Request scheduling in multiple server environments using multi-objective optimization

Abstract

Scheduling problems are difficult combinatorial problems because not only do schedulers explore the extremely large search space of possible solutions, but also a variety of desires and constraints are satisfied simultaneously. Moreover, different performance objectives sometimes conflict with each other. Each system’s characteristics should be reflected on scheduling algorithms for the efficiency of performances. We address new efficient algorithms that combine multiple objectives and reflect characteristics of systems or devices in elevator group control systems and MEMS-based storage device respectively. First of all, a new elevator group control system is presented. Its objectives are minimizing energy consumption as well as minimizing passengers' waiting time. Since both objectives sometimes conflict, we try to reduce energy consumption within tolerable average waiting time. Experimental results show that the proposed system decreases energy consumption significantly and also guarantees threshold of average waiting time. We also describe a new request scheduling algorithm for MEMS-based storage. The proposed algorithm considers the number of pending requests, the age factor and the positioning delays on a specific (x, y) location in the two dimensional square structure. Simulation studies show that the proposed algorithms improve the performance of MEMS-based storage by up to 39.2% in terms of the average response time and 62.4% in terms of starvation resistance.;스케줄링 문제는 넓은 상태 공간을 탐색하면서 시스템 특징에 따라 복합적이고 다양한 요구사항과 함께 제약 조건들을 동시에 만족시켜야 한다. 또한, 다양한 요구사항 사이에는 상충적 관계를 가지고 있는 경우도 발생하며 조정이 필요하게 된다. 이러한 이유로 효율적인 스케줄링 방법에 대한 필요성이 시스템의 성능과 결부되면서 중요성을 가지게 된다. 본 논문에서는 다양한 목적을 동시에 만족시키기 위한 스케줄링 연구로서 그룹 엘리베이터 시스템과 MEMS 기반 저장장치에 대한 효율적인 스케줄링 방법을 제안한다. 그룹 엘리베이터 스케줄링에서는 승객들의 대기 시간과 함께 기존 연구에서는 많이 다뤄지지 않은 에너지 요소에 대하여 고려하였다. 또한, 승객들의 대기 시간과 에너지 소비 요소 사이에는 상충 관계를 가지고 있기 때문에 이들을 조정하기 위해 승객들의 한계 대기 시간을 설정하였다. 실험 결과를 통하여 한계 대기 시간 안에서 승객들의 적합한 대기 시간을 보장하면서 에너지 소비를 확연하게 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다. MEMS 기반 저장장치에 대한 스케줄링 방법에서는 대기 중인 요청에 대한 빠른 응답과 요청 처리 순서에 있어서의 공정함을 고려하였다. 요청에 대한 빠른 응답 시간은 MEMS 기반 저장장치의 물리적 특징인 병렬성을 증가시키는 요소와 헤드의 움직임을 줄이기 위해 시크 타임에 대한 요소를 고려함으로써 스케줄링에 반영하였고 요청들의 대기 시간을 이용하여 기아 상태에 대하여 방지하도록 하였다. 실험을 통해 요청들의 응답시간은39.2%, 기아상태는 62.4%까지 각각 향상되었음을 보여줄 수 있었다.