基于均值机群动态负载平衡系统的设计与实现

摘要

计算机和网络技术的发展使得机群系统成为并行计算的主流趋势,而负载平衡技术是影响机群并行性能的主要因素.负载平衡技术的核心,是将各个任务比较均衡的分布到不同的处理结点上并行执行,从而提高系统资源的利用率.该文正是从这种需求出发,设计并实现了基于均值的机群动态负载平衡系统.该文的研究重点是规则的数据并行程序的动态负载平衡问题,它属于中粗粒度的作业级应用,特别是只存在父子任务之间的通信,该类问题是实现高性能计算的基础,具有深远的应用价值.该文所做的主要工作和贡献:1、详细介绍了机群系统的体系结构、分类以及所研究的主要领域,说明了负载平衡问题在机群系统中所占的重要地位,对负载平衡问题从产生、发展到目前的研究现状进行了阐述,并对一些具有代表性的机群负载平衡系统的设计进行了深入的研究和分析.2、从动态负载平衡技术的基本组成要素出发,该文分析比较了一些现存系统所采用的策略,从结构,调度时机的选取,以及系统参数的设计等角度对其进行了改进.3、在对上述基本组成要素分析的基础上,该文对负载平衡系统的设计进行了扩展.首先,构造了防颠簸函数,一方面解决负载平衡问题中可能会出现的填簸现象,另一方面作为负载平衡集合的选取标准.然后,该文还设计了适用于异构机群的基于均值的调度算法.另外,该文还对传统的任务提交和分配方式进行了改进,从而实现了单个或者成组任务的提交和分配,减少了通信次数.4、该文通过消息传递机制的运用,还实现了结点机的动态加入、退出,任务的动态提交、分配,各结点机之间的任务负载平衡信息的传递等功能.5、最后,该文通过多次试验工作,将该系统与其它负载平衡系统从不同的角度得出的实验结果进行分析和比较,并提出了进一步的研究工作.

目录

文摘

英文文摘

第一章 概述

1.1 背景与研究动机

1.1.1 并行计算的产生与发展

1.1.2 机群产生与发展

1.1.3 机群负载平衡的意义

1.2 论文组织及贡献

1.2.1 论文组织

1.2.2 论文主要贡献

第二章 机群系统

2.1 机群的体系结构

2.1.1 机群基本体系结构

2.1.2 与其它体系结构的比较

2.2 机群系统的分类

2.3 机群系统发展的优势

2.4 机群系统研究的主要领域

2.4.1 负载平衡和调度策略问题

2.4.2 通信问题

2.4.3 并行化问题

2.4.4 并行调试技术

2.4.5 并行程序调计环境

2.4.6 故障恢复与容错

2.5 本章小结

第三章 机群负载平衡

3.1 负载平衡产生原因及其定义

3.2 负载平衡的意义

3.3 负载平衡的分类

3.4 静态负载平衡

3.4.1 处理器互连

3.4.2 任务划分

3.4.3 任务分配

3.4.4 不同调度模型综述

3.5 动态负载平衡

3.5.1 动态负载平衡的组成要素

3.5.2 动态负载平衡算法

3.5.3 负载平衡使用的参数

3.5.4 负载平衡中其它相关因素

3.5.5 负载平衡算法实例

3.6 静态和动态负载平衡的比较

3.7 本章小结

第四章 基于均值机群动态负载平衡系统的提出

4.1 动态负载平衡设计的基本步骤

4.1.1 负载信息收集

4.1.2 参与负载平衡的集合选取

4.2 防颠簸函数的构造——解决常见的颠簸问题

4.3 初始任务分配策略

4.4 选取负载平衡集合元素的标准

4.5 基于均值的调度算法设计

4.5.1 实例分析

4.5.2 基于均值的调度算法

4.6 本章小结

第五章 基于均值机群动态负载平衡系统的设计与实现

5.1 系统设计的动机

5.2 系统模块图

5.2.1 模块1: 负载信息收集方案

5.2.2 模块2: 防颠簸函数的构造

5.2.3 模块3: 负载平衡集合元素的选取

5.2.4 模块4: 初始任务分配策略

5.2.5 模块5: 基于均值的任务动态分配

5.2.6 模块间的关联

5.2.7 其他需要考虑的问题

5.3 系统实现

5.3.1 关键技术介绍一套接字(socket)编程

5.3.2 系统的实现

5.4 本章小结

第六章 实验数据和性能分析

6.1 并行性能评价的基本指标

6.2 实验数据及分析

6.3 本章小结

第七章 结论

7.1 主要结论

7.2 进一步研究工作

致谢

参考文献