基于动态双向优先级的任务分配与调度算法

铲｝∑ב 志，
（５）
艺ｒ０
其中／＇ｔ是子机ｆ。的任务列表中的任务数。（当任务列表中的任
务个数为零时，。；＝”ｉ；％为子机的初始测试速率）一是任务
Ｚ的实际执行时间，是动态所得，由子机的传输速率所决定。
式（５）中的ｒｔ，计算式为：
ｎ，＝Ｚ／％ｏ
（６）
乘以１／１０２４将速率转换成Ｍｂｐｓ。
式（４）中的ｒｅｓｔｒ；计算式为：
相应地，Ｓｕｂ系统包括：接收器（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ），发送器 （Ｓｅｎｄｅｒ），收集器（Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ），优先级计算单元（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｃｏｕｎｔ Ｕｎｉｔ）如图１所示。接收器负责接收Ｍａｓｔｅｒ发送的命令消息 和分配的任务，并将分配的任务添加到本机的任务列表中；发 送器发送消息给Ｍａｓｔｅｒ；收集器负责收集该子机的性能参数 以及其剩余资源等信息；优先级计算单元按一定的规则对任 务列表中的任务优先级进行计算并排序。
ｓｕｂ＿．ｐ。）表示。其中，吼（ｉ＝１，２，…，ｍ）为子机的执行速率，反
映子机的性能以及网络传输等综合因素的影响；ｒｅｓｔ。（ｉ＝ｌ，
２，…，ｍ）表示子机的剩余资源百分比；ｐｆ（ｉ＝１，２，…，ｍ）为 子机的任务执行成功率；ｓｕｂ ｐｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）表示子机的
动态优先级，本组数据在任务调度过程中实时更新。
据量，统一使用ｋｂ作为计量单位。例如：５１２ ｋｂ。
７）任务饱和度（ＤｅｇｒｅｅｏｆＳａｔｕｒａｔｉｏｎ，ＤＳ）。任务的最大执
行时间与任务的绝对截止期距离当前时刻的时间间隔之比，
表示了任务在有效分配时间之内的紧迫性，其值越法描述
任务正的优先级Ｐ。的计算式为：
Ｐｌ＝ｄｓ；×（Ｉ—ａ）＋１１）ｒ；×ｏｔ
（１）
其中：出。是任务Ｉ的饱和度，ｗｒ。是任务ｔ的相对权重比，ａ
是任务的均衡因子，它调和了出。和１１３１＂；对Ｐ。的影响。 式（１）中出。的计算式为：
ｄｓ。＝再丽ｔｔ赢
（２）
其中出。与ｔ。成正比，即该任务的最大执行时间越大，其优先
级就越高；出ｉ与ｄｉ—ｓ弘ｔｉｍｅ成反比，距离绝对截止期越近，其 优先级越高。ｄｓｉ的取值范围为：（０．１］。
３）ｗ，（ｉ＝１，２，…，ｍ）表示执行权重，即该任务的执行价 值，它反映任务的执行（包括任务本身执行情况及其执行时 的系统环境）对系统整体性能影响程度，由任务的特征决定。
４）ｄ：（ｉ＝ｌ，２，…，ｍ）表示该任务的绝对截止期，若使任 务分配成功必须满足ｔ。＋ｓｙｓｔｉｍｅ（系统当前时刻）≤ｄ。，且该 任务必须在这个时间点之前要得出一个有意义的结果，否则 认为该任务执行失败。
删ｐ磊ｒｅｓｔｉ
（７）
其中ｒｅｓｔ。的计算式为：
总执行周期一∑，ｎ，
ｒｅｓ‘－＝—＿西：丽雨首Ｌ
（８）
万方数据
其中ｎ，（，＝１，２，…，，１）表示分配在该子机上的已执行或正在 执行任务的实际执行时间，其单位统一用秒来表示；总执行周 期为２４×６０×６０ ｓ，代表子机的总资源。
在本系统中，以子机的空闲时间作为子机剩余资源的依 据。该算法的子机优先级由高到低排列并存储在ｓｕｂ［ｉ］中。 子机的优先级越高在数组中的位置越靠前。
ｌ ＤＤＤＰ任务调度模型
１．１ ＤＤＤＰ任务模型定义 １）系统有一台主机Ｍａｓｔｅｒ，若干子机ｉＳｕｂ。ｌ ｉ＝１，２，…，
ｎｆ和一组实时任务集｛￡Ｉ ｉ＝ｉ，２，…，ｍ｝组成。 ２）每个任务由五元组ｒ（ｔ。，Ｗ。，ｄ。，Ｐ。，ｆ。）表示，ｔ。为任务
的最大执行时间，即在这个时间ｔ。内任务要执行完成，否则就 认为任务执行失败。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｔａｓｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｌｌｅｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｕａｌ—Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ（ＤＤＤＰ）ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
Ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｏｆ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｔａｓｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｂ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｕａｌ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗｈｉｃｈ ｏｎｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｄｅａｄｌｉｎｅｓ ｏｆ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｔａｓｋｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔａｓｋ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；ｄｙｎａｍｉｃ ｄｕａｌ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ；ｐｒｉｏｒｉｔｙ；ｍａｓｔｅｒ／ｓｕｂ ｍｏｄｅｌ
０ 引言
大量的算法研究已经证明实时调度问题足一个ＮＰ—ｈａｒｄ 问题，为ｒ获得近优解，人们已经提出ｒ许多启发式调度算 法¨１ ｏ。调度算法的好坏很大程度上取决于两个因素，即：系 统负载平衡和任务总处理时间。好的算法要求系统负载平衡 性好，任务总的处理时间短。目前，人们已经提出的此类调度 算法如：双匹配动态调度算法ＢＭ：７ｊ、截止期最早最优先 （Ｅａｒｌｉｅｓｔ Ｄｅａｄｌｉｎｅ Ｆｉｒｓｔ，ＥＤＦ）算法Ｈ ｏ、最早完成时间 （Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｔｉｍｅ，ＭＣＴ）算法…ｏ和动态适应度 （Ｄｙｎａｍｉｃ Ｆｉｔ Ｄｅｇｒｅｅ，ＤＦＤ）算法一。等。在这些算法中都考虑 到了负载平衡问题和任务总处理时间问题‘”“…。文献［７］ 中的实验结果表明ＢＭ算法能够比较好地平衡负载与系统吞 吐率，但其性能受制于系统中能够实现双匹配任务的比例，特 别是当所有任务的最小执行时｜’日】相同时，算法性能较差；ＥＤＦ 算法将任务的截止期作为任务的优先级，任务的截止期越早 优先级越离。然而，截止期最早的任务不一定是最关键的。特 别是在系统过载的情况下，其性能将急剧的下降；ＭＣＴ算法 选择任务时，仅以任务的最早完成时间为依据，没有考虑到任 务在子机上的实际执行时间，可能使许多任务没有被调度到 比较合适的子机上，这样将使其系统的总处理时间变长；ＤＦＤ 算法采用任务的ＤＦＤ作为优先级，优先调度ＤＦＤ高的任务， 但是该算法仪依据任务的估计执行时间来测算适应度，从而
评价其优先级。因此，在实际的任务调度过程中，可能使很多 重要的任务没有被及时优先分配到最合适的子机上。
本文提出了一种新的基于动态双向优先级（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｕａｌ．Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ，ＤＤＤＰ）的实时调度算法，它综合考虑 了任务和子机的动态优先级．仿真结果表明本文所提｝｛ｊ的算 法相对于ＥＤＦ算法来说，其町调度性和稳定性都有所提高。
第２９卷第４期 ２００９年４月
计算机应用 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｖ０１．２９ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２００９
文章编号：１００１—９０８１（２００９）０４—１１３１一０４
基于动态双向优先级的任务分配与调度算法
龚跃１，张真真１，黄小珂１，刘建军２
（１．长春理工大学计算机科学技术学院，长春１３００２２；２．长春创力信息技术有限公司开发部，长春１３００２２） （ｇｏｎｇｙｕｅ８８８８７８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ）
整个Ｍａｓｔｅｒ系统包括：采集器（Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ），接收器 （Ｒｅｃｅｉｖｅｒ），分析器（Ａｎａｌｙｓｔ），调度器（Ｓｅｈｅｄｕｌｅｒ），发送器 （Ｓｅｎｄｅｒ）如下图所示。其中采集器负责对影响任务优先级的 诸多因素进行实时采集，根据采集结果按照一定的规则实时 更新任务的动态优先级；接收器负责接收子机返回的消息；发 送器负责向子机发送命令消息；分析器负责对子机返回的各 项参数进行整合分析，计算出ｓｕｂ＿ｐ．并对其进行由高到低排 序；调度器将优先级级别高的任务分配优先级级别高的子 机，并据此进行任务调度。
研究生，主要研究方向：数据库系统； 黄小珂（１９８５一），女．河南平顶山人，硕上研究生，主要研究方向：计算机网络与通信； 刘建军
（１９７８一），男，吉林长春人，硕上研究生，主要研究方向：计算机网络与通信。
万方数据
１１３２
计算机应用
第２９卷
６）ｆ．（ｉ＝ｌ，２，…，ｍ）代表任务量的大小，即该任务的数
ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｔａｓｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ，ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｅ ｔａｓｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｓｔｅｒ／ｓｕｂ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｉｎ ｔｈｅ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ
５）Ｐ。（ｉ＝ｌ，２，…，ｍ）表示任务的动态优先级，在任务执 行的过程中可对其进行实时更新。
收稿日期：２００８—１０—１７；修回日期：２００８一１２一０８。
基金项目：国家科技部中小企业创新基金资助项目（０５Ｃ２６２１２２００３７８）。
作者简介：龚跃（１９６０一），男，占林长春人，教授．主要研究方向：数据库系统、计箅机网络与通信；张真真（１９８４一），女，河南周ｕ人．硕士
ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ｗｏｒｋｌｏａｄ ａｎｄ ｏｖｅｒｌｏａｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ。ｔｈｅ ＤＤＤＰ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｃｌａｓｓｉｃａｌ Ｅａｒｌｉｅｓｔ Ｄｅａｄｌｉｎｅ Ｆｉｒｓｔ（ＥＤＦ）
关键词：任务调度；动态双向；优先级；主机／子机模式
中图分类号：ＴＰ３１１
文献标志码：Ａ
Ｔａｓｋ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｕａｌ．ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐｒｉｏｒｉｔｙ
ＧＯＮＧ Ｙｕｅｌ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ—ｚｈｅｎｌ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉａｏ．ｋｅｌ，ＬＩＵ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ２
式（１）中的ｗｒ；计算式为：
＂ｒ；＝ｗ，／∑嘶
（３）
其中：ｍ是任务集中任务个数，埘‘的取值范围为：（０，１）。 任务正的优先级０＜Ｐ。≤１。该算法的任务优先级由高到