一种用于智能电力终端的容器调度方法技术

本发明专利技术公开了一种用于智能电力终端的容器调度方法。该方法的步骤包括：(1)在应用中心提取每个应用软件的各类资源需求，并构建资源需求库存储所有应用软件的资源需求情况；(2)智能电力终端在运行软件时从应用中心的资源需求库中获取该软件的资源需求；(3)获取智能电力终端各处理单元的额定资源容量和当前可用资源数量；(4)初步筛选可用资源满足能够满足容器资源需求的候选处理单元；(5)计算容器与每个处理单元的相关度，将容器分配到相关度最大的处理单元上执行。本发明专利技术的方法能显著提高智能电力终端的资源利用率。高智能电力终端的资源利用率。高智能电力终端的资源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于智能电力终端的容器调度方法


[0001]本专利技术涉及一种用于智能电力终端的容器调度方法，属于电能设备终端硬件资源虚拟化领域。

技术介绍

[0002]随着智能电网和电力物联网的发展，智能电力终端设备在电网中得到大规模部署和使用。智能电力终端设备相当于一台或一组移动服务器，具有较强的数据采集、数据处理、数据传输、数据存储及其他功能，已经成为电力物联设备物理层的重要组成部分。智能电力终端设备可以根据用户的需求安装不同的业务软件，实现了业务应用软件与硬件设备的分离，同一台智能电力终端设备可以同时运行多个业务软件，通过虚拟化技术保证各业务软件的运行相互独立、互不影响。虚拟化技术是智能电力终端设备的核心技术，通过对设备的CPU和内存等硬件资源的虚拟化，将一个物理的终端设备虚拟成多个虚拟的终端设备，同时运行多个业务软件。但是，当智能电力终端设备上运行的应用软件较多时，软件之间会因资源使用冲突而影响软件的正常执行，或因资源使用不合理而导致部分资源空闲，降低智能电力终端的硬件资源利用率。因此，为了提高智能电力终端硬件资源的利用率，避免资源使用冲突和资源空闲，必须研究用于智能电力终端的资源调度技术。
[0003]相比于传统的虚拟机技术，容器技术具有启动速度快、便于迁移、运行环境一致等优点，是一种轻量级的虚拟化技术。由于智能电力终端的硬件资源相对传统服务器较少，因此容器是智能电力终端的资源虚拟化的首选，通过对容器的调度实现对智能电力终端硬件资源的高效利用。当前容器的调度问题主要集中在大规模集群上的容器调度，所用方法主要分为静态和动态两类。静态调度方法是假设已知所有容器的产生时间和资源需求，可以找到最优的调度方案；动态调度方法主要解决无法预知容器产生规律的情况，调度算法包括早期的基于蚁群算法、粒子群算法、遗传算法等的最优化求解方法，以及当前基于模型学习的方法，如基于回归模型的简单各种神经网络的算法。这些调度算法的复杂度较高，需要大量的计算和长时间的模型训练才能获得较好的调度方案，而且智能电力终端的硬件资源较少且对容器的调度时间要求较高，因此当前的容器调度方法不适用于智能电力终端上的容器调度。
[0004]从智能电力终端的实际应用可以分析得到如下特征：首先，终端设备的硬件资源较少，通常只包括一个或几个处理单元；其次，为了保证智能电网的安全性，终端上运行的业务软件通常从应用中心下载、安装和运行，禁止未授权应用软件在终端上运行；然后，智能电网终端上常用的资源包括CPU、内存、Flash和网络带宽，使用某一类资源较多的多个容器在同一处理单元上运行容易因资源竞争导致容器运行性能显著降低，使得终端的资源利用率降低。因此，用于智能电力终端的容器调度方法需要充分考虑上述的特征，设计一种轻量级的、高效的容器调度方法，确保智能电力终端资源的高效利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种用于智能电力终端的容器调度方法，旨在从应用中心获取应用软件的资源需求配置容器的资源需求，结合智能电力终端每个处理单元的资源使用情况，计算容器与每个处理单元的关联度，将容器分配到与其关联度最大的处理单元执行，提高智能电力终端硬件资源的利用率。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种用于智能电力终端的容器调度方法，具体包括如下步骤：
[0008](1)构建资源需求库：在应用中心提取每个应用软件的各类资源需求，并构建资源需求库存储所有应用软件的资源需求情况；
[0009](2)获取资源需求：智能电力终端在运行软件时从应用中心的所述资源需求库中获取当前软件的资源需求；
[0010](3)获取终端使用情况：获取智能电力终端各处理单元的额定资源容量和当前可用资源数量；
[0011](4)筛选候选处理单元：初步筛选候选处理单元，候选处理单元的可用资源要求能够满足容器资源需求；
[0012](5)分配处理单元：计算容器与每个候选处理单元的相关度，将容器分配到相关度最大的处理单元上执行。
[0013]本专利技术的有益效果为：
[0014](1)通过在应用中心建立应用软件资源需求库，在创建容器时从应用中心获取资源需求，既可以保证容器资源需求配置精准。
[0015](2)根据容器的各项资源需求与处理单元的额定和空闲资源计算关联度，并将容器分配到关联度最大的处理单元上执行，避免多个容器对同类资源的竞争，提高智能电力终端的资源利用率。
[0016](3)调度方法的步骤较少且关联度的计算简单，其对计算资源的需求较少，适合在智能电力终端上运行，保证智能电力终端容器调度算法的高效执行。
[0017](4)本专利技术的方法可以有效阻止非法软件在智能电力终端上的执行，保证智能电力终端的安全运行。
附图说明
[0018]图1是本专利技术用于智能电力终端的容器调度方法的网络架构。
[0019]图2是本专利技术用于智能电力终端的容器调度方法的具体流程。
[0020]图3是本专利技术实施例的调度过程。
具体实施方式
[0021]下面根据实施例进一步说明本专利技术的技术方案。
[0022]本专利技术所提出的容器调度方法主要用于智能电力终端，在终端设备上运行业务软件时通常使用容器的形式，为每个应用软件启动一个容器，利用容器的特征降低应用软件之间的相互影响，提高终端设备的硬件资源利用率。智能电力终端正逐步实现硬件平台与业务系统的分离，由终端设备提供统一的硬件平台，业务系统从应用中心下载，终端设备上
可以支持任意应用软件的运行。随着智能电网的智能化水平提高，智能电力终端的硬件配置越来越高、运行的应用软件越来越多。容器虽然保住了应用软件之间系统运行过程的隔离，但是个应用软件对硬件资源的竞争依然存在，且随着终端上运行的应用软件数量增加，硬件资源竞争将更加激烈。因此，用于智能电力终端的容器调度方法旨将终端设备上启动的每个容器分配到最合适的硬件处理单元上，确保容器的快速分配和终端硬件资源的高效利用。
[0023]整个系统分成本地节点和远程应用中心两层，远程应用中心负责所有应用软件的审核和上架推广，以及收集每个应用软件运行的资源需求；本地节点即为智能电力终端设备，通常包含一个或多个处理单元，每个处理单元是一个具有CPU、内存、Flash和网络带宽等资源的物理节点，应用软件运行在智能终端的某个处理单元上，具体网络架构见图1。
[0024]目前智能电力终端的容器分配主要采用贪心策略，对应用软件的资源需求依靠用户设定，在容器分配过程中通常只考虑CPU和内存两类资源需求，将容器分配到可用CPU和内存资源满足容器需求、且CPU或内存可用资源最多的处理节点上。通过分析和实验发现：用户设定的资源需求与实际需求偏差较大，容易造成硬件资源浪费或应用程序执行终止；对同类资源敏感的多个容器在同一个处理单元上执行容易产生硬件资源冲突，增加应用程序的执行时间，降低硬件资源的利用率。本专利技术提出的智能电力终端的容器调度方法的调度流程如图2所示。本专利技术将应用软件需求资源的获取交由应用中心在软件审核本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于智能电力终端的容器调度方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：(1)构建资源需求库：在应用中心提取每个应用软件的各类资源需求，并构建资源需求库存储所有应用软件的资源需求情况；(2)获取资源需求：智能电力终端在运行软件时从应用中心的所述资源需求库中获取当前软件的资源需求；(3)获取终端使用情况：获取智能电力终端各处理单元的额定资源容量和当前可用资源数量；(4)筛选候选处理单元：初步筛选候选处理单元，候选处理单元的可用资源要求能够满足容器资源需求；(5)分配处理单元：计算容器与每个候选处理单元的相关度，将容器分配到相关度最大的处理单元上执行。2.根据权利要求1所述的一种用于智能电力终端的容器调度方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体步骤如下：
①
应用中心在对应用软件S
i
审核时需执行软件，根据软件S
i
执行过程中CPU、内存、Flash存储和网络带宽的使用情况，记录软件S
i
所需的各类资源SR
i
＝(SRC
i
,SRM
i
,SRF
i
,SRN
i
)，其中SRC
i
、SRM
i
、SRF
i
、SRN
i
分别表示软件S
i
正常运行时所需的CPU资源、内存资源、存储容量和网络带宽；
②
应用中心为所有应用软件的资源需求建立资源需求库RS＝{SR1,SR2,
…
,SR
m
}，其中m为应用中心的应用软件数量，SR
i
为软件S
i
的资源需求，且1≤i≤m。3.根据权利要求1所述的一种用于智能电力终端的容器调度方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体步骤如下：
①
若存在各类额定资源与可用资源相等的空闲处理单元，则随机选择一个空闲且各类额定资源不少于容器C
i
资源需求的候选处理单元PU
t
分配给容器C
i
，即RCC
t
＝RAC
t
≥SRC
i
,RCM
t
＝RAM
t
≥SRM
i
,RCF
t
＝RAF
t
≥SRF
i
,RCN
t
＝RAN
t
≥SRF
i
，其中RCC
t
、RCM
t
、RCF
t
、RCN
t
分别表示候选处理单元PU
t
配置的额定CPU算力、内存容量、Flash容量和网络带宽，RAC
t
、RAM
t
、RAF
t
、RAN
t
分别表示候选处理单元PU
t
上当前可用的CPU算力、内存容量、Flash容量和网络带宽，SRC
i
、SRM
i
、SRF
i
、SRN
i
分别表示软件S
i
正常运行时所需的CPU资源、内存资源、存储容量和网络带宽，m为应用软件数量，1≤i≤m，n为终端包含的处理单元数量，1≤t≤n；
②
若无空闲处理单元或所有空闲单元的额定资源均少于容器C
i
资源需求，则根据容器C
i
的资源需求SR
i
＝(SRC
i
,SRM
i
,SRF
i
,SRN
i
)和每个候选处理单元的可用资源RA
t
＝{RAC
t
,RAM
t
,RAF
t
,RAN
t
}，筛选出可以承载容器C
i
的候选处理单元集合CP
i
＝{PU
t
|RAC
t
≥SRC
i
,RAM
t
≥SRM
i
,RAF
t
≥SRF
i
,RAN
t
≥SRF
i
,1≤t≤n}，即所有可用资源均不少于容器C
i
的资源需求的候选处理单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢继哲，祝恩国，张海龙，阿辽沙，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司营销服务中心，
类型：发明
国别省市：