云端融合计算环境下QoS敏感的任务调度机制研究

Cloud computing and mobile computing are currently two major technology trends. On the one hand, cloud computing has a powerful computing and storage capacity. On the other hand, smart mobile devices are characteristics of ubiquitous computing. The fashion of cloud mobile fusion which combines cloud computing and mobile computing has caught much attention of industry and academia. The runtime of cloud mobile fusion is a complicate environment that contains cloud, mobile and network, in which it is an uncertain thing to migrate tasks between cloud and mobile. However, the current cloud mobile fusion systems are lack of QoS guarantee when executing migrated task, and can not adjust their task scheduling according to the characteristic of applications. This project studies a task scheduling mechanism which is QoS-Sensitive and application self-identification in cloud mobile fusion. Specifically, we make researches on the description of QoS metrics and application characteristic, and then the rule expression of this description. Further, we study task partitioning and optimization based on the rule expression in order to implement an adaptive and resource-aware task scheduling mechanism. The introduction of this mechanism will help address the key issue of performance guarantee and task scheduling in cloud mobile fusion, and make it better applied.

云计算和移动计算是当前的两大技术趋势。一方面是云计算强大的计算和存储能力，另一方面是智能移动设备无处不在的计算特性，结合云端/终端计算的云端融合计算正成为工业界和学术界广泛关注的焦点。云端融合计算环境是包含云端，终端以及两者连接网络的复杂环境，在云端和终端之间进行任务迁移具有很大的不确定性。当前的云端融合系统缺乏任务迁移执行时的QoS保证，对于不同移动应用程序无法进行程序特征识别的自适应调度。因此，本项目研究云端融合计算环境下应用程序特征自识别的QoS敏感的任务调度机制。具体而言，研究QoS目标度量和应用程序特征描述策略以及策略的规则表达，并基于这种规则表达进行任务划分和优化，实现运行时资源感知的自适应任务调度机制。该机制的引入将有助于解决云端融合中执行性能保证和任务调度的关键问题，使云端融合更好的应用于实际。

云端融合是一种移动计算和云计算融合的计算范型，它实现了移动设备向云数据中心的计算迁移，近年来得到学术界和工业界的广泛关注。项目组围绕云端融合计算中的三大挑战开展研究工作：云端融合应用的任务划分，应用程序特征感知的任务调度，云端融合典型应用的任务调度。同时，由于云端融合自身延迟较大的缺陷，项目组引入边缘计算的理念，形成一种端——边——云的架构来实现应用的计算迁移以克服端云两层架构的延迟问题。.项目组在三年来取得的重要成果包括：（1）实现一种基于应用程序代码数据流分析的任务自动划分机制和基于任务资源历史使用情况的资源预测机制。（2）设计了一种基于端——边——云三层架构的云端融合任务调度框架，保证应用程序的QoS。（3）提出了一种应用程序特征感知的跨多边缘节点的任务调度机制，实现边缘云中各边缘节点的负载均衡以及保证不同特征应用的用户体验。（4）实现了一种易编程、可配置、易部署的云端融合编程框架以及整合相关机制的任务调度系统。（5）针对云端融合典型应用——云游戏，实现了一种基于边缘节点的新式的图形流计算迁移的云游戏系统。（6）设计和完善了云端融合任务划分和调度中的安全和隐私机制，保证计算迁移中的数据完整性和安全性。（7）设计和实现了云端融合计算中的数据缓存和迁移机制，提升计算迁移的资源供给效率和响应延迟。.项目组坚持理论研究的同时，立足实际系统的落地。在三年执行期内，共发表SCI/EI检索的学术论文10篇（包含SCI 2区以上论文3篇），申请国家发明专利2项，取得软件著作权3项，在国际会议上做口头报告3次。同时项目组在开源网站公布实际的系统代码，并且相关成果已成为国家重要科技项目的重点组成部分。.项目组相信关于云端融合的理论成果能够为该领域的研究提供十分重要的理论支撑；而实际系统能够服务于该领域的广大科研人员，并为工业界提供有益的参考。