)的調(diào)度需求，源碼信息可直接轉(zhuǎn)換成編程結(jié)構(gòu)體的存在形式。譯碼信息也叫多屬性數(shù)據(jù)編碼的應(yīng)用模板，具備一定的存在雛形，可按照擁塞網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中數(shù)據(jù)參量的存在形式，為其規(guī)定可行的編碼轉(zhuǎn)換方向[8]。編程結(jié)構(gòu)體也叫編碼后多屬性數(shù)據(jù)的存在形式，具備較強(qiáng)的完備性，基本保持連貫性的存在狀態(tài)，不受存儲(chǔ)資源總量的影響。在多屬性數(shù)據(jù)編碼前期，使源碼信息保持多屬性資源信息的原始存在形式；在編碼中期，使源碼信息逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫幊探Y(jié)構(gòu)體的存在形式，并按照一定的編碼需求，實(shí)現(xiàn)源碼信息與編碼結(jié)構(gòu)體的轉(zhuǎn)換；在編碼后期，使編程結(jié)構(gòu)體處于連貫性的多屬性資源存在狀態(tài)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)度評(píng)估

網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)度是指利用多屬性資源相關(guān)的定義作為約束條件來(lái)確定的調(diào)度域所屬范圍。在云計(jì)算環(huán)境中，該項(xiàng)物理參量能夠約束數(shù)據(jù)編碼的實(shí)際處理行為，從而確定調(diào)度域組織的實(shí)際所屬范圍。在不考慮其他干擾條件的情況下，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)度參量同時(shí)受到網(wǎng)絡(luò)擁塞條件、資源存儲(chǔ)數(shù)值2項(xiàng)物理量的影響[9-10]。網(wǎng)絡(luò)擁塞條件可表示為云計(jì)算環(huán)境下，網(wǎng)關(guān)環(huán)境能承受的最大資源儲(chǔ)備量，定義為λ。在既定資源調(diào)度環(huán)境下，該項(xiàng)物理量具備較強(qiáng)的應(yīng)用穩(wěn)定性，不會(huì)隨其他參量指標(biāo)的變化而發(fā)生改變。資源存儲(chǔ)數(shù)值可表示為p，與其他應(yīng)用指標(biāo)相比，該項(xiàng)物理系數(shù)的覆蓋范圍更為廣泛，無(wú)論實(shí)際調(diào)度時(shí)間的延長(zhǎng)或縮短，該項(xiàng)物理量的實(shí)際表達(dá)數(shù)值都不會(huì)超過(guò)數(shù)值的額定化限定區(qū)間。聯(lián)立上述物理量，可將擁塞網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)度評(píng)估值P定義為

(1)

式中:t為多屬性資源的實(shí)際調(diào)度時(shí)長(zhǎng)；Δy為已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源在單位時(shí)間內(nèi)的變化量。

結(jié)合網(wǎng)關(guān)環(huán)境最大資源儲(chǔ)備量參數(shù)，完成擁塞網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)度評(píng)估值的有效計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)擁塞網(wǎng)絡(luò)多資源調(diào)度域劃分奠定基礎(chǔ)。

2 擁塞網(wǎng)絡(luò)多屬性資源調(diào)度域劃分

在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)調(diào)度域協(xié)調(diào)原理的支持下，按照擁塞資源定義建模、調(diào)度參數(shù)定義、域控制條件輸入與輸出優(yōu)化的處理流程，完成擁塞網(wǎng)絡(luò)多屬性資源調(diào)度域劃分。

2.1 網(wǎng)絡(luò)擁塞資源定義與建模

調(diào)度域是指在特定云計(jì)算環(huán)境下，所有多屬性資源調(diào)度處理所涉及的資源應(yīng)用范疇，通常情況下，性能優(yōu)化、負(fù)載均衡、最大利用率等數(shù)據(jù)目標(biāo)都隸屬于調(diào)度算法的實(shí)際調(diào)度域之內(nèi)[11-12]。相同多屬性資源在執(zhí)行不同調(diào)度算法時(shí)，所面臨的調(diào)度域?qū)嵵狄簿幌嗤?，另外，在一個(gè)擁塞網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，相同多屬性資源的調(diào)度域范疇也不是一成不變的，隨著云計(jì)算施加條件的改變，實(shí)際所涉數(shù)值區(qū)間會(huì)出現(xiàn)明顯的擴(kuò)大或減小?？偟膩?lái)說(shuō)，調(diào)度域概念對(duì)多屬性資源調(diào)度算法的應(yīng)用是非常重要的[13-14]。設(shè)favg為云計(jì)算環(huán)境下多屬性資源的平均調(diào)度適應(yīng)度值，fmax為云計(jì)算環(huán)境下多屬性資源的最大調(diào)度適應(yīng)度值，f為擁塞度相對(duì)較高云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)度值，聯(lián)立式(1)，可將網(wǎng)絡(luò)擁塞資源的定義建模L表示為

(2)

式中:χ為云計(jì)算環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)擁塞參量；β1為多屬性資源的實(shí)際調(diào)度規(guī)劃系數(shù)；β0為多屬性資源的理想化調(diào)度規(guī)劃系數(shù)。

2.2 基于參數(shù)提取算法的調(diào)度參數(shù)計(jì)算

在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，多屬性資源對(duì)于調(diào)度參數(shù)具有一定的依賴(lài)性，且隨著平均擁塞程度的提升，資源調(diào)度域?qū)τ趨?shù)的選擇要求也會(huì)變得更加苛刻[15-16]。調(diào)度參數(shù)的選擇會(huì)直接影響最終的多屬性資源調(diào)度域劃分結(jié)果[17]。在網(wǎng)絡(luò)擁塞資源定義建模條件的支持下，調(diào)度參數(shù)的獲取需要同時(shí)考慮時(shí)域化云計(jì)算傳輸條件與頻域化云計(jì)算傳輸條件，可采用參數(shù)提取算法對(duì)調(diào)度參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。時(shí)域化云計(jì)算傳輸條件表示為ξ1，在擁塞網(wǎng)絡(luò)空間內(nèi)，該項(xiàng)物理量具有較強(qiáng)的唯一性，可隨實(shí)際調(diào)度時(shí)間T′的延長(zhǎng)而出現(xiàn)明顯增大的變化趨勢(shì)。頻域化云計(jì)算傳輸條件表示為ξ2，在擁塞網(wǎng)絡(luò)空間內(nèi)，該項(xiàng)物理量具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可隨實(shí)際調(diào)度時(shí)間T′的延長(zhǎng)而出現(xiàn)明顯減小的變化趨勢(shì)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式(2)，可將基于參數(shù)提取算法的多屬性資源調(diào)度參數(shù)γ表示為

(3)

2.3 域控制條件輸入與輸出

域控制條件輸入與輸出協(xié)調(diào)，是擁塞網(wǎng)絡(luò)多屬性資源調(diào)度域劃分的末尾處理環(huán)節(jié)，可在準(zhǔn)確獲取調(diào)度參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定擁塞網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與多屬性資源參量相關(guān)的信息傳輸條件，從而使云計(jì)算理論得以順利實(shí)施。域控制條件輸入直接關(guān)系多屬性資源位置參量的定義，通常情況下，待查找的信息數(shù)據(jù)總量越大，與其相關(guān)的資源所處位置也就越靠前；而待查找的信息數(shù)據(jù)總量越小，與其相關(guān)資源所處的位置也就越靠后[18-19]。當(dāng)資源數(shù)據(jù)參量的屬性成分得到擴(kuò)充時(shí)，域控制條件的輸入與輸出結(jié)果也就逐漸趨于真實(shí)，當(dāng)多屬性系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，最終調(diào)度域劃分結(jié)果的表現(xiàn)能力也就逐漸升高至最強(qiáng)應(yīng)用效果[20]。設(shè)davg為云計(jì)算應(yīng)用均值；havg為多屬性資源的調(diào)度規(guī)劃均值，聯(lián)立式(3)，可將域控制條件輸入與輸出形式A表示為

(4)

式中:g′為調(diào)度域劃分的實(shí)際處理系數(shù)；s為固化調(diào)度指標(biāo)。

至此，完成各項(xiàng)理論應(yīng)用系數(shù)的計(jì)算與處理，在云計(jì)算技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)擁塞網(wǎng)絡(luò)多屬性資源調(diào)度域的劃分。

3 性能檢測(cè)

為驗(yàn)證基于參數(shù)提取算法的擁塞網(wǎng)絡(luò)多屬性資源調(diào)度域劃分方法的實(shí)際應(yīng)用性能。實(shí)驗(yàn)運(yùn)用Windows 7.0系統(tǒng)，同時(shí)選用Matlab7.4中的Simulink工具箱對(duì)本文提出的資源調(diào)度域劃分方法的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

截取2段等長(zhǎng)的多屬性資源參量作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以數(shù)據(jù)調(diào)度器作為實(shí)用檢測(cè)主機(jī)，其中實(shí)驗(yàn)組為主機(jī)搭載所提出的新型調(diào)度域劃分方法，對(duì)照組為主機(jī)搭載傳統(tǒng)OpenStack動(dòng)態(tài)資源調(diào)度策略。以50 min作為既定實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，分別記錄在該段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組劃分方法后，多屬性資源數(shù)據(jù)參量最高時(shí)效利用率的具體變化情況。

3.1 最高時(shí)效利用率

在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的最高時(shí)效利用率對(duì)比結(jié)果如圖1所示。

圖 1 最高時(shí)效利用率對(duì)比Fig.1 Comparison of the highest aging utilization rate

從圖1可以看出，理想狀態(tài)下多屬性資源數(shù)據(jù)參量最高時(shí)效利用率呈現(xiàn)兩極式變化狀態(tài)，前25 min始終保持為70%，從第30 min開(kāi)始提升至75%。實(shí)驗(yàn)組多屬性資源數(shù)據(jù)參量最高時(shí)效利用率在前15 min處于穩(wěn)定狀態(tài)，從20 min開(kāi)始逐漸上升，但前期的上升幅度明顯高于后期，全局最大值達(dá)到97%。對(duì)照組多屬性資源數(shù)據(jù)參量最高時(shí)效利用率則在小幅度穩(wěn)定狀態(tài)后，開(kāi)始逐漸下降，且前期下降幅度明顯小于后期，全局最大值僅達(dá)到66%，與實(shí)驗(yàn)組極值相比，下降了31%。形成這一結(jié)果的原因在于云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)中，對(duì)多屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，完成適應(yīng)度的初步評(píng)估，因此，所提方法的數(shù)據(jù)參量最高時(shí)效利用率較高。

3.2 擁塞時(shí)長(zhǎng)對(duì)比

在多屬性資源數(shù)據(jù)總量處于(1～9)×1011T時(shí)，記錄實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組單頻網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)長(zhǎng)的具體變化情況，擁塞時(shí)長(zhǎng)對(duì)比如圖2所示。

圖 2 擁塞時(shí)長(zhǎng)對(duì)比Fig.2 Comparison of congestion duration

從圖2可以看出，理想狀態(tài)下多屬性資源數(shù)據(jù)的單頻網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)長(zhǎng)始終保持1.45 s的穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)組多屬性資源數(shù)據(jù)單頻網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)長(zhǎng)則基本保持小幅波動(dòng)的變化趨勢(shì)，全局最大值僅達(dá)到0.74 s。對(duì)照組單頻網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)長(zhǎng)前期一直不斷增大，從多屬性資源數(shù)據(jù)總量等于5.0×1011T開(kāi)始，逐漸趨于穩(wěn)定，全局最大值達(dá)到1.72 s，與實(shí)驗(yàn)組極值相比，上升了0.98 s。這是由于所提方法通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)擁塞資源進(jìn)行定義，并采用參數(shù)提取算法計(jì)算多屬性資源調(diào)度參數(shù)的實(shí)值，在精準(zhǔn)控制域相關(guān)主體輸入、輸出條件的基礎(chǔ)上，完成擁塞網(wǎng)絡(luò)多屬性資源調(diào)度域劃分，因此，可以有效縮短單頻網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)長(zhǎng)。

4 結(jié) 論

1) 應(yīng)用基于參數(shù)特征提取的調(diào)度域劃分方法后，多屬性資源數(shù)據(jù)參量的最高時(shí)效利用率更高、單頻網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)長(zhǎng)更短，可最大化節(jié)省由資源調(diào)度帶來(lái)的信息消耗成本。

2) 在云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)等多個(gè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)的作用下，該新型劃分方法可在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞資源定義與建模的同時(shí)，精準(zhǔn)計(jì)算調(diào)度參數(shù)，約束域控制條件的輸入與輸出水平。