一種高效的負載平衡算法研究與設計.pdf

1、分布式并行計算可以提供相對廉價且強大的處理能力，在研究和應用領域都得到了廣泛的關注。負載平衡是影響分布式并行計算性能的重要因素之一，負載平衡策略的效率直接關系到分布式并行系統的執(zhí)行效果。
　　負載平衡作為提高分布式并行計算性能的關鍵技術，是一個NP問題，因此分布式并行系統只能通過優(yōu)化得到近似解而不能獲得最優(yōu)的負載平衡。分布式并行系統具有的特點也進一步增加了負載平衡難度:首先，分布式并行計算系統中節(jié)點的異構性和任務的異構性增加了負載

2、平衡策略的難度;其次，網絡的異構性也對負載平衡策略提出了挑戰(zhàn);再次，分布式并行系統的不斷擴展要求負載平衡策略具有良好的可擴展性;最后，負載平衡策略需要適應分布式并行系統的動態(tài)性。這使得，目前對負載平衡的研究在任務調度模型、算法復雜程度、信息獲取、數據傳輸代價、調整策略等方面存在一些問題。
　　針對上述問題，本文在現有研究的基礎上設計了任務調度模型，并基于此模型提出一種簡單高效的負載平衡算法。
　　(1)針對分布式并行環(huán)境的特

3、點設計了任務調度模型。首先，抽象出包含處理數據的任務和純計算任務的任務模型。其次，抽象出接近實際的系統結構;基于歷史值的影響設計了考慮工作節(jié)點計算能力動態(tài)性和異構性的處理機模型;提出標準網絡距離的概念，更好地處理網絡的動態(tài)變化和計算通信開銷，并基于此設計了包含局域網和廣域網的通信模型。最后，根據設計的模型給出任務組織形式、遷移方式以及本文負載平衡算法要解決的問題。
　　(2)基于設計的任務調度模型提出一種高效的負載平衡算法。算法將

4、負載平衡分為Assignment和Redistribution兩個過程，針對兩個過程分別提出了簡單且準確性較高的任務調度算法(SHAS:Simple and High Accuracy Scheduling Algorithm)和基于性能收益因子的動態(tài)負載調整算法(DLAPGF:Dynamic Load Adjustment Algorithm based onPerformance Gains Factor)。SHAS結合了按需和周期

5、性的信息收集方式，并采用捎帶信息的方式進一步提高信息的準確性，在此基礎上充分考慮通信開銷和數據傳輸代價，提出任務最終完成時間較準確的計算方式，最后在提出的任務調度原則的指導下采用Min-Min算法對新任務進行調度。DLAPGF通過分析得出負載平衡目標，然后基于標準網絡距離確定伙伴節(jié)點，并采用改進的交互信息反饋方式獲取伙伴節(jié)點的信息，最后根據工作節(jié)點的最終完成時間提出性能收益因子的概念，并在此概念的基礎上采用任務交換和任務遷移操作實現動態(tài)