一种云际环境中跨利益主体的计算资源协作方法及系统

本发明涉及云际计算，具体涉及一种云际环境中跨利益主体的计算资源协作方法及系统。

背景技术：

1、随着大语言模型训练及科学计算等任务的增长，算力需求正在大规模增长，预计每三到四个月翻一番，针对如何在有限资源下提供更优质的任务资源服务对各资源提供商提出了更高的要求。但是目前隶属于不同利益主体的资源提供者算力资源仍处于割裂状态并且存在资源不均衡而导致资源碎片问题，如何动态有效地激励不同的资源提供者协作，在兼顾用户延迟需求与资源提供者利益的情况下，提高短期利润与长期资源均衡以处理更多的任务获得长期利润最大化，成为待解决的问题。

2、云际计算环境中，资源提供者在提供算力资源在地理位置、资源类型、成本价格、服务质量等方面均存在差异。由于任务资源需求量增大，单个资源提供者存在两方面局限性，一是资源有限导致任务完成时延增加，造成用户支付价格降低；二是资源配置与异构任务资源需求不匹配导致的资源碎片问题造成生产成本增加。因此需要一种云际计算资源对等协作机制可以有效地组织多个资源提供者进行任务协作以解决上述提及的任务延迟与资源不均衡问题，提高用户和资源提供者的满意度。该机制中包括用户、云际协调者与云际参与者三个角色，云际参与者包括可以提供闲散算力的个人用户与拥有大规模数据中心的云厂商。由用户择优选择云际参与者提交任务，由该参与者承担云际协调者的角色，从任务队列中读取任务需求，筛选符合条件的参与者组织资源协作。目前关于多云协作的相关研究主要有三个难点，分别为“难激励”：由于难以兼顾双方利益而无法激励参与者和用户加入；“难公平”：难以针对不同跨利益主体的参与者进行公平分配；“难落地”：资源画像大多仅单维度刻画资源，过于粗粒度而难以落地。因此，如何在充分考虑各资源提供商的利益情况下，从任务角度出发，构建一个动态、可信、对等的云际参与者协作激励机制使其可以合作共赢，兼顾用户延迟需求和云际参与者资源利用率与利润需求，并提供公平的利润分配机制，同时允许资源提供者可以动态自由退出而不被绑定成为一个关键挑战。

3、因此亟须设计一种云际环境中支持对等协作的跨利益主体资源对等协作策略，并进行公平利润分配，以促使云际环境中不同云厂商异构资源的有效协作、提高综合效益。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种云际环境中跨利益主体的计算资源协作方法及系统，本发明旨在实现云际环境中支持对等协作的跨利益主体资源对等协作调度，并进行公平利润分配，以促使云际环境中不同云厂商异构资源的有效协作、提高综合效益。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种云际环境中跨利益主体的计算资源协作方法，包括：

4、s101，云际协调者接收用户提交的任务；

5、s102，云际协调者基于任务的资源需求筛选符合要求的参与者并将任务发送给参与者；

6、s103，云际协调者收到参与者的应答信息，包括是否参与、各类资源的可提供资源量及成本；

7、s104，云际协调者组织参与者协作完成任务，并形成任务的协作方案；

8、s105，云际协调者将任务的协作方案发送给各个参与者，等待参与者的协作方案确认消息，若收到所有参与者的协作方案确认消息，则跳转步骤s106，否则，跳转步骤s104以重新提供新的任务协作方案；

9、s106，云际协调者等待并记录参与者对任务的协作方案的完成情况，若所有参与者对任务的协作方案的服务已完成，则跳转步骤s107；否则，针对未完成的剩余任务，云际协调者跳转步骤s104以提供新的任务协作方案；

10、s107，云际协调者将任务的利润在参与者之间进行公平分配。

11、可选地，步骤s102中任务的资源需求采用六元组表示，任意任务tj的六元组tj的函数表达式为：

12、

13、上式中，表示任务tj的子任务数量，分别表示任务tj中单个子任务的cpu、内存、网络带宽、磁盘io的资源需求以及执行时间。

14、可选地，步骤s103中投标信息的各类资源的可提供资源量及成本包括各类资源的可提供资源量及成本其中分别表示cpu、内存、网络带宽、磁盘io的可提供资源量，分别表示cpu、内存、网络带宽、磁盘io的成本。

15、可选地，步骤s104包括：

16、s201，云际协调者基于任务的资源需求以及参与者的投标信息确定协作模型，包括确定参与者为多个参与者的集合n＝{sp1，sp2，...，spi，...，spn}，策略集为调度方案的集合s＝{s1，s2，...，su，...，so}以及效用函数v(su，n)，其中sp1～spn为应标的参与者，s1～so为协作方案，n为应标的参与者数量，任意第u个协作方案su为一个2*n的矩阵：

17、

18、上式中，x1～xn分别表示各个参与者分得的子任务数，rn1～rnn分别表示各个参与者提供的资源副本数；所述效用函数v(su，n)的函数表达式为：

19、v(su，n)＝curprofit(su，n)+fuprofit(su，n)，

20、curprofit(su，n)＝pr(t)-cost(su，n)，

21、

22、上式中，curprofit(su，n)为当前利润，fuprofit(su，n)为未来预期收益利润，pr(t)为用户支付资源价格，cost(su，n)为任务成本函数，n为云际环境中的参与者总数量，为第i个参与者的资源高可用评价函数值；

23、s202，基于双目标优化理论针对协作模型构建下式所示的目标函数，并计算出最优协作方案：

24、h(tj，n)＝max v(su，n)＝max(curprofit(su，n)+fuprofit(su，n))，

25、上式中，h(tj，n)为目标函数，max表示取最大值。

26、可选地，用户支付资源价格pr(t)的计算函数表达式为：

27、

28、上式中，di(t)∈[0，1]为功效系数，用以评估用户对任务完成时延的满意程度；pr表示用户的满意程度为1时愿意支付的最高价格；表示任务tj中单个子任务的执行时间，为用户最满意的任务执行时间，为用户所能接受的最长任务执行时间，t表示任务实际完成时间，且有：

29、

30、上式中，β表示用户支付价格对任务完成时间的敏感程度，表示用户最满意的任务执行时间，表示用户所能接受的最长任务执行时间，t表示时间。

31、可选地，任务成本函数cost(su，n)的计算函数表达式为：

32、

33、上式中，n为应标的参与者数量，cost(tj，ci，su)表示第i个参与者的成本，且有：

34、

35、

36、上式中，rni表示第i个参与者提供的资源副本数，表示参与者i提供第k份资源的成本，k表示参与者i提供的第k份资源，αi表示第i个参与者的学习因子，mi表示第i个参与者提供1份资源的成本；分别表示任务tj中单个子任务所需的cpu、内存、网络带宽、磁盘io的资源量；分别表示第i个参与者提供的cpu、内存、网络带宽、磁盘io的成本。

37、可选地，步骤s102中云际协调者基于任务的资源需求筛选参与者时，是指按照参与者的信任值γ从高到低选择参与者；步骤s107中云际协调者将任务的利润在参与者之间进行分配时，还包括根据下式更新参与者的信任值γ：

38、

39、上式中，τontime为按时完成任务协作的次数，τsum为参与任务协作的总次数。

40、可选地，步骤s107中云际协调者将任务的利润在参与者之间进行分配时，包括分别针对按时完成任务协作的参与者iontime，中途退出任务协作的参与者iexit，由于任务未完成而新加入的参与者inew按照下述方式执行利润分配：

41、

42、

43、

44、上式中，表示按时完成任务协作的参与者iontime的利润，为中途退出任务协作的参与者的利润，为由于任务未完成而新加入的参与者的利润，s′u为最终完成的资源协作方案，且有：

45、

46、上式中，profiti(su)为该任务协作方案所能获得的总利润，su为一个可行的任务协作方案，f为一个可行的参与者联盟，n为表示所有参与者集合，n为所有参与者的个数，curprofit(f)为参与者联盟f参加任务协作所能获得的当前利润，curprofit(f\{i})为去掉参与者i的参与者联盟f\{i}参加任务协作所能获得的当前利润。

47、此外，本发明还提供一种云际环境中跨利益主体的计算资源协作系统，包括相互连接的微处理器和存储器，所述微处理器被编程或配置以执行所述云际环境中跨利益主体的计算资源协作方法。

48、此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于被微处理器编程或配置以执行所述云际环境中跨利益主体的计算资源协作方法。

49、和现有技术相比，本发明主要具有下述优点：本发明方法包括云际协调者接收任务，筛选并将任务发送给参与者，收到参与者的应标消息和投标信息后组织参与者协作形成任务的协作方案并发送给各个参与者，等待参与者的协作方案确认消息，若收到所有参与者的协作方案确认消息，则等待并记录参与者对任务的协作方案的完成情况，若仍有未完成的剩余任务则重新筛选符合要求的参与者并将任务发送给参与者；最终在执行完毕后将任务的利润在参与者之间进行分配，支持自下而上的水平化调度，由各个资源提供商通过偏好相互协作而寻求一种资源分配方案，云际协调者在兼顾用户延迟需求和云际参与者综合效益的同时构建资源协作模型，其中生态参与者为各个云际参与者，选取让各个云际提供商综合效益最大的策略，并进行公平利润分配，能够促使不同云厂商异构资源的有效协作、提高综合效益，本发明旨在实现云际环境中支持对等协作的跨利益主体资源对等协作调度，并进行公平利润分配，以促使云际环境中不同云厂商异构资源的有效协作、提高云际计算的综合效益。