第2章 スタートガイド: クラウドバランシングの例

手順

1. ドメインモデルのクラス図を作成します。
2. 正規化して複製データを削除します。

3. クラスごとに サンプルインスタンス を記述します。サンプルインスタンスは、プランニングの目的に関連するエンティティープロパティーです。

   • Computer: 特定のハードウェアが搭載され、特定の保守コストが発生するコンピューターを表します。

     この例では、cpuPower、memory、networkBandwidth、cost が Computer クラスのサンプルインスタンスです。

   • Process: デマンドのあるプロセスを表します。このプロセスは、Planner によって Computer に割り当てられます。

     Process のサンプルインスタンスは requiredCpuPower、requiredMemory および requiredNetworkBandwidth です。

   • CloudBalance: コンピューター間のプロセスの配分を表します。CloudBalance には、特定のデータセットの Computer および Process がすべて含まれます。

     全データセットおよび解を表すオブジェクトの場合は、score を格納するサンプルインスタンスが必要です。Business Optimizer は異なる解のスコアを計算して、比較します。最高スコアの解が最適解となります。このため、CloudBalance のサンプルインスタンスは score になります。

4. プランニング中にどの関係 (またはフィールド) が変化するか判断します。

   • Planning entity (プランニングエンティティー): 解決中に Business Optimizer が変更可能なクラス。この例では、別のコンピューターにプロセスを移動できるので Process クラスです。

     • Business Optimizer が変更できな入力データを表現するクラスは、問題ファクト として知られています。
   • Planning variable (プランニング変数): 解決時に変化するプランニングエンティティークラスのプロパティー。この例では、Process クラスの computer プロパティーがそれにあたります。
   • Planning solution (プランニングの解): 問題への解を表現するクラス。このクラスは、プランニングエンティティーをすべて含むデータセットを表す必要があります。この例では、CloudBalance クラスがそれにあたります。

手順

1. cloudBalancingSolverConfig.xml ファイルで設定を追加するか、アンコメントします。

     <scoreDirectorFactory>
       <easyScoreCalculatorClass>org.optaplanner.examples.cloudbalancing.optional.score.CloudBalancingEasyScoreCalculator</easyScoreCalculatorClass>
     </scoreDirectorFactory>

2. calculateScore(Solution) メソッドを実装して HardSoftScore インスタンスを返します。

   例2.6 CloudBalancingEasyScoreCalculator.java

   public class CloudBalancingEasyScoreCalculator implements EasyScoreCalculator<CloudBalance> {
   
       /**
        * A very simple implementation. The double loop can easily be removed by using Maps as shown in
        * {@link CloudBalancingMapBasedEasyScoreCalculator#calculateScore(CloudBalance)}.
        */
       public HardSoftScore calculateScore(CloudBalance cloudBalance) {
           int hardScore = 0;
           int softScore = 0;
           for (CloudComputer computer : cloudBalance.getComputerList()) {
               int cpuPowerUsage = 0;
               int memoryUsage = 0;
               int networkBandwidthUsage = 0;
               boolean used = false;
   
               // Calculate usage
               for (CloudProcess process : cloudBalance.getProcessList()) {
                   if (computer.equals(process.getComputer())) {
                       cpuPowerUsage += process.getRequiredCpuPower();
                       memoryUsage += process.getRequiredMemory();
                       networkBandwidthUsage += process.getRequiredNetworkBandwidth();
                       used = true;
                   }
               }
   
               // Hard constraints
               int cpuPowerAvailable = computer.getCpuPower() - cpuPowerUsage;
               if (cpuPowerAvailable < 0) {
                   hardScore += cpuPowerAvailable;
               }
               int memoryAvailable = computer.getMemory() - memoryUsage;
               if (memoryAvailable < 0) {
                   hardScore += memoryAvailable;
               }
               int networkBandwidthAvailable = computer.getNetworkBandwidth() - networkBandwidthUsage;
               if (networkBandwidthAvailable < 0) {
                   hardScore += networkBandwidthAvailable;
               }
   
               // Soft constraints
               if (used) {
                   softScore -= computer.getCost();
               }
           }
           return HardSoftScore.valueOf(hardScore, softScore);
       }
   
   }

手順

1. クラスパスに scoreDrl リソースを追加してスコア機能としてデシジョンエンジンを使用します。cloudBalancingSolverConfig.xml ファイルで、設定を追加するか、アンコメントします。

     <scoreDirectorFactory>
       <scoreDrl>org/optaplanner/examples/cloudbalancing/solver/cloudBalancingScoreRules.drl</scoreDrl>
     </scoreDirectorFactory>

2. ハード制約を作成します。これらの制約で、すべてのコンピューターに、十分な CPU、メモリー、ネットワーク帯域幅が割り当てられ、全プロセスがサポートされるようになります。

   例2.7 cloudBalancingScoreRules.drl - ハード制約

   ...
   
   import org.optaplanner.examples.cloudbalancing.domain.CloudBalance;
   import org.optaplanner.examples.cloudbalancing.domain.CloudComputer;
   import org.optaplanner.examples.cloudbalancing.domain.CloudProcess;
   
   global HardSoftScoreHolder scoreHolder;
   
   // ############################################################################
   // Hard constraints
   // ############################################################################
   
   rule "requiredCpuPowerTotal"
       when
           $computer : CloudComputer($cpuPower : cpuPower)
           accumulate(
               CloudProcess(
                   computer == $computer,
                   $requiredCpuPower : requiredCpuPower);
               $requiredCpuPowerTotal : sum($requiredCpuPower);
               $requiredCpuPowerTotal > $cpuPower
           )
       then
           scoreHolder.addHardConstraintMatch(kcontext, $cpuPower - $requiredCpuPowerTotal);
   end
   
   rule "requiredMemoryTotal"
       ...
   end
   
   rule "requiredNetworkBandwidthTotal"
       ...
   end

3. ソフト制約を作成します。この制約は、保守コストを最小限に抑えます。ハード制約に該当する場合にのみ適用されます。

   例2.8 cloudBalancingScoreRules.drl - ソフト制約

   // ############################################################################
   // Soft constraints
   // ############################################################################
   
   rule "computerCost"
       when
           $computer : CloudComputer($cost : cost)
           exists CloudProcess(computer == $computer)
       then
           scoreHolder.addSoftConstraintMatch(kcontext, - $cost);
   end