多机环境下进程迁移技术的实现与应用

论文摘要

随着现代计算机技术的发展,计算机系统的性能不断提高,价格却不断下降,使得基于集群的分布式系统在扩展性和性价比方面的优势愈发明显。同时,各领域对高性能计算的需求使集群系统的应用越来越广泛。为了更加有效的利用集群中的计算资源,维持集群的负载平衡,保障计算任务正确执行,需要使用进程迁移技术。特别是在基于个人工作站的多机环境中,各计算节点不是专用的且不一定是同构系统。当工作站使用者需要收回私有的计算资源或者集群的负载不平衡时,需要将计算任务迁移到新的节点继续执行,并保留已完成的工作量,还要尽可能实现迁移的平台无关性。本文主要讨论适用于普通多机环境的进程迁移技术,并将其应用于图像处理领域。传统的进程迁移系统一般依赖于特殊的软硬件环境,本文根据普通多机环境的特点,选择Java平台实现进程迁移,满足了跨平台的要求。进程迁移不仅要迁移原始代码,还要迁移进程在中断点的状态信息。如何捕获和恢复进程的状态数据,是研究进程迁移技术的核心内容。本文根据Java体系结构的特点,采用基于JPDA和修改字节码的方法实现进程迁移。进程状态的捕获通过JPDA实现。进程状态的恢复是本文的难点。恢复进程时,要使程序跳转到断点处继续执行,但是有些变量声明语句不能跳过,而通过JPDA只能查看和修改进程的数据,不能声明对象,也不能改变程序的运行流程。因此本文使用了字节码修改技术,改变程序运行流程,解决了这些问题。此外,为保存和传输与进程有关的信息,本文采用了检查点机制。首先设计了一系列特殊的类来存储进程外部数据(如源代码)和某一时刻的进程状态信息。其次,由于进程迁移发生的时间不确定,结合多机环境的特点,本文采用了以时间为标准的检查点控制策略,动态的启用检查点,捕获和保存进程信息。通过编写验证程序,证明本文所述的基于JPDA和字节码的进程迁移技术是可行的。最后,实现了一个原型系统JMigrate,测试表明其在图像处理计算中有良好的性能和较高的可用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究现状
• 1.3 目前存在的问题
• 1.4 论文主要工作
• 1.5 本文的组织结构
• 第二章 进程迁移原理及实现技术
• 2.1 进程迁移分类
• 2.2 进程迁移的步骤
• 2.3 进程迁移的关键问题
• 2.4 进程迁移算法
• 2.5 实现技术
• 2.5.1 基于虚拟机层的方法
• 2.5.2 基于代码层的方法
• 2.5.3 基于JPDA的方法
• 2.5.4 对比
• 2.6 小结
• 第三章 基于Java的进程迁移技术
• 3.1 Java平台
• 3.1.1 Java体系结构
• 3.1.2 Java Socket
• 3.2 JDI功能分析
• 3.3 基于Java的进程迁移机制
• 3.3.1 进程状态信息的存储机制
• 3.3.2 源程序预处理
• 3.3.3 进程状态的捕获与保存
• 3.3.4 进程状态的恢复
• 3.4 可行性验证
• 3.5 小结
• 第四章.JMigrate系统的设计与实现
• 4.1 系统设计
• 4.1.1 系统需求与设计目标
• 4.1.2 系统体系结构
• 4.1.3 系统功能设计
• 4.1.4 进程迁移流程
• 4.2 系统实现
• 4.2.1 预处理
• 4.2.2 进程状态信息捕获与恢复
• 4.2.3 Socket 传输
• 4.2.4 图形界面
• 4.3 测试
• 4.3.1 测试环境
• 4.3.2 测试方法
• 4.3.3 测试过程
• 4.3.4 分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 未来工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士研究生期间发表的论文