（计算机应用技术专业论文）基于qos的校园网格中关键技术研究.pdf

四川大学博士学位论文 基于q o s 的校园网格中关键技术研究 计算机应用技术专业 博士生殷锋指导教师李志蜀教授 网格作为下一代i n t e m e t 的网格技术能使地理上分布的资源透明地集合在一起。特别适 用于大规模分布式应用。网格为应用和用户带来诸多好处：提供便捷的资源访问接口，虚 拟环境中的远程协作和资源共享，以及消除信息孤岛等。因此，网格技术的研究，无论对 于教育科研、工程应用还是大规模商用，都有相当重要的价值和意义。 本文以校园网格为基础，对网格系统模型和结构、q o s 机制、资源管理机制、任务调 度算法、网格应用及网格评测等方面进行详细的研究，并取得如下创新性成果： ( 1 ) 对校园网格特殊性的分析：为简化研究对象，我们将视野集中在高校校园网中。 本文对高校校园网构建网格的特殊情况给予了分析与研究，提出在轻、重负载情况下任务 调度可实施的不同算法 ( 2 ) 对网格q o s 机制的研究：根据q o s 参数所表达的q o s 特性的不同在虚拟组织层对 网格q o s 参数进行了分类，给出q o s 的度量与实现方法，最后给出了校园网格的具体系统构 架。同时，针对网格环境难于保证服务质量的问题，提出了一套实用的资源、任务和用户 的分类机制，将资源和任务分为高加要求类、高性能计算类及大存储量类等。资源首次加 入网格时向系统提供性能参数，系统核实后对其进行分类和初步评价，系统根据不同任务 的要求尽量将其分配给擅长此类应用的资源，在任务执行过程中再根据其成功或失败调整 对执行任务的资源的评价。同时，将网格用户按优先权值分为不同的优先级，优先级高的 四川大学博士学位论文 用户任务优先服务，同一优先级的任务采用先来先服务。对用户的服务要求，保证优先级 高的应用先响应，拒绝率低，满足率高。在此基础上改进任务调度方法，提出了基于关联 规则的动态分域调度算法，以提高系统对用户任务的响应速度，在定程度上实现了网格 的q o s 机制。 ( 3 ) 网格服务依赖研究：网格服务依赖分析是解决网格服务挖掘中出现的，诸如网格 服务测试、维护、组合和失效检测等问题的有效技术。本文提出了种基于图论和矩阵模 型的网格服务依赖分析方法。首先分析t g s m 中可能存在的各种网格服务依赖类型。然后 定义了直接依赖图、直接依赖矩阵、直接依赖度、依赖关系矩阵和最小覆盖等概念，并提 出了利用它们分析和建模网格服务依赖的方法。 ( 4 ) 网格任务调度算法研究：提出在重负载情况下采用基于关联规则的动态分域资源 管理机制，并在此基础上分别给出了一级调度中心、二级调度中心和计算节点任务调度时 的算法基本思路和具体算法。 ( 5 ) 任务切分与分组模型研究：提出了一种基于关联规则的子任务分组模型( s g m a r ) 。 先从子任务的支持度矩阵和置信度矩阵着手分析，换算出子任务间的粒度索引值( d e m i “ i n d e x , d i ) 和耦合度索引值( c o u p | i n gi n d e x , c i ) 。通过对这些索引值的衡量，最终确保子任务 组组间耦合度的极小化。实际运用中，该模型不仅能优化子任务分组同时还能有效提高资 源调度命中率。 ( 6 ) 用中间件构建校园网格的研究：讨论了基于l a v a 的数据交换中间件技术，给出了校 园电子政务具体系统结构图，提出了如何通过x m l 文档来进行跨平台的数据交互等等。 c 7 ) 校园两格应用研究：为了解决校园网两格应用中的软件集成问题，提出了通过基 于x m l 的j a v a 中间件来实现校园网内部各部门间数据的转换与匹配。首先通过j a v a 中间件对 校园内旧有异构数据库中的数据进行) 咖度档化转换，然后给出一套基于开放源代码的m u l e e s b 的j 2 e e 架构以组建s o a 的软件集成系统实用方法来最终实现校园网格的应用。文章摄后 通过一个应用实例对这一架构下的关键技术进行研究，并使用j m e t e r 进行了性能测试，验 证了本集成系统的有效性和优越性。 ( 8 ) 基于e e p c 雕j 扩展p e 研网的网格测试研究：网格测试中最重要的测试莫过于集成测 四川大学博士学位论文 试。在构件集成测试过程中，为减少测试成本，以扩展的p e t r i 和e e p c 模型为基础。充分 融合了两者在结构表达、定性定量分析等方面的优点，通过对构件的使用频度等指标进行 定量的分析，对构件的测试进行优先级排队，将测试重点安排在优先级高的构件上。以此 达到在网格的集成测试中降低测试整体成本的目的。 关键词：校园网格q o s 资源管理任务调度网格应用 i r 四川大学博士学位论文 c a m p u s g r i dt e c h n o l o g yr e s e a r c hs a t i s f y i n gq o s ad i s s e r t a t i o np r e s e n t e dt o s i c h u a nu n i v e r s i t y f o r t h e d e g r e e o f d o c t o r o f e n g i n e e r i n gi n c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y b y y i n f e n g s u p e r v i s e db y p r o f l iz h i s h u a sn e x t g e n e r a t i o ni i l t e 吼，g r i d c a n i n t e g r a t eg e o g r a p h i c a l l yd i s t r i b u t e d s o u r c e t r a n s p a r e n t l y , m a k i n gi t s e l fe s p e c i a l l yf i tf o rl a r g e s e a l e dd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n s g r i db r i n g s m a n ya d v a n t a g e s i n c l u d i n gc o n v e n i e n ta n ds h o r t c u ta c c e s si n t e r f a c e , r e m o t ec o o p e r a t i o na n d r c s o u r o es h a r i n gi nv i r t u a le n v i r o n m e n t ，a n di n f o r m a t i o ni s l a n de l i m i n a t i o n r e s e a r c ho fg r i d t e c h n o l o g yi sv a l u a b l ef o re d u c a t i o nl e a r c h , e n g i n e e r i n ga n db u s i n e s sa p p l i c a t i o n s t h i st h e s i st a k e sd e t a i lr e s e a r c h e so n 酣d s y s t e mm o d e la n da r c h i t e c t u r e ，q o sm e c h a n i s m s ， r e s o u r c em a n a g e m e n tm e c h m z i s m s , t a = s l 【s c h e d u l i n ga l g o r i t h m s ，鲥da p p l i c a t i o n sa n d 鲥dt e s t i n g , a n da c h i e v e st h ef o l l o w i n gb r e a kt h r o u g h ( 1 ) t h ec a m p u sg r i ds p e c i f i c i t ya n a l y s i s ：t os i m p l i f yt h es t u d i e do b j , x t , w ew i l lf i r s tf o c u s o nt h ev i s i o no f c o l l e g e sa n du n i v e r s i t i e s c a m p 岫n e t w o r k t h i sp a p e rh a sa n a l y z e da n ds t u d i e d a l lt h es p e c i a lc i r c u m s t a n c e s , w h i c hc o l l e g e sa n du n i v e r s i t i e sb u i l dac a m p u sg r i d , a n dp r e s e n t s 四川大学博士学位论文 t h a td i f f e r e n ta l g o r i t h m sc a l lb ea d o p t e di nt h el i g h t - l o a da n dt h eh e a v y l o a ds t a t u s ( 2 ) q o sm e c h a n i s m s r e s e a r c hf o rg r i d ：a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo fq o sc h a r a c t e r i s t i c s w h i c ha r ee x p r e s s e db yq o sp a r a m e t e r s ，i nv i r t u a lo r g a n i z a t i o n sl a y e rg r i dq o sp a r a m e t e r sa l e c l a s s i f i e d ，a n dt h eq o sm e a s u r e m e n ta n dr e a l z a t i o nm e t h o d sa r eg i v e n , a n df i n a l i yt h ec a m p u s 鲥ds y s t e mf r a m e w o r ka g i v e n a tt h es a m et i m e , a i m i n ga tt h e 鲥de n v i r o n m e n tt oe 珊u r et h e q u a l i t yo fs e r v i c e s i s d i f f i c u l t , as e to fp r a c t i c a ll l e s o u r c e s ，t a s k sa n du s e rc l a s s i f i c a t i o n m e c h a n i s ma r ep r o v i d e d t h er e s o u r c e sa n dt a s k ss h o u l db ed i v i d e di n t oh i g hi 0 r e q u i r e d c a t e g o r y , h i g l i - p e r f o r m a n c ec o m p u t i n gc a t e g o r ya n dl a r g em e m o r yc a t e g o r y , a n d s oo n w h e nt h e r e s o u r c e sf i r s t l ya l ea d d e dt og r i d ，i tm u s tp r o v i d ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e rf o rg r i ds y s t e m a f t e r t h es y s t e mv e r i f i e s ，t h es y s t e mw i l lc l a s sa n de v a l u a t ei t t h et a s kw i l lb ea l l o c a t e dt ot h e r e s o u r c e s ，w h i c hi sa d e p ti nc o m p l e t i n gt h i st y p eo f t a s k s i ne x e c u t i n gp r o c e s s ，t h es y s t e mr e n e w t oe v a l u a t et h o s er e s o u r c eb a s e do nt h es t a t u so f t h et a s ke x e c u t i n g o nt h eo t h e rh a n d , g r i du s e r s w i l lb ed i v i d e di n t od i f f e r e n tp r i o r i t yb a s e do nt h ep r i o r i t yv a l u el e v e l s ，a n dt h et a s k sw i l lb e s e r v i c e da e c , o r d i n gt op r i o r i t y w h e nt h ep f i o d t yi ss a m e , t a s k se x e c u t i n gw i l lu s et h em e t h o do f f i r s t - c o m e f i r s t - s e r v i c e u n d e rt h i sm e c h a n i s m , t h er e f u s a lr a t ei sl o w e r , b u tt h es a t i s f a c t i o nr a t e i sh i g h o nt h eb a s i so ft h ea b o v e - m e n t i o n e d , f o ri m p m v i n gt h et a s ks e h e d u l i n gm e t h o d s ，a d y n a m i cr e g i o n s 鲥dr e s o u r c em a n a g e m e n ta l g o r i t h m sb a s e do na s s o c i a t i o nr u l ea r ep u tf o r w a r d s o ，t h eq o sm e c h a n i s m so f g r i da l er e a l i z e di nac e r t a i ne x t e n l ( 3 ) t h er e s e a k ho fg r i ds e r v i c e sd e p e n d e n c y ：g r i ds e r v i c ed e p e n d e n c ya n a l y s i si snu s e f u l t e c h n i q u et os o l v ep r o b l e m ss u c ha s 鲥ds e r v i c et e s t i n gm a i n t e n a n c e ，c o m p o s i t i o na n df a i l u r e d e t e c t i o ni n 鲥ds e r v i c em i n i n g ( g s 岣a na p p r o a c hb a s e do f fg r a p ht h e o r ya n dm a w i xm o d e li s p m p o s e dt oa n a l y z e 鲥ds e r v i c ed e p e n d e n c i e s ，p o s s i b l et y p e so f 鲥ds e r v i c ed e p e n d e n c i e sa r e i n v e s t i g a t e d d e f i n i t i o n so fd i r e c td e p e n d e n c yg r a p hf o d g ) ，d i r e c td e p e n d e n c ym a t r i xf o d d ， d 印e n d e n c yr e l a t i o nm a t r i xf o r m ) ，d e g r e eo f d i r e c td e p e n d e n c yf o d d ) a n dm i n i m a lc o v e r 似c ) a r e g i v e n o u t ( 4 ) g r i dt a s ks c h e d u l i n ga l g o r i t h mr e m a t c h ：ah e a v yl o a ds i t u a t i o n si nnd y n a m i c v 一 婴型查堂竖主兰垡望塞 r u l e s - 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d o m a i ns e r v i c ed e p e n d e n c y i n w a - d o m a i ns e r v i c ed e p e n d e n c y m e t a c m p u t i n g m c p ( m i n i m a ic d v e rp r o b l e m ) 网格服务部署 全球网格论坛 身份管理 定位服务 域内服务依赖 域问服务依赖 元计算 最小覆盖问题 m d s ( m o n i t o r i n ga n dd e s c o v e r ys e r v i c e ) 监控与发现服务 m i n i m u me x e c u t i o nt i m e最小化任务执行时问 m o m ( m e s s a g e o r i e n t e d m i d d l e w a r e ) 面向消息中间件 b i a s ( n e t w o r ka d a p t i n gs e r v i c e )网络适配服务 n 譬en 而o “a 1 h 曲p 。f o ”a n ” c o “p u f f “g 国家高性能计算环境 e n v t r o n m e n t ) n m s ( n e t w o r km o n i t o r i n gs e r v i c e )网络监控服务 n c ( n e t w o r kc o m p u t i n g )网络计算 n s f ( n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n )美国国家科学基金会 o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 开放网格服务体系结构 o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) 开放网格服务基础设施 o r b ( o m e ar e q u e s tb r o k e r ) 对象请求代理 q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 服务质量 r p c ( r e m o mp r o c e d u r ec a r )远程过程调用中间件 s d k ( s o r w a r ed e v e l o p m e n tk i t s ) 软件开发工具 s l a ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t )服务级协定 s o a p ( s i m p l e o b j e c t a c c e s s p r o t o c 0 1 ) 简单对象访问协议 s r b s ( s e r v i c e - 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