[发明专利]一种云渲染系统资源能耗优化方法

摘要

本发明发明了一种云渲染系统资源能耗优化方法，针对云渲染集群的能耗优化问题，利用渲染任务帧与帧之间相互独立、天然并行性等特征，考虑集群中节点空闲能耗和任务运行时能耗，建立任务能耗优化方法，并利用免疫优化算法的强大搜索能力对该能耗优化方法进行优化，提出一种面向能耗优化的云渲染集群任务调度策略的方法进行评价。

主权项

一种云渲染系统资源能耗优化方法，其特征是：第一步：首先选择场景队列中合适的场景任务，进行所述场景任务的调度；然后选择所述场景任务中合适的帧任务并将其加入渲染任务列表分配给相应的渲染节点，并进行所述帧任务的调度；经过所述帧任务的调度之后，空闲节点资源列表R0,…,Rn的当前任务状态为公式(1)：l0,…,li,…,lm公式(1)其中R0为所述空闲节点资源列表中第一个空闲节点资源；Rn为所述空闲节点资源列表中最后一个空闲节点资源；i、m为自然数，li表示满足空闲节点个数i执行的所述渲染任务列表，l0表示满足空闲节点个数i为首个所述空闲节点个数执行的所述渲染任务列表，lm表示满足空闲节点个数i为最后一个所述空闲节点个数执行的所述渲染任务列表；第二步：经过所述帧任务的调度之后，所述渲染任务列表中的节点运行渲染任务列表中的任务与等待渲染任务列表中的任务并不相同；每个所述空闲节点个数i都维护包括有r个子任务的列表li＝lir,lir+1,…,l(i+1)r‑1，其中lir为li中的子任务的第一个分任务，lir+1为li中的子任务的第二个分任务，l(i+1)r‑1为li中的子任务的最后一个分任务；当所述帧任务提交运行之后，所述空闲节点资源列表R0,…,Rn完成所有渲染任务的时间列表为：t0,…,tj,…,tm 公式(2)其中渲染节点i其运行渲染任务的总时间为Ti，j为自然数，tj表示满足空闲节点个数i执行渲染任务列表li的时间，即节点i执行完成渲染任务列表lir,lir+1,…,l(i+1)r‑1中所有子任务的时间；t0表示满足空闲节点个数i为第一个空闲节点执行渲染任务列表li的时间，tm表示满足空闲节点个数i为最后一个空闲节点执行渲染任务列表li的时间；Ti为运行渲染任务的总时间，是所述空闲节点资源列表R0,R1,…,Rn完成所有渲染任务的时间列表t0,…,tj,…,tm的总的求和计算方法，所述总的计算方式如公式(3)所示：其中，tj为任务运行时间；i为自然数，满足0≤i≤n；j为自然数，满足0≤j≤m；所有节点中运行任务时间最大值Tmax是Ti中的最大值，其计算方法如公式(4)所示：Tmax＝max(T0,T1,…,Tn) 公式(4)其中T0是Ti为第一个运行渲染任务的总时间，T1是Ti为第二个运行渲染任务的总时间，Tn是Ti为最后一个运行渲染任务的总时间；Wi表示节点i的任务运行时能耗，即节点i执行完成渲染任务列表lir,lir+1,…,l(i+1)r‑1中所有任务的能耗，其能耗由tj以及和节点i的功率Pi决定，其计算方法如公式(5)所示：用Ii表示节点空闲时能耗，即该节点在本次任务调度中处于空闲状态下的能耗，所述节点空闲时能耗由节点i的空闲功率pi和空闲时间决定；当且仅当节点运行完对应渲染任务列表中的所有帧任务后才会处于空闲状态，即所述空闲时间为Tmax‑Ti，则所述节点空闲时能耗Ii如公式(6)所示：Ii＝pi(Tmax‑Ti) 公式(6)Ei表示第i个节点的任务能耗，即该节点在本次任务调度过程中的运行时能耗，其计算方法如公式(7)所示：Ei＝Wi+Ii 公式(7)结合公式(5)、公式(6)和公式(7)可以得到所述第i个节点的任务能耗Ei，计算方法如公式(8)所示：由所述第i个节点的任务能耗Ei可以计算出渲染集群能耗E，即等待渲染任务列表l0,l1,…,lm中任务在空闲节点资源列表R0,R1,…,Rn上的总任务能耗，计算方法如公式(9)所示：所述渲染集群能耗E包括集群中所述任务运行时能耗和所述节点空闲时能耗；结合公式(3)和公式(9)，得到所述渲染集群能耗E的计算方法如公式(10)所示：公式(10)中，所述渲染任务经过调度运行之后的能耗由两部分组成：第1部分(Pi‑pi)tj与单个节点的功率Pi、空闲功率pi和单个任务在节点上的运行时间tj有关，其中所述单个节点的功率Pi即节点i的功率Pi；所述空闲功率pi即所述节点i的空闲功率pi；所述单个节点的功率Pi和所述空闲功率pi为常量；单个任务在节点上的运行时间tj即表示满足空闲节点个数i执行渲染任务列表li的时间tj；第2部分piTmax与单个节点的空闲功率pi以及所述所有节点中运行任务时间最大值Tmax有关；eij表示第i个节点在运行任务tj时间内的能耗，其计算方法如公式(11)所示：eij＝(Pi‑pi)tj (11)根据公式(11)分别计算每个帧任务在空闲节点列表R0,R1,…,Rn‑1上的亲近条件，取最优值对应的帧任务加到任务调度列表S；将公式(11)代入公式(10)，得到任务调度列表S的问题的目标函数值min(E)如公式(12)所示：其中Tmax≥Ti，i∈{0,1,…,n‑1}，j∈{0,1,…,m‑1}；利用公式(12)作为所述任务调度列表S评价解优劣的标准；第三步：所述任务调度列表S通过采用在相邻空间参数δ内互换任务调度节点位置的方法来进行改变，生成新的任务调度列表S'；δ为整数，是相邻空间的相邻大小的参数描述，所述相邻空间为相邻的包括有分量的空间；S'的所述目标函数值min(E)小于S的所述目标函数值min(E)为Δf；其中f是目标函数，Δf是用于描述目标函数f的变化率；当S'的所述目标函数值min(E)小于S的所述目标函数值min(E)时，即两者相减差值Δf＜0时，集合更新；否则以指定概率e‑Δf/T＞random(0,1)来更新集合，其中e‑Δf/T为‑Δf/T的e指数；‑Δf/T为Δf的负数除以所有的开销时间T；random(0,1)为0到1之间的任意随机数；集合更新条件如公式(13)所示：(Δf＜0)或(e‑Δf/T＞random(0,1)) 公式(13)当所述渲染任务列表l0,l1,…,lm‑1为空时，终止。