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绿色云计算任务调度与能耗优化机制研究 　　摘要：云计算技术的日益更新，使得云计算服务的用户规模也不断增大，但其中存在许多不合理的任务调度策略，从而导致了大量的能源浪费。绿色云计算根据用户需求，针对任务调度模块提出一种行之有效的实施方案，从而降低云计算系统能耗。基于负载均衡机制和动态任务调度策略，设计了一种绿色云计算体系结构和能耗优化模型。实验结果证明了该方法的可行性和有效性。 　　关键词：绿色云计算；任务调度；云计算；负载均衡；绿色计算 　　中图分类号：TP302 　　文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）004-0038-03 　　0引言 　　随着互联网服务的不断增加，云计算作为一种新兴技术在短时间内就得到了IT界的推崇与学术界的关注。然而对于云计算的定义，目前仍没有统一说法，现阶段被广为接受的定义是：云计算是一种便捷、按需进行网络访问的按使用量付费的模式，它通过虚拟化技术将各类资源整合成大规模的计算机共享池。用户依据自身需求，通过云计算以低价获取大量资源及相应服务。绿色计算是一种通过制定合理的任务调度机制并构建有效的资源配置环境从而降低能耗的新型计算模式，它顺应了建设环境友好型社会的主流[1]。 　　迄今为止，国内外在绿色计算方面已取得了一些成果，例如能源消耗模型、低功耗芯片、电脑自动休眠技术、动态电压自动调节技术、绿色网络通信、合理体系结构等[2]，并且也已经实现了很多节能方面的应用。但是，绿色云计算方面仍然存在许多问题，例如在云计算数据中心的规模扩大上欠考虑，以及对于调节任务调度机制仍不够精准等。然而由于任务调度机制的不合理所造成的能源浪费问题已经迫在眉睫[3-4]。 　　本文针对绿色云计算关键技术、绿色云计算体系结构、任务调度的算法与设计等内容展开研究与讨论。本文设计了一种新型的、更具效率的绿色云计算系统，可针对用户在不同方面的个性化需求，提出更完善的解决方案。本文的研究成果能够优化任务调度机制，整合系统内资源，并使其得到合理配置，实现系统资源的有效利用，从而大大降低整个系统的能耗。 　　1绿色云计算关键技术 　　IT业的持续发展与创新，在带来舒适用户体验的同时，也造成了能源消耗增加，此过程对环境资源造成巨大压力。绿色节能现已成为社会的热点话题，云计算目前在IT界中占据主要潮流，绿色计算的理念已经在云计算的应用中有所体现，绿色计算与云计算的结合已是必然趋势[5-6]。 　　DVFS（Dynamicvoltageandfrequencyscaling）是一种动态电压频率调节技术。该技术能够根据系统所负载的应用程序的大小以及其运行时对计算机要求的高低，通过合理地调整其运行频率和电压来降低系统能耗。目前已经有许多芯片支持DVFS，但要真正实现DVFS技术，并让其发挥出较大作用，不仅需要硬件的支持，还需要软件的配合[7]。在DVFS系统中，首先要采集并计算系统当前的负载大小，然后根据采集到的数据，推测出系统在不同时段所需的性能参数，再将推测的参数转换成相应的频率，从而重新制定芯片内的时钟[8]。最后根据推测出的新频率换算出对应的电压，以此来改变系统内部给各模块分配的电量。通过这样的方式根据系统负荷大小的变化实时地调节每个模块的工作电压，能有效地减少能耗。这样的技术一旦完全实现，对于便携式设备的持久性而言是种很大的突破。 　　DVFS系统一般由用于调整的驱动和接口、频率/电压转换器、系统负荷信息采集及电源转换器四大部分组成。DVFS系统结构如图1所示。 　　负载均衡是一个服务器集合，它由一群不同的服务器组成，并且这些服务器都可以脱离其它服务器的辅助自行完成任务。它通过设计好的负载平衡算法，将客户发送过来的大量请求合理地分布到任意一台相应的服务器上，接收到此请求的服务器将单独处理并回复对应的客户[9-10]。均衡负载能将客户请求平均分配并发送给服务器列阵，以此来快速高效地寻找解决方案，解决因大规模用户访问而造成的拥塞问题，并能改善多用户访问造成的能耗过多的现象。这种技术可以消耗较少能源的代价获得接近于大型主机的性能。图2描述的是一种负载均衡路由模式部署方式[11]。 　　任务调度是云计算的核心技术之一。操作系统中的能源消耗很大一部分来自于不合理的任务调度机制，优秀的算法能使复杂多余的任务调度机制合理化，从而使系统内资源的利用率得到提高，在使系统的运行速度有所提升的同时，也很大程度上降低了系统能耗。针对操作系统在运行时由于任务调度的不合理，以及在运行时相应资源不匹配而造成的能源过度消耗问题，本文提出了一种优化任务调度机制的方法[12]。 　　虚拟化是一种特殊的资源管理技术，它将系统内的实体资源抽象后展现出来，冲破了实体资源之间因单一固定结构产生的障碍，使得用户能更便利地使用所需资源