關于網(wǎng)格資源管理與調(diào)度算法的研究

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1、山東師范大學碩士學位論文第一章緒論1．1本文的研究對象、目的和意義近年來，Internet技術、高性能計算機技術和高速網(wǎng)絡技術都有快速的發(fā)展，把地理上分布的各種異構資源作為一個統(tǒng)一的計算系統(tǒng)來使用成為了可能。由此構成了統(tǒng)一的計算系統(tǒng)，即網(wǎng)格系統(tǒng)。網(wǎng)格(Grid)【l，2l是當今計算機科學領域新興起的一項有很高學術價值和應用價值的研究課題。眾所周知，高性能計算已經(jīng)成為許多科學和工程實踐的關鍵技術?？茖W家們也越來越多地使用超級計算機來研究復雜現(xiàn)象，例如可以用來預測復雜的非線性現(xiàn)象，或者是在做實驗之前，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)實世界中所發(fā)生的某些事件．然而，盡管超級計算機的能力在不斷增長，仍然有許多應用無法實現(xiàn)。因這些應用往往需要處理能力強大的超級計算機的支持。但是超級計算機造價極高，通常只有一些國家級的部門，如航天、氣象等部門才有能力配置這樣的設備；另一方面，某些應用對計算的要求非常高，即使是現(xiàn)在最大的超級計算機也無法提供它們所需的資源，這時就需要將高性能計算依托Intemet或其他高速網(wǎng)絡將遍布世界各個角落的能力千差萬別的計算資源聯(lián)結在一起，形成大規(guī)模的幾乎可以無限擴展的計算能力。網(wǎng)格是“一個由硬件和軟件系統(tǒng)組成的架構，它可以提供可靠的，協(xié)調(diào)的，無處不在的和

3、低廉的高端計算能力?”【”．比如由美國NSF(國家自然科學基金)支持建設的網(wǎng)格計算系統(tǒng)—．DTF(DistributedTerascaleFacility)就是一個較為成功的網(wǎng)格計算項目。通過分布在不同地點的高性能計算設備的接入，DTF可以很容易的擴充計算能力和存儲能力，同時也便于各地的研究者進行協(xié)同工作．DTF所擁有的每秒13．6萬億次的計算能力大約是“深藍”超級計算機的1000倍，強大的計算和存儲能力使其能夠滿足如生命科學、大氣分析、高能物理等眾多領域?qū)Ω咝阅苡嬎愕囊螅纱丝磥?，網(wǎng)格的研究具有很強的現(xiàn)實意義。上個世紀八十年代末期，CAS

4、A[31項目的研究人員首先提出了元計算和元計算機的概念，元計算是計算網(wǎng)格思想的最初原型．1997年lO月美國國家基金(NsF)宣布了面向21世紀的“計算科學聯(lián)盟”重大基金項目Grid．該項目計劃以美國全國范圍內(nèi)的網(wǎng)格計算為目標，在全國范圍內(nèi)建立一個高級計算的基礎底層結構，以實現(xiàn)大區(qū)域的高性能并行與分布式計算，在大范圍內(nèi)由高速網(wǎng)絡把分布在各地的計算資源和數(shù)據(jù)資源連接在一起，解決宇宙學、生物工程等科學領域的計算問題．近十年來，計算網(wǎng)格的研究已取得了階段性的成果，如Globus[4]I具包等．網(wǎng)格計算是目前越來越重要的計算機科學研究領域，是關系科研

5、、經(jīng)濟、社會、國防的重要國家基礎設施，在國內(nèi)外都引起了廣泛的關注，也是中國IT界跟蹤世界先進技術潮流的一個主戰(zhàn)場。．目前，計算網(wǎng)格的研究工作已經(jīng)大大超出了Grid計劃最初的設想。其目標已經(jīng)不僅限于為解決大規(guī)?？茖W計算，工業(yè)界與學術界正聯(lián)合使網(wǎng)格在更廣泛的領域得到推廣和應用。許多研究項目的研究結果表明，網(wǎng)格確實是一個可行的高性能分布式計算模型，同時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、由不同的個人或組織擁有、有不同的存取和花費

6、模式、負載和可用性動態(tài)變化，網(wǎng)格環(huán)境下的資源管理十分復雜和具有挑戰(zhàn)性。而人們試圖實現(xiàn)使應用能夠便利地從一個大范圍的、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)格計算環(huán)境的核心和靈魂．從微觀角度而言，資源管理體系結構和應用調(diào)度機制會對網(wǎng)格系統(tǒng)應用執(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運用的一個關鍵因素．因此，對于計算網(wǎng)格資源管理和調(diào)度算法問題的研究，對當前和未來計算網(wǎng)格的發(fā)展和應用都將具有重要的理論意義和實踐價值。1．2當前網(wǎng)格資源管理研究的不足之處盡管Globus等網(wǎng)格項目對網(wǎng)格應

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現(xiàn)協(xié)調(diào)一致的問題，不能確保向應用提供相互匹配的服務。(2)無法適應資源供需的動態(tài)變化．已有的資源管理技術在考慮負載變化的同時很少考慮資源能力的變化，而網(wǎng)格要求資源管理技術必須要實現(xiàn)對于資源供需動態(tài)變化的自適應，能夠在線動態(tài)調(diào)整資源管理策略。(3)資源管理沒有服務質(zhì)量保

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