网格环境下资源管理与调度方法的研究与应用

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1、武汉理工大学硕士学位论文第1章引言随着Internet规模的不断扩大和应用的日益普及，网络成为了人们信息交流和协同工作的重要平台，在该平台上汇集了越来越多的计算资源、数据资源以及各种软、硬件资源，它们共同构成了传播和使用知识的重要载体。然而在Internet这个大型的网络中，由于资源的封闭性，使得大量的资源被闲置，系统的使用率低下，据有关资料统计，系统资源平均使用率仅为30％左右，有的空闲率竞达91％；与此同时，人们需要解决的问题越来越复杂，对计算机处理能力的要求也越来越高，有些问题甚至是现存的任何一台超级计算机在有限

2、的时间内都难以解决的。在这种情况下，若能将Intemet中闲置的大量资源利用起来，组成一个“虚拟的超级计算机"，这对于解决复杂问题、有效利用资源都具有重大的现实意义。网格技术就是在这样的环境下应运而生的。网格是近年来迅速兴起的一个新的研究领域，它的出现标志着网络技术进入了一个崭新的时代。网格的实质是共享与协作，即在动态的、可扩充的虚拟组织中可控且平等地使用和共享资源。如何充分利用网格中的共享资源是决定一个网格系统好坏的关键因素，资源管理和作业调度则是解决这一问题的主要技术手段。为了提高网格系统的计算效率，必须不断加强对

3、资源管理和调度的研究。1．1网格概述1．1．1网格定义及特点网格【1】【2】是构筑在Intemet上的一组新技术，它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，提供更多的资源、功能和交互性，能够实现广域网范围内的动态的、多个机构的虚拟组织内的协同资源共享和问题求解。‘网格计算是作为分布式计算的一个分支出现的，但它却不等同于分布式计算，有其自身的特点。网格系统的特征主要表现在以下几个方面：武汉理工大学硕士学位论文1)资源共享资源共享是网格系统的本质，网格中的资源共享不仅仅是交换文件信息，而是对分布

4、在不同地理位置的计算机、软件、数据以及其他各种资源进行访问和操作。这种共享必须是被高度控制的，一方面既要满足用户的要求，另一方面又必须遵从资源提供者的权利(包括什么才能被共享、谁才有权利共享等)。2)站点自治与多重管理网格资源通常属于不同的机构或组织，因此网格资源的拥有者对该资源拥有自主的管理能力；同时，网格资源必须接受网格的统一管理。网格通过各个机构或组织共同参与“虚拟组织一来解决多级管理域的问题。3)异构性与多样性网格中的资源可以跨越地理分布的多个管理域，而构成网格资源的计算机在体系结构、操作系统及应用软件等多个层

5、次上都可能具有不同的结构，这就决定了网格资源的异构性；同时，网格中的资源并不仅仅只是计算机或者数据，它涉及到计算机、软件、数据、大容量存储设备等各种资源，因而它是多种多样的。．4)动态性对于网格来说，决不能假设它是一成不变的。原来拥有的资源或者功能，在下一时刻可能就会出现故障或者不可用；而原来没有的资源，可能会随着时间的推移不断地加入进来。5)自相似性网格的自相似性是指网格的局部和整体之间存在一定的相似性，局部往往在许多地方具有全局的某些特征，而全局的特征在局部也有一定的体现。1．1．2网格体系结构网格体系结构就是关于

6、如何建造网格的技术。它给出了网格的基本组成与功能，描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法，刻画了支持网格有效运转的机制。1)五层沙漏模型五层沙漏结构【l】用于描述网格中的协议分层结构。类似于Internet中的TCP／IP体系结构，五层沙漏模型同样将网格环境中的协议划分为五层，分别是：2武汉理工大学硕士学位论文构造层(Fabric)、连接层(Connectivity)、资源层(Resource)、汇聚层(Collective)和应用层(Application)。五层沙漏结构和Intoner体系结构对照关系如

7、图1．1所不·应用层(Application)+汇集层(Collective)1r资源层(Resource)1r连接层(Connectivity)图1．1网格和Intemet体系结构对照图五层沙漏结构主要从协议的角度对网格各层功能进行了划分，本质上它是一个在虚拟组织组件之间进行互操作的协议体系结构。在这五层结构中，资源层和连接层组成沙漏的瓶颈部分，是整个结构的核心部分，起到了承上启下的作用。各层功能分别如下【l】：构造层实现对本地特定资源的访问和控制，向高层提供这些资源的共享访问接口。构造层的资源非常广泛，可以是处理能

8、力、存储系统、目录、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。因此构造层的实现依赖于特定的实现。连接层定义了网格特有的网络交互过程中的核心的通信和认证协议，通信功能实现网格构造层资源之间的数据交换，在此基础上，认证协议提供了对用户和资源的身份的加密安全验证机制。资源层实现对单个资源的共享，反映了抽象的局部资源特征。资源层建立在