关于网格资源管理与调度算法的研究

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1、山东师范大学硕士学位论文第一章绪论1．1本文的研究对象、目的和意义近年来，Internet技术、高性能计算机技术和高速网络技术都有快速的发展，把地理上分布的各种异构资源作为一个统一的计算系统来使用成为了可能。由此构成了统一的计算系统，即网格系统。网格(Grid)【l，2l是当今计算机科学领域新兴起的一项有很高学术价值和应用价值的研究课题。众所周知，高性能计算已经成为许多科学和工程实践的关键技术。科学家们也越来越多地使用超级计算机来研究复杂现象，例如可以用来预测复杂的非线性现象，或者是在做实验之前，就可探索物理参数的变化规律，甚至还可以用来模拟

2、现实世界中所发生的某些事件．然而，尽管超级计算机的能力在不断增长，仍然有许多应用无法实现。因这些应用往往需要处理能力强大的超级计算机的支持。但是超级计算机造价极高，通常只有一些国家级的部门，如航天、气象等部门才有能力配置这样的设备；另一方面，某些应用对计算的要求非常高，即使是现在最大的超级计算机也无法提供它们所需的资源，这时就需要将高性能计算依托Intemet或其他高速网络将遍布世界各个角落的能力千差万别的计算资源联结在一起，形成大规模的几乎可以无限扩展的计算能力。网格是“一个由硬件和软件系统组成的架构，它可以提供可靠的，协调的，无处不在的和

3、低廉的高端计算能力⋯”【”．比如由美国NSF(国家自然科学基金)支持建设的网格计算系统—．DTF(DistributedTerascaleFacility)就是一个较为成功的网格计算项目。通过分布在不同地点的高性能计算设备的接入，DTF可以很容易的扩充计算能力和存储能力，同时也便于各地的研究者进行协同工作．DTF所拥有的每秒13．6万亿次的计算能力大约是“深蓝”超级计算机的1000倍，强大的计算和存储能力使其能够满足如生命科学、大气分析、高能物理等众多领域对高性能计算的要求．由此看来，网格的研究具有很强的现实意义。上个世纪八十年代末期，CAS

4、A[31项目的研究人员首先提出了元计算和元计算机的概念，元计算是计算网格思想的最初原型．1997年lO月美国国家基金(NsF)宣布了面向21世纪的“计算科学联盟”重大基金项目Grid．该项目计划以美国全国范围内的网格计算为目标，在全国范围内建立一个高级计算的基础底层结构，以实现大区域的高性能并行与分布式计算，在大范围内由高速网络把分布在各地的计算资源和数据资源连接在一起，解决宇宙学、生物工程等科学领域的计算问题．近十年来，计算网格的研究已取得了阶段性的成果，如Globus[4]I具包等．网格计算是目前越来越重要的计算机科学研究领域，是关系科研

5、、经济、社会、国防的重要国家基础设施，在国内外都引起了广泛的关注，也是中国IT界跟踪世界先进技术潮流的一个主战场。．目前，计算网格的研究工作已经大大超出了Grid计划最初的设想。其目标已经不仅限于为解决大规模科学计算，工业界与学术界正联合使网格在更广泛的领域得到推广和应用。许多研究项目的研究结果表明，网格确实是一个可行的高性能分布式计算模型，同时1些奎堕堕查兰堡圭兰堡笙苎也展示了许多急需解决的挑战性问题．如何有效地管理和调度资源是影响网格计算是否成功的最重要因素之一．由于资源在广域上分布、本质上异构、由不同的个人或组织拥有、有不同的存取和花费

6、模式、负载和可用性动态变化，网格环境下的资源管理十分复杂和具有挑战性。而人们试图实现使应用能够便利地从一个大范围的、分布的资源池中获取所需的各种资源。因此，资源管理和调度是网格计算环境的核心和灵魂．从微观角度而言，资源管理体系结构和应用调度机制会对网格系统应用执行的效果产生重要影响；从宏观角度而言，资源管理问题的有效全面解决是网格系统走向实际运用的一个关键因素．因此，对于计算网格资源管理和调度算法问题的研究，对当前和未来计算网格的发展和应用都将具有重要的理论意义和实践价值。1．2当前网格资源管理研究的不足之处尽管Globus等网格项目对网格应

7、用提供了较好的支持，但是包括Globus在内的很多网格系统在资源管理上仍存在以下问题Is】16】川嘲：(1)对多资源联合分配没有提供支持或支持很弱．这正是网格首要的问题，目前已有的联合分配方法需要全局系统状态信息，通信开销较大，而且没有很好地解决如何在分布自主的资源管理决策之间实现协调一致的问题，不能确保向应用提供相互匹配的服务。(2)无法适应资源供需的动态变化．已有的资源管理技术在考虑负载变化的同时很少考虑资源能力的变化，而网格要求资源管理技术必须要实现对于资源供需动态变化的自适应，能够在线动态调整资源管理策略。(3)资源管理没有服务质量保

8、证机制。已有的资源管理技术虽然都追求高服务质量和资源利用率、尽量降低作业的平均响应时间，但是并不能保证作业的平均响应时间能够低到某个具体的程度，因而只能向用户提供尽