一种增强公平性的云计算用户资源配额分配方法

摘要

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，包括：步骤1：申请类型的判断，如为首次申请，执行步骤2；如为变更申请，执行步骤4；步骤2：获取用户应用系统所对应资源配额的最大限额；步骤3：资源配额首次分配；步骤4：判断变更申请类型，如为减少资源配额，则释放相应的资源配额；如为增加资源配额，执行步骤5；步骤5：计算信用因子；步骤6：如果大于基准值，则分配申请增加的资源配额；如果小于基准值，则将申请增加的资源配额乘以系数再分配给用户；步骤7：以时间为周期动态调整用户的资源配额。本发明的云计算用户资源配额分配方法，阻止资源滥用，增强分配公平性；能够有效预估云计算平台资源需求量，满足更多用户的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种云计算用户资源配额分配方法，更具体的说，尤其涉及一种以用户以往对资源配额的利用率影响其资源配额再分配来增强公平性的云计算用户资源配额分配方法。

背景技术

云计算环境下，资源共享、按需使用的服务方式，使得某些用户可能过度地占用资源。在云计算资源有限的情况下，特别是公有云环境下，过度的资源占用可能会导致其他用户无法使用资源，影响服务的公平性和质量。资源配额的设置在一定程度上限制了单个用户的资源占用数量，用户只能在配额范围内申请资源、使用资源，然而目前云计算平台通常采用统一固定的资源配额限制方式，存在以下问题：

一是不同的用户有不同的资源需求，即使同一用户在不同的使用阶段也有不同的资源需求，固定资源配额的方式无法保障用户的资源需求，相对地影响资源配额分配的公平性。

二是一些恶意行为破坏资源配额分配的公平性。如某些用户长时间占用较大资源配额，但配额利用率比较低，在云平台资源有限并且需要保证服务质量的情况下，无法为更多的用户分配或者调整资源，影响其他用户的使用和平台资源的高效利用；某些用户为了获得更多的资源，可能会通过需求欺骗等手段谎报较高的资源配额，使其他用户资源需求无法满足。

三是云平台资源的异构化和虚拟化特点，使用户难以计算所需的资源数量，申请的资源配额与实际需求可能会存在较大的偏差，难以有效预估云平台资源需求量，影响平台的服务质量。

在云平台资源有限并且需要保障服务质量的前提下，为了有效预估云平台资源需求量，公平地限制某些用户资源使用额度以满足更多用户的资源需求，需要一种在云计算环境下增强公平性的资源配额分配机制。

专利（一种限制云计算用户资源使用额度的方法，申请号201310743282.X，申请日 2013.12.29，申请公布号CN103729236A）公开了一种限制云计算用户资源使用额度的方法。该方法首先获取物理机上可用资源总量作为用户资源配额因子，制定物理资源与虚拟资源一对一使用策略，当设置用户资源使用额度时，比较用户已用资源量与设置额度，如果额定值大于已用资源量，则设置有效，否则无效。该方法提出了一种限制云计算用户资源使用额度的方法，但该方法较简单，仅仅通过与用户已用资源量进行比较来设置用户资源使用额度，并没有考虑用户资源配额分配的公平性问题。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种增强公平性的云计算用户资源配额分配方法。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现：步骤1：资源配额申请类型的判断，根据用户资源配额的申请信息，判断资源配额申请的类型，如果为首次申请，则执行步骤2；如果为资源配额变更申请，则执行步骤4；步骤2：获取最大限额，对于用户资源配额的首次申请，通过申请信息获取用户应用系统的类型、业务需求和规模，查询该类应用系统对应的资源配额最大限额，作为用户资源配额的首次分配因子，执行步骤3；步骤3：资源配额首次分配，比较用户申请的资源配额与最大限额的大小；若用户申请的资源配额大于最大限额，则分配最大限额作为用户的资源配额；若用户申请的资源配额小于最大限额，则分配给用户申请的资源配额；步骤4：判断变更申请类型，判断资源配额变更申请是增加资源配额还是减少资源配额，如果为减少资源配额，则释放用户相应的资源配额，减少至用户要求的资源配额；如果为增加资源配额，则执行步骤5；步骤5：计算信用因子，根据用户历史资源配额使用情况计算用户信用因子                                                ，信用因子与资源配额使用率成正比，执行步骤6；步骤6：增加资源配额，判断信用因子是否大于基准值，如果大于基准值，则分配给用户申请增加的资源配额；如果小于基准值，则将申请增加的资源配额乘以系数所对应的资源大小分配给用户；步骤7：用户资源配额的周期性调整，以时间为周期采用与步骤5中相同的方法计算用户信用因子，并根据用户信用因子周期性动态调整用户的资源配额。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，步骤5中所述的计算信用因子通过以下步骤来实现：步骤5-1：获取历史资源配额使用率，设历史上共有次资源配额使用，参与计算的共有类资源；用户历史上次资源配额使用率分别表示为，…，，…，，其中：

=

表示第次分配的资源配额使用率，表示第次分配的第类资源的资源配额使用率，=；表示第次资源配额被分配的起始时间，表示第次资源配额的服务时间；步骤5-2：计算权重，首先通过公式（1）计算每个资源配额使用率所占的权重：

    （1）

为资源配额使用率所占的权重；是对的影响因子，0＜＜1，的大小等于周期性动态调整资源配额的周期时间，=；

则第次资源配额使用率所占权重表示为：=；

步骤5-3：计算用户信用因子，用一个元组表示用户资源配额：

表示第次分配给用户的资源配额，表示第次分配的第类资源的配额；

对于第类资源，分配并使用次资源配额后，通过公式（2）计算用户的信用因子

         （2）

对于所有资源类型，应用次资源配额后，第+1次为用户分配新的资源配额时，用户的信用因子用元组来表示：=。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，步骤6所述的增加资源配额通过以下步骤来实现：

设用户第次申请增加的资源配额表示为：

实际分配给用户的增加额表示为：

设用户信用因子的基准值为：=

依次比较信用因子与基准值中对应元素的大小，如果某类资源的信用因子大于其基准值，说明该类资源具有较高的使用率，则分配给用户申请增加的资源配额，即：

=

如果某类资源的信用因子小于其基准值，说明该类资源的使用率较低，应降低分配给用户申请增加的资源配额，即：

=         。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，设用户申请减少的资源配额为，，释放用户相应的资源配额后，用户实际的资源配额为：

=  。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，步骤7中所述的用户资源配额的周期性调整通过以下步骤来实现：

步骤7-1：周期性判断并计算信用因子，判断是否达到周期性调整资源配额的计算周期，如果没有达到，则继续等待；如果达到，则计算出用户的信用因子，执行步骤7-2；

步骤7-2：信用因子的比较，依次比较信用因子与基准值中对应元素的大小，如果某类资源的信用因子大于其基准值，说明该类资源具有较高的使用率，本次周期性调整保持用户资源配额不变；如果某类资源的信用因子小于其基准值，说明该类资源的使用率较低，应降低用户的资源配额，执行步骤7-3；

步骤7-3：计算降低后的资源配额，设用户当前的资源配额表示为：

，为用户当前某类资源的配额；执行计算降低后的用户资源配额为：

=，执行步骤7-4；

步骤7-4：对于信用因子小于基准值的第类资源，计算其在用资源数量，如果计算出的新资源配额大于，说明新资源配额满足用户需求，则将计算出的资源配额实际分配给用户，即：

  ；

如果计算出的新资源配额小于，说明新资源配额满足不了用户需求，则将用户在用资源数量实际分配给用户作为新资源配额，即：

。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，步骤2中所述的应用系统的类型包括电子商务、电子政务、中小企业网站、行业信息管理系统，所述业务需求包括每秒实时处理的交易量、某业务响应时间不低于某值、某个时段大量文件提交处理，所述规模信息是指应用系统组成部分的数量、支持最大用户数、用户申请的资源配额。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，所述n类资源包括但不限于CPU、内存、云硬盘、IP以及虚拟路由器，所述的资源配额对应CPU核数、内存容量、云硬盘容量、IP数量以及虚拟路由器数量。

本发明的增强公平性的云计算用户资源配额分配方法，第次分配的CPU的资源配额使用率=∑（配额服务时间内某时间段用户使用的CPU核数×该段时间）/（CPU配额总数×配额服务时间），云硬盘配额使用率=∑（配额服务时间内某时间段用户使用的云硬盘容量×该段时间）/（云硬盘配额总量×配额服务时间），内存配额使用率=∑（配额服务时间内某时间段用户使用的内存容量×该段时间）/（内存配额总量×配额服务时间）。

在资源配额使用率的计算过程中，以CPU为例，如果用户CPU配额为100核，配额服务时间为100天，用户在连续的5天、10天、15天、20天、5天、5天、5天、5天、20天、10天这10个时间段内使用的CPU核数分别为24、20、32、36、28、45、56、30、40、18，则CPU的资源配额使用率=（24×5+20×10+32×15+36×20+28×5+45×5+56×5+30×5+40×20+18×10）/（100×100）=32.75%。

本发明的有益效果是：本发明的云计算用户资源配额分配方法，不同于以往采用统一的固定资源配额限制单个用户资源使用的方法，本发明首先获取资源配额申请信息判断资源配额申请类型；然后针对不同用户资源配额的首次申请，根据应用系统类型、业务需求和规模采用不同的资源配额上限来限制用户的资源使用；针对用户资源配额的变更申请，基于用户历史资源配额使用情况建立用户的信用因子模型，对不良信用用户实施资源配额的惩罚性分配，限制用户下一次资源使用；针对破坏资源配额分配公平性的恶意行为，建立资源配额周期性动态调整分配方法，阻止资源滥用；能够有效预估云计算平台资源需求量，满足更多用户的需求，提高服务质量。本发明从多角度提出有效的资源配额分配方法，增强了资源配额分配的公平性，进一步降低了影响其他用户使用的风险。本发明适用于云计算使用的所有资源类型，不受单一资源类型的限制。

附图说明

图1为本发明的资源配额分配方法的流程图；

图2为资源配额的首次分配流程图；

图3为资源配额再次分配流程图；

图4为资源配额周期性动态调整流程图；

图5 为用户信用因子和资源配额使用率变化图；

图6 为用户实际分配的资源配额图；

图7为用户资源配额奖惩性分配图；

图8 本发明方法与资源配额通常分配方法服务能力的对比图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，给出了本发明的资源配额分配方法、首次分配、再次分配以及周期性动态调整的流程图，发明内容部分具有详尽的描述，在此不再敖述，仅给出具体的例子。

本实施例中，以医疗领域中的一电子商务系统为例，实施增强公平性的资源配额分配方法的步骤如下：

步骤a：通过云计算系统获取资源配额申请信息，判断用户资源配额申请的类型，本实例开始为首次申请。

步骤b：用户首次申请资源配额，实施资源配额的首次分配，包括如下步骤：

步骤b-1：通过云计算系统获取用户应用系统的类型、业务需求和规模，查询用户应用对应的资源配额最大限额。在本实例中，用户应用系统为包含5个子系统最大并发用户数达到50000人的电子商务系统，以CPU、内存、云硬盘三种资源类型为例，资源配额的最大限额为200CPU、400G内存、5000G云硬盘。

步骤b-2：通过云计算系统获取用户首次申请的资源配额，比较用户申请的资源配额是否大于用户资源配额的最大限额；若用户申请的资源配额大于最大限额，则分配最大限额作为用户的资源配额，若用户申请的资源配额小于最大限额，则分配给用户申请的资源配额。

本实例中，用户首次申请资源配额，起始时间为0，服务时间为480小时，申请的资源配额表示为：

，即申请40个CPU、112G内存、2600G云硬盘。

用户申请的资源配额小于该应用系统资源配额最大限额，则实际分配给用户申请的资源配额，即:

。

步骤c：当用户申请变更资源配额时，即申请增加或减少资源配额时，实施再次分配，包括如下步骤：

步骤c-1：用户第2次申请资源配额，申请增加资源配额，按如下步骤进行分配：

步骤c-1-1：通过云计算系统获取首次分配的资源配额的使用率； 

步骤c-1-2：设周期时间小时，计算用户历史资源配额使用率所占的权重；

步骤c-1-3：根据资源使用率和计算用户的信用因子；

步骤c-1-4：设定，比较用户信用因子中的元素是否大于基准值中的相应元素，中的元素均小于中的元素，计算实际分配给用户的资源配额增加额为。

用户第3次申请资源配额，申请再次增加资源配额，继续跳转到如下步骤进行分配：

步骤c-2-1：通过云计算系统获取用户历史资源配额使用率，；

步骤c-2-2：计算这些资源配额使用率所占的权重，；

步骤c-2-3：根据权重和资源配额使用率计算用户信用因子；

步骤c-2-4：比较用户信用因子中的元素是否大于基准值中的相应元素，中的元素均小于中的元素，计算用户第3次申请实际获得的资源配额增加额为，当前用户资源配额为。

步骤c-3：用户第4次申请资源配额，申请减少资源配额，云平台系统释放掉用户相应的资源配额，用户实际资源配额变为。

步骤d：第4次分配的资源配额服务时间超过D=2160小时，当服务时间达到2160时，云计算系统将周期性调整用户资源配额，包括如下步骤：

步骤d-1：跳转到步骤c-1-1获得用户历史资源配额使用率，，，  ，；然后计算每个资源配额使用率所占比重，,，；并根据历史资源配额使用率及权重计算用户信用因子。

步骤d-2：比较用户的信用因子与基准值中相应元素的大小，中的元素均小于基准值中的元素，则进入步骤d-3，根据信用因子计算调整后的新资源配额。

步骤d-3：计算调整后的新资源配额。

步骤d-4：通过云计算系统获取用户在用资源数量为,对比调整后的新资源配额与用户在用的资源数量中相应元素的大小，新资源配额中CPU核数、云硬盘的容量大于用户在用CPU核数及云硬盘容量，内存的容量小于用户在用容量，则分配新资源配额中CPU核数、云硬盘容量，用户在用内存资源的容量作为实际分配给用户的资源配额，即。

以下结合实验和附图5-8进一步说明本发明的优势。

实验一：用户信用因子计算和资源配额再次分配实验

本发明所述方法中，以CPU资源类型为例，令，，小时，申请资源配额的次数为,每次申请增加资源配额数为100个CPU核，资源配额使用率及服务时间如表1所示。

                                   表 1

资源配额分配次数资源配额使用率资源配额服务时间（小时）10.48772106720.79647180230.40187211040.73648182550.92618144960.89144106470.85811157380.8651196490.30609701100.955771366110.68429758120.6746900130.361851625140.939731076150.41992669160.82532687170.79902936180.666191142190.60772283200.94951327

依据本发明所述方法，我们根据用户历史资源配额使用情况计算权重和信用因子，获得用户实际被分配的资源配额增加额。

图5给出用户的信用因子与资源配额使用率的变化图。由图可以看出，用户的信用因子波动与资源配额使用率的变化趋势基本相同。即随着资源配额使用率上升，用户信用因子提高，资源配额使用率下降，则用户信用因子降低。几个特殊的点，如第7、8、18次资源配额分配时用户的信用因子并没有随着最近节点的配额使用率的趋势变化，这是因为用户的信用因子与所有的历史资源配额使用率相关，与邻近多个节点的资源配额使用率关系较大，因为邻近多个节点的资源配额使用率均比较高，最近节点资源配额使用率的微小的降低对用户的信用因子影响不大，所以第7、8、18次的信用因子并没有随着最近节点的资源配额使用率的降低而降低。

图6展示了用户实际被分配的资源配额增加额。可以看出，用户实际被分配的资源配额增加额根据用户的信用因子进行变化，本发明所述方法，根据用户历史资源配额使用情况建立用户信用因子，限制了用户下一次资源配额的分配。

实验二：资源配额的奖惩性分配实验

假设用户资源配额使用率在多次应用过程中总是很低，我们假设为一固定的极低值0.3，然后急剧增加到一极高值后在多次应用过程中也总是很高，我们假设为一固定的极高值0.85。这种情况下，本发明方法对用户资源配额进行惩罚性或奖励性分配。

图7展示本发明所述方法根据用户不同的资源配额使用率实施资源配额的奖惩性分配。由图可以看出，若用户的资源配额使用率在多次应用中总是很低的话，用户的信用因子将逐渐下降，用户被分配资源配额的增加额将越来越少；相反，若用户的资源配额使用率在多次应用中总是很高的话，其信用因子将逐渐上升，用户被分配的资源配额增加额将越来越多。

实验三：服务能力验证实验 

在云计算平台有限的资源配额下，通过对比本发明方法与通常的资源配额分配方法满足用户需求的服务能力，验证本发明方法的优势。本实验中，假设云计算平台当前有1000个空闲的CPU配额，每次均为一定数量的用户（企业）同时申请资源配额，申请CPU核数、被服务时间均是随机数。我们共实验17组不同的用户数，每组用户共设计10000组不同的CPU核数、被服务时间。

图8展示本发明方法和通常资源配额分配方法满足用户资源配额需求的概率统计图。由图可以看出，在用户数较少时（<15人），两种方法均能保证云计算平台能够较好地满足用户资源配额的需求；随着用户数的增多，本发明方法能够满足更多用户的资源配额需求；当用户数增加到一定程度（>25人）,两种方法均不能满足用户的资源配额需求。总体上，本发明方法在保证云计算平台满足用户资源配额需求上更具有优势，不仅能够有效预估用户资源配额的需求，并且采用用户信用因子的评价机制来分配资源配额，增强了公平性。