随机任务在云计算平台中能耗的优化管理方法
文/万亮
摘要:作为一种新型的计算方法，云计算具有很强的扩展性和使用
性，因而被学术界和互联网产业界重点分析研究。但是云计算系
统在现实的运行过程中，经常会出现严重的能耗浪费问题，而任
务调度方法的使用对解决能源消耗起到了很大的作用，本文将对
这中优化能源的管理方法进行分析。
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【关键词】随机任务 云计算平台 能源消耗优化管理
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随着社会的进步和科技的发展，我国的互联网技术得到了很大的提高，越来越多的行
业和部门都必须利用网络来开展工作和学习。而云计算平台为人们提供高效、简单和安全的
计算时， 却总是由于任务的安排方式不够科学，使得云计算系统产生大量的空闲能耗，给个人
和企业的发展造成了沉重的经济负担。如何能够充分的使用这些空闲的资源，提高云计算平
台的计算效率，成为人们重点研究的课题。而通过建立云计算系统的模型，掌握其计算的功
率和相应的时间，然后采取相应的任务调度策略来控制空闲能耗，使之继续发挥作用能极大
的减少能耗的产生，使优化的计算平台更好的发挥其作用。
中国论文网*_#N4c0T;v-v_u
1 云计算及调度算法的分析
1.1 云计算分析
云计算是指在互联网服务增加、使用和交付模式的基础上，通过互联网来提供动态扩
展的虚拟化的资源，它是一种按使用量来完成付费的的计算模式，能够提供可用的、方便的
网络访问，使人们很少参与管理或与服务供应商接触就能快速的提供可以配置的计算资源。
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1.2 调度算法分析
调度算法是依据资源的分配策略制定的一些资源的配置方法，它因为计算系统的不同
而有不同的算法。传统的调度方法有先到先服务和轮转法两种，这两种计算方法都不能满足
云计算环境中的类型多样和用户增多的调度需求，因为他们都是建立在前后顺序的基础上来
执行计算任务，当执行前一个任务时它就占用了后面的资源，而这些占用的资源并没有被充
分的利用，于是造成了严重的能耗损失。而后来设计出的启发式调度算法，目的是计算更多
的任务和解决更多处理器的调度问题，但是它在求最优解的时候效率非常低下，因此不能用
于规模大、任务类型多的云计算环境。
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2 随机任务和云计算系统的建模
2.1 随机任务模型的建立
在进行云计算方面，用户的需求不是固定不变的，因此云计算系统接受的任务也是随机
变化的，它包括以下几点：第一，任务下达的时间间隔会受到负指数分布和 Erlang 分布的影
响。第二，很多用户提交的服务很大程度上是相同的，尤其是近期网上比较流行的内容，用
户都会非常疯狂的进行提问。第三，用户对于同一个问题的提问方式可能都不一样，因此需
要云计算系统根据计算的要求和模式进行仔细的筛选，然后分类别进行答复。对其可以进行
以下的模型建立，当任务是以随机的方式到达云计算系统时，可以用（T,Λ,W）这样的三元
组来表示。而 T=[ti|1 ≤ i ≤ m] 代表不同的任务类型，其中 ti 代表第 i 类型的任务且他们之间
是相互独立的，而 1 ≤ i , j ≤ m;Λ=[λi|1 ≤ i ≤ m]表示的是任务的平均到达效率，其中 λi 表示
在 ti 单位时间内到达的任务数量，如果 i 和 j是不相等的，那么 λi 也不等于 λj，而且 1 ≤ i ,
j ≤ m；W=[wi|1 ≤ i ≤ m] 代表的是计算的任务量，Wi 代表的是 ti 类型任务的计算情况，所
以 i 类计算任务就可以建立成这样的数据模型（ti,λi,wi）, 而且在这个过程中 ti 属于 T，λi
属于 Λ，wi 属于 W。通过云计算系统的的监测数据，来分析出任务达到时的间隔时间，接
着采用统计方法进行验证，来估计它的参数。
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2.2 云计算系统模型的建立
现在很多的云计算系统使用的服务器是不同类型的，所消耗的功率也是不相同的，
所以要清楚了解它们的运算程序需要进行建模来分析，它可以定义为六元组来表示，如 (
C, , P idle , P peak , U mxn ), 其中各个部分代表的内容也是不一样的，如 C=[cj|1 ≤ j ≤ n] 表示的
是在云计算系统中计算机的数量集合，其他的S 代表的是计算机的状态等等。通过云计算系
统的数据分析，能够对不同服务类型的服务率矩阵 Umxn, 其他的数值则可以通过云计算系
统的测量来获取。
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3 云计算系统的能耗分析通过建立随机任务模型和云计算系统的
模型，能够清楚的辨别任务到达云计算平台的时间和不同的类型，计算系统的计算性能和效
率等，掌握了这些详细的信息就能够采取合理的调度措施。而能耗的降低分为空闲时间优化
和云计算系统运行时间优化两个方面，当在使用空闲优化方法时可以用公式 E(Energy j ) idle =
× E(t j ) 来进行表示，通过这个公式便可以利用降低计算机的空闲概率 来实现减
少空闲能耗的产生，提高云计算平台的工作效率。而运行时间的优化则可以通过公式
来进行表示，通过公式可以将执行产生的小型能耗的任务通过计算机来完成能耗的降
低处理。
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4 结束语
通过建立云计算系统的模型，来分析该系统的性能和功率两个方面的作用，并采用随
机任务的调动策略保证了云计算平台效率的发挥，同时降低了计算系统在解决计算问题是所
学的能耗，不仅满足了用户执行时间的要求，也减轻了他们很大的经济负担，实现了用户总
效益值的最大化。
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参考文献
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[3] 李妍霏 . 云计算中的能耗计量模型和节能优化机制 [D]. 北京邮电大学 ,2013.
[4] 朱敏 . 云环境中面向随机任务的用户效用优化模型研究 [D]. 湖南大学 ,2013.
[5] 何丽 , 饶俊 , 赵富强 . 一种基于能耗优化的云计算系统任务调度方法 [J]. 计算机工程与应用 ,2013(20).
作者简介
万亮（1986-），男，江西南昌市人。现就读
同济大学软件学院研究生。研究方向为计算机软件工程。
作者单位
同济大学软件学院 上海市 200096
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