机群环境下多层次复杂商业应用管理的关键技术研究

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1、声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名．蓐陋扩日期．沙六上∥关于论文使用授权的说明中国科学院计算技术研究所有权处理、保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；并可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存该论文。燃名：竹⋯：堍帆舭彳第一章引苦1．1基于机群的商业应用服务第一章引言随着Interact的普及和社会信息化的不断发展，越来越多的

2、非科学计算类的商业应用系统被开发和部署到各商业企业和公共服务部门中去．这些应用通常要持续地应答外界用户的各类服务请求，涉及信息搜集、获取、处理、存储、检索、发布等各个方面，在商业运行和社会生活的各个领域扮演重要角色。与此同时，机群计算环境(ClusterComputingEnvironment)作为日益成熟的高性能分布式计算环境，在性能价格比、可扩展性的方面拥有突出的优势，越来越多地被应用到商业计算领域，已成为众多大规模商业应用服务平台优先采用的体系结构。大规模用户并发访问、大规模数据处理请求的商业应用服务需求同机群体系结构相结合，使分布式计算领域的研究和应用出现了新的特点．

3、1．1．1机群计算环境机群体系结构源于20世纪60年代IBM公司HASP、JES系统的思想，起初是为了将用户的若干大型机(Mainframes)连接起来向外提供性价比较高的商业并行计算环境【1】。直到80年代，商业应用和科学计算领域不断增长的计算能力要求使得传统高成本、低访问性能的超级计算机系统(如Cray／SGI)已无法满足要求，随着高性能微处理器、高速网络和若干高性能分布式计算标准工具的出现，机群技术才开始成为研究的热点．特别是90年代以后，商业化标准成品(Commodity-Off-The．Shelf，COTS)硬件的应用，以及开放软件的流行，使得机群技术迅猛发展，开始

4、成为高性能计算领域的重要分支。在目前世界高性能计算机排名TOP500中，机群体系结构已经占据主体位置(见下图1，2005年的排名中占72．0％)【21。不仅各大厂商都开始提供基于机群体系结构的产品(包括硬件设备和相应管理软件)，同时还改进原有软件，开始提供对机群计算环境的支持(如数据库产品Oracle、SQLServer、MySQL等)，开源软件社区也将提出了相应的机群建构方案(如Beowulf)，特别是Linux操作系统及相应软件包的标准化，大大地推进了机群技术的普及，出现了很多相关的研究分支【3】，在世界最大的开源软件项目发布网站sourceforge的Clusterin

5、g分类中有相关项目400多个【4】。IEEE机群计算工作组(IEEETaskForce011ClusterComputing)是研究机群计算环境标准的组织【5】．基于机群的多层次复杂商业应用管理的关键技术研究图1Top500采用系统结构的趋势和Top5002005年的系统结构分布本文中所指的机群定义【11如下：机群是一类并行／分布式处理系统，它由一组高速互联的独立运行的计算机系统组成，这些系统共同工作，表现为统一的、集成的计算资源环境。用于商业应用服务的典型机群环境的架构如下图2：图2用于商业应用服务的机群环境机群计算环境的基本组成单元是独立运行的机群计算节点(Cluster

6、Node)【6】，这些节点一般为标准的商业化计算机系统，如个人计算机和工作站．这些普通设备上装配有网络接口硬件(NetworkInterfaceHardware)和相应的通讯协议软件包(CommunicationPackage)，之间通过高速网络互联，达到分布式和并2第一章引占行处理的目的．在机群节点的操作系统之上，常常部署了中间件系统(Middleware)，这一层次一般用来作为创建单一系统映像(SingleSystemImage)的基础，并提供消息通信、同步、存储等多种机群基础软件环境。为了更好地对机群内的各种软硬件资源和应用服务进行监视、分析和控制，还会在机群内配置多种

7、管理系统，进一步加强机群的计算优势。1．1．2大规模商业应用的发展20世纪80年代以来，整个社会对高性能计算能力的需求飞速增长。最开始出现在科学研究和工业领域，如石油勘探开发、气象预报、生物信息学、航空航天、汽车制造等等。由于机群系统有着较高的性能价格比和可扩展性，加之标准高速并行通信库和机群作业管理系统的发展，使得这些科学计算应用相继被移植到机群计算平台上。进入90年代以后，信息化成为社会发展的重要助力，信息技术在商业和其他社会生活领域中的应用快速发展．首先是各个商业企业在计划、采购、制造、销售和企业