用于网格客户端重新部署的操作环境的重新分布

摘要

客户端－服务器网络环境通过网络启动的网格操作系统到多个网络客户端的每一个的部署而临时转换成网格计算环境。每个参与客户端在本地操作系统下以客户端－服务器模式操作。在适当的时间，服务器将瘦客户端启动映像(动态构建的定制映像或者从预定义的启动映像的存储中获得的映像)与瘦客户端已经为了峰值性能而优化的网格应用一起发送到每个客户端。每个客户端使用瘦客户端映像重新启动，从而进入网格模式并且允许基本上全部计算资源专用于执行网格应用。在随后的时间，服务器指示每个客户端终止网格应用，并且重新启动到它们各自的本地操作系统中，再次恢复到客户端－服务器模式。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及常规客户端-服务器环境到网格计算环境的临时转换，尤其涉及网络启动的网格操作系统到多个网络客户端的每一个的部署。

背景技术

计算机网络发展的一条路径是“网格计算”的概念，其中计算资源为了运行特定的应用(或一组应用)而汇集成池(pool)或共享。由此，大量计算资源可用于合作地从事处理密集的问题。例如，在对外星智能的探索项目(SETI)中，成千上万的人们“捐赠”了他们个人计算机的空闲时间。无线电信号由无线电望远镜收集并且通过因特网提供到在线计算机。计算机处理数据并且将结果返回给SETI服务器，尝试识别来自太空的人工产生的无线电信号。

商业上也将网格用于许多实际目的，例如飞机设计或遗传研究中。胜于购买超级计算机(或者租用这种计算机上的时间)，公司可能发现建立较便宜、单个较不强大的多个计算机的网格更经济。一种网格配置可以包括高可用性、企业级计算机的阵列。但是，这种系统典型地将对于除了最大业务之外的所有业务是成本昂贵的。另一种网格配置可以包括个人计算机(PC)客户端的连网阵列，其执行网格应用同时PC也由终端用户使用。这种配置的显著缺点在于对于关键的网格处理任务，与已经在使用中的PC客户端上共享资源相关联的开销严重影响终端用户和网格应用两者的处理性能。

因此，对小型和中型用户而言成本有效的网格配置的需求仍然存在。

发明内容

本发明的计算机网络具有客户端-服务器模式、以及通过网络启动的网格操作系统到多个网络客户端的每个的部署的网格模式。每个参与客户端在本地操作系统下以客户端-服务器模式操作。在适当的时间，服务器将瘦客户端启动映像(动态构建的定制映像或者从预定义的启动映像的存储中获得的映像)与瘦客户端已经为了峰值性能而优化的网格应用一起发送到每个客户端。每个客户端使用瘦客户端映像重新启动，从而进入网格模式并且允许其全部计算资源基本上专用于执行网格应用。在随后的时间，服务器指示每个客户端终止网格应用，并且重新启动到它们各自的本地操作系统中，再次恢复到客户端-服务器模式。

本发明还提供将客户端-服务器网络临时转换成网格网络的方法。本发明还提供在多个连网客户端的每个上部署网络启动的操作系统的方法。再次，本发明提供可操作以指示客户端以瘦客户端模式开始网络启动、发送瘦客户端映像到客户端、在每个客户端上运行网格应用、以及指示每个客户端重新启动到它们各自的本地操作系统的服务器。

本发明还提供减少网络上的空闲计算资源的方法。再次，本发明提供计算机可读代码嵌入于其中的计算机程序产品，用于将客户端-服务器网络临时转换成网格网络。本发明也提供部署计算基础设施的方法，包括：将计算机可读代码集成到计算系统中，其中代码结合计算系统能够允许每个客户端以客户端-服务器模式操作；配置服务器变成主节点；指示客户端以瘦客户端模式开始网络启动并且变成处理节点；将瘦客户端映像和网格应用发送到每个处理节点；在每个处理节点上运行网格应用；以及指示每个处理节点重新启动到它们各自的本地操作系统。

附图说明

图1是客户端-服务器模式中本发明的网络的框图；

图2是以客户端-服务器模式操作的本发明的客户端设备的框图；

图3是本发明的服务器的框图；

图4是以网格模式操作的本发明的客户端设备的框图；

图5是网格模式中本发明的网络的框图；以及

图6A和6B是本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1是客户端-服务器模式中本发明的网络100的框图。多个客户端设备110A、110B、110C和110D(这里整体称作110)例如通过路由器120或其他类似连网设备连接到服务器130。本发明也可以使用其他类型的网络包括因特网实现。

图2是以图1的客户端-服务器模式操作的本发明的一个客户端设备110A(代表所有客户端设备110)的框图。在客户端-服务器模式中，客户端设备110A在本地操作系统114下执行软件应用112。例如，客户端设备110A可以是在Microsoft Windows操作系统下操作的常规桌上型或笔记本个人计算机(PC)，但是也可以使用其他类型的计算机例如工作站以及其他操作系统例如Linux。客户端110A也包括多种可能的通信协议116的一种以使得客户端110A和服务器130能够彼此通信并且以各种形式交换数据。另外，客户端110A优选地也包括协议或例程，例如Intel启动代理(也称作预执行环境或PXE)以允许客户端110A从网络提供的启动映像例如瘦客户端映像512启动。

服务器130在图3的框图中说明并且包括处理器132和用于存储可由处理器132执行的指令的存储器134。为了简便，将存储器134显示为单个元件。但是，在服务器中使用的实际存储器134可以包括RAM、ROM、闪速存储器、磁性、光学或者这些或其他形式存储器的组合。在说明的实施方案中，服务器130是动态主机配置协议(DHCP)服务器。在这种配置中，服务器130还包括DHCPD配置文件134和客户端信息数据库138，它们中任意一个或二者都位于存储器134中。网格管理器140包括可由处理器132执行、用于管理网格模式中网络100的操作的一组指令。启动映像模块142也包括可由处理器132执行用于在一种实施方案中产生启动映像、或者在第二实施方案中存储预先确定的启动映像的一组指令。与一个或多个网格应用146一起，网格管理器140和启动映像模块142二者都可以位于存储器134中。通信协议116B允许通过位于客户端110A中的通信协议116A与客户端110A进行数据交换。服务器130可以在允许服务器130将瘦客户端映像512部署到客户端110的任何适当的操作系统下运行。Red HatLinux 9是一种这种操作系统并且允许监控客户端使用和网格处理状态。

在操作中，服务器130将来自启动映像模块142的瘦客户端映像512和网格应用146发送到每个可用客户端110。使用瘦客户端映像512，每个客户端110以网格模式重新启动并且运行网格应用146(图4)。瘦客户端映像412可以是例如PXES Linux瘦客户端并且包括仅足够客户端110运行网格应用146的操作系统，而没有客户端的存储器和处理器资源用于不必要的开销处理例如管理未使用的外围驱动程序、空闲应用和桌面环境。而且，瘦客户端例如PXES允许服务器130处的用户定制客户端110将使用的特征。图5说明网格模式500中的网络。服务器130现在作为主节点530而操作并且能够获取每个客户端110的基本上所有计算资源(存储器和处理器)的使用，其中客户端110现在认为是网格500上的处理节点510。在一些随后的时间，主节点530指示处理节点510终止当前的网格操作并且重新启动到具有不同网格应用的新的网格映像中或者它们各自的本地操作系统114中，于是网格模式500恢复到客户端-服务器模式100(图1和2)，并且所有先前的客户端应用和数据将恢复到用户留置它们的状态。

操作系统映像用来提供网格应用在其上运行并且可以高度定制以提供仅支持各种网格应用需求的必要应用的最小基础环境。因为网络启动的操作系统典型地耗尽客户端的系统内存，其称作“RAM盘”，从映像中去除任何操作系统特征和应用为网格任务的操作提供更多的RAM盘容量。而且，随着总体映像的大小减小，动态地产生映像并且在网络上启动它所需的任务将花费较少的时间来完成。例如，虽然传送5MB的单个映像仅花费几秒钟，但是将5MB映像传送到可能几万个节点的每一个则花费相当长的时间，因为服务器系统和网络越来越成为瓶颈。如果代替地映像可以从5MB减小到3.5MB，则可以获得与映像大小的减小成比例的部署速度增益。使用瘦客户端环境和工具例如由PXES项目提供的那些的好处包括通过使用简单参数例如系统类型和应用前提来描述部署场景将网格操作环境匆忙地接合在一起的灵活性和速度。服务器将需要包含将主机类型映射到启动非常基本的带有网络功能的操作系统所需的一系列必需驱动程序的至少两组信息或信息表格，以及描述支持网格应用所需的程序包前提的第二组信息或信息表格。

在从客户端-服务器模式到网格模式的转换的一种实施方案中，当客户端110可能不在它们的通常操作期间时，客户端110在预先确定的时间以网格模式使用瘦客户端映像重新启动。例如，到网格模式的转换可以在正常办公时间之后，在客户端110的日常活动基本上已经终止之后开始。随后，处理节点510然后可以在正常办公时间继续之前以客户端-服务器模式重新启动到它们的本地操作系统中。这样，本发明通过在它们可能不会另外被使用的时间使用客户端110来减少环境100中的空闲资源。

现在将参考图6A和6B的流程图描述本发明的方法。当预定义的事件发生时，客户端110可以开始转换过程(步骤600)。这种事件可能包括，但不局限于，到达特定的时刻(例如正常办公时间之后)或者客户端110空闲了预先确定的时间段。作为选择，到网格模式的转换可以由服务器130发起，例如在特定的时刻或者通过发送周期性的查询到客户端110以确定是否有客户端已经空闲了预先确定的时间段。如果足够的客户端110空闲以提供期望的网格资源，则转换过程可以开始。

参与客户端110A将它的介质访问控制(MAC)地址连同它的当前IP地址和主机名一起发送到服务器130(步骤602)。基于该标识信息，服务器130从客户端信息数据库138中确定对于特定客户端110A的主机类型的瘦客户端或启动映像512是否已经存储在服务器130上的DHCP配置文件136中(步骤604)。如果没有，服务器130的启动映像模块142为客户端110A产生映像512(步骤606)。作为选择，服务器130可能不存储任何预定义的映像而是在每次传送过程开始时为每个客户端110产生新的映像512，从而省略确定步骤604。服务器130接下来使用客户端110A的MAC地址、主机名和映像(如果后者已经改变并且需要更新)来更新DHCP配置文件136，并且使用客户端110A的IP地址和主机名更新客户端信息数据库138(步骤608)。客户端110A的状态也通过将状态从“客户端”变成“网格”在客户端信息数据库138中更新。

服务器130重新初始化DHCP服务(步骤610)以便提交配置更新，并且使得映像512经由TFTP协议可用于客户端110A，如由PXE启动协议需要的(步骤612)。当服务器130和客户端110A都为启动过程而准备好时，服务器130发起客户端110A的重新启动(步骤630)。客户端110A将配置以尝试首先从它的网络设备启动(步骤614)，然后如果网络启动没有成功并超时则从本地设备启动。如果在客户端110A启动过程期间服务器130没有满足客户端110A网络启动需求(步骤616)，则客户端110A的网络启动过程超时并且客户端110A继续到启动序列中的下一个设备并且装载它的本地操作系统114，返回到它先前的缓存状态并且等待下一次重新启动(步骤618)。如果客户端110A知道由服务器130为DHCP服务136定义的可用映像512，则客户端110A将继续启动由服务器130提供的映像(步骤620)。服务器130然后可以从DHCP配置文件136中去除客户端条目(步骤622)以便维护干净的DHCP配置。使用通信协议116或其他类型的启动脚本的客户端110A运行网格应用146(步骤624)，并且客户端开始用作网格处理节点510A。

优选地，发送到每个客户端110的瘦客户端映像512是动态构建或产生的映像并且为每个客户端110的特定硬件和操作系统配置而定制。因此，在多种不同的操作系统下运行的多种不同类型的计算机可以包括在网格环境500中。而且，因为瘦客户端映像512优选地单独发送到客户端110A而不是广播到所有客户端110，不同的网格应用146可以发送到不同的客户端110，允许不同的处理节点510同时处理不同的计算问题。

在随后的预先确定时间，例如在正常办公时间继续之前或者当计算项目完成时，主节点530开始从网格环境500中去除处理节点510A(步骤626)并且更新客户端信息数据库138以反映处理节点510A的变化状态(步骤628)。然后主节点530发起处理节点510A的重新启动(步骤630)并且例程返回到步骤616，此时客户端110A再次尝试从网络启动并且如果服务器130不提供映像则超时，并且继续到在客户端130启动序列中定义的下一个可用启动设备。

注意，虽然已经在全功能数据处理系统的场境下描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，本发明的处理过程能够以指令的计算机可读介质的形式和多种形式分发，并且本发明适用而不管实际用来执行分发的特定类型的信号承载介质。计算机可读介质的实例包括可记录型介质例如软盘、硬盘驱动器、RAM和CD-ROM以及传输型介质例如数字和模拟通信链路。

已经为了说明和描述的目的而呈现了本发明的描述，但是并不打算以公开的形式穷举或限制本发明。许多修改和变化将对本领域技术人员是显然的。选择并描述实施方案以便最佳地解释本发明的原理、特定应用以及使得本领域技术人员能够理解本发明，以针对具有适用于考虑的特定使用的各种修改的各种实施方案。而且，虽然关于方法和系统在上面描述，本领域中的需求也可以使用包含管理全局元数据的指令的计算机程序产品，或者包括将计算机可读代码集成到管理全局元数据的计算系统中的用于部署计算基础设施的方法而满足。