耦合分布式系统资源管理与任务调度子系统研究与实现

摘要

分布式仿真系统是地理上分布、异构和动态的各种计算资源集成，并提供可靠的、一致的、透明的、可扩展高端计算能力硬件和软件的综合基础结构，使用户可以解决各种多机协调仿真问题而不受地理边界限制，透明、无缝且有效地使用系统资源。一般的作业是指单个任务或者并行任务，而耦合分布式任务仿真是在高速列车数字化仿真需求下，对任务提出的一种新的仿真需求，即某个任务的仿真计算依赖于其他一个或多个任务，任务与任务之间存在输入输出的耦合关系。毫无疑问，既然是分布式仿真，那么针对这种仿真特点，需要搭建一个适合其仿真运行的分布式仿真架构，从而解决仿真过程中对资源和工况管理以及仿真任务调度问题。
　　 本文以高速列车数字化仿真平台为研究背景，在分析用户需求的基础上，设计并实现了基于耦合分布式仿真的资源管理与任务调度子系统。本系统主要完成分布式系统的资源管理、工况管理以及仿真工况和仿真任务的调度。在此基础上，对系统中出现的计算资源故障以及工况仿真运行过程中出现的故障进行了一定的处理，并对调度系统本身可能出现的故障进行了相应的恢复。在资源管理方面引入了多Agent技术，通过运行于计算资源结点上的Agent软件实现对资源的注册、注销，资源更新、资源回收以及资源故障检测等;在工况管理中实现了对多个工况的同时管理，包括工况优先级的排序、工况资源请求信息的解析，工况的查询、控制、工况状态的管理等;工况调度实现了工况的预调度、耦合器负载均衡以及对工况耦合任务的调度，同时对外提供了调度策略的管理接口，供用户设计特定的调度策略;通过与代理的结合，调度器还能检测系统中的掉线资源，能根据其它子系统提供的工况仿真信息检测到某些故障工况并进行处理，在系统本身出现故障关闭后重启，能根据数据库中和文件中存储的信息正确恢复运行中的系统资源信息和工况信息，从而确保仿真系统能够继续正常运行。本系统中所使用的文件数据、仿真过程中所使用的仿真数据，系统中的计算机资源信息等均通过数据库保存，提高了系统的稳定性，并便于对相关信息数据的管理。调度系统与其他子系统之间通过UDP协议通信，通过自定义的通信协议实现相互之间的网络数据通信。
　　 本文首先介绍了系统的研究背景和意义、国内外研究现状及主要研究工作，接着进行需求分析，详细介绍了系统设计目标及功能需求;在此基础上，简要介绍了该系统的各个功能模块，并详细介绍了这些功能模块的设计和实现;最后对整个系统进行功能测试，同时对整个工作进行了总结和展望，分析并指出了目前存在的不足及下一步研究工作。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究工作

1．4 论文组织结构

1．5 名词解释

第2章 系统需求分析

2．1 概述

2．2 系统设计目标

2．3 系统功能需求

2．3．1 工况管理需求

2．3．2 资源管理需求

2．3．3 工况调度需求

2．3．4 故障恢复需求

2．3．5 其它方面的功能需求

2．4 系统性能需求

2．5 外部接口需求

2．6 硬件需求

2．7 软件需求

2．8 数据库设计需求

第3章 系统总体设计

3．1 概述

3．2 软件层次划分

3．3 功能层次划分

3．3．1 资源管理

3．3．2 工况管理

3．3．3 调度模块

3．3．4 系统容错恢复

3．4 数据交互层设计

3．4．1 通信模块设计

3．4．2 数据库操作模块的设计

3．4．3 外存访问接口设计

3．5 主要数据结构设计

3．6 数据库设计

3．6．1 工况描述表

3．6．2 工况模块表

3．6．3 计算机资源信息参数表

第4章 详细设计

4．1 概述

4．2 数据交互层设计实现

4．2．1 通信模块

4．2．2 数据库操作模块

4．2．3 外存访问接口

4．3 资源管理功能实现

4．3．1 资源注册

4．3．2 资源注销

4．3．3 资源更新

4．3．4 资源回收

4．3．5 资源查询

4．4 工况管理实现

4．4．1 工况提交

4．4．2 工况任务管理

4．5 工况调度

4．5．1 工况预调度

4．5．2 工况任务调度

4．5．3 耦合器负载均衡

4．5．4 工况调度流程

4．5．5 调度算法管理

4．5．6 工况控制

4．6 恢复模块

4．6．1 工况故障检测

4．6．2 资源故障检测

4．6．3 诊断与恢复

4．6．4 自恢复

第5章 系统测试及结果分析

5．1 系统测试

5．2 测试环境

5．3 测试用例

5．4 测试结果显示

5．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

附录1 通信协议

附录2 数据库设计

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目