基于计算经济的网格资源管理研究

论文摘要

随着计算机性能的不断提高和网络通讯技术的迅猛发展,应用需求日益朝着高性能、大规模、多样性、多功能的方向发展,要求将地理上分布的、异构的各种高性能计算资源、存贮资源、数据资源和其他特殊资源通过高速网络连接起来,实现高性能联合计算,共同解决重大应用问题,称为网格计算技术。资源管理是网格系统的核心内容。它包括资源的组织、定位、发现、调度、分配、确认等活动。资源管理提供了管理的功能和概念,根据预先定义好的标准通过资源管理软件来确保资源的合理分配和使用,以最终达到资源共享的目的。由于网格系统在逻辑上连接了属于不同所有者和组织的多重资源,因而资源管理的好环直接影响网格系统的成败。开展网格资源管理关键技术的研究具有非常重要的现实意义。本文主要研究基于计算经济的网格资源管理模型。在市场经济环境中,资源消费者希望最小化费用,而资源提供者希望最大化投资回报。这就需要网格系统提供合适的工具和服务来使资源交易双方表达它们的需求。在通用网格系统中,资源提供者和消费者之间的关系不同于专用网格中通常固定的情况,它是动态变化的。即资源提供者和资源消费者在网格系统中的角色是根据实时需要不断变化的,包括资源提供者和消费者动态的加入和退出。由此,实行以商业为媒介的资源交换是解决网格资源动态管理问题的一个突破方向。基于计算经济的网格资源管理利用供求原则来对资源的提供者和消费者进行协调以保证双方均获得最大收益。首先讨论了网格技术的概念、发展阶段和国内外研究现状,详细阐述了网格资源管理的相关知识、技术特点;探讨了网格资源管理模型的设计思想、功能需求及其发展概况。在此基础上,提出基于计算经济的网格资源管理模型和基于经济学效用函数的资源调度策略,详细阐述了此模型各模块的功能、设计过程和工作流程。在GridSim的基础上设计了资源管理模拟器E-GridSim。在J2SDK 1.5.0 SE版本下编码实现E-GridSim的基本功能,并在Windows平台上做模拟对比实验。实验结果表明,E-GridSim资源管理模型在资源利用率、机器负载均衡、满足用户QoS需求,费用预算等方面都优于传统的GRACE模型。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 网格概述
• 1.2.1 网格的概念
• 1.2.2 网格的发展阶段
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 主要贡献及章节安排
• 2 网格中的资源管理
• 2.1 网格资源管理概述
• 2.2 网格资源
• 2.2.1 网格资源的定义
• 2.2.2 网格资源的使用
• 2.2.3 网格资源的特点
• 2.3 网格资源管理分析
• 2.3.1 资源管理的目的
• 2.3.2 资源管理的功能
• 2.4 网格资源管理模型
• 2.4.1 网格资源管理系统的功能需求分析
• 2.4.2 层次模型
• 2.4.3 抽象所有者模型
• 2.4.4 计算经济模型
• 2.5 网格资源调度
• 2.5.1 网格资源调度策略
• 2.5.2 网格资源调度算法
• 2.6 网格资源管理系统介绍
• 2.6.1 Globus 资源管理
• 2.6.2 Legion 资源管理
• 2.6.3 AppLes 资源管理
• 2.6.4 Condor-G 资源管理
• 2.6.5 Nimrod-G 资源管理
• 2.7 小结
• 3 基于计算经济的网格资源管理分析
• 3.1 研究背景
• 3.2 计算经济学方法分析
• 3.3 GRACE 资源管理模型
• 3.4 Nimrod-G 的调度算法分析
• 3.5 小结
• 4 基于计算经济的网格资源管理模型设计
• 4.1 交易组织的组成
• 4.2 交易组织的工作流程
• 4.2.1 交易组织的形成
• 4.2.2 资源交易
• 4.2.3 资源消费
• 4.2.4 服务评价
• 4.3 交易组织各组成部分的主要功能
• 4.3.1 网格用户GU
• 4.3.2 网格用户代理GUB
• 4.3.3 网格资源提供商GSP
• 4.3.4 网格资源代理GRB
• 4.3.5 网格资源交易所GRE
• 4.3.6 网格银行Grid Bank
• 4.3.7 网格资源监管GRC
• 4.4 网格资源市场
• 4.5 模型的调度分析
• 4.5.1 集中式调度分析
• 4.5.2 分布式调度分析
• 4.5.3 与传统的GRACE 模型比较
• 4.6 基于效用函数的网格资源调度策略
• 4.6.1 面向资源市场的调度模型形式化描述
• 4.6.2 效用函数及效用最大化
• 4.6.3 基于效用最优的调度算法
• 4.6.4 两级的任务调度机制
• 5 基于计算经济的网格资源管理模拟器E-GridSim 设计与实现
• 5.1 概述
• 5.2 系统工作流程
• 5.3 计算资源的层次型管理方法
• 5.3.1 计算资源的描述方式
• 5.3.2 资源目录的组织结构
• 5.3.3 资源目录的管理内容
• 5.4 资源分配策略和算法
• 5.4.1 概述
• 5.4.2 资源交易算法
• 5.4.3 资源分发算法
• 5.4.4 资源回收算法
• 5.5 系统模块说明
• 5.5.1 功能执行实体
• 5.5.2 网格资源目录管理模块
• 5.5.3 用户计算任务模块
• 5.6 小结
• 6 E-GridSim 的模拟实验
• 6.1 实验目的和计划
• 6.2 实验步骤
• 6.2.1 创建资源
• 6.2.2 创建用户
• 6.2.3 启动模拟器
• 6.2.4 记录并分析结果
• 6.3 实验结果及分析
• 6.3.1 Time-Cost Optimization 的实验结果及分析
• 6.3.2 Cost-Time Optimization 的实验结果及分析
• 6.4 小结
• 7 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录