西安电子科技大学学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (3): 257-270.doi: 10.19665/j.issn1001-2400.20241006

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云中混合工作流构造策略与调度算法

赵冉1,2(), 赵辉1,2,3(), 王嘉良1(), 王静1(), 万波1,2,3(), 王泉1,2()   

  1. 1.西安电子科技大学 计算机科学与技术学院,陕西 西安 710071
    2.陕西省智能人机交互与可穿戴技术重点实验室,陕西 西安 710071
    3.西安电子科技大学 杭州研究院,浙江 杭州 311231
  • 收稿日期:2024-02-20 出版日期:2025-06-20 发布日期:2024-10-23
  • 通讯作者: 王 静(1981—),女,副教授,博士,E-mail:wangjing@mail.xidian.edu.cn
  • 作者简介:赵 冉(2000—),女,西安电子科技大学硕士研究生,E-mail:23031212085@stu.xidian.edu.cn
    赵 辉(1983—),男,副教授,博士,E-mail:hzhao@mail.xidian.edu.cn
    王嘉良(1998—),男,西安电子科技大学硕士研究生,E-mail:20181213882@stu.xidian.edu.cn
    万 波(1976—),男,教授,博士,E-mail:wanbo@xidian.edu.cn
    王 泉(1970—),男,教授,博士,E-mail:qwang@xidian.edu.cn
  • 基金资助:
    陕西省重点研发计划(2024GX-YBXM-010);陕西省重点研发计划(2024GX-YBXM-140);陕西省重点研发计划(2024GX-YBXM-039);陕西省创新能力支撑计划(2023-CX-TD-08);陕西省秦创原“科学家+工程师”团队(2023KXJ-040);中央高校基本科研业务费专项资金(ZYTS24089)

Hybrid workflows construction strategy and scheduling algorithm in cloud

ZHAO Ran1,2(), ZHAO Hui1,2,3(), WANG Jialiang1(), WANG Jing1(), WAN Bo1,2,3(), WANG Quan1,2()   

  1. 1. School of Computer Science and Technology,Xidian University,Xi’an 710071,China
    2. Shaanxi Province Key Laboratory of Smart Human-Computer Interaction and Wearable Technology,Xi’an 710071,China
    3. Hangzhou Institute of Technology,Xidian University,Hangzhou 311231,China
  • Received:2024-02-20 Online:2025-06-20 Published:2024-10-23

摘要:

工作流执行过程中,由于子任务之间的数据依赖产生大量的任务等待时隙,造成云平台计算资源空闲和资源利用率低。现有的工作流调度方法虽然可以通过数据依赖分析提高工作流执行效率,但它们都没有考虑异构混合工作流的调度。针对这一问题,笔者以最小化任务完工时间、提高任务按时交付率、提升批处理任务吞吐量以及资源利用率为目标,提出了云中混合工作流构造策略与调度算法。首先,建立了混合工作流三层调度架构,分别完成混合工作流的分类、构造与调度。其次,为了充分利用任务等待时隙,提出了基于背包的混合工作流构造策略,将批处理任务调度至工作流子任务等待时隙执行,实现混合工作流构造。再次,提出了基于信息熵的工作流调度算法和基于粒子群算法的资源动态伸缩策略,解决工作流调度的多目标优化问题,并实时监测调整计算资源,保障混合工作流的顺利完成。最后,仿真实验结果表明所提出的构造策略与调度算法能够有效缩短任务完工时间,保证任务按时交付率,提升批处理任务吞吐量,提高资源利用率。

关键词: 混合工作流, 任务等待时隙, 调度算法, 多目标优化

Abstract:

During workflow execution,a large number of task waiting time slots are generated due to data dependencies between subtasks,resulting in idle computing resources and low resource utilization of the cloud platform.Although existing workflow scheduling methods can improve the workflow execution efficiency through data dependency analysis,they do not consider the scheduling of heterogeneous hybrid workflows.To solve this problem,a hybrid workflow construction strategy and scheduling algorithm in the cloud is proposed with the goal of minimizing the task completion time,enhancing the on-time task delivery rate,increasing batch task throughput and resource utilization.First,a three-layer scheduling architecture for hybrid workflows is established to complete the classification,construction and scheduling of hybrid workflows.Second,in order to make full use of the task waiting time slot,a backpack-based hybrid workflow construction strategy is proposed,which schedules batch tasks to the waiting time slot of workflow subtasks to realize hybrid workflow construction.Third,a workflow scheduling algorithm based on the information entropy and a resource dynamic scaling algorithm based on the particle swarm algorithm are proposed to solve the multi-objective optimization problem of workflow scheduling.It can monitor and adjust computing resources in real time to ensure the smooth completion of hybrid workflow.Finally,simulation experimental results show that the proposed construction strategy and scheduling algorithm can shorten the task completion time,ensure the on-time task delivery rate,and improve batch task throughput and resource utilization.

Key words: hybrid workflows, task wait time slot, scheduling algorithm, multi-objective optimization

中图分类号: 

  • TP301.6