计算网格环境下基于检查点的进程迁移机制研究

论文摘要

随着Internet技术的飞速发展和广泛应用,一种新的计算模式—网格计算蓬勃发展起来。网格作为基于Internet的协同资源共享和问题求解环境,推动Internet发展到了新的阶段。在网格这种广域分布、普遍异构的计算环境中进行协同资源共享和问题求解需要解决许多挑战性的问题。其中之一就是在资源故障发生较频繁的情况下,如何保证网格的高可用性和高可靠性。本文的研究聚焦于计算网格,在分析计算网格高可用性问题特殊性的基础上,围绕如何在网格中间件GT上为应用提供高可用性和容错性,研究了计算网格高可用关键技术,包括进程迁移和检查点。本文主要创新工作包括:(1)提出了基于GT的高可用服务层体系结构(High Availability Service Layer of Architecture based on Globus Toolkit, HASLA),主要包括进程迁移、检查点数据管理和资源备份。该体系结构是在对计算网格工程与科学计算需求分析的基础上提出的,在兼顾性能及服务质量的同时,力求高可用性和容错性。(2)借鉴了检查点和进程迁移两种高可用技术,提出了基于检查点的进程迁移模型(Process Migration Model based on Checkpoint, PMMC),并且从检查点的设置、进程状态转储、进程状态迁移和进程恢复四个方面详细地阐述了模型的过程。该模型为网格系统的运行提供了高可用性和容错性,有效地平衡了节点负载,提高了节点的利用率和吞吐量。(3)通过分析经典的进程迁移算法,结合了检查点设置策略,改进了一种类似File Server的基于检查点的进程迁移算法,并在网格实验平台上进行性能测试。实验结果表明,该算法有效地减少了迁移的冻结时间,消除了残余依赖,为系统提供了实时性和容错性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 课题来源及研究背景
• 1.2 关键技术及研究现状
• 1.2.1 检查点
• 1.2.2 进程迁移
• 1.3 论文的研究目标和内容
• 1.4 论文组织与结构安排
• 第2章 网格理论研究
• 2.1 网格计算概述
• 2.1.1 网格的定义
• 2.1.2 网格的特点
• 2.2 网格体系结构
• 2.2.1 网格的五层沙漏结构
• 2.2.2 开放式服务网格体系结构OGSA
• 2.3 网格研究现状
• 2.3.1 美国的网格研究现状
• 2.3.2 欧洲的网格研究现状
• 2.3.3 亚洲的网格研究现状
• 2.4 网格的可用性分析
• 2.5 小结
• 第3章 关键技术研究
• 3.1 检查点
• 3.1.1 检查点概念
• 3.1.2 检查点的实现层次
• 3.1.3 检查点机制原理的分析
• 3.1.4 检查点机制关键问题
• 3.1.5 检查点的优化技术
• 3.2 进程迁移
• 3.2.1 进程的基本概念
• 3.2.2 进程迁移机制
• 3.2.3 进程迁移的状态
• 3.2.4 负载信息的管理
• 3.2.5 进程迁移的代价
• 3.2.6 进程迁移对节点负载状况的影响
• 3.3 基于GT的高可用服务层的体系结构HASLA
• 3.3.1 网格中间件——Globus Toolkit
• 3.3.2 HASLA体系结构
• 3.4 小结
• 第4章 基于检查点的进程迁移设计与实现
• 4.1 设计目标
• 4.2 基于检查点的进程迁移模型PMMC
• 4.3 PMMC选择策略
• 4.3.1 进程选择策略
• 4.3.2 目的节点选择策略
• 4.4 基于检查点的进程迁移设计与实现
• 4.4.1 设置检查点
• 4.4.2 进程状态转储
• 4.4.3 进程状态迁移
• 4.4.4 进程恢复
• 4.5 基于检查点的进程迁移过程
• 4.6 进程迁移算法
• 4.6.1 进程迁移算法分析
• 4.6.2 经典进程迁移算法
• 4.6.3 改进的进程迁移算法
• 4.7 小结
• 第5章 测试与结果分析
• 5.1 测试环境
• 5.1.1 硬件环境
• 5.1.2 软件环境
• 5.1.3 网格拓扑结构
• 5.2 系统性能测试
• 5.2.1 算法性能比较
• 5.2.2 系统性能测试
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 主要创新点
• 6.3 下一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历和在学期间的研究成果