面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统技术方案

本发明专利技术公开了面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统，包括调度中心、若干个调度器节点和若干个执行器节点；调度器节点和执行器节点分别部署在不同的服务器集群上，其中，调度中心用于根据空间操控仿真服务的任务调度需求，基于动态负载迁移技术进行任务调度的动态调节，将任务分配至已注册的调度器节点；调度器节点用于进行任务的生产与缓存，并采用远程过程调用RPC技术触发执行器中心，还用于针对无法满足的任务，对执行器节点进行动态弹性扩容；执行器中心，用于通过心跳注册方式在调度中心登录实现二者远程通信；还用于对任务进行分解，触发相应的执行器节点；执行器节点用于执行相应的空间操控仿真模型计算任务。务。务。

【技术实现步骤摘要】
面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统


[0001]本专利技术涉及计算机系统空间操控仿真领域，尤其涉及面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统。

技术介绍

[0002]针对空间领域的探索研究，各国为提升航天器性能，同时降低航天器研制风险与费用开销，纷纷开展全空间轨道维修、相机载荷探测、碎片规避与清障、在轨操作等空间操控任务仿真方面的研究。空间操控任务过程仿真需要在仿真模拟环境下进行虚拟化的空间操控任务推演、评估、控制与决策等活动，涉及飞行器动力学、流体力学、计算机视觉等多学科耦合建模的复杂任务处理，其量级不再是单个应用或者单台服务器所能承受，而是多服务器集群相互作用的结果，因此空间操控任务过程仿真对服务器集群资源利用率提出了更高的要求。
[0003]如今服务端架构已经从单一架构到分布式再到微服务开展了不断升级与迭代，在微服务带来强大的灵活扩展应用的同时，也存在集群部署与调度优化等相关问题。为优化集群资源调度，许多分布式任务调度系统随之产生，其瓶颈在于如何对服务器资源进行最优控制，即解决如何为各个计算节点指定不同业务类的线程/进程配额。其中，当当集团开发的Elastic
‑
Job任务调度系统提供任务分片、弹性扩容缩容等功能，但不支持定时任务的动态管理以及工作流类型的定时任务；大众点评集团的XXL
‑
JOB任务调度系统提供轻量级的任务调度动态管理，但在海量业务处理下服务注册能力较为迟缓；阿里巴巴公司推出的TBSchedule任务调度系统可扩展性较强，但任务类型比较单一；Spring Cloud Scheduler任务调度系统有强大的社区功能，但架构较为繁杂对硬件资源有一定需求。
[0004]在实际空间操控仿真任务中，由于服务器集群中各计算节点性能的差异性，众多任务调度系统会存在负载不平衡的现象，导致系统处理速度下降、网络延迟增加等问题，例如：1)任务节点资源角色固定或较为单一，同时节点备份过多造成资源的大量无效开销；2)负载迁移时大量任务将迁入负载较轻的任务节点，导致任务节点再次触发负载平衡，产生周期性震荡，影响服务器系统性能。
[0005]由此，面向空间操控仿真任务，如何设计一种任务调度系统达到优化资源使用、最小化系统响应时间、最大化模型计算效率、避免服务端过载成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提出了面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统。
[0007]本专利技术主要针对大型空间操控仿真试验中海量多源异构空间操控仿真模型的高并发调用对传统服务架构带来的挑战，建立以负载迁移模型为核心的动态任务调度系统。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统，所述系统包括：调度中心、若干个调度器节点和若干个执行器节点；所述调度器节
点和执行器节点分别部署在不同的服务器集群上，其中，
[0009]所述调度中心，用于根据空间操控仿真服务的任务调度需求，基于动态负载迁移技术进行任务调度的动态调节，将任务分配至已注册的调度器节点；
[0010]所述调度器节点，用于进行任务的生产与缓存，并采用远程过程调用RPC技术触发执行器中心，还用于针对无法满足的任务，对执行器节点进行动态弹性扩容；
[0011]所述执行器中心，用于通过心跳注册的方式在调度中心登录实现二者远程通信；还用于对任务进行具体的计算流程与计算任务分解，触发相应的执行器节点实现任务调度的高并发执行；
[0012]所述执行器节点，用于执行相应的空间操控仿真模型计算任务。
[0013]作为上述系统的一种改进，所述动态负载迁移技术为采用动态负载迁移算法建立最优控制的负载迁移模型；其中，所述负载迁移模型包括：
[0014]调度器节点j返回的状态信息由任务调度队列长度Q
i
和调度器线程池中空闲的线程个数T
j
组成N个二元组＜Q
i
,T
j
＞,i,j＝1,2,...,N，调度器节点负载均衡时间正比于任务调度队列长度，反比于并发处理该类任务的线程数目，满足下式：
[0015][0016][0017]其中，表示调度器节点j服务于i个任务调度的空闲度，α为传输衰减系数，是与服务端交换机、控制器相关的常数，E[ΔL
i,j
(t)]是调度器节点负载变化量的数学期望。
[0018]作为上述系统的一种改进，所述建立最优控制的负载迁移模型具体包括：
[0019]定义实时负载RLP指标L
i,j
(t)满足下式：
[0020]L
i,j
(t)＝(aN
c
+bC
c
+cM
c
)/(N
r
+C
r
+M
r
)
[0021]其中，a、b、c分别表示网络带宽、CPU资源及内存资源在服务器整体资源中的占比系数，下标r表示服务器整体资源，下标c表示当前已使用的各类资源，N表示网络带宽，C表示CPU计算资源、M表示内存大小；
[0022]定义任务调度分配权重TSW指标W
i,j
(t)满足下式：
[0023]W
i,j
(t)＝h
i,j
(t
‑
1)ξ
i
(L
i,j
(t)
‑
L
i,j
(t
‑
1))/Q
i
[0024]其中，ξ
i
为任务调度复杂度，h
i,j
(t
‑
1)为当前调度器节点的负载迁移标记系数，如果在上一采样时刻该调度器节点没有进行负载迁移操作，h
i,j
(t
‑
1)默认为1，已被迁移负载时h
i,j
(t
‑
1)为0.5；
[0025]定义负载迁移量TLT指标U(t)满足下式：
[0026][0027]其中，u
i,j
(t)为单次负载迁移量；
[0028]得到调度器节点负载均衡时间为：
[0029][0030]满足调度器节点负载均衡时间尽量小，并尽可能减少负载迁移量TLT指标U(t)的变化率以减少服务器资源调整频率，得到第t个采样时刻最优控制的负载迁移量U
*
(t)为：
[0031]U
*
(t)＝U(t
‑
1)
‑
E
i,j
{α/2W
i,j
(t)Q
i
T
j
}
[0032]其中，U(t
‑
1)表示第t
‑
1个采样时刻负载迁移量TLT指标，E
i,j
{}为数学期望计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统，其特征在于，所述系统包括：调度中心、若干个调度器节点和若干个执行器节点；所述调度器节点和执行器节点分别部署在不同的服务器集群上，其中，所述调度中心，用于根据空间操控仿真服务的任务调度需求，基于动态负载迁移技术进行任务调度的动态调节，将任务分配至已注册的调度器节点；所述调度器节点，用于进行任务的生产与缓存，并采用远程过程调用RPC技术触发执行器中心，还用于针对无法满足的任务，对执行器节点进行动态弹性扩容；所述执行器中心，用于通过心跳注册的方式在调度中心登录实现二者远程通信；还用于对任务进行具体的计算流程与计算任务分解，触发相应的执行器节点实现任务调度的高并发执行；所述执行器节点，用于执行相应的空间操控仿真模型计算任务。2.根据权利要求1所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统，其特征在于，所述动态负载迁移技术为采用动态负载迁移算法建立最优控制的负载迁移模型；其中，所述负载迁移模型包括：调度器节点j返回的状态信息由任务调度队列长度Q
i
和调度器线程池中空闲的线程个数T
j
组成N个二元组＜Q
i
,T
j
＞,i,j＝1,2,...,N，调度器节点负载均衡时间正比于任务调度队列长度，反比于并发处理该类任务的线程数目，满足下式：理该类任务的线程数目，满足下式：其中，表示调度器节点j服务于i个任务调度的空闲度，α为传输衰减系数，是与服务端交换机、控制器相关的常数，E[ΔL
i,j
(t)]是调度器节点负载变化量的数学期望。3.根据权利要求2所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统，其特征在于，所述建立最优控制的负载迁移模型具体包括：定义实时负载RLP指标L
i,j
(t)满足下式：L
i,j
(t)＝(aN
c
+bC
c
+cM
c
)/(N
r
+C
r
+M
r
)其中，a、b、c分别表示网络带宽、CPU资源及内存资源在服务器整体资源中的占比系数，下标r表示服务器整体资源，下标c表示当前已使用的各类资源，N表示网络带宽，C表示CPU计算资源、M表示内存大小；定义任务调度分配权重TSW指标W
i,j
(t)满足下式：W
i,j
(t)＝h
i,j
(t
‑
1)ξ
i
(L
i,j
(t)
‑
L
i,j
(t
‑
1))/Q
i
其中，ξ
i
为任务调度复杂度，h
i,j
(t
‑
1)为当前调度器节点的负载迁移标记系数，如果在上一采样时刻该调度器节点没有进行负载迁移操作，h
i,j
(t
‑
1)默认为1，已被迁移负载时h
i,j
(t
‑
1)为0.5；定义负载迁移量TLT指标U(t)满足下式：
其中，u
i,j
(t)为单次负载迁移量；得到调度器节点负载均衡时间为：满足调度器节点负载均衡时间尽量小，并尽可能减少负载迁移量TLT指标U(t)的变化率以减少服务器资源调整频率，得到第t个采样时...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃润楠，谢文明，惠建江，彭晓东，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：