(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211221165.2 (22)申请日 2022.10.08 (71)申请人 中国科学院国家空间科 学中心 地址 100190 北京市海淀区中关村南 二条1 号 (72)发明人 覃润楠　谢文明　惠建江　彭晓东　 (74)专利代理 机构 北京方安思达知识产权代理 有限公司 1 1472 专利代理师 陈琳琳　杨青 (51)Int.Cl. G06F 9/50(2006.01) G06F 9/54(2006.01) (54)发明名称 面向空间操控仿真模型计算的动态任务调 度系统 (57)摘要 本发明公开了面向空间操控仿真模型计算 的动态任务调度系统， 包括调度中心、 若干个调 度器节点和若干个执行器节点； 调度器节点和执 行器节点分别部署在不同的服务器集群上， 其 中， 调度中心用于根据空间操控仿真服务的任务 调度需求， 基于动态负载迁移技术进行任务调度 的动态调节， 将任务分配至已注册的调度器节 点； 调度器节点用于进行任务的生产与缓存， 并 采用远程过程调用RPC技术触发执行器中心， 还 用于针对无法满足的任务， 对执行器节点进行动 态弹性扩容； 执行器中心， 用于通过心跳注册方 式在调度中心登录实现二者远程通信； 还用于对 任务进行分解， 触发相应的执行器节点； 执行器 节点用于执行相应的空间操控仿真模型计算任 务。 权利要求书3页 说明书11页 附图4页 CN 115454649 A 2022.12.09 CN 115454649 A 1.一种面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统， 其特征在于， 所述系统包括： 调度中心、 若干个调度器节点和若干个执行器节点； 所述调度器节点和执行器节点分别部 署在不同的服 务器集群上， 其中， 所述调度中心， 用于根据空间操控仿真服务的任务调度需求， 基于动态负载迁移技术 进行任务调度的动态调节， 将任务分配至已注 册的调度器节点； 所述调度器节点， 用于进行任务的生产与缓存， 并采用远程过程调用RPC技术触发执行 器中心， 还用于针对无法满足的任务， 对执 行器节点进行动态弹性扩容； 所述执行器中心， 用于通过心跳注册的方式在调度中心登录实现二者远程通信； 还用 于对任务进行具体的计算流程与计算任务分解， 触发相应的执行器节点 实现任务调 度的高 并发执行； 所述执行器节点， 用于执 行相应的空间操控仿真模型计算任务。 2.根据权利要求1所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统， 其特征在 于， 所述动态负载迁移 技术为采用动态负载迁移 算法建立最优控制的负载迁移模 型； 其中， 所述负载迁移模型包括： 调度器节点j返回的状态信息由任务调度队列长度Qi和调度器线程池中空闲的线程个 数Tj组成N个二元组＜Qi,Tj＞,i,j＝1,2,...,N， 调度器节点负载均衡时间 正比于任务 调度队列长度， 反比于并发处 理该类任务的线程数目， 满足下式： 其中， 表示调度器节点j服务于i个任务调度的空闲度， α 为传输衰减系数， 是与服务端交换机、 控制器相关的常数， E[ΔLi,j(t)]是调度器节点负载变化量的数学期 望。 3.根据权利要求2所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统， 其特征在 于， 所述建立 最优控制的负载迁移模型 具体包括： 定义实时负载RLP 指标Li,j(t)满足下式： Li,j(t)＝(aNc+bCc+cMc)/(Nr+Cr+Mr) 其中， a、 b、 c分别表示网络带宽、 CPU资源及内存资源在服务器整体资源中的占比系数， 下标r表示服务器整体资源， 下标c表示当前已使用的各类资源， N表示网络带宽， C表示CPU 计算资源、 M表示内存大小； 定义任务调度分配权 重TSW指标Wi,j(t)满足下式： Wi,j(t)＝hi,j(t‑1)ξi(Li,j(t)‑Li,j(t‑1))/Qi 其中， ξi为任务调度复杂度， hi,j(t‑1)为当前调度器节点的负载迁移标记系数， 如果在 上一采样时刻该调度器节点没有进行负载迁移操作， hi,j(t‑1)默认为1， 已被迁移负载时 hi,j(t‑1)为0.5； 定义负载迁移量TLT指标U(t)满足下式： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115454649 A 2其中， ui,j(t)为单次负载迁移量； 得到调度器节点负载均衡时间 为： 满足调度器节点负载均衡时间 尽量小， 并尽可能减少负载迁移量TLT指标U(t)的变 化率以减少服 务器资源调整频率， 得到第t个采样时刻最优 控制的负载迁移量U*(t)为： U*(t)＝U(t ‑1)‑Ei,j{α /2Wi,j(t)QiTj} 其中， U(t ‑1)表示第t ‑1个采样时刻负载迁移量TLT指标， Ei,j{}为数学期望计算。 4.根据权利要求3所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统， 其特征在 于， 所述动态负载迁移算法具体包括： 输入当前t时刻的任务调度队列长度Qi(t)和调度器线程池中的线程个数Tj(t)； 将各调度器节点按照RLP指标降序排列加入集合Φ{desc}， 同时计算当前时刻的负载 平衡阈值uthr(t)， 并规定在同一时间， 调度器节 点只响应一个负载迁移请求， 在此请求完成 后才能再次接受请求； 采用贪心思想遍历各调度器节点每个采样时刻的最优负载迁移节点， 进行迭代选择， 计算最优控制的负载迁移量。 5.根据权利要求4所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统， 其特征在 于， 所述采用贪心思想遍历各调度器节点每个采样时刻的最优负载迁移节点， 进行迭代选 择， 计算最优控制的负载迁移量； 具体包括： 计算TLT指标， 选择空 闲度最小的调度器节点作为负载迁移对象； 若存在多个空闲度相同的调度器节点， 则计算单个调度器节点TSW指标， 并选择权重较 高的调度器节点作为首个负载迁移对象， 根据该调 度器节点的资源状态计算单次负载迁移 量ui,j(t)， 当单次负载迁移量超 过负载平衡阈值ui,j(t)时， 将该调度器节点 从集合中去除， 并顺延选择后续调度器节点重新计算是否可接受任务调度请求； 计算最优控制的负载迁移总量U*(t)， 并对该调度器节点进行标记， 将负载迁移标记系 数hi,j(t)置为0.5 。 6.根据权利要求1所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统， 其特征在 于， 所述系统还 包括： 全局资源 控制模块、 监视器、 弹性伸缩 模块和容器编排工具； 其中， 所述全局资源 控制模块， 用于通过心跳 机制接收服 务器集群中任务的挂 起状态； 所述监视器， 用于通过订阅全局资源控制模块的心跳信息， 定时监控执行器节点所在 的服务器集群中的任务 挂起情况； 所述弹性伸缩模块， 用于根据任务挂起情况采用动态 弹性扩容算法Auto  Scale(·)创 建新的执行器节点并保存至扩容队列Expanding  Q中， 还用于发送创建新执行器节点指令 至容器编排工具； 所述容器编排工具， 用于在扩容队列中读取新的执行器节点信息， 新建执行器节点并 加入到容器集群中。 7.根据权利要求6所述的面向空间操控仿真模型计算的动态任务调度系统， 其特征在 于， 所述弹性伸缩 模块的处 理过程具体包括： 根据每一个被挂起任务的资源信息设定执行器节点的类型type， 如果扩容队列权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115454649 A 3