动态网络下基于容器的高可靠任务调度方法

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随着5G技术的发展,物联网、移动自组网等领域又得到了新的关注,这些领域都可能涉及到一种特殊的网络环境:集群中节点的加入和退出都很频繁的动态网络。在这种网络下,会给系统中任务的运行和调度带来一些新的问题:因为缺少稳定的节点作为控制节点,任务调度的执行会变得不可靠,节点的频繁退出也会导致节点上的任务运行不可靠;而传统的基于检查点恢复、迁移、多副本等提高可靠性的方法在动态网络下很容易因为在执行备份、恢复等基本操作时节点退出而失败;如果集群中还运行着有消息传递的依赖任务,还会因为任务的频繁迁移导致任务之间难以确定对方的位置,从而无法完成通信;依赖任务在恢复时为了保证一致性需要对所有上游节点进行恢复,在动态网络下由于恢复会发生很频繁从而影响一组依赖任务的整体执行进度。针对这些问题本文提出了一个综合性的任务调度方法,该方法可以提高动态网络下调度执行和任务运行的可靠性,本文的主要工作和贡献为:针对动态网络下调度执行和普通任务运行面临的可靠性问题,本文通过共识算法在各节点之间同步一系列必要的系统信息,使得每一个节点都可以作为控制节点完成信息收集、调度决策和任务控制等工作,从而提高了调度执行的可靠性;使用轻量级、移植性强的容器作为任务的载体,在此基础上结合各节点间同步的系统信息,使用基于多副本备份和任务恢复的方法来提高动态网络下任务运行的可靠性;针对动态网络下依赖任务面临的可靠性问题,在上述基本方法的基础上利用各节点间同步的任务位置信息来代理执行任务间消息的收发,从而将依赖任务之间的通信关系解耦,保证了依赖任务在迁移过程中可以正常通信;同时将消息日志和依赖任务的备份恢复相结合,使得依赖任务在恢复时不需要恢复所有上游节点,从而提高了依赖任务在动态网络下频繁恢复的效率。实现了一个调度原型系统来对本文提出的调度方法进行评估,最终确定了本文方法会带来的额外资源开销、集群中的额外网络开销以及使用容器带来的额外快照开销,评估了本文方法对系统的响应时间和吞吐率这两项性能的影响,验证了本文的方法在动态网络下对调度执行和任务运行可靠性的提升、以及改进的依赖任务备份恢复方法在动态网络下获得的性能提升。
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