云環(huán)境下科學(xué)工作流的中間數(shù)據(jù)復(fù)制與布局策略研究

1、 學(xué)位論文 題 目 云環(huán)境下科學(xué)工作流的中間數(shù)據(jù)復(fù)制與布局策略研究 英 文 Research of Replication and Placement Strategies for the 題 目 Intermediate Data of Scientific Workflow in Cloud 研究生姓

2、名 彭 蘇 姓名 劉 偉 職稱 副 教 授 學(xué)位 博 士 單位名稱 計(jì)算機(jī)學(xué)院 郵編 430063 申請學(xué)位級別 碩 士 學(xué)科專業(yè)名稱 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 論文提交日期 2014

3、-04 論文答辯日期 2014-05 學(xué)位授予單位 武漢理工大學(xué) 學(xué)位授予日期 答辯委員會主席 評閱人 2014 年 05 月 指導(dǎo)教師 分類號 密 級 UDC 學(xué)校代碼

4、 10497 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 I 摘 要 科學(xué)工作流是對大規(guī)模科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自動(dòng)化完成的過程。作為一種數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，科學(xué)工作流已被廣泛用于處理和分析科學(xué)研究中的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于云環(huán)境可提供科學(xué)工作流執(zhí)行需要的計(jì)算與存儲資源，越來越多的科學(xué)工作流開始部署到云環(huán)境下。但是，科學(xué)工作流部署在云環(huán)境下也面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，科學(xué)工作流執(zhí)行過程耗時(shí)較長，怎樣提高科學(xué)工作流的執(zhí)行性能是面臨的挑戰(zhàn)之一；其次，云計(jì)算采用按

5、需計(jì)費(fèi)的計(jì)算模式，在云環(huán)境下部署科學(xué)工作流的費(fèi)用開銷也是需要考慮的問題；另外，云環(huán)境允許多用戶共享資源，如何保證云環(huán)境中數(shù)據(jù)的安全也是亟待解決的問題。 針對科學(xué)工作流部署在云環(huán)境下面臨的挑戰(zhàn)，本文的主要研究工作如下： 1、結(jié)合多個(gè)科學(xué)工作流應(yīng)用的中間數(shù)據(jù)頻繁使用造成的執(zhí)行效率低下問題，提出了一種中間數(shù)據(jù)副本放置策略來有效地提高多個(gè)科學(xué)工作流的執(zhí)行效率。首先，該策略根據(jù)中間數(shù)據(jù)的使用頻率閾值來選擇中間數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制；然后，根據(jù)各中間數(shù)據(jù)的大

6、小對復(fù)制的中間數(shù)據(jù)設(shè)置不同的副本個(gè)數(shù)；最后，以數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間為主要目標(biāo)，使用遺傳算法對中間數(shù)據(jù)副本放置問題進(jìn)行求解，保證科學(xué)工作流執(zhí)行效率的前提下兼顧全局負(fù)載平衡。 2、針對多個(gè)科學(xué)工作流應(yīng)用部署在云環(huán)境下面臨的費(fèi)用開銷問題與執(zhí)行效率問題，提出了一種成本感知的科學(xué)工作流中間數(shù)據(jù)復(fù)制策略，保證執(zhí)行效率的同時(shí)最小化副本的放置成本。首先，對多個(gè)科學(xué)工作流的執(zhí)行效率問題與副本放置成本問題進(jìn)行分析建模；其次，將數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間作為主要目標(biāo)，放置成本作為

7、次要目標(biāo)，使用遺傳算法求解成本感知的中間數(shù)據(jù)復(fù)制問題，從而在保證科學(xué)工作流執(zhí)行效率的前提下有效地減少副本的放置成本；最后，以數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間與副本放置成本作為評價(jià)指標(biāo)，通過仿真實(shí)驗(yàn)與其他類似策略進(jìn)行比較，驗(yàn)證其有效性。 3、針對科學(xué)工作流部署在云環(huán)境下面臨的布局成本問題與數(shù)據(jù)安全問題，提出了成本感知的中間數(shù)據(jù)布局策略，在保證數(shù)據(jù)安全的前提下減少布局成本開銷。該策略首先介紹了科學(xué)工作流中間數(shù)據(jù)的安全模型與數(shù)據(jù)放置成本；然后，以數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)布