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1、第32卷第6期中南工业大学学报Vol.32No.62001年12月J.CENT.SOUTHUNIV.TECHNOL.Dec.2001分布式系统中动态负载均衡实现模型陈志刚,李登,曾志文(中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410083)摘要:随着计算机技术的发展,分布式系统日益受到人们的重视因而被普遍应用,但由于任务提出和执行的随机性,各台机器上负载不均衡现象时有发生,所以负载均衡是提高分布式系统效率的重要因素,但目前的研究都集中在策略的提出上,对实现模型的研究比较少.作者在综合许多负载均衡策略的基础上按照性能递增的顺序,结合网络拓扑结构构建了链式模型、网状模型和链网模型,对其进
2、行了系统的研究,对几种模型给出了各自相应的算法,并进行了评价,指出了这几种模型各自的优缺点及适用范围.研究结果表明:链网模型在动态负载均衡实现方面具有良好的有效性、稳定性、可靠性、通用性,对用户具有透明性,是一种性能优越的动态负载均衡模型.关键词:分布式系统;动态负载均衡;任务迁移;链式模型;网状模型;链网模型中图分类号:TP311.52文献标识码:A文章编号:100529792(2001)0620635205分布式计算机系统(DistributedComputingSys2b1RS:表示结点S上的已经执行完的任务集;tem,即DCS)是由2台或2台以上通过网络或通信线c1HS:
3、表示结点S上等待执行结果即正在执行路连接起来的相互独立而又相互合作的计算机(又的任务集.称为结点)组成的一种计算机系统.分布式并行计算结点S可用布尔函数busy(S)和free(S)来记录是一种基于消息传递(MessagePassing)的计算模型,本结点的状态,若busy(S)为true,则表示结点S处它投资少,灵活可靠,给用户提供了一种以较少代价于忙状态;若free(S)为true,则表示结点S处于空来实现高性能并行计算的有效途径,因而被广泛应闲状态.当busy(S)与free(S)皆为false时,表示结点用.对于一个分布式系统,由于各结点处理能力存在S处于正常状态,即负载
4、处于轻载与超载之间的状差异,当系统运行一段时间后,某些结点分配的任务态.很多(称为重载),而另外一些结点却是空闲的(称为在所讨论的模型中,统一用send(3,3,3)表轻载或空载).要避免这种现象发生,必须采取负载示任务发送,receive(3,3,3)表示任务的接收.其均衡措施.负载均衡(LoadBalancing)即设法对已分配给各中,前2个参数表示发送的源结点和目的结点,第3个结点的任务进行重新调度,并通过进程迁移(又称个参数表示发送或接收的任务.[1,2]为任务迁移),使各结点负载大致相同,这样能大大提高分布式并行系统的工作效率及性能.但目前2负载均衡模型中负载状况的确定
5、[426,8]的研究大都集中在均衡策略的理论上,对实现模型的研究很少.为此,作者构建了几种负载均衡实现模型,并研究了其相应的实现算法.负载均衡模型中要解决的核心问题有2个:a1什么时候进行任务的迁移;1负载均衡模型数据结构b1怎样进行任务的迁移,也就是说如何确定发生了迁移.在所讨论的模型中,相关的数据结构主要有:在下述模型中,把请求迁出任务的结点称为发a1WS:表示结点S上还未计算执行的任务集;送结点(sender),而请求迁入任务的结点称为接收结收稿日期:2001-04-06基金项目:国家教育部科学技术研究重点项目(教技局[1999]150号);国家留学回国人员基金资助项目(教
6、外司留[2000]479号)作者简介:陈志刚(1964-),男,湖南益阳人,中南大学教授,博士生导师,从事网络、数据库技术、ERP研究.636中南工业大学学报第32卷点(receiver).法或最佳适应算法.在所讨论的模型中,使用的是首2.1任务迁移时刻的确定次适应算法,即以每次所找到的第1个符合要求的为了确定1个结点在某一时刻是发送结点还是结点作为源结点或目的结点,它的主要优点是尽量接收结点,必须对该结点的负载情况进行评估.通常减少平均调度检测时间,尽早启动调度,以执行结点可从以下几个方面考虑:上的任务.a1CPU队列的长度(如进程的数目);3.1链式模型b1某段时间内CPU队
7、列的平均长度;该模型综合了目前流行的发送者驱动和接收者c1可用内存的大小;驱动策略,即要么由发送者,要么由接收者向相邻结d1上、下文切换的速率;点逐一提出接收或发送请求.e1系统调用的速率;3.1.1定义f1CPU的利用率.Linear-list=(D,R).[7]T.Kunz通过研究认为,使用不同的因子,效率其中:D={ai
8、ai∈D0,I=1,2,⋯,n,n≥0};R=差别较大.使用最简单的因子(如CPU队列的长度){N},N={
9、ai-1,ai∈D0,i=
