關(guān)于網(wǎng)格資源管理與調(diào)度算法的研究

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1、山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論1．1本文的研究對(duì)象、目的和意義近年來，Internet技術(shù)、高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都有快速的發(fā)展，把地理上分布的各種異構(gòu)資源作為一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算系統(tǒng)來使用成為了可能。由此構(gòu)成了統(tǒng)一的計(jì)算系統(tǒng)，即網(wǎng)格系統(tǒng)。網(wǎng)格(Grid)【l，2l是當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域新興起的一項(xiàng)有很高學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值的研究課題。眾所周知，高性能計(jì)算已經(jīng)成為許多科學(xué)和工程實(shí)踐的關(guān)鍵技術(shù)。科學(xué)家們也越來越多地使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來研究復(fù)雜現(xiàn)象，例如可以用來預(yù)測(cè)復(fù)雜的非線性現(xiàn)象，或者是在做實(shí)驗(yàn)之前，就可探索物理參數(shù)的變化規(guī)律，甚至還可以用來模擬

2、現(xiàn)實(shí)世界中所發(fā)生的某些事件．然而，盡管超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力在不斷增長(zhǎng)，仍然有許多應(yīng)用無法實(shí)現(xiàn)。因這些應(yīng)用往往需要處理能力強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)的支持。但是超級(jí)計(jì)算機(jī)造價(jià)極高，通常只有一些國(guó)家級(jí)的部門，如航天、氣象等部門才有能力配置這樣的設(shè)備；另一方面，某些應(yīng)用對(duì)計(jì)算的要求非常高，即使是現(xiàn)在最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)也無法提供它們所需的資源，這時(shí)就需要將高性能計(jì)算依托Intemet或其他高速網(wǎng)絡(luò)將遍布世界各個(gè)角落的能力千差萬別的計(jì)算資源聯(lián)結(jié)在一起，形成大規(guī)模的幾乎可以無限擴(kuò)展的計(jì)算能力。網(wǎng)格是“一個(gè)由硬件和軟件系統(tǒng)組成的架構(gòu)，它可以提供可靠的，協(xié)調(diào)的，無處不在的和

3、低廉的高端計(jì)算能力?”【”．比如由美國(guó)NSF(國(guó)家自然科學(xué)基金)支持建設(shè)的網(wǎng)格計(jì)算系統(tǒng)—．DTF(DistributedTerascaleFacility)就是一個(gè)較為成功的網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目。通過分布在不同地點(diǎn)的高性能計(jì)算設(shè)備的接入，DTF可以很容易的擴(kuò)充計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，同時(shí)也便于各地的研究者進(jìn)行協(xié)同工作．DTF所擁有的每秒13．6萬億次的計(jì)算能力大約是“深藍(lán)”超級(jí)計(jì)算機(jī)的1000倍，強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力使其能夠滿足如生命科學(xué)、大氣分析、高能物理等眾多領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡?jì)算的要求．由此看來，網(wǎng)格的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。上個(gè)世紀(jì)八十年代末期，CAS

4、A[31項(xiàng)目的研究人員首先提出了元計(jì)算和元計(jì)算機(jī)的概念，元計(jì)算是計(jì)算網(wǎng)格思想的最初原型．1997年lO月美國(guó)國(guó)家基金(NsF)宣布了面向21世紀(jì)的“計(jì)算科學(xué)聯(lián)盟”重大基金項(xiàng)目Grid．該項(xiàng)目計(jì)劃以美國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)的網(wǎng)格計(jì)算為目標(biāo)，在全國(guó)范圍內(nèi)建立一個(gè)高級(jí)計(jì)算的基礎(chǔ)底層結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的高性能并行與分布式計(jì)算，在大范圍內(nèi)由高速網(wǎng)絡(luò)把分布在各地的計(jì)算資源和數(shù)據(jù)資源連接在一起，解決宇宙學(xué)、生物工程等科學(xué)領(lǐng)域的計(jì)算問題．近十年來，計(jì)算網(wǎng)格的研究已取得了階段性的成果，如Globus[4]I具包等．網(wǎng)格計(jì)算是目前越來越重要的計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域，是關(guān)系科研

5、、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、國(guó)防的重要國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)內(nèi)外都引起了廣泛的關(guān)注，也是中國(guó)IT界跟蹤世界先進(jìn)技術(shù)潮流的一個(gè)主戰(zhàn)場(chǎng)。．目前，計(jì)算網(wǎng)格的研究工作已經(jīng)大大超出了Grid計(jì)劃最初的設(shè)想。其目標(biāo)已經(jīng)不僅限于為解決大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算，工業(yè)界與學(xué)術(shù)界正聯(lián)合使網(wǎng)格在更廣泛的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。許多研究項(xiàng)目的研究結(jié)果表明，網(wǎng)格確實(shí)是一個(gè)可行的高性能分布式計(jì)算模型，同時(shí)1些奎墮墮查蘭堡圭蘭堡笙苧也展示了許多急需解決的挑戰(zhàn)性問題．如何有效地管理和調(diào)度資源是影響網(wǎng)格計(jì)算是否成功的最重要因素之一．由于資源在廣域上分布、本質(zhì)上異構(gòu)、由不同的個(gè)人或組織擁有、有不同的存取和花費(fèi)

6、模式、負(fù)載和可用性動(dòng)態(tài)變化，網(wǎng)格環(huán)境下的資源管理十分復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性。而人們?cè)噲D實(shí)現(xiàn)使應(yīng)用能夠便利地從一個(gè)大范圍的、分布的資源池中獲取所需的各種資源。因此，資源管理和調(diào)度是網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的核心和靈魂．從微觀角度而言，資源管理體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用調(diào)度機(jī)制會(huì)對(duì)網(wǎng)格系統(tǒng)應(yīng)用執(zhí)行的效果產(chǎn)生重要影響；從宏觀角度而言，資源管理問題的有效全面解決是網(wǎng)格系統(tǒng)走向?qū)嶋H運(yùn)用的一個(gè)關(guān)鍵因素．因此，對(duì)于計(jì)算網(wǎng)格資源管理和調(diào)度算法問題的研究，對(duì)當(dāng)前和未來計(jì)算網(wǎng)格的發(fā)展和應(yīng)用都將具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。1．2當(dāng)前網(wǎng)格資源管理研究的不足之處盡管Globus等網(wǎng)格項(xiàng)目對(duì)網(wǎng)格應(yīng)

7、用提供了較好的支持，但是包括Globus在內(nèi)的很多網(wǎng)格系統(tǒng)在資源管理上仍存在以下問題Is】16】川嘲：(1)對(duì)多資源聯(lián)合分配沒有提供支持或支持很弱．這正是網(wǎng)格首要的問題，目前已有的聯(lián)合分配方法需要全局系統(tǒng)狀態(tài)信息，通信開銷較大，而且沒有很好地解決如何在分布自主的資源管理決策之間實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致的問題，不能確保向應(yīng)用提供相互匹配的服務(wù)。(2)無法適應(yīng)資源供需的動(dòng)態(tài)變化．已有的資源管理技術(shù)在考慮負(fù)載變化的同時(shí)很少考慮資源能力的變化，而網(wǎng)格要求資源管理技術(shù)必須要實(shí)現(xiàn)對(duì)于資源供需動(dòng)態(tài)變化的自適應(yīng)，能夠在線動(dòng)態(tài)調(diào)整資源管理策略。(3)資源管理沒有服務(wù)質(zhì)量保

8、證機(jī)制。已有的資源管理技術(shù)雖然都追求高服務(wù)質(zhì)量和資源利用率、盡量降低作業(yè)的平均響應(yīng)時(shí)間，但是并不能保證作業(yè)的平均響應(yīng)時(shí)間能夠低到某個(gè)具體的程度，因而只能向用戶提供盡