硕士学位论文-网格计算中任务调度算法的分析和研究.pdf

学位论文数据集中图分类号TP39l学科分类号52020论文编号1001020l10714密级公开学位授予单位代码100lO学位授予单位名称北京化工大学作者姓名王瑞军学号2008000714获学位专业名称计算机应用技术获学位专业代码081203课题来源自选项目研究方向网格计算论文题目网格计算中任务调度算法的分析和研究关键词网格，任务调度，MiII-MiIl，MaxMin，Su臁rage，嘶dSim论文答辩日期201153l幸论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长时钟同步、计算机网指导教师赵英教授北京化工大学络、分布式系统软件测试与软件可靠评阅人l赵瑞莲教授北京化工大学性评阅人2王雪晶副教授北京化工大学并行计算、图像处理评阅人3评阅人4评阅人5软件测试与软件可靠答辩委员会主席赵瑞莲教授北京化工大学性答辩委员l王学伟教授北京化工大学电子信息与测控答辩委员2何苏勤教授北京化工大学嵌入式系统，DSP答辩委员3尤枫副教授北京化工大学软件测试答辩委员4胡伟副教授北京化工大学计算机图形学答辩委员5注：一论文类型：1基础研究2应用研究3开发研究4其他二中图分类号在中国图书资料分类法查询。三学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB厂r13745-9)学科分类与代码中查询。四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。随着计算机网络技术的快速发展和应用，网格技术随之而生并成为当前国际计算机技术研究的焦点和前沿问题。它被认为是继Intemet技术和W|eb技术之后的第三次互联网革命，引起了IT各界的高度重视。网格能使地理上分散的各种资源透明地聚集在一起，比较适用于大规模的分布式应用。网格技术可以为用户带来很多好处：能提供各种资源便捷的访问接口，异构环境的资源共享，并能消除信息孤岛。在网格计算中，任务调度技术是网格的核心服务之一。由于网格具有动态性、异构性和多样性等特点，所以采用何种方法将大量的用户任务调度到最优的资源节点上执行一直是国际和国内学术界的重点研究领域。本论文的主要工作和创新性成果如下：(1)深入分析和研究了三种网格体系结构，并分析了它们的区别，同时介绍了几种典型的网格资源管理模型和系统。(2)详细探讨了几种经典的任务调度算法：蜥nMin、MaxMin和Su仟erage，并从调度跨度和等待时间两方面分析了三种算法各自的优缺点。(3)由于实际网格环境的动态性、异构性等特点，这给任务调度算法的研究带来了巨大的困难。一般会采用网格模拟工具来完成这一工作。本文重点研究了GIIidSim网格模拟器，并给出了五个进行GridSim循序渐进开发的实例。这为后续的研究工作奠定了基础。北京化工大学硕士学位论文(4)采用GridSim网格仿真工具进行了多组对比实验，分析探讨了影响网格系统性能的经济因素和非经济因素以及这些因素的具体影响程度。另外，还研究了资源内部分配策略对系统性能的影响情况。本文实验获得的这些结论在一定程度上可以为以后的网格任务调度算法的改进提供较好的实验参考依据。关键词：网格，任务调度，Min-Min，MaxMin，Su船rage，GIIidSimtechnologyhasbecomethefocusaIldfrontissuesofintemationalcomputertechnologyresearchItisconsideredtobethethirdintemetrevolution，followingbyIIltemettechnologyandWebtecllIlolo纵andhasattractedgreatattention仃ommebroadresearchcommunityGridcanena_blegeogr印hicallydispersedresourcestotransparentlygathertogethermoresuit2lbleforla唱e-scaledistbuted印plicationsGridtechnologybnngsmanybenefitsforusers：toproVideconVenientaccessinterfacetoVariousresources，tofacilitateresourCeshareofheterogeneousenViro啪ent，andtoeliminateisolatedislandsofinfonnationIIlgridcomputing，taskschedulingtecllIlologyisoneofthecoreg打dseicesSincethe伊idisdynamic，heterogeneousanddiVerse，therelatedonhowtoschedulealargenumberofuserstotheoptimalresourcenodesfbrcutionhasbecomethefIocusofintemationalanddomesticacademicresearchThemainworkofthispaperandinnoVatiVeresultsareasfollows：(1)Thisp印erstudiesthreegridarchitecturein-depth，analyzestheirIdi虢rences，andintroducesseVeraltypic甜伊idresourcemanagementmodelsandsystems(2)ThepaperdiscussesindetailseVeralclassic甜taskschedu“ngalgorithms：Min-Min，MaXMinandSufferage，a11danalyzestheadvantagesanddisadVantagesofthesealgorithmsrespectivelyfrombothsidesofschedulingspanandwaitingtime(3)AstheaCtualgridenVironmentisdynamicandheterogeneous，itwillbringtremendousdifhcultiestotheresearchoftaskschedulingalgorithm研idsimulationtoolsareusuallyusedtocompletethisworkThisp印erfocusesontheGridSimgridsimulator，andpresentsfiveex锄plesofmeGridSimgradumdeVelopmentThiswillprovidemallyhelpsemturework(4)Asanexperimentalstud弘thisp印ercarriesoutmultiplesetsofcomparatiVeexpe订ments仔ombomsidesofeconomicandnoneconomicfactorswithGridSimtools，alsostudiestheresourceallocationstrategysimpactonsystemperfomallce0urresultsprovideimportantevidencestothefutureimproVementoftaskschedulingalgorithmsKEYWORDS：Grid，TaskScheduling，Min-Min，MaxMin，Su骶rage，GridSimIV目录目录第一章绪论111课题的研究背景1111网格的基本概念1112网格的分类一212网格技术的发展动态3121国外研究现状3122国内研究现状513网格技术的应用领域514论文的组织结构5第二章网格计算任务调度技术研究721网格的体系结构7211网格体系结构的概念一7212五层沙漏结构一7213开放服务网格体系结构OGSA一8214w曲服务资源框架WSRF922网格的资源管理类型10221分层模型10222抽象所有者模型ll223经济市场模型12224三种模型的应用1323网格任务调度技术14231网格任务调度的特点15232网格任务调度的目标1524本章小结17第三章经典任务调度算法的研究1931启发式任务调度算法19311启发式任务调度算法的分类19V北京化工大学硕士学位论文312启发式任务调度算法的研究价值2032MinMin调度算法21321算法数学模型定义2l322MinMin算法的调度过程2l323MinMin算法的性能分析23324MinMin算法的不足24325MinMin算法的改进算法MaxMin2533Sufrerage调度算法26331算法数学模型定义27332Su毹rage算法的调度过程27333Su髓rage算法的性能分析28334Su腩rage算法的不足及改进算法3034本章小结33第四章网格模拟工具GdSim研究一3541鲕dSim简介35411丽dSim的关键特征35412GridSim的体系结构3542基于矾dSim的网格模拟仿真过程36421QidSim仿真步骤36422饼dSim仿真开发实例一3743基于嘶dSim的网格调度算法模拟4044图形化用户界面建模工具VisualModeler4l45本章小结42第五章网格任务调度算法的不确定性研究4351问题的提出4352网格计算环境中与任务调度相关的因素43521网格计算中的任务调度机制43522网格计算中的经济因素44523网格计算中的非经济因素4453经济因素对系统性能的影响44531实验环境45目录532实验方案46533实验结果与分析：4654非经济因素对系统性能的影响47541实验环境47542实验方案48543实验结果与分析4855资源内部调度策略对系统性能的影响50551实验环境50552实验方案50553实验结果与分析5156实验结论5257本章小结52第六章总结和展望5361全文的工作总结5362将来的工作展望53参考文献55致谢57研究成果及发表的学术论文-一59作者和导师简介61I北京化工大学硕士学位论文IIChapter2Theresearchoftaskschedulingtechnology721(试darchitectlJle。7211Conceptofgfidarchitecture7212FivelayerSsandglassarchitecture7213Openg订dservicesarchitecture8214W曲seicesresourceframework一922僦dresou：rcemanagementmodel10221Hierarchicalmodel一lO222Abstmct0wnermodel1l223Economvmarketmodel12224Applicationsofthethreemodels1323Oveiewof黟idtaskscheduling14231Characteristicsof伊idtaskscheduling15232Goalofgridtaskscheduling1524Sununarv17Chapter3Theresearchofclassicaltaskschedulingalgorithm1931Heuristictaskschedulingalgorithm311Categoesofheudstictaskschedulingalgorithm312Researchsigni矗canceofheuristictaskschedulingalgorithmIX99Oll2一一一i!塞垡三奎兰堕主兰垡堡奎一一-_-l_I-_-Il_-_l_-_-_-_-_l_-_一一32MinMinschedulingalgorithm一zl321Mathematicalmodelofthealgonthm213122SchedulingprocessofMin-MinaIgorithm2l323Pe渤nnanceanalVsisofMinMinalgorithm23324Weal(nessofMinMinalgorithm24325MaXMin：theimprovementofMinMinalgorithm2533Suflerageschedulingalgorithm26331MathematicaImodelofthealgothmZ7332SchedulingprocessofSufferagealgorithm，27333Pe渤rnlanceanalysis0fSuff：eragealgorithm28334WeaknessandimprovementofSufreragealgorithm3034Summ州33Chapter4GridSim：agridsimulationtooI3541IntroductionofGridSim-j，411Kevfe咖resofGfidSimj)412Afchitectureof(而dSimj)42(通dSimbasedgridsimulationprocessjO421饼dSimsimulationstepsjO422郇dSimsimulationlevelopmentinstances3，43饼dSimbased鲥dschedulingalg嘶thmsimulation4044VisualModeler：研aphicaluserinte渤cemodelingtools4145Summarv42Chapter5Theuncenain蚵researchoftaskschedulingalgoIithm4351Motivationoftheresearch一4352Factorsrelatedtotaskschedulingingridcomputing435211askschedulingmechanismingridcomputing43522Economicfactorsingridcomputing44523Noneconomicfactorsin笋idcomputing4453Efrectofeconomicfactorsonsystempe怕rmance44531Testenvironment4，5321，estsolutions46X4647474848505050553Testresultsandanalysis5l56Expenmentalconclusion5257Summa叮52Chapter6Conclusionandfutullework5361Conclusion5362Futurework53References55AclIlowIedgements57ResearchachieVementsandpublishedpapers59B1iefintroductionofauthorandsuperVisor61XI北京化工大学硕士学位论文I算机已经不能满足人类的需求。度比以往更快，另外计算机网络技术的出现也使得地理上分散的资源集合在了一起。针对以上这两点，一种新颖的计算模式网格计算lll产生了，它能够解决动态和异构资源的共享和大规模计算问题。网格计算是一个充满挑战与发展机遇的研究领域。由于网格的目标是要打造下一代信息技术的高端设施，一方面，学术界的人们十分关注它，另外一方面，业界的人士对此也有浓厚的兴趣。网格计算的研究目标是“在具有分布性、异构性和自治性的网络资源环境下构建庞大的虚拟组织，以实现跨组织和个人的资源共享和协同工作。松散耦合的网格系统能够实现广域计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合与按需共享，支持大规模计算和数据密集处理为特征的应用【2J。网格最初是从电力网络中借鉴过来的一个科学术语，最初是设想计算资源能够像电力一样“打开电源开关就可以使用，而不用去关心是谁以及如何提供这些服务。网格上的资源包括计算机、集群、计算机池、传感器、仪器、设备、存储设备等。通过网格可以将它们转化为一种计算能力，而且这种能力像电网一样是随处可得的、可靠的和标准的。网格和电网的作用对比如图11所示。图11电网和网格的对比Fig1一lThecomparisonbe觚eenelecmcg耐andcomputationalgrid网格技术需要具备以下几个特剧3J：(1)虚拟性网格中的用户和资源都必须经过一定的数据抽象技术加以过滤和处理，该技术的目标是把现实生活中的用户和资源虚拟化为网格系统中的用户和资源。经过虚拟化这一过程之后，网格用户可以方便地采用一种标准的协议界面和虚拟化的接口去访问网格中的各种资源。然而，实际的用户是不能访问物理资源的，即用户和资源是互相不可见的。北京化工大学硕士学位论文(2)共享性网格上的任何资源可以被网格上的所有用户公平地使用。因为要解决分布环境下资源的共享问题，网格这时出现了。除此之外，共享性还体现在以下几个方面：一个网格资源可以被多个用户共享使用；多个网格资源可以只分配给一个网格用户。(3)动态性网格用户拥有的网格资源并不是一直处于稳定的状态的。也就是说，网格用户在某个时间段拥有的资源在下一个时间段都有可能发生变化，具体表现为在下一个时间段对于某个网格用户来说，他所拥有的资源可能增加，也可能减少。(4)集成性正是由于网格的集成性这一特点使得原先分散的地理位置的各种资源集成在了一起，并对外表现为一个有机统一的整体。另外，这个有机体可以被不同地理位置的用户所使用。网格的用户一方面具有单一资源提供的功能的使用权限，另一方面具有多个资源的合成功能的使用权限。网格可以将来自不同时间域、不同空间域、具有不同能力的各种资源有机地集成起来。(5)扩展性网格的可扩展性的含义是：网格在能力方面可以提升，在规模方面可以扩展，另外在各种系统的兼容性方面能表现良好。我们在网格系统的设计与实现的时候，应当将新的资源能否正确地加入到网格中这种情况考虑进来，并考察新的资源和旧的资源能否更好地集成起来，一起协同提升网格系统的性能。112网格的分类由于分布范围广泛、用户量庞大，导致网格的功能变得多种多样了。因此可以从不同的角度出发，对网格进行功能划分。同时也正由于分类的规则不同，产生了多种不同的网格分类方法。通过W曲浏览器，用户可以在一个虚拟的空间内，看到所有的网格资源并使用其提供的服务。常见的分类情况如图12所示。GGG(G盹atGlobal嘶d)。7一、计算和数据网格信息和知识网格商业应用网格其他网格图l-2网格的常见分类Fi晷1-2Thecommoncl嬲smcationoftllegrid(1)根据网格客体分类由于网格的客体是属于不同层次的，所以一般情况下，网格由资源网格、知识网格和信息网格三个层次构成。三种网格对应的处理内容分别为资源、知识和信息。由于网格客体对象是各不相同的，所以一般情况下，可以把网格分为基于数据的2第一章绪论网格、基于服务的网格和基于计算的网格。它们分别对应的处理内容为数据、服务和计算资源。(2)根据网格主体分类如果将网格用户作为分类的标准，很容易想到的一种分法就是把网格用户按照应用领域的不同分成不同的类。所以按照主体的一种典型的分类方法就是可以把网格分成面向不同应用领域的网格。(3)根据网格策略分类由于现实情况的原因，目前对于网格研究还不具备一定的深度。对于网格的准确定位，人们依旧是模糊不清楚的。另外，不同的研究人员对于网格策略的具体含义的描述也很不相同。所以，依据网格策略的标准对网格进行分类几乎很少有人分析和研究。12网格技术的发展动态121国外研究现状(1)美国的网格计算研究现状美国最早开始了网格技术的研究，并且美国是目前全世界网格技术理论最先进的国家之一。下面介绍几个著名的美国在网格方面的研究项目。我们大家都知道，Globus是全世界发展最成熟，并且应用最广泛的网格操作系统。G10bus【4】系统的目标是构建一个强大的面向基础设施，该设施能支持进行科学计算，另外还能集成不同地理位置上的各种资源。Globus项目还包含有对于网格计算的重要理论的研究，经典的理论如资源管理、信息服务和数据管理等；对于支持网格计算的工具软件和应用程序的研发；对于大型的网格实验平台的构建。Le西on【5】是弗吉尼亚大学在1993年提出的元系统软件项目，该项目是基于对象特征的。与Globus采用的方法不同，Le西on里面的所有的资源和服务都使用一个软件对象来表示，并且这些对象是通过单一聚合的命名空间来实现的。AppLesl6J是加利福尼亚大学的研究项目，它的研究对象主要是在应用层方面的调度。AppLes负责调度的程序是在异构的系统架构上完成的，并采用静态和动态相结合的方式来构造，并与其他资源系统共同完成任务。Condor【7l是威斯康星麦迪逊大学的重点网格研究项目之一。Condor具备高效的选优能力，能提供调度策略、资源管理和资源监控等服务功能。用户提交作业后，Condor把作业放在作业队列中，选择合适的时间把作业调度到最优的资源节点上运行，并监控其运行状态。作业运行结束的时候，Condor会把作业的运算结果提交给用户。用户提交的作业分为串行作业和并行作业两种类型。北京化工大学硕士学位论文TeraGdd是目前世界上分布最广的用于科学研究的网格基础设施。它融合了多个合作网站的资源，包括高性能计算机、各种资源和工具。TeraGnd借助于芝加哥大学的网络基础设施团体，可以连通提供资源的网站。EntropiaPC网格计算是一个面向商业领域的网格项目，该项目主要是开发桌面应用的软件，然后在全世界范围内通过hltemet提供给用户下载和使用。EntropiaPC最大的特点是使用户获得到处可用的计算能力。(21欧洲的网格计算研究现状欧洲在网格方面的表现也是非常的积极，具体表现为网格技术理论研究和网格基础设施建设方面。欧洲已经启动了多个重大的网格研究项目，并且这些项目是由多个国家参与的，例如欧洲网格和数据网格。欧洲网格的未来前景是构建一个功能强大的平台，该平台允许用户方便、透明和安全地访问欧洲范围内的计算资源，以便更好地服务于欧洲的科学研究和发展。UNICOI汪【8l是德国研究部投资开展的一个项目。参与该项目的公司有：唧公司、mM公司和富士通公司等。它的目标是提供一个方便的软件平台，该平台允许用户很方便地向远程的计算节点提交自己的作业，而不必关注计算节点的内部体系结构。爱尔兰网格是一个面向应用领域的国家网格。它将国内各大学和高等教育研究机构有机地连接到了一起，以使各种用户，例如IT学者、历史家、生物家等能在该网格上方便地构建满足自己需求的虚拟组织。该网格的优点是只需要一个网格管理层就可以管理多个虚拟组织。SwEGI是瑞典国家网格，由分布在瑞典不同地方的六个网站的六个集群共上百台计算机组成。该项目主要用于高吞吐量计算，以快速处理大量的非并行计算。(3)亚洲国家的网格计算研究现状在各个国家政府部门的积极帮助的情况下，网格方面的高级国际研讨会在亚洲的中国、日本、韩国等国积极地举办起来。另外，网格的研究和应用也在很多国家开展起来。日本的数据农场网格项目的目标是分析和处理面向PetabVte数据量的高能物理的实验数据。该网格是与欧洲数据网格连接在一起的。韩国的网格计划已经投资上千万美元的经费，这里面还不包括网络和高性能计算机的投入。韩国信息通信部和韩国电信共同投资建造了一台分布式的超级网格计算机，该计算机以个人计算机为基础，已经在2004年投入研究和应用。印度在网格方面的研究也是值得关注的，最著名的网格被称之为IGrid。比较巧合的是，该网格的研发时间正好是印度开始的第十个五年发展计划时间。由于几所著名的印度技术研究所和其他学术机构的大力帮助使得高级计算开发中心的研究能顺利开展。4第一章绪论122国内研究现状除了国际上的先进网格计算项目，我国也先后开展了些网格计算的研究项目。例如，“国家高性能计算环境和“先进计算基础设施北京上海试点工程项目，这两个项目分别由中国科学院和清华大学负责开展。国家高性能计算环境是国家级开展的战略性基础设施，它的目标是建设全国范围内的高性能计算环境。在美国进行网格基础设施研究之后，我国也开展了一项重大意义的信息领域基础设施，它被称之为先进计算基础设施工程(也称为ACD。中国教育科研网格(China例d)项目是国家“211工程公共服务体系中国教育科研网、高速地区网和重点学科信息服务体系建设项目中的重要建设内容。中国网格论坛是由从事网络技术的研究和开发，并推动网络相关产业发展的科研机构、教育机构、企业和应用部门，从事网格方面科研、开发和应用的个人组成的全国性组织。13网格技术的应用领域网格技术的应用领域非常广泛，包括分布式高性能计算、分布式设备系统和大数据量计算等领域。另外，生活中的许多行业对高性能计算网格的需求也非常强烈。这些行业包括：气象、交通、水利、教育和环保等。目前网格的应用主要包括以下行业：生物医药、资源勘探、铁路运输、航空业、电子商务和城市道路交通。14论文的组织结构本文包括六章，具体安排如下：第一章绪论主要介绍了网格的基本概念和分类，网格技术的国外和国内研究现状以及网格技术目前的应用领域。第二章网格计算任务调度技术研究主要介绍了网格计算的相关技术的一些知识。首先表述了网格发展过程当中典型的三种体系结构，然后列举了三种经典的网格资源管理模型并对比分析了它们各自的应用场景，最后从网格任务调度的特点和目标两个方面分析了网格计算中的任务调度技术。第三章经典任务调度算法的研究北京化工大学硕士学位论文主要对一些经典的启发式任务调度算法进行了深入分析和探讨。首先介绍了启发式任务调度算法的分类及其研究意义，然后给出了网格作业的数学模型定义，最后从调度跨度和等待时间两方面对MinMin算法和Su仃erage算法以及它们各自的改进算法进行了深入的研究和探讨。第四章网格模拟工具矾dSim研究本章重点阐述了经典的网格仿真工具鲕dSim。首先从关键特征和体系结构两方面宏观地介绍了GndSim，其次介绍了采用研idSim工具进行仿真的主要步骤要点，给出了采用GridSim进行仿真开发的5个基础实例，然后介绍了基于鲕dSim的调度算法研究的一般步骤，最后对研dSim提供的便利化建模工具VisualModeler进行了简要描述。第五章网格任务调度算法的不确定性研究主要对网格调度算法的不确定性进行了深入分析和研究。首先介绍了研究影响网格调度算法的不确定性因素的目的和意义，接下来给出了影响网格任务调度算法的经济因素和非经济因素，然后对这些不确定性因素对网格系统性能的影响进行了定量分析和研究，另外还研究了资源内部调度策略对系统性能的影响情况。最后给出了重要的结论。这些结论可以为以后的调度算法的改进提供较好的实验参考依据。第六章总结与展望主要对全文进行了工作总结，并展望了未来的网格计算中任务调度算法的研究工作。6究但是这些文献对此并没有十分清晰明确的定义。Foster对网格体系结构的定义如下：“划分系统的基本功能组件，确定各个组件的功能，阐明组件与组件之间相互作用的技术l引。Foster给出的定义侧重于组件与组件之间是如何相互作用的。在综合了很多文献的基础上，并结合网格自身的特点，这里给出了以下关于网格体系结构的定义：网格体系结构指的是应该采用什么样的方法去构建网格。该结构对网格的基本组成及其功能进行了介绍，对组件与组件之间的关系进行了阐述，并对组件之间集成的方法进行了总结，最后对支持网格高效运转的机制做了详细的刻画。这个定义中需要强调的一点是：网格的体系结构需要指明将各个组成部分集成为一个有机整体的方式，还需要说明各组成部分具体实现整体功能的方法。(2)理解网格体系结构的思想主要包含两条主线：“分散和“聚合。事实上，网格对外界的呈现其实是一个整体。某种意义上，网格体系结构讲的是网格内部的各组成部分。从网格诞生到今天为止，主要有两个著名的网格体系结构：(1)五层沙漏结构，它是面向协议方面的；(2)OGSA，它是面向服务方面的。回溯到网格的早期发展当中，只有科学研究与高性能计算等领域在使用网格，这个时候的体系结构通常还能符合应用的要求。然而，技术处在不断的更新当中，科学研究领域对网格的成功应用渐渐启发了其他行业。比较具有代表意义的是，工业界希望发挥网格在电子商务领域中的作用。此时，原先的网格的体系结构已经不能满足要求。于是，OGSA出现了。它引入了“服务”的概念来构建网格。另外，随着技术的革新，OGSA也从原始的开放网格服务基础设施演变成了今天的网格服务资源框架。212五层沙漏结构五层沙漏结构101是最早提出的影响非常广泛的网格体系结构，该结构主要以“协议为中心，同时也十分强调服务与应用程序接口API和软件开发包SDK的重要性，不过该结构主要侧重于用定性的方式去描述网格的体系结构。7北京化工大学硕士学位论文对于五层沙漏结构来说，它并不是很简单地列举出所有的协议，而是说明和阐述了结构中各个组件的基本要求。该结构在逻辑层面上将内部的组件集合起来，对于每一层的组件，它们的特征是相同的。不同层的组件之间也有某种关系，即高层的组件可以利用低层的组件提供的接口进行构造和创建。为了便于理解该结构，这里将这五层结构与TCPm协议结构进行对比，如图21所示。lI工具与应用，1应用层一，L上目录千匕理。-一-一J汇聚层L。一；磊写盂；。k一一-，：，J资源层L，。一。、1i奎接层I，。jf。1。；各种资源睁构造层lo。JLJ五层沙漏结构TCPIP协议图21五层沙漏结构协议与TCPIP网络协议的对比Fig2-1Thecomp撕sonbetvveellnVelayerSsaIl晚laSsarchitecture锄dTCPIPnet、vodc五层沙漏模型是Foster等人在网格发展的初期提出的体系结构，它分为五层，最底层是构造层，然后依次是连接层、资源层、汇聚层，最上层是应用层。因为各个组成部分当中，有的远离共享资源，有的紧邻共享资源。正是由于这个原因，该结构定义了五个不同的层次，不同层次对应的共享资源操作的功能不同。对于五层沙漏结构，沙漏形状是它的一个非常明显的特征。造成这种现象的原因是因为各层具有不同数量的协议。213开放服务网格体系结构OGSA开放网格服务体系结构是继五层沙漏结构之后的一种全新的且非常重要的网格体系结构，它包含有OGSI和WSI让两类核心基础设施。基于OGSI的OGS“111架构由4个主要的层构成，如图22所示。从下到上依次为：(1)资源层。这里的资源跟普通意义的网格计算的中心资源部分是一致的，它包括物理层面上的资源和逻辑层面上的资源两部分。(2)基于网格服务的OGSI扩展和W曲服务。OGSA中所有逻辑或者物理的网格资源都被理解成服务。(3)基于OGSA架构的服务。OGSI扩展和W曲服务层向低层提供了基于架构的网络服务。(4)网格应用程序。这些应用程序便组成了OGSA体系结构的最上层。8器回第二章网格计算任务调度技术研究自治性服务支持应用OGSA架构性服务W曲Services(OGSI)OGsA赋能lOGsA赋能安全I工作流oGsA赋能lOGsA赋能目录l消息OGSA赋能服务器OGSA赋能网络图22开放服务网格体系结构OGSAFig22OpenGridSerVicesArchitectIIreOGSA专业服务构建OGSA的两大关键技术是aobus和W曲Seices。Globus在前面已经介绍过，当前科学与工程计算领域都在广泛使用它。对于、bSeices，它是一种标准的存取网络服务和应用的体系构架。214Web服务资源框架WSRFOGSA刚提出不久，全球网格论坛及时推出了OGSI，OGSI是作为OGSA的核心规范提出的。由于OGSI存在众多缺陷，例如它通过将资源进行封装的方法将具有状态的资源建模为无状态的、eb服务，这种方式在当时引起了一定的争议。以上这些促使了WSI强的出现。图23为OGSA下的WSRF。l应用IloGsA架构性服务l。图23OGSA下的W曲服务资源框架Fi舀2-3WcbSeiceSResouIeF舢ework-wSRFWSRF使用的定义与网格服务的定义差别很大：资源是有态的，服务是无态的。由于要在很大程度上与现有的Web服务兼容，WSRF重新将OGSI中的各项能力进行了定义。由于要摆脱对扩展工具的更多依赖，原有的网格服务由两部分组成：、eb服9北京化工大学硕士学位论文务和资源文档。相比较OGSA的最初核心规范OGSI，wSI强包含的典型特征如下：(1)将W曲服务的标准包含了进来，并且全面地对现有的L标准进行了扩展。(2)WSl心排除了OGSI带来的隐患，这是通过分离消息处理器和资源来实现的。它的目标是、eb服务操作可以管理和操纵具有状态的资源。(3)OGSI通知接口的方式有两方面的缺陷：第一，不支持通常事件系统的功能要求；第二，不支持现存的消息中间件提供的功能。而WSI强中的规范正好弥补了前面的两个不足。(4)由于OGSI规范具有非常大的规模，导致用户很难去理解和掌握。WSI心通过分离和拆解功能，使得组合的伸缩性得到了简化和扩展。22网格的资源管理类型从网格的定义可知，来自于不同地方的个人和组织的资源构成了网格。对于网格系统整体可扩充性和可靠性的影响，不同的资源管理系统模型具有不同的效果。所以模型的正确选择对于网格技术是否成功具有重要的意义。目前的网格资源管理系统模型主要分为层次模型【131、抽象所有者模型和经济市场模型1141三类。这三种模型分别采用了不同的技术思想，表达了资源管理系统的功能需求。其中经济市场模型从发展和应用的角度来看，前景是非常好的。现实当中的网格资源管理系统通常情况下是由这三类模型混合而成的。221分层模型层次模型是在全球网格论坛的第二次会议上提出的，是当前大多数网格计算系统中所使用的系统模型。对于网格计算环境给资源管理带来的诸如网格的自治性和异构性等一些挑战性问题，该模型比较顺利地解决了此类问题。分层模型的基本原理是将整个资源管理系统分为几个层次，每个层次的功能各不相同。上层组件的功能是利用下层组件提供的服务来实现的。它具有如下特点：(1)非常适合于管理具有自治性和异构性的网格资源。(2)在线控制问题一般比较复杂，利用层次模型可以制定标准的资源规范语言解决该问题。(3)