面向QoS的網(wǎng)格應(yīng)用—系統(tǒng)平衡型優(yōu)化調(diào)度方法研究.pdf

1、隨著網(wǎng)格系統(tǒng)逐步從科研領(lǐng)域走向更加廣泛的商業(yè)領(lǐng)域，面向服務(wù)的網(wǎng)格已成為主流趨勢(shì)，網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度的研究重點(diǎn)是“提供非凡的服務(wù)質(zhì)量保證(Non-trivial QoS Guarantee)”。網(wǎng)格系統(tǒng)提供QoS保證能力時(shí)明確區(qū)分了應(yīng)用QoS指標(biāo)和系統(tǒng)QoS指標(biāo)，當(dāng)前面向QoS的調(diào)度策略通常單獨(dú)考慮網(wǎng)格應(yīng)用的QoS需求或僅僅優(yōu)化網(wǎng)格系統(tǒng)的目標(biāo)，亟需一個(gè)既能保障應(yīng)用QoS指標(biāo)又能適應(yīng)網(wǎng)格系統(tǒng)內(nèi)在需求的合理、高效和公平的調(diào)度決策機(jī)制。因此，面向Qo

2、S的網(wǎng)格應(yīng)用—系統(tǒng)平衡型優(yōu)化調(diào)度研究具有良好理論價(jià)值和實(shí)用意義。
　　 網(wǎng)格系統(tǒng)和網(wǎng)格應(yīng)用從各自的角度提出不同的QoS指標(biāo)，之間不存在簡(jiǎn)單直接映射關(guān)系，優(yōu)化系統(tǒng)QoS指標(biāo)的策略在實(shí)際中可能無(wú)法滿足用戶所提出的QoS需求，優(yōu)化應(yīng)用QoS指標(biāo)則可能損害系統(tǒng)性能參數(shù)?；趯?duì)應(yīng)用與系統(tǒng)雙方QoS指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)特性的深入分析，本文開(kāi)展平衡應(yīng)用與系統(tǒng)QoS指標(biāo)的網(wǎng)格優(yōu)化調(diào)度研究，重點(diǎn)考慮的應(yīng)用QoS指標(biāo)包括用戶通常最關(guān)注的應(yīng)用完成時(shí)間和執(zhí)行費(fèi)

3、用，系統(tǒng)QoS指標(biāo)則包括系統(tǒng)負(fù)載均衡程度與計(jì)算經(jīng)濟(jì)理論中最常用的系統(tǒng)目標(biāo)—系統(tǒng)總收益，以期實(shí)現(xiàn)用戶QoS保障并滿足網(wǎng)格系統(tǒng)的內(nèi)在需求。論文的主要工作和創(chuàng)新如下:
　　 (1)面向通用網(wǎng)格應(yīng)用的平衡型優(yōu)化調(diào)度策略
　　 針對(duì)網(wǎng)格應(yīng)用和網(wǎng)格系統(tǒng)雙方的QoS需求存在一定沖突，提出了一種基于序貫博弈的平衡型優(yōu)化策略SGPUBO。SGPUBO以應(yīng)用完成時(shí)間和系統(tǒng)的負(fù)載均衡程度為優(yōu)化目標(biāo)，將調(diào)度過(guò)程分為活動(dòng)分發(fā)和處理器分配兩個(gè)階段，

4、首先按照資源性能進(jìn)行活動(dòng)分發(fā)，之后基于已接納活動(dòng)的執(zhí)行情況在資源內(nèi)部實(shí)施處理器分配，通過(guò)兩個(gè)階段相互迭代求解獲得最終分配方案。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)分析可知:SGPUBO具有集中分配特性，基于該特性，通過(guò)采用站點(diǎn)—活動(dòng)隊(duì)列的截尾處理方案，提出了可進(jìn)一步優(yōu)化應(yīng)用完成時(shí)間的SGPUBOwTM算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與經(jīng)典調(diào)度算法Min-Min和Sufferage相比，SGPUBOwTM可在短時(shí)間內(nèi)求解處理大規(guī)模網(wǎng)格應(yīng)用調(diào)度問(wèn)題，并且在網(wǎng)格應(yīng)用的完成時(shí)間和

5、網(wǎng)格系統(tǒng)的負(fù)載均衡等方面都有更好的表現(xiàn)。
　　 (2)面向工作流應(yīng)用的平衡型優(yōu)化調(diào)度策略
　　 針對(duì)經(jīng)典的工作流逆向分層方案中均勻分配截止期寬裕時(shí)間將造成寬裕時(shí)間浪費(fèi)這一缺陷，提出了一個(gè)非均勻浮差的工作流截止期分配預(yù)處理方案DBL_UnevenExt。為了優(yōu)化截止期分配的活動(dòng)選擇，DBL_UnevenExt基于“服務(wù)級(jí)差性價(jià)比”實(shí)施截止期分配，并參考“服務(wù)級(jí)差”中“時(shí)間性能差”的分配需求，以非均勻方式分配工作流截止期寬裕

6、時(shí)間。實(shí)驗(yàn)表明，DBL_UnevenExt的截止期分配方案可將截止期寬裕時(shí)間分配給更適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)，擴(kuò)展了工作流應(yīng)用子任務(wù)的費(fèi)用優(yōu)化區(qū)間。在采用DBL_UnevenExt實(shí)施工作流預(yù)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)每一個(gè)子工作流以實(shí)時(shí)模式進(jìn)行基于序貫博弈的平衡型優(yōu)化，進(jìn)而研究提出了一個(gè)費(fèi)用目標(biāo)下工作流應(yīng)用的平衡型優(yōu)化算法DBLUCUBO。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:DBLUCUBO在工作流執(zhí)行費(fèi)用和網(wǎng)格系統(tǒng)的負(fù)載均衡程度方面的性能表現(xiàn)顯著優(yōu)于同類經(jīng)典工作流調(diào)度算法。

7、r>　　 (3)面向全局收益優(yōu)化的管理域內(nèi)平衡型調(diào)度策略
　　 針對(duì)當(dāng)前管理域內(nèi)的調(diào)度大多沿用傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)的本地調(diào)度器、不能很好地適應(yīng)商業(yè)應(yīng)用環(huán)境中對(duì)公平性和合理性的新需求這一問(wèn)題，提出了一種最大化管理域全局收益的域內(nèi)調(diào)度策略CGBMA。該策略在建立管理域內(nèi)的合作博弈模型并定義管理域的“平衡狀態(tài)”基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析得出管理域系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)全局收益最大的結(jié)論。據(jù)此，將管理域內(nèi)的調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為任務(wù)零售價(jià)、任務(wù)市場(chǎng)價(jià)

8、和任務(wù)分配量的更新迭代過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與Proportional Share、Double Auction算法相比，CGBMA可實(shí)現(xiàn)管理域的最大全局收益。針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)分析同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)任務(wù)規(guī)模增大時(shí)，CGBMA的市場(chǎng)淘汰特性將愈加明顯而致使負(fù)載不均衡加劇。為此，在CGBMA算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)施負(fù)載均衡優(yōu)化，依據(jù)資源的負(fù)載情況來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整合作博弈模型的關(guān)鍵參數(shù)，并提出了一個(gè)全局收益優(yōu)化的負(fù)載平衡調(diào)度算法CGBMAFI。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，