网格环境下提供服务质量支持的任务调度研究

摘要

网格计算是近年来得到快速发展的广域网络计算技术。网格计算环境相对于一般网络计算环境来说有着更为复杂的特征，如存在多管理域和站点自治，系统的动态性、异构性和通信延迟的不确定性更高等。 网格任务调度负责协调资源、调度作业，在网格环境里如何有效地实现任务调度是影响网格计算成功的最重要因素之一。近年来，网格环境下服务质量(QoS)问题渐渐受到关注，提供非平凡的(nontrivial)服务质量成为网格的一大特征。调度问题的实质，一方面是尽量满足用户QoS要求，另一方面则要尽力优化系统吞吐率、资源利用率等系统性能指标。因此，在网格任务调度中提供QoS支持就成为网格系统是否能够提供非平凡服务质量的关键。 网格任务调度中提供QoS支持的研究主要有两个方面的难点：一个是如何描述和度量网格QoS；另一个是如何在调度中引入对网格QoS的支持。网格环境下的任务调度分为在线调度和批调度(离线调度)两种方式，在线调度算法以优化用户需求为调度目标，批调度以优化系统需求为调度目标：因此，在调度中引入QoS支持应根据调度方式的不同有所区别。 本文围绕在网格任务调度中提供QoS支持这一问题，开展了以下研究工作： 首先介绍了论文的研究背景，包括网格计算的概念、网格资源管理的概念以及网格任务调度在网格资源管理中的地位等； 然后，本文全面地综述了网格环境下的任务调度机制。其中，总结了网格任务调度的特点及目标：根据现有的研究状况对网格任务调度机制进行了分析；介绍了已有的调度系统；并指出网格任务调度中引入QoS支持的意义。 在本文的第三章，提出了基于层次的网格QoS描述方法。由于网格QoS在不同层次上的表现形式大相径庭，本文从应用、系统、资源这三个层次来看待基于QoS的网格资源管理，提出了从网格应用层、虚拟组织层、资源设备层这三个层次的网格QoS描述方法，并展现了三个层次的QoS之间的映射关系。 随后，为了解决任务调度中多个性能目标情况下的QoS度量问题，在基于层次的QoS描述方法的基础上，本文进一步提出了一种QoS度量方法，该方法将虚拟组织层各类QoS定量地描述出来，并与应用层用户满意度相联系，从而解决了网格QoS的统一度量问题。 之后，基于层次化的网格QoS描述与度量方法，本文的第四章分别针对在线调度和批调度提出了提供QoS支持的任务调度算法，使得在线调度能够综合性地考虑用户QoS需求，也使得批调度在优化系统性能的同时兼顾了用户QoS需求。模拟结果表明，提供QoS支持的在线调度算法在系统吞吐率与传统MCT算法平均相差8％的情况下，用户满意度有平均44％的提高：而提供QoS支持的批调度算法相对于传统Min-Min算法，系统吞吐率损失可以忽略不计，而用户满意度则平均提升了17％。 在本文的最后给出了网格模拟器GridQoS的设计与实现细节。GrjdQos网格模拟器是基于GridSim模拟器的扩展实现，该模拟器能够模拟网格用户、网格任务、网格资源、网格信息系统等实体以及实体间的通信交互；同时，该模拟器提供对Qos描述的支持并提供对在线调度、批调度的模拟。该模拟器有效地解决了本文研究工作中的验证问题，同时它对于一般的网格环境模拟也具有普遍的应用意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

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第一章绪论

1.1网格计算的概念及演变

1.2网格资源管理

1.2.1网格资源管理的概念

1.2.2网格资源管理的特点及要求

1.2.3网格任务调度问题

1.3提供QoS支持的网格任务调度研究

1.3.1网格QoS问题的提出

1.3.2在任务调度中提供QoS支持的意义

1.4本文的主要工作

1.5本文的组织结构

第二章网格环境下的任务调度机制

2.1网格任务调度的特点及目标

2.1.1网格环境下任务调度的特点

2.1.2网格环境下任务调度的目标

2.2现有网格任务调度机制研究状况

2.2.1网格任务调度的组织模式

2.2.2网格应用模型

2.2.2调度系统状态估计

2.2.3网格任务调度算法

2.3现有网格调度系统介绍

2.4提供QoS支持的网格任务调度问题

2.5本章小结

第三章网格环境下QoS的描述与度量

3.1传统意义上的QoS概念

3.2网格环境下的QoS需求

3.2.1网格应用的QoS需求

3.2.2网格系统需要满足的QoS要求

3.3网格QoS的描述问题及其研究现状

3.4基于层次的网格QoS描述方法

3.4.1网格应用层的QoS描述

3.4.2虚拟组织层VO的QoS描述

3.4.3资源设备层的QoS描述

3.5网格QoS的度量

3.5.1系统QoS的度量

3.5.2逻辑资源QoS的度量

3.5.3安全QoS的度量

3.5.4记账QoS的度量

3.5.5信任QoS的度量

3.5.6整体服务水平的度量

3.6本章小结

第四章提供QoS支持的网格任务调度算法

4.1网格任务调度问题描述

4.1.1术语

4.1.2调度问题的一般性描述

4.1.3任务执行时间预测问题

4.2提供服务质量支持的在线调度算法

4.2.1传统的在线调度算法

4.2.2提供服务质量支持的在线调度算法

4.2.3模拟实验与结果分析

4.3提供QoS支持的批调度算法

4.3.1传统的批调度算法

4.3.2服务质量感知的批调度算法

4.3.3模拟实验与结果分析

4.4本章小结

第五章GridQoS网格模拟器设计与实现

5.1设计GridQoS的起因

5.2 GridQoS的体系结构

5.3 GridQoS的实现

5.3.1 SimJava离散事件模型介绍

5.3.2 GridQoS网格实体逻辑设计

5.4基于GridQoS模拟实现网格调度算法的实例

5.4.1资源场景设置

5.4.2任务初始化

5.4.3调度算法实现

5.4.4执行结果获取

5.5本章小结

第六章结束语

6.1本文工作总结

6.2本文的主要贡献

6.3今后的研究工作

参考文献

致谢

读研期间发表及录用的论文

读研期间参与的科研项目