论文题目: 计算网格中任务管理的若干问题研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机应用
作者: 黄昌勤
导师: 陈德人,郑耀
关键词: 计算网格,任务管理,任务调度,网格不确定性,服务质量操纵,负载平衡,容错,任务授权,管理委托
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 计算网格是一种正在兴起的计算基础设施,它能协调地理上分布的各类资源为用户提供有效的一致访问,以满足虚拟组织VOs(Virtual Organizations)的需要。计算网格的巨大潜能正吸引者众多的研究者和工程人员研究其技术以支持跨域的协同工作。然而,网格系统呈现的性能因为资源竞争和任务不确定性等因素而高度动态变化,因此,网格资源调度和任务管理是计算网格中一个关键性的研究课题。在网格环境中,任务从提交给网格系统至任务结果处理过程完成,都一直处于网格任务管理系统的操控之下。由于网格的大规模、异构、动态、分布和自治等特性,使得任务管理变得更加复杂和难以有效实现。本研究以大规模科学和工程计算为背景,以计算网格为基础环境,对网格任务管理中的诸多问题进行了研究。文中所述研究皆得到了国家杰出青年基金项目(60225009)和国家863/CIMS主题资助项目(2002AA414070)的资助。 本文所提出的任务管理系统是MASSIVE(Multidisciplinary ApplicationS-oriented SImulation and Visualization Environment)工程的一部分,后者旨在构建面向多学科应用的模拟与可视化网格环境。任务管理系统共设置了8个功能模块,它们是任务创建、任务调度、任务执行、任务监视、性能预测、任务访问授权、任务管理授权和服务质量QoS(Quality of Service)管理。在整个任务管理体系结构设计中,充分考虑了其可用性和可扩展性。本研究主要是从任务调度、网格不确定性处理及QoS操纵、任务授权三方面展开的。 在任务调度的研究中,一个双组件双队列分布式调度模型D~3SM(a Dual-Component and Dual-Oueue Distributed Schedule Model)被提出,基于此模型,研究了两种调度策略以用来提高网格计算性能。它们分别是:任务与数据协同调度策略,传输与计算重叠策略。前者主要用来提高任务计算数据的命中率,后者通过迭合技术改善网络和计算资源的利用率。为了解决相依性任务的调度,XCIGS(An eXtended Communication-Inclusion Generational Scheduling)被设计,它利用DAG(Directed Acyclic Graph)图来分解相依性任务,在一个特定任务缓冲集BSI(a Buffer Set of Independent tasks)的辅助下,动态滞后相对独立性子任务的执行,且考虑了子任务间通讯开销,使得任务调度性能得到明显提高。针对无线网格环境,提出了一个关注资源间歇性和能耗的分层调度算法,它不仅能包容众多通用任务调度算法,而且通过建立含有能量消耗的调度目标函数而提高能量利用率,同时借助4条准则进行任务粗调度,减少了无线资源间歇性带来的性能影响。为了解决负载平衡和容错问题,基于D~3SM且运用了智能代理和冗余技术,使得调度器在实施任务调度的同时,能较好地胜任负载平衡和容错工作。 为了更好的应对网格环境的不确定性,对D~3SM调度模型进行了扩展以增加专门不确定性处理辅助部件。以扩展模型中各个模块的协作为基础,通过对全局调度器调度策略的修订来解决网络的不确定性;借助对次序调度策略实施调整而解决任务不确定性:依据控制已调度任务队列STQ(Scheduled Task Queue)的长度等3项措施来应对网格资源的不确定性。通过建模综合服务质量,设计了一个Qos驱动的可视化调度框架,同时,实施两种任务调度方法,对QoS进行可视化呈现/操控和建立适宜的后调度方案,达到了以用户为中心对网格服务质量进行有效管理的目的。浙江大学博士学位论文 任务授权是网格基础设施中的重要挑战。在考虑社区策略的前提下,提出了并行化子任务级授权服务PSAS(aP即傲llelized Subtask-level Authorization Serviee)体系结构以满足权限的最小化原则,同时给出了柔性任务管理和上下文感知的动态授权方法。通过解构可并行执行的任务、重新调整访问权限以实现权限的最小化。通过对资源使用和任务管理设置多值策略和借助上下文代理进行权限集转换,最终完成了动态授权。基于社区策略,实现了任务管理的社区属性。利用委托机制完成对任务管理的授权委托。 关键字:计算网格,任务管理,任务调度,网格不确定性,服务质量操纵,负载平衡,容错,任务授权,管理委托
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1．1 研究背景
1．1．1 网格计算的概念和目的
1．1．2 网格计算的发展过程与趋势
1．1．3 国内外的网格计算项目简介
1．1．4 网格体系结构
1．1．5 网格计算面临的挑战和关键技术
1．2 课题来源
1．2．1 主要支撑的研究项目
1．2．2 网格任务管理研究的重要性
1．3 研究内容
1．3．1 网格任务管理概述
1．3．2 本文研究的重点
1．3．2．1 网格任务调度
1．3．2．2 网格任务访问授权和任务管理授权
1．3．3 研究针对的网格环境
1．4 本文的工作
1．5 论文的结构
1．6 本章小结
第2章 网格任务管理系统总体架构
2．1 相关工作
2．2 主要面向的网格系统
2．3 任务管理系统的体系结构
2．3．1 任务管理系统的总体结构概要
2．3．2 任务管理系统的基本功能模块
2．3．3 任务管理系统的辅助功能模块
2．4 任务执行流程
2．5 任务的存储结构
2．6 几个模块简要介绍
2．6．1 可视化任务调度
2．6．2 任务的监控
2．6．3 任务执行性能预测
2．7 本章小结
第3章 网格任务调度模型D~3SM及其适宜调度策略
3．1 任务与数据一致调度的背景
3．2 相关工作
3．2．1 网格任务调度模型
3．2．2 网格任务调度策略
3．3 D~3SM调度模型
3．4 协同一致调度策略及其性能分析
3．4．1 相关假定
3．4．2 调度策略一致化方式
3．4．3 调度策略描述
3．4．4 性能分析
3．5 重叠调度策略及其性能分析
3．5．1 相关假定
3．5．2 重叠策略描述
3．5．3 相依性并行任务提前数据传输机制的实现
3．5．4 性能分析
3．6 试验
3．7 结论和未来工作
第4章 两个启发式任务调度算法
4．1 启发式任务调度算法概述
4．2 基于 DAG的相依性任务调度算法 XCIGS
4．2．1 CIGS算法
4．2．2 调度的假定与术语定义
4．2．2．1 假定
4．2．2．2 定义
4．2．3 XCIGS算法
4．2．3．1 入度和出度计算
4．2．3．2 优先数计算
4．2．3．3 算法主体
4．2．4 试验
4．2．5 结论
4．3 无线网格中关注资源间歇性和能耗的分层调度算法
4．3．1 无线网格任务调度挑战及相关工作
4．3．2 基于代理的分层调度模型
4．3．3 无线网格任务调度算法
4．3．3．1 全局调度器中的调度
4．3．3．2 无线代理调度器中的调度
4．3．4 模拟实验
4．3．5 结论和未来工作
4．4 本章小节
第5章 基于D~3SM调度模型的负载平衡和容错技术
5．1 相关工作
5．2 术语定义及其功能
5．3 扩展的D~3SM调度模型及其平衡容错原理
5．4 基于智能代理的平衡和容错机制
5．4．1 智能代理的工作实施
5．4．2 代理间通信机制
5．5 模拟实验及其结果分析
5．6 本章小结
第6章 调度级的网格不确定性对策及服务质量操控
6．1 网格的不确定性和服务质量
6．2 相关工作及其分析
6．3 基于 D~3SM模型的网格不确定性对策
6．3．1 D~3SM模型的扩展及其对策方案
6．3．2 全局调度器的调度修订以解决网络不确定性
6．3．3 次序调度的动态调整以解决任务的不确定性
6．3．4 三种应对资源不确定性方法
6．4 可视化服务质量操控
6．4．1 调度中的综合服务质量模型
6．4．2 可视化调度框架
6．4．3 可视化调度的实现
6．5 后调度机制
6．6 本章小结
第7章 并行任务的访问与管理授权
7．1 研究目标与相关工作
7．2 网格中间件中的授权现状
7．3 并行化子任务级授权服务(PSAS)
7．3．1 子任务级授权
7．3．2 社区策略授权
7．3．3 任务管理授权
7．3．4 上下文感知授权
7．4 实现机制
7．4．1 规范扩展
7．4．2 用户环境中功能模块实现
7．4．3 底层系统的执行机制
7．5 PSAS的相关考虑
7．6 结论和未来工作
第8章 MASSIVE中的相关实现界面与应用
8．1 MASSIVE的试验环境
8．2 MASSIVE入口及与任务管理相关的功能区
8．3 任务描述界面
8．4 资源发现界面
8．5 任务调度界面
8．6 任务监控界面
8．7 调度中的QoS控制界面
8．8 应用实例
8．8．1 Monte Carlo模拟运算
8．8．2 2D工程数值计算
8．8．3 固体受压变形的三维数值模拟
8．9 本章小结
第9章 结论与展望
9．1 结论
9．2 下一步的工作
参考文献
攻读博士期间的主要科研工作和研究成果
参加的主要科研工作
主要研究成果
致谢
发布时间: 2005-05-13
参考文献
- [1].计算网格环境中任务管理的研究[D]. 栾翠菊.浙江大学2006
标签：计算网格论文; 任务管理论文; 任务调度论文; 网格不确定性论文; 服务质量操纵论文; 负载平衡论文; 容错论文; 任务授权论文; 管理委托论文;