基于节点自治的完全分布式网格计算模型的研究

摘要

基于Internet的高吞吐率计算系统利用Internet上大量的空闲计算资源来解决参数研究、蒙特卡罗模拟等大规模分布式计算问题,是计算网格的一个重要研究方向。一个良好的高吞吐率计算系统必须能容纳大规模的资源,并在动态的环境中为用户提供持续、可靠的计算能力,但由于Internet资源的分布性、异构性和动态性,实现这一目标存在着很多问题。本研究基于节点自治、完全分布的思想,重点解决在Internet上部署高吞吐率计算系统的扩展性和动态性两个关键问题,使其具有良好的扩展性、可靠性和可用性。
　　 本文的主要研究内容包括:
　　 提出了一个基于节点自治的完全分布式网格计算模型DAGrid。该模型采用完全分布的体系结构,具有良好的扩展性。在该模型中,不存在任何全局或局部管理节点,所有节点地位相等,功能相同,各自管理自己的资源,用户可以方便地共享和使用计算资源。
　　 提出了一个信息管理机制,该信息机制抽象出各种计算资源的本质特征:计算能力,并由DAGrid中每个节点维护其相邻节点的一些简单信息。在此基础上,研究了与之相适应的递归资源调度算法和资源竞争算法,在没有任何全局知识的情况下,将任务分布到离用户最近的空闲节点运行,并有效地解决多个用户对资源的竞争,自然地形成合理范围的计算资源为各个用户服务,该资源范围随着系统的运行动态变化。
　　 面对Internet环境的动态性,提出了一个与DAGrid相适应的有限任务复制算法。该算法以消耗一定的额外计算能力为代价来有效地屏蔽环境的动态性,保证用户提交的应用能够顺利完成,使。DAGrid在动态的环境中具有良好的可用性和可靠性。
　　 在BA模型基础上,提出了一个给定平均连接度的无标度网络演化模型。该演化模型在本文用于Internet拓扑仿真,按照该演化模型构造的Internet仿真拓扑的度分布特性和平均连接度符合真实的Internet拓扑特征。
　　 开发了一个仿真软件来验证DAGrid的正确性,并对其进行初步的性能分析和评价。通过模拟真实系统中的多种情况,本研究使用按照给定平均连接度的无标度网络演化模型生成的Internet自治系统级仿真拓扑和其它网络拓扑对DAGrid进行了多次仿真。仿真结果显示该网格计算模型负载分布合理,能有效地屏蔽环境的动态性,并使系统中共享的计算能力能得到充分利用,可用于动态的Internet环境中大量计算资源的有效共享。