一种云实验平台下资源优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开一种云实验平台下资源优化方法，属于云计算技术领域。
【背景技术】
[0002] 当今信息技术发展迅速，各类新技术、新器件和新产品不断涌现，高校实验教学内 容不断更新，与之配套的硬件器材更新换代速度也不断加快。传统的现场实验教学方式虽 有其优势，但受到时间、空间和实验设备数量等的限制，并不能很好的适应信息技术快速发 展的趋势。远程虚拟实验室应运而生，解决实验规模受设备数量限制而不能开展实物实验 等问题，摆脱了时间和空间的束缚。但虚拟实验室开发周期长，有些设备很难用软件模拟； 没有真正的硬件支持，不能保证实验结果的准确性。而一种"云平台"+ "网络"+ "实物" 的远程实验室的出现有效地解决了上述问题。基于"云平台"+ "网络"+ "实物"的云实验 平台是远程实验技术和云计算技术的融合，其实际试运营过程发现距离带来的网络通信延 迟、用户无作为占用实验板资源等问题，有时甚至严重影响云实验平台的优势发挥。因此针 对目前云实验平台上网络通信延迟大，实验板资源得不到充分利用，关键技术有待开发造 成的实验服务能力低于预期等问题，本发明提供一种云实验平台下资源优化方法，采用多 阻塞通信，通过设计新的通信协议格式、使用swith语句等手段减少网络延迟；设计适合 于云实验平台的最近最少调度算法指导实验板资源的分配；开发实验快照及恢复机制提高 在资源利用率。
【发明内容】
[0003] 本发明针对目前云实验平台上网络通信延迟大，实验板资源得不到充分利用，关 键技术有待开发造成的实验服务能力低于预期，不能有效利用云实验平台资源的问题，提 供一种云实验平台下资源优化方法，实现采取云实验平台的调度算法指导实验板资源的分 配，合理利用云实验平台资源；开发实验快照及云实验平台资源快速恢复利用，提高了资源 利用率。
[0004] 本发明提出的具体方案是： 一种云实验平台下资源优化方法，包括3个方面的优化，具体步骤为： ① 网络通信优化：用户执行一个实验操作从接收到运行结果输出，需要经过用户端的 处理、用户端到服务器端的网络传输、服务器端处理、服务器到实验板的网络传输和实验板 的处理5段的延时，通过使用Switch语句解析数据，各种命令的数据采用统一的格式，简化 数据分析，同时建立缓存和发送机制，将多个命令封装在一个TCP包中，减少通信次数，从 而缩短实验板的处理阶段的时间，达到网络通信优化目的； ② 实验板资源优化：记录每块实验板中FPGA配置信息所对应的实验内容记录每一块 实验板最近一段时间的使用次数；当用户请求分配实验板时，如果所做实验与从实验板资 源池寻找到的某类实验内容相同，那么分配这些空闲实验板中最不常使用的一块；如果没 有从实验板资源池中寻找到与所做实验内容相同的实验，那么找出所有空闲实验板中最不 常使用的一块分配出去； ③实验快照及恢复：当实验板资源中断时，启动远程服务器，用户端向远程服务器发送 链接请求，服务器响应连接请求，远程连接成功，本地客户端通过TCP/IP向远程服务器发 送测试命令，远程服务器读取测试命令并将收到的测试命令发送给实验电路板上JTAG边 界扫描控制器JTAG边界扫描控制器对FPGA进行边界扫描配置，并将扫描的FPGA所有状 态数据传回服务器并保存在数据库中，需要复用时，从数据库读出所有状态数据并置入正 在运行正常的FPGA芯片中，实现远程现场保存与恢复。
[0005] 所述的步骤①中建立缓存和发送机制具体过程为选择网络通信协议，网络通信协 议包括命令ID，数据长度和数据包三个字段；函数BuildDataPackage构建数据包，再发送 到实验板；调用实验功能接口函数，数据包暂时保存在缓存ByteBuffercommand中，直到 调用flush，将缓存中的数据发送出去。
[0006] 利用调用所述的函数flush()计算缓存大小，得到相应实验板的socket接口并将 缓存数据发送出去，然后清空缓存，flush()会等待实验板端返回运行结果，并保存结果。
[0007] 所述的步骤③中JTAG边界扫描控制器对FPGA进行边界扫描配置过程为：边界扫 描采用Boundary-scan模式，使TAP状态机进入IR移位状态，在将边界扫描配置指令载入 到Boundary-scanInstructionregister中，然后使TAP状态机进入Boundary-scandata register移位状态，在置入的扫描配置指令的控制下，将FPGA配置文件按位串行移入FPGA 内部配置存储器。
[0008] 所述的步骤③中当FPGA配置文件由VerilogHDL代码生成，则采用增量式备份方 式保存。
[0009] 本发明的有益之处是：本发明通过通信优化、实验板资源优化、开发实验快照及实 验迀移关键技术层层优化，进一步完善了云实验平台，有力的提高了用户在云实验平台进 行相关实验的效率，为云实验平台的全面部署奠定了坚实的技术基础。该平台把硬件实验 设备作为一种服务提供给用户，使用户可以通过网络全天候申请实验设备展开自主实验， 满足实践教学内容不断强化的需求，满足实践教学设计性、综合性和创新性的需求，满足实 践教学提升实验效率的需求。总的来说，该实验平台一旦部署实施，将会相对现有的教学训 练方式具有许多方面的明显改善，具有广泛的社会效益和经济效益，应用前景无可限量。
【附图说明】
[0010] 图1云实验平台的实验快照流程示意图； 图2云实验平台的实验迀移流程示意图。
【具体实施方式】
[0011] 结合附图，对本发明做具体的阐述。
[0012] 云实验平台下资源优化方法主要包括：网络通信优化、实验板资源优化、实验快照 及恢复机制。
[0013] 网络通信优化： 网络通信是基于TCP/IP-S0CKET，本发明的网络通信协议包括命令ID，数据长度和数 据三个字段，具体如下表：
【主权项】
1. 一种云实验平台下资源优化方法，其特征是包括3个方面的优化，具体步骤为： ① 网络通信优化；用户执行一个实验操作从接收到运行结果输出，需要经过用户端的 处理、用户端到服务器端的网络传输、服务器端处理、服务器到实验板的网络传输和实验板 的处理5段的延时，通过使用Switch语句解析数据，各种命令的数据采用统一的格式，简化 数据分析，同时建立缓存和发送机制，将多个命令封装在一个TCP包中，减少通信次数，从 而缩短实验板的处理阶段的时间，达到网络通信优化目的； ② 实验板资源优化；记录每块实验板中FPGA配置信息所对应的实验内容记录每一块 实验板最近一段时间的使用次数；当用户请求分配实验板时，如果所做实验与从实验板资 源池寻找到的某类实验内容相同，那么分配该些空闲实验板中最不常使用的一块；如果没 有从实验板资源池中寻找到与所做实验内容相同的实验，那么找出所有空闲实验板中最不 常使用的一块分配出去； ⑨实验快照及恢复；当实验板资源中断时，启动远程服务器，用户端向远程服务器发送 链接请求，服务器响应连接请求，远程连接成功，本地客户端通过TCP^P向远程服务器发 送测试命令，远程服务器读取测试命令并将收到的测试命令发送给实验电路板上JTAG边 界扫描控制器JTAG边界扫描控制器对FPGA进行边界扫描配置，并将扫描的FPGA所有状 态数据传回服务器并保存在数据库中，需要复用时，从数据库读出所有状态数据并置入正 在运行正常的FPGA巧片中，实现远程现场保存与恢复。
2. 根据权利要求1所述的一种云实验平台下资源优化方法，其特征是所述的步骤①中 建立缓存和发送机制具体过程为选择网络通信协议，网络通信协议包括命令ID，数据长度 和数据包S个字段；函数Buil曲ataPackage构建数据包，再发送到实验板；调用实验功能 接口函数，数据包暂时保存在缓存ByteBuffer command中，直到调用flush,将缓存中的数 据发送出去。
3. 根据权利要求2所述的一种云实验平台下资源优化方法，其特征是利用调用所述的 函数flushO计算缓存大小，得到相应实验板的socket接口并将缓存数据发送出去，然后 清空缓存，flush 0会等待实验板端返回运行结果，并保存结果。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的一种云实验平台下资源优化方法，其特征是所 述的步骤⑨中JTAG边界扫描控制器对FPGA进行边界扫描配置过程为；边界扫描采用 Boundary-scan模式，使TAP状态机进入IR移位状态，在将边界扫描配置指令载入到 Bounda巧-scan Instruction register 中，然后使 TAP 状态机进入 Bounda巧-scan data register移位状态，在置入的扫描配置指令的控制下，将FPGA配置文件按位串行移入FPGA 内部配置存储器。
5. 根据权利要求4所述的一种云实验平台下资源优化方法，其特征是所述的步骤⑨中 当FPGA配置文件由VerilogHDL代码生成，则采用增量式备份方式保存。
【专利摘要】本发明公开一种云实验平台下资源优化方法，属于云计算技术领域，具体步骤为①网络通信优化：保持网络通信顺畅，减少通信次数；②实验板资源优化：利用实验板资源池，对实验板分配进行优化；③实验快照及恢复；利用JTAG边界扫描技术对实验快照及恢复；本发明提供一种云实验平台下资源优化方法，采用多阻塞通信，通过设计新的通信协议格式、使用swith语句等手段减少网络延迟； 设计适合于云实验平台的最近最少调度算法指导实验板资源的分配；开发实验快照及恢复机制提高在资源利用率。
【IPC分类】H04L29-08
【公开号】CN104601697
【申请号】CN201510017628
【发明人】杨龙军, 吴楠
【申请人】浪潮电子信息产业股份有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月14日