基于局部关键路径与截止期限分配的云工作流调度算法

为了解决云计算中截止期限约束下的工作流调度代价优化问题,提出一种基于局部关键路径和截止期限分配的工作流任务调度算法。为了满足期限约束,并最小化执行代价,算法将工作流任务的调度过程划分为两个阶段:期限分配阶段和调度资源选择阶段。期限分配阶段定义工作流的局部关键路径,并以递归的方式在局部关键路径上的任务间进行子期限分配;调度资源选择阶段在满足任务子期限的同时,为每个任务选择执行代价最低的资源进行任务调度,以实现调度代价优化。分析算法的时间复杂度,并通过一个算例对算法的实现思路进行了详细阐述。通过科学工作流结构的仿真实验,证明了算法不仅可以满足截止期限约束,而且可以降低工作流任务的执行代价。     

DAG分割模型下的云工作流调度策略

为了优化云工作流调度的经济代价和执行效率,提出一种基于有向无循环图（DAG）分割的工作流调度算法PBWS。以工作流调度效率与代价同步优化为目标,算法将调度求解过程划分为三个阶段进行：工作流DAG结构分割、分割结构调整及资源分配。工作流DAG结构分割阶段在确保任务间执行顺序依赖的同时求解初始的任务分割图;分割结构调整阶段以降低执行跨度为目标,在不同分割间对任务进行重分配;资源分配阶段旨在选择代价最高效的任务与资源映射关系,确保资源的总空闲时间最小。利用五种科学工作流DAG模型对算法进行了仿真实验。结果表明。PBWS算法仅以较小的执行跨度为开销,极大降低了工作流执行代价,实现了调度效率与调度代价的同步优化,其综合性能是优于同类型算法的。     

云环境下基于预算分配的科学工作流调度研究

云环境下的科学工作流部署不同于传统的独立任务调度,需同步考虑调度代价与时间问题。为此,提出基于预算分配的科学工作流调度方法,将工作流任务与虚拟机资源间的映射求解分为预算分配和资源提供与调度2个阶段。为优化预算使用,设计基于快优先的预算分配算法(FFTD)和基于慢优先的预算分配算法,实现预算在各任务间的子分配。基于任务最早完成时间的降序排列进行任务选择,在虚拟机可重用的情况下根据单个任务的子预算进行资源分配,保证工作流任务的顺利调度。引入5种常规类型的科学工作流进行实验,测试算法在不同类型工作流结构和不同预算约束下的性能,结果表明,FFTD算法在72%、88%、84%的实验场景中相比BDT-AI算法具有更高的虚拟机资源利用率、预算约束满足率以及更短的调度时间,综合性能更优。     

云科学工作流截止期限约束代价优化调度算法*

针对异构云环境下科学工作流调度的代价优化问题,提出一种基于约束关键路径的代价优化调度算法(CSACCP)。算法以满足截止期限约束同时最小化执行代价为目标,充分考虑云环境和科学工作流的独有特性,设定任务的向上权值,将工作流分解成约束关键路径(CCP)集合。结合首次适应插入算法以减少空闲时隙,改善费用优化效果,采用及时完成和最小费用增长代价的虚拟机选择策略形成备选资源集合。整体分配CCP到最便宜的虚拟机实例,压缩数据通信开销减少工作流的执行代价。通过四种著名的科学工作流仿真测试,结果表明与现有启发式算法相比,CSACCP不仅可以在满足截止期限的约束下得到更小的执行代价,还拥有更高的任务调度成功率。     

IaaS云满足预算约束的工作流应用调度算法

为了解决IaaS(Infrastructure as a Service)云的工作流调度优化问题，提出基于预算约束的工作流调度算法。以最小化工作流调度时长为目标，算法分调度任务选择和虚拟机实例选择两阶段进行。第一阶段将工作流任务依据依赖关系作层次划分，同层次组成包任务，以Min-Max方法对层次任务估算时间作标准化处理，定义最迟完成时间与最早完成时间差值最大者为调度任务；第二阶段在期望预算下以最早完成时间最小为标准选择资源，实现任务与资源间的映射。利用算例阐述了算法实现过程，并通过仿真实验测试了算法性能。结果证实，改进算法执行效率与调度成功率优于同类算法。     

一种满足可靠性和能效的云工作流调度方法

为了同步解决云工作流调度时的失效和高能耗问题,提出一种基于可靠性和能效的工作流调度算法。算法为了在截止时间的QoS约束下最大化系统可靠性并最小化调度能耗,将工作流调度过程划分为四个阶段:计算任务优先级、工作流任务聚簇、截止时间子分配和任务调度。算法在满足执行次序的情况下对任务进行拓扑排序,并以通信代价最小为目标对任务进行聚簇;将截止时间在任务间进行子分割;以合适的频率/电压等级对聚簇后的任务进行调度,在确保可靠性的前提下最小化系统能耗。通过随机任务图和高斯消除任务图进行综合仿真测试,结果表明算法在降低总体能耗和提高工作流调度可靠性方面均优于对比算法。     

适用于实例密集型云工作流的调度算法

工作流调度算法仅适用于单个复杂工作流实例,而不适用于实例密集型云工作流实例,为此,提出了基于实例密集型的云工作流调度算法(MCUD)。MCUD算法先对待处理的一组工作流实例进行分类,再对分类后的同类工作流实例采用一种新的分配方法将用户指定的总最后期限分配到各任务;同时,在调度的过程中动态地调整后续任务的子最后期限。MCUD算法对同类工作流实例中的任务分配不同子最后期限,减小了资源竞争,提高了资源的利用率。仿真实验表明,MCUD相比于其他算法,在满足总的最后期限的前提下更进一步地降低了执行成本和执行时间。     

最后期限动态分配的三步云工作流调度算法

现如今,云环境中的工作流调度问题依然很有挑战性.它的一个重要任务是找到一种能够满足最后期限约束且执行成本最优的调度方案.三步的列表调度算法可以有效地解决这一问题.该算法首先将最后期限分配到每个任务,形成任务子期限;之后再利用两步列表调度策略为每个任务分配资源.然而现有的最后期限分配策略均只能形成静态的子期限,因此还可以进行进一步的优化.本文采用三步列表调度算法进行云工作流调度,并提出一种基于粒子群的动态最后期限分配方法(DY-DD).实验结果表明,相比于其它经典调度算法,本文提出的算法在成功率和执行成本上均具有优势.     

基于云科学工作流调度的代价与能效优化算法

为了降低云环境中科学工作流调度的执行代价与数据中心能耗,提出了一种基于能效感知的工作流调度代价最优化算法CWCO-EA。算法在满足截止时间约束下,以最小化工作流执行代价与降低能耗为目标,将工作流的任务调度划分为四步执行。首先,通过代价效用的概念设计虚拟机选择策略,实现了子makespan约束下的任务与最优虚拟机间的映射;其次,通过串行与并行任务合并策略,同步降低了工作流的执行代价与能耗;然后,通过空闲虚拟机重用机制,改善了租用虚拟机的利用率,进一步提高了能效;最后,通过任务松驰策略实现了租用虚拟机的能力回收,节省了能耗。通过四种科学工作流的仿真实验,结果表明,CWCO-EA算法比较同类型算法,在满足截止时间的同时,可以同步降低工作流的执行代价与执行能耗。     

基于多约束图分割机制的科学工作流调度

为了解决数据密集型环境下的科学工作流应用调度问题,提出一种基于多约束图分割的工作流调度算法。解决标准图分割方法中顶点维度单一而无法反映任务并行性的问题;设计多维度的顶点权重矢量机制,通过有向边的修剪,在所有维度上实现权重和的均衡;得到最小化的任务间数据传输量,降低通信代价。以Montage工作流结构为例进行仿真实验,结果表明,该算法仅以较小的图分割时间代价使得工作流调度过程中的访问量降低了14%,调度时间降低了31%。     

云中截止时间动态分配的工作流调度成本优化算法

现如今,如何在满足截止时间约束的前提下降低工作流的执行成本,是云中工作流调度的主要问题之一。三步列表调度算法可以有效解决这一问题。但该算法在截止时间分配阶段只能形成静态的子截止时间。为方便用户部署工作流任务,云服务商为用户提供了的三种实例类型,其中竞价实例具有非常大的价格优势。为解决上述问题,提出了截止时间动态分配的工作流调度成本优化算法(S-DTDA)。该算法利用粒子群算法对截止时间进行动态分配,弥补了三步列表调度算法的缺陷。在虚拟机选择阶段,该算法在候选资源中增加了竞价实例,大大降低了执行成本。实验结果表明,相较于其他经典算法,该算法在实验成功率和执行成本上具有明显优势。综上所述,S-DTDA算法可以有效解决工作流调度中截止时间约束的成本优化问题。     

基于混沌遗传算法的网格工作流调度应用

动态网格环境中, 多QoS(服务质量)约束下的工作流调度问题是决定其任务执行成功与否及效率高低的关键。现有的网格工作流调度算法难以满足实际应用中的不同需求, 同时算法欠优化, 难以提供多种策略, 由此提出了一种基于期限与预算两个QoS约束的改进型混沌遗传算法。首先, 为避免算法出现收敛停滞将混沌机制引入遗传算法并对变异概率进行自适应处理。其次, 提出时间和预算的线性结合概念, 将目标函数转换为适应值函数。最终基于工作流调度中的平衡结构和非平衡结构测试了算法的有效性。     

An Effective Cloud Workflow Scheduling Approach Combining PSO and Idle Time Slot-Aware Rules

Workflow scheduling is a key issue and remains a challenging problem in cloud computing.Faced with the large number of virtual machine(VM)types offered by cloud providers,cloud users need to choose the most appropriate VM type for each task.Multiple task scheduling sequences exist in a workflow application.Different task scheduling sequences have a significant impact on the scheduling performance.It is not easy to determine the most appropriate set of VM types for tasks and the best task scheduling sequence.Besides,the idle time slots on VM instances should be used fully to increase resources'utilization and save the execution cost of a workflow.This paper considers these three aspects simultaneously and proposes a cloud workflow scheduling approach which combines particle swarm optimization(PSO)and idle time slot-aware rules,to minimize the execution cost of a workflow application under a deadline constraint.A new particle encoding is devised to represent the VM type required by each task and the scheduling sequence of tasks.An idle time slot-aware decoding procedure is proposed to decode a particle into a scheduling solution.To handle tasks'invalid priorities caused by the randomness of PSO,a repair method is used to repair those priorities to produce valid task scheduling sequences.The proposed approach is compared with state-of-the-art cloud workflow scheduling algorithms.Experiments show that the proposed approach outperforms the comparative algorithms in terms of both of the execution cost and the success rate in meeting the deadline.     

基于路径平衡的工作流费用优化方法

针对效用网格下截止期约束的工作流费用优化问题,提出了路径平衡(path balance,简称 PB)算法,对工作流中各路径长度进行调整,并提出基于路径平衡的费用优化(path balance based cost optimization,简称PBCO)算法。 PBCO 基于 PB 的计算结果设置初始约束时间,充分利用了工作流的费用优化空间。同时,采用逆向分层策略对任务进行分层,并根据各层任务数按比例分配冗余时间,有效地增大了多数任务的费用优化空间,进一步改善了工作流的费用优化效果。实验结果表明,PBCO比另外几种著名算法(如DET,DBL等)改进了约35%。     

基于时序一致的工作流费用优化方法

针对效用网格下的工作流时间约束-费用优化问题,分层算法将工作流进行分层并逐层进行优化调度,取得了良好效果.然而,这类分层算法由于缺乏更有效的截止时间确定策略来保证时间约束而使得算法的适用性受限.在已有算法截止期约束的逆向分层算法(deadline bottom level,DBL)的基础上,研究工作流的时序特征,并基于任务的一致性状态对费用进行优化,提出了基于时序一致的截止期约束逆向分层算法(temporal consistency based deadline bottom level,TCDBL).TCDBL通过一致性时间点来保证时间约束,解决了DBL的适用性受限问题;同时基于各层并行度分配冗余时间,基于宽松时间约束策略进行费用优化,达到了进一步减少工作流执行费用的目标.实验结果表明TCDBL的费用优化效果比DBL改进了约14%.     

A handling algorithm for workflow time exception based on history logs

Time exception handling is a key technology to keep process instances running properly. For handling a kind of workflow time exceptions in advance, which is caused by the violation of deadline constraints in a process instance, an algorithm based on history logs is presented in the paper. Firstly, a time probability model of a process based on its history logs is built to model the indeterminacy of the execution time of tasks. Secondly, an algorithm is presented to detect potential time exceptions by analyzing the time probability model and the workload of current resources. To handle potential time exceptions, the task scheduling strategy adjustment (TSA) and the task execution time compression (TEC) are invoked to recover time loss. Finally, comparison experiments show that the algorithm can avoid or handle with potential time exceptions efficiently.