陳榕利

（廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院廣東·東莞523960）

云計(jì)算環(huán)境下實(shí)驗(yàn)室資源調(diào)度策略

陳榕利

（廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院廣東·東莞523960）

隨著我國科學(xué)技術(shù)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域都取得了很大的進(jìn)步，云計(jì)算是從分布式計(jì)算、效用計(jì)算以及并行計(jì)算發(fā)展而來的，它為人們生活提供了很大的便利與服務(wù)，云計(jì)算是一種新型的計(jì)算模式，它作為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢之一已經(jīng)引起了各個(gè)領(lǐng)域的注意，云計(jì)算有著獨(dú)特的技術(shù)與很大的發(fā)展?jié)摿?，它改變了傳統(tǒng)的服務(wù)模式，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成新型商業(yè)模式，云計(jì)算主要是利用付費(fèi)的方式來進(jìn)行工作，云計(jì)算系統(tǒng)具有一定的透明性，用戶在進(jìn)行操作的時(shí)候可以通過虛擬化的計(jì)算與存儲(chǔ)來進(jìn)行，這樣能夠及時(shí)的解決用戶所提出的問題，本文對云計(jì)算環(huán)境下實(shí)驗(yàn)室資源的調(diào)度策略進(jìn)行具體的分析與研究，希望能為以后該方面的工作提供一些幫助。

云計(jì)算；實(shí)驗(yàn)室；資源調(diào)度；蟻群算法；策略分析

21世紀(jì)是信息的時(shí)代，云計(jì)算的出現(xiàn)正慢慢改變著人們對軟件的認(rèn)識與看法。云計(jì)算具有虛擬性、可靠性、可擴(kuò)展性以及自治性等特性，有了這種方法人們就不需要再對軟件進(jìn)行安裝與維護(hù)，只要通過付費(fèi)的方式就能在網(wǎng)上獲取到自己想要的資源，讓信息化的世界真正走進(jìn)人們的日常生活，云就是由大量的廉價(jià)計(jì)算節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的，也可以說云是由成百上千的計(jì)算機(jī)所構(gòu)成的，這些構(gòu)成云的節(jié)點(diǎn)會(huì)受到計(jì)算與存儲(chǔ)等方面的限制，因此用戶想要找到合適的資源就要將信息合理的分配到虛擬機(jī)上面，這樣才能保證用戶能夠準(zhǔn)時(shí)的完成任務(wù)。目前云計(jì)算的主要工作是對用戶實(shí)驗(yàn)室資源調(diào)度方面的研究，同時(shí)利用云來解決本地資源短缺的現(xiàn)象，也能從很大程度上降低成本。蟻群算法是用于解決計(jì)算機(jī)中問題最常用的方法之一，大多蟻群算法都是通過信息素進(jìn)行交流的，而且云的規(guī)模比較大，因此高效的資源調(diào)度算法可以對云計(jì)算性能得到很大提高，本文就對基于蟻群算法的資源調(diào)度策略以及算法的描述與結(jié)果進(jìn)行具體的分析與研究。

一、基于蟻群算法的資源調(diào)度策略

隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，智能化時(shí)代已經(jīng)到來，一種新型的計(jì)算模式云計(jì)算已經(jīng)誕生了。云計(jì)算節(jié)點(diǎn)的規(guī)模是很大的，但是單個(gè)的節(jié)點(diǎn)資源配置比較低，可以將雙向螞蟻機(jī)制很好的引入到資源調(diào)度中根據(jù)蟻群優(yōu)化的方式讓螞蟻之間進(jìn)行更好的交流，這樣也可以快速的發(fā)現(xiàn)虛擬機(jī)資源，讓主節(jié)點(diǎn)能快速的為用戶任務(wù)分配虛擬機(jī)[1]。利用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)可以將資源進(jìn)行分類，從而形成多級的資源池，其中一個(gè)資源池可以用來充當(dāng)服務(wù)器的作用以方便與云外面的交互、分配任務(wù)等，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大，使用云計(jì)算的用戶數(shù)量也在不斷的增加，利用云中的虛擬機(jī)資源就能夠讓用戶不必等待很長的時(shí)間從而完成云計(jì)算資源調(diào)度的問題。云計(jì)算虛擬機(jī)資源調(diào)度讓虛擬機(jī)的資源通過蟻群算法來分配給不同的用戶使用，以滿足各個(gè)用戶對系統(tǒng)的要求，真正實(shí)現(xiàn)提高云計(jì)算資源使用率以及減少計(jì)算時(shí)間的效果。下面就將對雙向螞蟻機(jī)制、信息素的定義與修改、任務(wù)預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間的定義三個(gè)方面對基于蟻群算法的資源調(diào)度策略進(jìn)行具體的分析與研究。

（一）雙向螞蟻機(jī)制研究

雙向螞蟻機(jī)制顧名思義就是將螞蟻分成兩大類，分別為前向螞蟻與后向螞蟻。前者主要負(fù)責(zé)對云計(jì)算的虛擬機(jī)節(jié)點(diǎn)的尋找工作，在找到之后就要原路返回，在返回的過程中可以在途中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上留下一些信息素。如果在尋找的過程中兩只螞蟻相遇了，那么其中一只螞蟻就會(huì)向另一只螞蟻提供關(guān)于食物位置的相應(yīng)信息，螞蟻獲得了信息就能很快的找到食物的具體位置，因此要想計(jì)算資源調(diào)度的問題只需要對螞蟻相遇次數(shù)進(jìn)行計(jì)算就可以得到，具體的做法如下：首先要保留存儲(chǔ)的區(qū)域，這些區(qū)域通常會(huì)出現(xiàn)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上是用來存儲(chǔ)反向螞蟻攜帶的信息，當(dāng)前向螞蟻到達(dá)節(jié)點(diǎn)之前定時(shí)器就應(yīng)該啟動(dòng)并且歸零，螞蟻相遇時(shí)節(jié)點(diǎn)的信息會(huì)自動(dòng)清零，這些反向螞蟻可能是由多個(gè)資源產(chǎn)生的，對于這種問題的解決可以采用兩種方法，第一種方法是讓每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能存儲(chǔ)一個(gè)反向螞蟻的信息，如果第二只螞蟻也到達(dá)的時(shí)候就會(huì)將前一個(gè)螞蟻的信息覆蓋掉，并且需要重新對定時(shí)器進(jìn)行啟動(dòng)。第二種方法是由于多個(gè)反向螞蟻攜帶的信息都放在一個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)域中，因此如果反向螞蟻要通過的時(shí)候啟動(dòng)器就會(huì)被啟動(dòng)，如果是來自于同一資源的兩只螞蟻的話那么通常只會(huì)保存后面的那只反向螞蟻的信息，這樣的方法有著空間大、計(jì)算量也大的優(yōu)點(diǎn)，被人們廣泛的應(yīng)用。

（二）信息素的定義與修改

所謂信息素就是用虛擬機(jī)的硬件資源來對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行衡量，將CPU、內(nèi)存、外存以及帶寬等硬件的信息素進(jìn)行初始化操作，對修改信息素的問題可以從兩個(gè)方面進(jìn)行分析：一方面是可以對資源節(jié)點(diǎn)上的信息素進(jìn)行修改操作，另一方面當(dāng)反向螞蟻經(jīng)過的時(shí)候可以進(jìn)行保存，將螞蟻所攜帶的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改也是十分有效的。當(dāng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)新任務(wù)的時(shí)候，CPU的利用率就會(huì)慢慢變大，同時(shí)信息素就會(huì)減小，然后要對信息素的濃度進(jìn)行測驗(yàn)，在對信息素的濃度測驗(yàn)完成之后就應(yīng)該對該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，還可以增加一些節(jié)點(diǎn)上的信息素以便于其他的螞蟻對該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇，當(dāng)然有獎(jiǎng)勵(lì)也應(yīng)該有相應(yīng)的處罰，如果任務(wù)沒有很好的完全那么就應(yīng)該給予相應(yīng)的處罰。隨著時(shí)間的不斷變化，有效節(jié)點(diǎn)上的任務(wù)數(shù)也變得少了，但是節(jié)點(diǎn)上的信息素卻在不斷的增加，通常是隔一段時(shí)間就會(huì)增大有效節(jié)點(diǎn)的信息素濃度。

（三）對任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的預(yù)計(jì)問題

隨著科技的不斷進(jìn)步，云計(jì)算得到了快速的發(fā)展，在云計(jì)算的環(huán)境之下，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)想要同時(shí)進(jìn)行多個(gè)任務(wù)但是又想對整個(gè)云的性能進(jìn)行提高，那么就需要將任務(wù)分配給很多個(gè)節(jié)點(diǎn)從而保證任務(wù)的正常執(zhí)行，建立起任務(wù)預(yù)計(jì)時(shí)間的模型對任務(wù)的執(zhí)行也有很大的好處。當(dāng)節(jié)點(diǎn)變得很少的時(shí)候任務(wù)預(yù)計(jì)時(shí)間也就相應(yīng)的變短了，需要定期的對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改保證任務(wù)執(zhí)行時(shí)間正確才可以，如果前向螞蟻與反向螞蟻沒有相遇，那么就應(yīng)該將其中的概率大的節(jié)點(diǎn)作為下一跳的節(jié)點(diǎn)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能保存一個(gè)反向螞蟻所攜帶的信息素，并且反向螞蟻還要在對下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇之前就選擇下一節(jié)點(diǎn)，對前后節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)前向螞蟻被選擇的幾率通常是比較大的，因此可以對多個(gè)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行分析。

二、資源調(diào)度策略算法描述及分析結(jié)果

（一）資源調(diào)度策略算法的描述

資源調(diào)度算法主要包括以下方面，首先，可以對每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息素進(jìn)行初始化操作，然后由用戶對主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)提交，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)取到第一個(gè)作業(yè)的時(shí)候主節(jié)點(diǎn)就可以將作業(yè)分為多個(gè)任務(wù)，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器將多個(gè)前向螞蟻進(jìn)行發(fā)送，即使不同的前向螞蟻也都會(huì)對下一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇，這種選擇是隨機(jī)的。然后當(dāng)主節(jié)點(diǎn)的螞蟻進(jìn)入到虛擬機(jī)的節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以根據(jù)公式來進(jìn)一步判斷節(jié)點(diǎn)是否為有效的節(jié)點(diǎn)，從而更好的進(jìn)行標(biāo)記讓反向螞蟻能夠按照路徑返回。反向螞蟻經(jīng)過每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要隔一段時(shí)間，這樣也能對節(jié)點(diǎn)上的信息素濃度進(jìn)行保留同時(shí)及時(shí)的修改節(jié)點(diǎn)的任務(wù)預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間值，在主節(jié)點(diǎn)的定時(shí)器歸零之前如果收到反向螞蟻的信息，就認(rèn)為反向螞蟻的節(jié)點(diǎn)是有效的，若是在主節(jié)點(diǎn)的定時(shí)器歸零之前沒有收到合適的資源那么就表示不能分配到任務(wù)，最后還要對分配到的任務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，即對信息素濃度進(jìn)行一定的修改，當(dāng)任務(wù)失敗的時(shí)候需要由主節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到其他的節(jié)點(diǎn)上，主節(jié)點(diǎn)取到作業(yè)然后再重復(fù)進(jìn)行上述操作。

(二)算法仿真結(jié)果及分析

為了對蟻群優(yōu)化算法進(jìn)行驗(yàn)證，就需要將基于蟻群算法的資源調(diào)度策略與螞蟻系統(tǒng)的資源調(diào)度進(jìn)行一定的比較，通過比較可以發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，可以發(fā)現(xiàn)時(shí)間復(fù)雜度。由于整個(gè)蟻群算法的時(shí)間復(fù)雜度是可以計(jì)算出來的，因此在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候可以將其中的時(shí)間復(fù)雜度都記錄下來，將作業(yè)放到虛擬機(jī)上就可以把其中的作業(yè)個(gè)數(shù)或者螞蟻尋找資源的時(shí)間復(fù)雜度都計(jì)算出來，這樣的方式能讓虛擬機(jī)的整個(gè)時(shí)間都減小，也能讓資源的利用率得到提高。第二，對實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置問題。在算法中可以利用字母a，b，c，d的形式來對虛擬機(jī)中的CPU、內(nèi)存、外存以及帶寬進(jìn)行表示，在執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候可能會(huì)受到處理器的影響，因此可以將虛擬機(jī)的這四個(gè)部分分別設(shè)置上數(shù)值，通過實(shí)驗(yàn)來找到最佳的組合方案。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析的時(shí)候，首先要提交一個(gè)作業(yè)，這個(gè)作業(yè)需要提交10次左右，然后取出不同大小的作業(yè)進(jìn)行重復(fù)操作，當(dāng)作業(yè)的任務(wù)調(diào)度時(shí)間最少的時(shí)候即為最合理的組合，在資源調(diào)度的時(shí)候時(shí)間用的明顯少了很多，前向螞蟻在對虛擬機(jī)進(jìn)行搜尋的過程中能夠與其他的螞蟻進(jìn)行交流與溝通，通過前向螞蟻留下的信息素來進(jìn)行更好的選擇從而能夠找到最合適的節(jié)點(diǎn)。如果前向螞蟻能夠根據(jù)反向螞蟻留下的信息找到虛擬機(jī)節(jié)點(diǎn)那么就可以將任務(wù)分配的整個(gè)時(shí)間都縮短。

三、結(jié)束語

綜上所述，本文主要分析了云計(jì)算環(huán)境下實(shí)驗(yàn)室資源調(diào)度策略，這種資源調(diào)度策略能夠充分的適應(yīng)云計(jì)算環(huán)境，這種云計(jì)算環(huán)境有著很多特點(diǎn)，包括大規(guī)模性、共享性等等，能夠讓用戶快速的找到各種虛擬機(jī)資源，然后再根據(jù)相應(yīng)的資源配置不同的任務(wù)。一些企業(yè)單位也可以與用戶簽訂一系列的服務(wù)協(xié)議并結(jié)合一些其他的算法讓用戶找到虛擬機(jī)資源，從而完成整個(gè)的資源調(diào)度過程。相信在眾多專業(yè)人員的共同努力之下，未來我國云計(jì)算環(huán)境下實(shí)驗(yàn)室資源調(diào)度方面會(huì)有更大的進(jìn)展，邁上新的歷史階段。

[1]盧民榮，許鄧艷.基于桌面云的實(shí)驗(yàn)室資源優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù).2015,25,(7):101-106

[2]季霞.探討基于云計(jì)算技術(shù)的高校實(shí)驗(yàn)室資源的優(yōu)化應(yīng)用[J].軟件工程師.2015,(11):35-36

[3]宋芳.基于云計(jì)算技術(shù)的高校實(shí)驗(yàn)室資源的優(yōu)化應(yīng)用[J].電子世界.2013,(2):8-8.

責(zé)任編校：徐向陽

TP301

A

1009-8534（2017）01-0110-02

廣東省教育廳，校企協(xié)同構(gòu)建高職管理類生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地的研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號：GDJG2015016）

陳榕利，廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，本科。