網(wǎng)格計算中面向QoS的任務(wù)調(diào)度機制研究-碩士學(xué)位論文

二〇一三年三月UDC密級公開學(xué)科專業(yè)：軟件工程論文答辯日期答辯委員會主席中南大學(xué)(小三號宋體)I原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻均已在論文中作了明確的說明。學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時授權(quán)中國科并通過網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。網(wǎng)格計算中面向QoS的任務(wù)調(diào)度機制研究圖X幅，表X個，參考文獻X篇。關(guān)鍵詞：網(wǎng)格計算；QoS;任務(wù)調(diào)度；調(diào)度機制；調(diào)度算法keytechnique—resourcesallocation&tastask&resource,PetriNetmodelingmethodinschserviceinterfaceofschedulingmechanismandmulti-QoStaskComputationalGridisproposed,andtherelatedtaskscheulingachievedthroughconsidermulti-attributesofcoinordertoimplementthetasksefficiently.Inthetext,therunenvironment,constructionandimrealizationtechniqueofschedulingalgorithmaretheemphasestoThemechanismproposedinthispaKeywords:GridComputing;Qmechanism;schedulinga原創(chuàng)性聲明 I摘要 11.1研究背景 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展 1 31.2.3網(wǎng)格資源管理和任務(wù)調(diào)度研究 51.3研究意義 81.4研究內(nèi)容 91.5內(nèi)容組織與安排 2.1研究工作總結(jié) 2.2下一步研究方向和目標(biāo) 參考文獻 錯誤!未定義書簽。攻讀學(xué)位期間主要的研究成果 發(fā)表論文 參加科研項目 1第1章緒論隨著計算技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，使用多種新型終端設(shè)備訪問網(wǎng)絡(luò)上的計算和信息資源正變得越來越普及，并成為傳統(tǒng)社會向信息化社會轉(zhuǎn)型的一個重要特色。信息化建設(shè)的進一步發(fā)展，表現(xiàn)出兩個顯著的趨勢：一是計算資源、設(shè)備資源以及各種信息資源都向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，二是訪問這些網(wǎng)絡(luò)資源的終端設(shè)備朝多樣化、小型化、智能化以及可移動的方向發(fā)展。這兩種趨勢牽引了網(wǎng)格計算技術(shù)的發(fā)展。近年來，以服務(wù)為中心的新一代網(wǎng)格——服務(wù)網(wǎng)格的架構(gòu)已經(jīng)提出并引起全球網(wǎng)格研究者的關(guān)注，這種面向用戶、以封裝服務(wù)形式的目前，以網(wǎng)格技術(shù)為核心的新一代網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境的發(fā)展還處于初級階仍然存在許多重大基礎(chǔ)科學(xué)問題有待解決。其中最為核心和關(guān)鍵的問題就包括網(wǎng)格計算環(huán)境中網(wǎng)格資源分配與任務(wù)調(diào)度的機制和方法。網(wǎng)格資源分配和任務(wù)調(diào)度的基本功能是根據(jù)網(wǎng)格任務(wù)的需求，從眾多的可用資源中，選擇滿足任務(wù)需求并能最大化某種評價標(biāo)準(zhǔn)的資源，并將任務(wù)調(diào)度到匹配的資源上執(zhí)行。傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)以提高系統(tǒng)吞吐量或縮短任務(wù)完成時間為單一目標(biāo)，然而隨著網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，且不同組織采用不同的資源管理策略，致使資源使用者和資源提供者的目標(biāo)存在不一致、甚至完全相悖的情況。同時，網(wǎng)格應(yīng)用要求能夠并發(fā)分配隸屬于不同管理域的資源，進一步將網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度機制復(fù)雜化。因此，描述與表示資源提供者與資源使用者的目標(biāo)是進行網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度的重要依據(jù)，也是保證網(wǎng)格用戶和其它服務(wù)QoS的前提，研究跨管理域的資源分配機制和網(wǎng)格QoS保障已成為目前的重要研究方向。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀網(wǎng)格技術(shù)源于大型科學(xué)計算，是指在動態(tài)變化的多個虛擬機構(gòu)間共享資源生，但迅速擴散到金融、汽車設(shè)計、生命科學(xué)和其他領(lǐng)域的各種商業(yè)應(yīng)用中，其實質(zhì)是在動態(tài)的可擴充的虛擬組織中可控且平等地使用和共享資源，而其中最為核心的是為各種網(wǎng)絡(luò)上的資源提供一種安全、高效的共享機制，使得各種異構(gòu)和孤立的資源能以一個整體為用戶提供各種計算和信息服務(wù)錯誤!未找到引用源。2也經(jīng)歷了幾個階段的發(fā)展。在開放網(wǎng)格服務(wù)框架OGSA(OpenGridService時基于XML(ExtensibleMarkupLanguage可擴展標(biāo)記語言)的WebServices組看到了WebServices的巨大潛力，在2002年迅速將GlobusToolkit的開發(fā)轉(zhuǎn)項目組和IBM共同倡議了一個全新的網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)一開放網(wǎng)格服務(wù)框架OGSA 一個封閉的世界走向了開放的環(huán)境。2003年1月，符合OGSA規(guī)范的GlobusToolkit3.0(Alpha版)已經(jīng)在第一屆Globusworld會議上發(fā)布，這標(biāo)志著OGSA已經(jīng)發(fā)展到了4.0版本。2004年1月，基于OGSA的一種新型網(wǎng)格服務(wù)資源框目前網(wǎng)格技術(shù)的主流規(guī)范為OGSA和WSRF,基于OGSA之后，網(wǎng)格的一切對外功能都以網(wǎng)格服務(wù)(GridService)來體現(xiàn)，并借助一些現(xiàn)成的、與平臺無關(guān)的技術(shù)，如XML(ExtensibleMarkupLanguage)、SOAP(SimpleObjectAccessProtocol簡單對象訪問協(xié)議)、WSDL(WebServicesDefinitionLan述、發(fā)現(xiàn)和集成協(xié)議)、WSFL(WebServicesFlowLanguageWeb服務(wù)流語言)、WSEL(WebServicesEndpointLanguage網(wǎng)絡(luò)服務(wù)終端語言)等，來實現(xiàn)這些服務(wù)的描述、查找、訪問和信息傳輸?shù)裙δ?。這樣，一切平臺及所使用技術(shù)的異構(gòu)性都被屏蔽。OGSA的模型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。3應(yīng)用應(yīng)用專業(yè)服務(wù)自動性能當(dāng)前大多數(shù)網(wǎng)格項目的實現(xiàn)都是基于GT3/GT4(GlobusToolkitVersion3/4)網(wǎng)格、美國學(xué)術(shù)界的TeraGrid,、以及BondNimrod/G錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引田源。、Legion錯誤!未找到引用源。等等。而且網(wǎng)格項目也有向大型化發(fā)展的趨勢，算機，達到每秒20萬億次的計算能力，并能存儲和處理近1千萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)。另外美國軍方正在實施的全球信息網(wǎng)格GIG(GlobalInformationGrid),預(yù)計在2020年完成。IBM在2001年8月宣布，將投入40多億美元進行“網(wǎng)格計算創(chuàng)新計劃”(GridComputingInitiative),全面支持網(wǎng)格計算，IBM因此成為鎊，用以研發(fā)“英國國家網(wǎng)格”(UKNationalGrid)。在亞洲，2003年6月26日，日本NTT數(shù)據(jù)公司公布了自2002年12月20果。有1萬2206臺個人電腦參加，峰值性能超過了3TFLOPS。2002年11月，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所網(wǎng)格計算研究中心宣布，在由多臺個人電腦通過網(wǎng)絡(luò)出了上億元的資金用于ChinaGrid相關(guān)的研究，目前國內(nèi)的網(wǎng)格項目主要有清華大學(xué)的先進計算基礎(chǔ)設(shè)施ACI和以中科院計算所為主的國家高性能計算環(huán)境NHPCE、織女星網(wǎng)格項目以及上海教育網(wǎng)格等。由于近年來面向服務(wù)的體系架構(gòu)(Service-orientedarchitectures)作為一個基本的問題被考慮，而面向服務(wù)的體系架構(gòu)主要就是為所服務(wù)的客戶提供確定的4QoS保障，因此提供非平凡(Non-trivial)的QoS將是網(wǎng)格的首要目標(biāo)，不提網(wǎng)絡(luò)QoS是計算機網(wǎng)絡(luò)中一個流行的研究領(lǐng)域。這個研究關(guān)注如何提供更除了網(wǎng)絡(luò)層次外，還需在網(wǎng)格系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)相應(yīng)的保證。以下列舉了一些已有關(guān)于網(wǎng)格QoS的研究項目。實體擁有一組方便管理和保證的協(xié)議，并設(shè)計了一種用于SLA的語言。文章通過SLA來監(jiān)控和保證網(wǎng)格的服務(wù)，設(shè)計了監(jiān)控引擎。算網(wǎng)格中的QoS管理，它的主要目標(biāo)就是處理實時性的服務(wù)或?qū)刂習(xí)r間有嚴(yán)格要求的服務(wù)。因而該模型只支持時間的約束條件。系統(tǒng)有很多元數(shù)據(jù)，包括和每個服務(wù)相聯(lián)系的應(yīng)用信息和應(yīng)用模型信息，這樣系統(tǒng)可以計算滿足在時間約束條件下任務(wù)執(zhí)行的可行性。如通過執(zhí)行時間和硬件資源信息，系統(tǒng)決定所需的CPU資源，并可以實施資源預(yù)留。GlobalGridForum(GGF):GGF的成員關(guān)注于網(wǎng)格QoS相關(guān)內(nèi)容，Globus項目提出，以支持端到端的QoS保障，是目前計算網(wǎng)格中最廣為接受的QoS框架。它的目標(biāo)是為發(fā)起預(yù)留的客戶端或應(yīng)用程序能從資源管理者處獲得特定的QoS提供保障。其特點是：將預(yù)留資源與計算元素看作同樣的實體，獨立的進行創(chuàng)建、監(jiān)測和管理；支持異構(gòu)資源類型；GARA分層次結(jié)構(gòu)，使得資源集的發(fā)現(xiàn)、預(yù)留、分配和管理可以被包裝在co-reservationagents和5支持了資源的預(yù)留。缺點是不兼容OGSA,不支持SLA(ServiceLevelAgree-ment),缺少對應(yīng)的QoS監(jiān)控和調(diào)整函數(shù)。GridQoSManager(G-QoSM):有一批注重于研究SLA及AgreementPro-tocol的項目產(chǎn)生，其中包括G-QoSM(Cardi.University,UK),這是以G-QoSM(GridQoSManager)為代表的一類在服務(wù)網(wǎng)格中支持QoS的管理架構(gòu)，它基于OGSA,可以管理和分辨網(wǎng)格服務(wù)的QoS屬性，為軟實時應(yīng)用程序提供必要的與資源所有者協(xié)商；與客戶端建立服務(wù)層協(xié)議(SLAs);預(yù)留和分配資源；在QoS會話期間監(jiān)控相關(guān)的參數(shù)；當(dāng)資源的質(zhì)量特性發(fā)生變化時進行適當(dāng)調(diào)整；結(jié)束QoS會話。從上述項目可以看出，大部分的QoS是從系統(tǒng)管理的角度出發(fā)，主要集中目前關(guān)于QoS的調(diào)度研究不是很多，如AQoS是文獻[11]提出的基于G-QoSM和GARA,使用UDDIe服務(wù)的一種調(diào)度算法，它所關(guān)心的QoS參數(shù)是資源的機制，主要用于資源預(yù)留和提高資源的利用率。DistributedQoSNetwork1.2.3網(wǎng)格資源管理和任務(wù)調(diào)度研究網(wǎng)格計算作為一種新型的分布計算和協(xié)同工作環(huán)境，能夠提供超強的處理能力，并有利于資源共享，因此受到廣泛的關(guān)注。網(wǎng)格計算中包含很多關(guān)鍵技術(shù)，其中資源分配和任務(wù)調(diào)度又是重中之重，因而成為研究熱點。LSF:由加拿大平臺計算機公司研制和開發(fā)，從Toronto大學(xué)開發(fā)的Utopia系統(tǒng)發(fā)展而來的。LSF是一個成熟的集群作業(yè)管理系統(tǒng)。資源管理采用集中式模型，在任務(wù)調(diào)度方面的主要特點是提供搶占式調(diào)度；保證緊急任務(wù)的調(diào)度；可通過邏輯表達式創(chuàng)建任務(wù)依賴圖，提供對依賴性任務(wù)的支持；提供了多種調(diào)度策略，其中包括Reservation和Backfill等。Globus:由美國Argonne國家實驗室實施的研究項目。該項目的主要研究6計劃是網(wǎng)格技術(shù)的研究和相應(yīng)軟件的開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前Globus被認(rèn)為是計算網(wǎng)格技術(shù)的典型代表和事實上的規(guī)范。其資源管理體系結(jié)構(gòu)采用典型的層次模型，實現(xiàn)了層次模型的大部分被動組件和主動組件；資源描述與訪問采用可擴展模式模型、層次式名空間、軟QoS、LDAP網(wǎng)絡(luò)目錄存儲、分布式基于查詢的發(fā)現(xiàn)、周期性推送分發(fā)等；在任務(wù)調(diào)度方面，提供較低級服務(wù)，支持上層資源分配或者協(xié)同分配，提供高級工具執(zhí)行調(diào)度等。Bond錯誤!未找到引用源。:由美國Purdue大學(xué)探索基于證券市場的經(jīng)濟方法建立網(wǎng)格環(huán)境的一個項目。其資源管理體系結(jié)構(gòu)采用層次模型；資源描述與訪問采用可擴展對象模型、圖式名空間、硬QoS、基于語言的對象存儲與通可預(yù)測價格模型、在線重調(diào)度方法、固定的面向應(yīng)用的調(diào)度策略等。G-Commerce:由美國Tennessee大學(xué)實施的研究項目，此項目使用市場經(jīng)濟學(xué)在網(wǎng)格中進行動態(tài)資源分配。研究指出了資源的相對價值是根據(jù)供需變化而變的，給出了CPU資源和磁盤資源的價格公式，并討論了關(guān)于價格調(diào)整的問Nimrod/G錯誤!未找到引用源。:由澳大利亞Monash大學(xué)開發(fā)的一個專門用來模擬參數(shù)學(xué)習(xí)的網(wǎng)格項目。其資源管理體系結(jié)構(gòu)采用典型的經(jīng)濟/市場模型；資源描述與訪問使用由底層Globus中間件服務(wù)所提供的資源模型、依賴于計算節(jié)點的可用性、提供軟QoS和硬QoS等；在任務(wù)調(diào)度中引入經(jīng)濟方用由計算經(jīng)濟和截止期限所驅(qū)動的應(yīng)用級調(diào)度策略，遵循層次、分布式調(diào)度模型等。任務(wù)調(diào)度是資源管理的核心部分，它的重要性顯而易見，無論是特定任務(wù)的執(zhí)行性能，如時間、費用等，還是整個系統(tǒng)的吞吐率、資源利用率都受到資源調(diào)度質(zhì)量的決定性影響。同時，它也是資源管理中最困難的部分，它的困難性來自網(wǎng)格本身的特性。首先，網(wǎng)格是完全分布的動態(tài)環(huán)境，處于變化中的資其次，網(wǎng)格中的資源往往同時還有非網(wǎng)格的任務(wù)，即網(wǎng)格中的資源競爭包括網(wǎng)格任務(wù)之間的競爭及網(wǎng)格任務(wù)和非網(wǎng)格任務(wù)之間的競爭，這種復(fù)雜的競爭使得資源狀態(tài)難以預(yù)測，而對資源在任務(wù)執(zhí)行過程中的狀態(tài)預(yù)測(主要是負載信息)是調(diào)度的主要依據(jù)之一。從不同的觀察角度可把網(wǎng)格中資源調(diào)度策略按照不同的標(biāo)準(zhǔn)分類。下面根據(jù)調(diào)度策略的目的，把調(diào)度策略分成三種：1)面向應(yīng)用的調(diào)度策略。它是從特定任務(wù)的角度來衡量每個可能的調(diào)度方案，從中選擇最大程度滿7的要求是盡量縮短任務(wù)執(zhí)行時間；其他的要求包括，在使用計費資源時最小化費用，在多個資源可用的情況下優(yōu)先使用某個資源等。目前大部分調(diào)度策略都屬于這一類，如Legion中使用的方法。這一類策略完全不考慮調(diào)度方案對整個系統(tǒng)的影響，如果網(wǎng)格中只采用這一類的策略，整個網(wǎng)格的性能可能受到一定影響。2)面向系統(tǒng)的調(diào)度策略。它是從整個系統(tǒng)的角度來衡量每個可能的調(diào)度方案，從中選擇能最大程度提高整個系統(tǒng)的性能，如吞吐率、資源利用率、負載平衡等方案的調(diào)度策略。值得注意的是，在一個由許多管理域(Administratio的大規(guī)模的網(wǎng)格中，如果把整個網(wǎng)格作為一個系統(tǒng)，它的性能將無法衡量。所以可以把網(wǎng)格在同一個管理域中的部分作為一個系統(tǒng)，由域中的管理者來進行系統(tǒng)級的資源調(diào)度，即把整個網(wǎng)格劃分成多個系統(tǒng)，在每個系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行資源管理。在系統(tǒng)內(nèi)采用面向系統(tǒng)的調(diào)度策略，在客戶端采取面向應(yīng)用的調(diào)度策略能在一定程度上取長補短，同時兼顧應(yīng)用任務(wù)和系統(tǒng)整體的性能。3)面向資源市場的調(diào)度策略。最主要的是面向“資源市場”策略。這種調(diào)度策略由澳大利亞Monash大學(xué)的RajkumarBuyya最早提出，它的主要思想如下，把網(wǎng)格環(huán)境和市場環(huán)境進行類比，用戶作為買方，而資源的擁有者作為賣方，資源調(diào)度的過程就是買賣雙方的交易過程，并把宏觀經(jīng)濟學(xué)和微觀經(jīng)濟學(xué)的各種模型應(yīng)用到網(wǎng)格資源調(diào)度過程中，如拍賣模型、郵件廣告模型等。結(jié)合上一節(jié)網(wǎng)格QoS研究，總的來說，當(dāng)前在網(wǎng)格計算的資源分配和任務(wù)調(diào)度方面的研究還存在以下問題：1)目前的網(wǎng)格QoS研究和資源分配、任務(wù)調(diào)度策略大部分以系統(tǒng)為中心，較少考慮用戶QoS要求的相異性和多樣性，也較少考慮用戶需求的多2)現(xiàn)在的任務(wù)調(diào)度技術(shù)一般不支持資源聯(lián)合分配或者支持能力很弱。已有的聯(lián)合分配方法采用的都是類似于網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，難以獲取全局狀態(tài)信息，調(diào)度過程中通信開銷大，聯(lián)合分配器負擔(dān)過重；3)現(xiàn)在的資源分配和任務(wù)調(diào)度技術(shù)較難適應(yīng)資源供需的動態(tài)變化。目前資源分配和任務(wù)調(diào)度時，在考慮負載變化的同時很少考慮資源能力的變化，而網(wǎng)格環(huán)境下卻經(jīng)常發(fā)生資源能力變化的情況；4)目前在實現(xiàn)資源分配和任務(wù)調(diào)度策略中，缺乏形式化的建模和描述方85)任務(wù)調(diào)度是根據(jù)用戶提交的任務(wù)按照任務(wù)的類型、所需資源、可用資在實際的網(wǎng)格資源調(diào)度上，每個管理域都在開發(fā)各自的調(diào)度系統(tǒng)，很少利資源分配和任務(wù)調(diào)度在網(wǎng)格資源管理系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位，它對系統(tǒng)資源的使用狀況以及任務(wù)的執(zhí)行、用戶的滿意度等都產(chǎn)生直接的影響，并和系統(tǒng)中其它模塊如資源發(fā)現(xiàn)、作業(yè)管理等密切相關(guān)。本課題通過對“網(wǎng)格計算中面向QoS的任務(wù)調(diào)度機制和算法”的研究，在Globus基礎(chǔ)上建立面向QoS的資源管理和任務(wù)調(diào)度模型，有機地集成資源篩選、任務(wù)調(diào)度模型、算法等功能模塊，并研究各個模塊之間的數(shù)據(jù)接口和服務(wù)要求，建立適應(yīng)任務(wù)的多種QoS要求并滿足不同用戶要求的網(wǎng)格資源分配和任務(wù)調(diào)度的服務(wù)框1、調(diào)度機制研究。它將為網(wǎng)格計算的相關(guān)研究和和支撐環(huán)境。目前國內(nèi)外在資源分配和任務(wù)調(diào)度的相關(guān)研究上已經(jīng)取得了一些成果，包括資源發(fā)現(xiàn)、資源篩選、調(diào)度算法等，但這些研究成果都只是基于資源分配和任務(wù)調(diào)度中的某個或某些局部問題取得的，而且很多是理論成果，還沒有一個機制框架能夠提供相應(yīng)的接口模塊來融合并利用已有的研究成果，以便在實際的網(wǎng)格環(huán)境中建立一個高效、可移植的資源分配和任務(wù)調(diào)度機制。當(dāng)前迫切需要建立一個開放的機制來實現(xiàn)合理、靈活、高效的資源分配和任務(wù)調(diào)度來和其它服務(wù)交互。因此，本項目的研究將有助于建立網(wǎng)格計算環(huán)境中資源分配和任務(wù)調(diào)度的統(tǒng)一機制，有利于將目前已取得的一些寶貴研究成果應(yīng)用到實際的網(wǎng)格資源分配和任務(wù)調(diào)度中，并為今后的相關(guān)研究和實際的網(wǎng)格系統(tǒng)實現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)、方法指導(dǎo)和支撐環(huán)境。2、網(wǎng)格中的QoS研究的重要性。QoS等于一組服務(wù)集合的性能，該性個關(guān)鍵要素；從網(wǎng)格服務(wù)的概念看，隨著計算網(wǎng)格，數(shù)據(jù)網(wǎng)格直到服務(wù)網(wǎng)格的發(fā)展，網(wǎng)格作為廣泛、分布的服務(wù)，與用戶和其它服務(wù)的交互決定了QoS是其內(nèi)在需求；從多樣的用戶需求看，不同的用戶，甚至同一用戶對服務(wù)的功能、性能、成本等都有不同考慮，因而使QoS變得重要；從網(wǎng)格資源的異構(gòu)性看，網(wǎng)格資源是異構(gòu)的，它必須為用戶提供單一系統(tǒng)映像，透明地滿足用戶需求，因而QoS直接關(guān)系到網(wǎng)格系統(tǒng)的性能。93、滿足不同用戶對QoS的不同需求。本項目將研究各種異構(gòu)網(wǎng)格資源性能和應(yīng)用需求的描述模型，并基于多QoS建立網(wǎng)格資源與應(yīng)用需求之間的映射以完成對計算資源的篩選；同時研究并設(shè)計一個以用戶為中心的、融入QoS保證機制的動態(tài)多QoS網(wǎng)絡(luò)資源分配和任務(wù)調(diào)度服務(wù)機制，達到對網(wǎng)格環(huán)境進行規(guī)范化和高效管理。因此，本機制的建立將綜合滿足網(wǎng)格系統(tǒng)和用戶任務(wù)調(diào)度的需求，提供良好的服務(wù)質(zhì)量，推動網(wǎng)格核心技術(shù)的向前發(fā)展和總之，網(wǎng)格計算環(huán)境中的資源分配和任務(wù)調(diào)度正處于研究初期，各種理論和算法都在探索階段，而且各項研究都處于各自為政的狀態(tài)，沒有一個開影響和制約了研究的推廣和應(yīng)用。因而為資源分配和任務(wù)調(diào)度建立開放的集成環(huán)境迫在眉睫，同時，網(wǎng)格本身的特點給研究滿足系統(tǒng)和用戶多目標(biāo)的調(diào)度機制帶來了巨大的挑戰(zhàn)，并為設(shè)計復(fù)雜而精妙的調(diào)度系統(tǒng)提供了動力。為適應(yīng)任務(wù)多種QoS要求并滿足不同的用戶目標(biāo)的網(wǎng)格資源分配和任務(wù)調(diào)度服務(wù)，本課題將在既有OGSA/WSRF框架標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，開展在網(wǎng)格計算中面向QoS的任務(wù)調(diào)度機制和算法的研究，具體研究內(nèi)容包括：在網(wǎng)格調(diào)度層，結(jié)合已有的網(wǎng)格服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施，集中考慮任務(wù)調(diào)度過程中的關(guān)鍵步驟和用戶的多種QoS要求，設(shè)計一個合理、高效的任務(wù)調(diào)度機制，且具備相關(guān)接口的實現(xiàn)滿足服務(wù)網(wǎng)格的架構(gòu)。調(diào)度機制中主要步驟為在提取任務(wù)、資源的QoS屬性基礎(chǔ)上進行資源的初步篩選，接著運用一定的調(diào)度算法進行任務(wù)調(diào)度，且在調(diào)度中保障QoS要求。根據(jù)調(diào)度機制運行的關(guān)鍵步驟劃分組件，主要構(gòu)成和研究內(nèi)容有：不同網(wǎng)格任務(wù)需求和資源QoS參數(shù)的提取方法；基于任務(wù)需求與資源QoS參數(shù)之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)資源篩選的原理和方法；通過考慮任務(wù)之間的約束關(guān)系以及資源的動態(tài)變化情況，研究基于Petri網(wǎng)的任務(wù)調(diào)度模型；調(diào)度機制的服在Petri網(wǎng)調(diào)度模型基礎(chǔ)上，研究如何在任務(wù)調(diào)度過程中綜合考慮任務(wù)的多種QoS需求(如時間、價格等)和資源的動態(tài)變化，設(shè)計一個有效保證QoS的任務(wù)調(diào)度算法，算法要能切合網(wǎng)格實際情況，具備一定的優(yōu)越性。本論文詳細介紹了網(wǎng)格技術(shù)以及任務(wù)調(diào)度的研究現(xiàn)狀和發(fā)展，并對任務(wù)調(diào)度中的關(guān)鍵問題提出了作者自己的看法和觀點。為了更好地詮釋觀點和闡述研究內(nèi)容，全文主要分為五個章節(jié)。第一章主要介紹了本論文的研究背景、國內(nèi)外在網(wǎng)格方面的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以及論文的研究意義；第二章分為兩部分，重點介紹了網(wǎng)格計算中關(guān)于QoS和任務(wù)調(diào)度方面的研究工作，同時針對一些關(guān)鍵性問題，如網(wǎng)格QoS的分層和要求，任務(wù)調(diào)度的組成等進行了詳細的解釋；第三章和第四章是本論文的核心，也是作者的主要研究內(nèi)容。第三章提出了面向QoS的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度機制，包括機制的模型、環(huán)境、組成、關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方案等。第四章詳細說明了作者設(shè)計的基于模糊貼近度，以時間和價格為QoS的任務(wù)調(diào)度算法，并對算法進行了驗證；第五章對所作研究做了總結(jié)并提出了未來的工作方向。第2章結(jié)束語本研究旨在通過任務(wù)調(diào)度中關(guān)鍵問題研究建立面向QoS的有效、統(tǒng)一調(diào)度機制并設(shè)計相應(yīng)的調(diào)度算法，以保證和適應(yīng)網(wǎng)格及其任務(wù)的多種QoS要求。通過對“網(wǎng)格計算中面向QoS的任務(wù)調(diào)度機制和算法”的研究，在OGSA/WSRF的框架下，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及Petri網(wǎng)強大的模糊推力和建模分析能力，建立面向QoS的調(diào)度機制模型，并有機地集成任務(wù)、資源QoS參數(shù)抽象、資源篩選、任務(wù)調(diào)度模型、算法、調(diào)度等功能模塊，實現(xiàn)適應(yīng)任務(wù)多種QoS要求并滿足不同的用戶目標(biāo)的網(wǎng)格資源分配和任務(wù)調(diào)度服務(wù)。本研究主要內(nèi)容包括：1、介紹和總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外網(wǎng)格研究以及網(wǎng)格QoS、任務(wù)調(diào)度方面的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵問題。文章介紹了網(wǎng)格技術(shù)的特點、發(fā)展過程和三大趨勢，分析和總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外網(wǎng)格計算中關(guān)于QoS以及任務(wù)調(diào)度方面的研究現(xiàn)狀。對網(wǎng)格QoS的結(jié)構(gòu)、要求和資源管理的特點、分類進行了簡要說明，重點對任務(wù)調(diào)度的技術(shù)特點、分層模型、當(dāng)前的算法及其存在的問題進行了較為詳細的闡述。2、提出面向QoS的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度框架。研究以提供網(wǎng)格調(diào)度服務(wù)為前提，在OGSA/WSRF框架下，結(jié)合Globus服務(wù)，提出了面向QoS的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度機制，機制由資源、任務(wù)屬性QoS參數(shù)提取、資源篩選等調(diào)度預(yù)處理模塊、基于Petri網(wǎng)的任務(wù)調(diào)度模塊以及機制的服務(wù)接口等組成，目的是保證用戶對所需網(wǎng)格服務(wù)的QoS,實現(xiàn)網(wǎng)格服務(wù)的交互調(diào)用，同時滿足高效、合算的任務(wù)調(diào)度。3、提出基于模糊貼近度的多QoS網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度算法。在上述調(diào)度機制的環(huán)境下，設(shè)計了一種基于模糊貼近度的多QoS網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度算法，算法以時間和價格為目標(biāo)，運用模糊數(shù)學(xué)中的貼近度來表示資源和任務(wù)匹配程度，通過比較任務(wù)和資源的貼近度來得到每個任務(wù)的可用資源集，然后選取整體匹配度最大的一組調(diào)度方案作為最優(yōu)解。算法為用戶對任務(wù)的求解所考慮的因素提供了權(quán)值選擇，這在很大程度上適應(yīng)了網(wǎng)格應(yīng)用的需求和方向。實驗結(jié)果表明算法能綜合考慮時間和價格的因素，文中以FAA和幾個經(jīng)典啟發(fā)式算法比較為例，可以得出當(dāng)對用戶關(guān)心的目標(biāo)設(shè)定相應(yīng)的權(quán)值后，算法保證了FAA的完成價格最低，并在性能指標(biāo)上有所改善。由于服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展還剛剛起步，處于初級階段，仍然存在許多重大基礎(chǔ)科學(xué)