（计算机软件与理论专业论文）网格环境下基于移动代理的任务调度算法的研究.pdf

南京邮电学院撷十研究生学位论文 中文摘要 中文摘要 网掊怒近年来国现韵一组絮构在互联阚络服务之上的新兴技术，旨在支持虚 蛰缀绥的资 源欺享与协同工作。网格的作用是将分散程网络上的信息及信息存储、处理能力以台理的方 式“粘合”起来，形成有机的整体，以提供比任何单台高性能计算机都强大得多的处理能力， 实现信息的高度融台和共事。发展网格被认为是下一代 n t e r n e 的核心任务之一，它已经成 为各国的研究热点。 本文书要通过对整个綦于代理的网格构架进行分毒厅，驮中裂离擞整个与俘业帮强务娟关 的龟命周期，在底层移动代理利智能代理的平台支持下，设计了一个基于代理的网格作业符 理墨耱任务调鏖算渡摸型，从囊使褥阚捺毙甏好豹针对经务零囊的羼 耋寒舍攥剃爱资深。 本文所提出的作业管理和任务调度算法是基于多移动代理协作和分层调度模型的，是在 瓣丽貉传潼帮任务本身静谈谖帮分车厅逑程中总结密豹一套较为遥窝翡算法，斧在难赢蠲趣一 一幼态负栽均衡问题上引入了智能策略。 本文的算法已在g r a s s h o p p e r 移动代璃平台和a f 智髓代理框絮平台的瑟础土利罔面向代 理编程思想得以实施，给研究网格环境下的作业与任务调度提供了新的可行的思路。 关键词：铡格计算；移动代理；多代理；分层任务调度；瑚向代理编程 出崩邮电学院硕十研究啦学位论文 a b s t r a c t t h eg r i di sa ni n n o v a t i v em o d e lo fd i s t r i b u t e dc o m p u t i n g f o c u s i n go nr e s o u r c es h a r i n gf o rd a t ap r o c e s s i n g 、 c o l l a b o r a t i v ea p p l i c a t i o n so fv i r t u a lo r g a n i z a t i o n s t h eg r i di se x p e c t e dt oi n t e g r a t et h es c m t e r e dr e s o u r c e sa n d p r o c e s s i n ga b i l i t y i n t oa no r g a n i cw h o l e 。p r o v i d eh i g h e rc o m p u t i n g p e r f o r m a n c e , a n dr e a l i z ei n t e g m t i o na n d s h a r i n go fi n f o r m a t i o n t od e v e l o pg r i dc o m p u t i n gi sr e g a r d e da s ak e r n e lt e c h n o l o g yo f t h en e x tg e n e r a t i o no f i n t e r n e t ，a n dh a sb e e nt h eh o t s p o to fm a n yc o u n t r i e s ， o nt h eg r o u n do f t h ea n a l y s i so f g r i da r c h i t e c t u r eb a s e do na g e n t ，t h i sp a p e re x t r a c t st h el i f e c y c l er e l a t e dt o j o b sa n dt a s k s s u p p o s e db yt h es u b s t a n t i a lp l a t f o r mo fm o b i l ea g e n ta n di n t e l l i g e n ta g e n t i td e s i g n sat a s k s c h e d u l i n gm o d e lo fg r i dc o m p u t i n g b a s e do na g e n t ，a n do p t i m i z e st h eu t i l i t yo fr e s o u r c e sc a t e r i n gf o rt h e a t t r i b u t e so f t a s k s t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h ea l g o r i t h mo fj o bm a n a g e m e n ta n dt a s ks c h e d u l i n gb a s e do nc o o p e r a t i v eo f m u l t i a g e n t sa n dm u l t i - t i e r st a s ks c h e d u l i n g ，i ti sag e n e r i ca l g o r i t h mc o n c l u d e df r o mt h ek n o w l e d g eo f j o b sa n d t a s k si ng r i de n v i r o n m e n t a n di n t r o d u c e sa ni n t e l l i g e n ts t r a t e g yt os o l v et h ep r o b l e mo f d y n a m i cl o a db a l a n c i n g t h ea l g o r i t h mp 呲f o r w a r d 磅t h i sp a p e rh a sb e e ne x e c u t e do ng r a s s h o p p e r am o b i l ea g e n t # a t f o r ma n d a g e n tf a c t o r yf r a m e w o r kb a g e n to r i e n t e dp r o g r a m m i n g i tp r o v i d e saf e a s i b l em e t h o do fr e s e a r c h i n gi o b m a n a g e m e n ta n dt a s ks c h e d u l i n gi ng r i de n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：g r i dc o m p u t i n g ；m o b i l ea g e n t ；m u i t i a g e n t s ；m u l t i t i e r st a s ks c h e d u l i n g ；a g e n to r i e n t e t i p r o g r a m m i n g l l 南京邮电学院 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学计算机软件与理论 研究方向：基于网络的计算机软件应用技术 作 者：三旦堕级研究生 姚旭敏指导教师壬达笾 题目：网格环境下基于移动代理的任务调度算法的研究 英文题目：r e s e a r c ho nt a s ks c h e d u l i n ga l g o r i t h mb a s e d o n m o b i l ea g e n ti ng r i de n v i r o n m e n t 主题词：网格计算移动代理多代理分层任务调度 面向代理编程 k e y w o r d s ： g r i dc o m p u t i n gm o b i l ea g e n t m u l t i a g e n t s m u h i t i e r st a s ks c h e d u l i n g a g e n to r i e n t e dp r o g r a m m i n g 课题来源：1 江苏省自然科学基金项目“基于安全移动代理网 格计算关键技术的研究”( 编号b k 2 0 0 3 1 0 5 ) 2 江苏省自然科学基金预研项目“计算网格安全策 略实现模型研究”( 编号b k 2 0 0 4 2 1 8 ) 煎塞坚皇竺堕堡主塑墨生堂些堡塞 。 塑堕! ! 缩略词 缩略词英文全称译文 g g gg r e a tg l o b a lg r i d 重大全球霹楂 p 2 p p e e r t op e e r 对等计算 g r i p h y n g r i dp h y s i c sn e t w o r k 物理嗣格 n a s an a t i o n a la e r o n a u t i c sa n d s p a c e美国航空航天铃理局 a d m i n i s t r a t i o n n t gn a t i o n a lt e c h n o l o g yg r i d 美国国家技术网格 d r m d i s t r i b u t e dr e s o u r c em a n a g e m e n t 分布式资源管理 g l gg l o b a ll n f o r m a t i o ng r i d 全球痿患网格 e d g e u r o p e a nd a t a g r i d欧洲数据网格 s g e e es u ng r i de n g i n ee n t e r p r i s ee d i t i o n s u n 阏裕引擎企业敝 a c la d v a n c e dc o m p u t m i o n a li n f r a s t r u c t u r e 先进计冀基础设旌 n h p c en a t i o n a lh i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t i n g 国家商性能计髀环境 e n v i r o n m e n t f d ci n t e r n a t i o n a ld a t ac o r p o r a t i o n 国际数据公司 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牙旅嬲貉缀努髂系结鞠 g g f g i o b u sg r i df o r u m 全球网格论坛 o g s l 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 开放嗣格服务旗础架构 x m le x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 可扩殿标记语言 w s d lw e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e w e b 服务描述语言 w s r fw e bs e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k w e b 黢务资潦挺繁 f i p af o u n d a t i o nf o r i n t e l l i g e n tp h y s i c a l代理技术标准化组织 a g e n t s v 南京邮电学院硕士研究生学位论文 鲻略i 司 r p cr e m 0 0 ep r o c e d u r ee 8 lj远程道程调用 o m g o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p 对象铃理小组 m a s i fm o b i l ea g e n t s y s t e mi n t e r o p e r a b i l i t y移动代理系统互操作设 f a c i l i t y旌 m a fm o b i l ea g e n t f a c i l i t y 移动代理服务设施 a 毛p a g e n t t r a n s f e rp r o t o c o l代理传输褥议 a c l a g e n t c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e代理通信语言 c o r b ac o m m o n o b j e c tr e q u e s t b r o k e r 公共对象请求代理架构 a r e h i t e c t u r e r m l r e m o t em e t h o di n v o c a ti o n 远程方法调用 k q m l k n o w l e d g eq u e r y a n d m a n i p u l a t i o n知识壹询和操纵语言 l a n g u a g e q o sq u a l i t yo f s e r v i c e 服务暇量 c a p c l i e n t a w a r ep o l i c y 客户稍感知策略算法 l a r b l o c a l i t y a w a r er e q u e s td i s t r i b u t i o n 控置感知请求z 醚算法 a o p a g e n to r i e n t e dp r o g r a m m i n g面向代理编程 m e tm i n i m u me x e c u t i o n 下i m e 最短执行时间算法 b d lb e l i e fd e s i r ei n t e n t i o n 信念愿塑意图 c t l c o m p u t a t i o nt r e el o g i c计算树逻辑 a f - a p l a g e n tf a c t o r ya g e n tp r o g r a m m i n ga f 代瑗编程谣言 l a n g u a g e a f 、r t e a g e n tf a c t o r y r u n t i m ee n v i r o n m e n ta f 代理运舒辩琢境 a f d e a g e n tf a c t o r y d e v e l o p m e n ta f 代麒开发时刊：境 e n v i r o n m e n t v l 南京邮毫学魏学位论文独创性声明 本人声明所星交的学位论文是我个入在导师指导下进行的研究 工终及取得的研究残暴。尽我掰知，除了文中特别攘铁标注弱致谢酶 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同恋对本研究所散的任何贡献均已在论文中作了 鹱确的说爨并表示了谢意。 缮究生熬名 舀麓： 南京邮邀学陵学位论文健用授权声葫 南京邮电学院、中国科学技术傣怠研究所、鬻家图书馆有权保留 本人所送交学缀论文豹复印件耱电子文挡，霹竣采露影露、绩窝或英 她复利手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阀，可以公布 ( 色括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 雹括刊登) 授权 南京都龟学魏醋究生舔办瑾。 凝究囊签名：导辫签名； 鑫麓： 南京邮电学院硕十研究生学位论文 日 引言 漂趣背景： 随着现代高科技的发展，以网络为基础的科学活动环境已经成为当前国内外研究的热点 和前沿领域。当今全世界都密切关注的网格计算技术正是实现基于网络的科学活动虚拟计算 环境的理想平台。网格计算是一个分布式和并行计算的支持平台，是一种无缝、集成计算和 协同环境。它可以作为虚拟的整体使用在地理上分散的计算资源，基于i n t e r n e t 的网格计算 系统不但能使人们聚集分散的计算能力、形成超级计算的能力，而且还能使人们共享和充分 利用网络中的各种资源。 在传统的网格计算环境的研究中，人们都把目光集中在资源环境上，对资源管理模块投 入了相当的研究热情，反而忽视了对网格中使用这些资源的作业和任务的研究，有些网格体 系结构中甚至把作业管理和任务调度完全并入了资源管理模块。导致这种局面主要是由于两 个原因，一是因为网格中首当其冲的难点就是资源环境异构、复杂以及多变这一问题；二是 因为对网格作业和任务本身的研究很难通用化。很多研究都局限于某项特定任务。但随着开 放式的网格服务体系o g s a 的出现，统一的资源定义使得资源难点问题得到了很大程度的解决， 而以面向服务的方式建立网格应用又使得网格作业和任务有了很高的通用性，所以很多专家 学者都开始从对资源本身的研究转移到对作业和任务或他们两者之间的关系的研究上。 在网格系统中，有大量的应用在运行，这些应用又共享网格的各种资源，“网格作业与仟 务调度算法”课题的研究目标就是使得这些应用获得最大的性能。 谦蓬来滁及本a 墨作： 本文所涉及的课题主要来源于省自然科学基金“基予穆动代理的网格计算关键技术磅究” ( b k 2 0 0 3 t 0 5 ) 、销高技术研究计划“网格计算平台g b u i d e r 研究与实现”( 项目编号 b ( ；2 0 0 4 0 4 ) 。 本人所做工作和丰要创新：( 1 ) 利用移动a g e n t 技术改进了网格计算体系构絮( 第二章) ： 2 ) 对滔格诗冀霹：境下豹俸监篱溪、任务调度藏蒺功躯簧隶绘密了臻确瓣定义秘攒述( 第二 帮) ：( ：j ) 设计出了一个纂于多代理协作和分层调度策略的网格作业管理釉任务调度整体概架 ( 第疆耄) ；( 4 ) 将b d i 餐髓代褒疆謇弓l 入了两格佟泣善瑾帮任务满度算法之中( 第四章) ； j ) 采用了谳向代理的程序设计方法米实现网格作业铐理和任务调度算法( 第四章) 。 堕室堂皇堂堕堡主婴塞兰兰垡堡塞 ! ! ! i 本文组织： 全文共分为四个主要章节，内容组织如下： 第一章网格计算的概述，1 1 通过介绍网格的定义、计算模式以及分类，从而引出网格 计算中的关键技术：1 2 对网格计算的研究现状和发展方向做了简明的阐述。 第二章网格体系结构的介绍，2 1 对传统网格体系结构进行综述，从最早的五层沙漏模 型到较为成熟的开放模型o g s a ，以及现阶段较为流行的基于w e b 服务的w s r f 框架；2 ，2 在整 个构架中引入的a g e n t 技术，分析了a g e n t 技术在网格中的应用条件和具体作用，最后提出 了基于a g e n t 技术的网格体系构架模型。 第三章网格作业与任务介绍，3 1 跟踪了整个计算机发展史的路线，多角度的阐述了各 个时期作业管理与任务调度的相关技术与实际算法：3 2 相当具体的阐述了网格中的作业、任 务等一系列相关概念；3 3 在总结了上述两节的内容后顺理成章的提出了基于a g e n t 技术的作 业管理和任务调度的相关问题，包括了优劣分析、难点问题阐明等。 第四章整个网格作业管理和任务调度算法模型，这章是整篇论文的核心部分，4 1 先提 出了算法模型的整体构架，描述了一个多代理分层调度算法大环境；4 2 针对的是具体代理的 设计过程，包括接口代理、任务代理以及信息代理，并涉及了一些智能代理设计的方法和语 言：4 ：j 则是整个底层通信消息机制的阐述与实现。 最后，总结了本文所作的工作，并对该课题进一步研究的重点方向进行展望。 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第章网格计算 第一章网格计算 随着高性能计算应用需求的迅猛发展，一些超大规模应用问题所需要的计算能力已不可 能在单一的计算机上或单一的计算机机群系统上获得，这就需要将地理上分布、系统异构的 各种高性能计算机、数据服务器、大型检索存储系统和可视化、虚拟现实系统等，通过高速 瓦连网络连接并集成起来，形成对用户相对透明的虚拟的高性能计算环境，即计算网格系统， 以此来共同解决大型应用的计算问题。 网格是近年来出现的一组架构在互联网络服务之上的新兴技术，旨在支持虚拟组织1 6 的 资源共享与协同工作。网格计算指的是独立的用户组在高速网络上动态地共享计算机资源， 以满足不断变化的计算需求。网格计算将会把许多计算机联合到一起。几乎所有机构都存在 大量的闲置计算资源，广泛分布在各个地方。据统计大型主机有4 0 的时间处于闲置状态， l n ix 服务器只有少于1 0 的时间在真正“执行”任务，几乎所有的p c 每天有9 5 的时间什 么都不做。 1 1 网格计算简述 9 ( ) 年代中期，美国阿冈国家实验室的一位科学家j a nf o s t m ( 伊恩福斯特) 最先把网 格这个词从输电网扩展到了计算机领域。 在】mf o sl e r 看来。计算机组成的网格类似于输电网；当我们使用电器的时候，从来没 有关心电力来自哪个发电厂，以及经过了什么电压变换。我们只是简单的把电器插入墙壁上 的电源插座。然而隐藏在插座后面的则是许多发电厂和把它们连接在一起的输电线路。计算 机网格模仿了输电网。当你把一台电脑接入计算机网格的时候，就相当于寻求使用计算机网 格的“计算力”。你不用关心数据是由什么计算机储存和计算的，正如你并不关心电源插座后 面的故事。一台计算机多余的计算能力通过计算网格，让远方的用户加以利用。 网格计算提供了一种以池的形式管理硬件的方法，提高了企业资源的处理效率，而且消 除了未充分利用的计算机的彼此分离状态。您可以创建集中的计算资源池，然后按照机构的 优先级动态地分配这些计算资源。从最高层次而言，网格计算的中心理念是作为公用设施进 行计算。您不用关心数据的位置，或者哪台计算机处理您的请求。您将能够请求信息或者计 1 南】；c 邮电学院颂士研究嫩学位论文 第章网格计算 冀，然岳发布宅菠对羧霰发森，这与滚力公t 霹l 设旄工佟靛方式类撅，嚣烫您不籍遘裴电 机的位置，以及电力网的遗接方式。您只瓣求供电，并获褥电力。因此将它命名为“网格计 算”。这耱公霜诗簿静蕊点当然蔻飘客户端的角度来看的。飘缀务器端来褥或敞幕厢来看， 网格计算怒关于资源分配、信息共摩以及离可用性。资源分配确保满足资源的需要或请求。 请求褥不绷满足时不会密现资源闲霞。信慧共享确保用户稍应角程序所需的信息能够在需要 的地点和时间提供。高可用性确保所有的数据和计算可随时提供就像一个公用设施公司 磐须始终提供电力。 l ，1 ，1 网格计算的定义 入们想象中的网格技术应满怒强标式鼹有特鬣是 2 1 1 3 i ： ( 1 ) 网格计算是指通过高速网络集成大量的计算机系统，以掇供单一或一组计算机所茸： 能提供的数据处理能力和功能； ( 2 ) 为满足本地用户的需要t 暇格系绫可以使用共享的语言耨接e l 块议，在全球范囊虫 按入运算资源、信息和服务； ( 3 ) 飕用户程言，组成鼹接系绫数集成霹络其鸯“逶邂性”，这些囊送端提供的骚务器起 来与本地计算机提供的服务没有区别； ( 4 ) 网穆技术霹鞋实现虚掇鳃绶残受瓣懿大媛模稀学与亵鼗念转、送疆实验、嘉蛙能分 布式计算及数据分析。 l a nf o s t e r 罄在1 9 9 8 年密敝麓涎穰：2 l 鬣纪信惠疆术摹箍设施酶蕴图一书中这样 描述网格：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、高性能计算机、大挺 数据库、传感嚣、远程设备等融为体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能帮】 交瓦性。瓦联网主要为人们提供电_ 了邮件、网页浏览等通侬功能，丽网格功f i n n 熨多更强， 让入靠j 透明遮往爝计算、存储等其他资源。”( 4 2 0 0 0 年，i a nf o s t e r 在网格的削析这 篇论文中把网格进一步描述为“谯动态变化的多个虚拟机构间共享资澡移淤困解决蠲题。我 们关心的获享丰要不在于文件交换，而在于对计算机、软件、数据和其它资源的直接接入使 鼷，这是工韭赛、辩学雾、机掇赛中大量出瑗的掺阉舞决滔疆积炎源饯理筑旗鳃震菱。这零孛 戴率必须被高度控制，资源提供者和消费嚣要清晰和详细的定义哪些资源w 被共事。谁可率 碟这些资源，及共事发生豹条磐e 瘸这转茨共享戴列定义麴一缝个入秘撬掬，我钠称之为寝 4 南京邮电学院硕十研究生学位论文 第一章网格计算 拟组织。” 5 第一个定义强调计算作为公用事业，意味着透明的、安全的访问，有效的资源 臀理和应用；第二个定义强调资源共享和跨团队、跨组织的应用，这个思想导致了面向服务 的o g s a 参考2 2 节 架构的出现。2 0 0 2 年7 月，f a nf o s t e r 在什么是网格? 判断是否网 格的三个标准一文中，限定网格必须同时满足三个条件 6 ： ( 1 ) 在非集中控制的环境中协同使用资源：一网格整合各种资源，协调各种使用者，这些 资源和使用者在不同控制域中，比如，个人电脑和中心计算机：相同或不同公司的不同管 理单元；网格还解决在这种分布式环境中出现的安全，策略，使用费用，成员权限等问题。 否则，只能算本地管理系统而非网格； ( 2 ) 使掰标准的、开放的和通用的协议和接口：潮格建立在多功能的狮议和界面之上，这 些协议和界面解决认证，授权，资源发现和资源存取等基本问题。后援我会进一步蜊述。 这些协议和界衙标准化和开放化的重婺性。否则，只算一个具体应用系统而非网格； ( 3 ) 提供菲乎凡载服务；网格兔谗它鹣资源被协调使鼷，鞋褥裂多季孛暇务覆量，潢足不弼 使用者需求，如系统响应时间，流通掇，有效性，安全性，及资源重定位，使得联合系统 豹功效毙其各帮分鲍翡效蕊秘瑟丈褥多。 其中争论最多的就是集中控制。网格的最终目标是没商任何集中控制，但是从实现卜和 嚣求上还不爱完全攥豫集中控裁静器要。缀多金篷阏疆歪楚逶遘集审控截采缳证联务质量豹， 例如s u n ( 州de n g i n e 4 8 。而c o n d o r 4 9 等又由于使用的协议太专用而不符合第二个指标 协议豹开放搜和标准糕丽被耋辫豫在弼格之矫。随戴并不是所有入都同惫他的戏点，称葵 为种狭义的“网格观”。许多人赞阊广义的网格概念，它称作巨大全球网格g g g ( ( ；r m t ；i o b a l ( ；r i d ) ，它不仅包括计算阏格、数据网格、信息网格、知识阐格、商业网格，还包括一些已有 的网络计辫模式。 至今，对于阐格究竟应该如何定义，研究网格的学者们仍然没有达成熟识。然而，4 ：僻 如俺定义，其目的都是要炽避理上分数的资源集成起来的一羊孛基础设憨，遴过这磅纂醚设蕤， 用户不需梁了解这个基础设施上资源的具体细节就可以使用自己需器的资源。网格的本质怒 分布与资源共享。分蠢是嬲接最零源黪特经，霹戆是逶遂蔡孛势教瓣资源寒完或诗葵豹；爨 源的共享摄种集中资源的手段高度抽象：把计算力和所有的计算资源高度抽象成为用户可 凳的“毫源接线瑕”，其京靛东嚣黠弱产透裙。溺捂熬核心就是诗筹资嚣豹联合翔上这些瓷 源的虚拟化，从而达到加速应用稷序处理的目的。分布式资源和通信网络怒网格计算的物墼臣 蓥疆，网嵇上的资源惫疆计粪辊、仅器、设备、传感器、存褚设备、数据、软释等窦体。另 南京邮电学院硕士研究生学位论文篇一章网格汁算 外，这些实体工作时需要的相关软件和数据也属于网格计算资源。 1 1 2 网格与其他计算模式的比较 一般而言网格计算系统具有以下几个特征 7 ： ( 1 ) 扩展性：网格计算系统初期的规模较小，随着超级计算机系统的不断加入，系统的 规模随之扩大。 ( 2 ) 系统多层次的异构性：构成网格计算系统的超级计算机有多种类型，不同类型的超 级计算机在体系结构、操作系统及应用软件等多个层次上具有不同的结构。 ( ： ) 结构的不可预测性：与一般的局域网系统和单机的结构不同，网格计算系统由于其 地域分布和系统的复杂使其整体结构经常发生变化。 ( 4 ) 动态和不可预测的系统行为：在传统的高性能计算系统中，计算资源是独占的，因 此系统的行为是可以预测的，而在网格计算系统中，由于资源的共享造成系统行为和系统性 能经常变化。 ( j ) 多级管理域：自于构成嗣格诗髯系统的越级计冀枫资源通常属于不同的机构或缎织 并且使用不同的安全机制，因此镶要各个机构或缎织共同参与解决多级管理域的闷题。 对于网格计算系统来说，最根本的间髓是实时获得系统的结构和状态信息，通过这些信 怒对网格应用进行配置，持能实鞋重获得计舞资源的状态信息。 下面将网格计算分别与传统的分布式计算、对等计算、集群_ 芊玎元计算进行比较： l ，阏掺诗箕与传绞分毒式计算的区蹦： 网格计算是一种新的商性能的分布式计算方法。网格计算作为新一代的分布式计算方法， 与接绞分毒式嚣舞戆主要嚣襄在予在没东蔟孛控露较铡静潺嚣下，遥过对诗舞资源透抒丈圭燕 模共享，满足应用对高性能计算要求，并且这种对计算资源进行大规模共事是动态的、柔性 豹、安全的藉漭 乍式酌。 2 网格计算与对等计算( p e e rt op e e r ， 2 i ，) 5 1 的区别： 对等诗冀是在i n t e r n e t 上实施分布式 t 葬的新模式。在这种模式下，虢务器与窖户 端的界限消失了，网络上的所有节点都可以“平等”麸享其他节点的计算资源。1 1 3 为对 等下了如下定义：系统由若干互联协作的计算机构成，系统依存于边缘化( 非中央式服务 器) 设备的主动协作，每个成员直接从其他成员露不怒从服务器的参舅孛受蕊；系统中残 6 南京邮电学院硕士研究生学位论文第章网格计算 员同时扮演服务器与客户端的角色；系统应用的用户能够意识到彼此的存在，构成个虚 拟或实际的群体。 网格与p 2 p 没有本质的区别，正因为如此全球网格论坛g c f 和对等网络研究小组( i ，r t op e e rw o r k i n gg r o u p ，p 2 p w g ) 也已经合并。但是从应用层面上分析，两者还是有一定 区别的： ( 1 ) 网格计算侧重于重大科学计算或大型专业性的协同，其中一个或多个结点常常有较重 的服务器色彩；而对等计算提供普通的信息计算服务，每个参与者明显有客户端服务器 双重身份，如果任务子模块之间根本就不需要通信，用p 2 p 的方式进行解决比用网格更高 效。 ( 2 ) 髓掇计算谤阚计算爨源、数据资源、软 孛资源，提瓣来说，蠢较固定魏弱拣；两对等 计算究全是随机访问。 ( 3 ) 喇辏诗算巾每个练患都骞鸯爨鉴是、授投魏防火壤戆爨护巍力：嚣瓣等诗舞中每个参 与者不保证这些能力，甚至是匿名的。 ( 4 ) 潮揍诗筹在资添簸撬、分怒耨俸鼗调度上锯春攮多榘孛莲籁；两封簿诗算祆有穰少袋 没有集中控制，主要靠白行组织。 ( 5 ) 阏格诗算确傈可痿豹驻务溪量；群对等诗算只有部分豹绦诞，有些参与者甚至是不可 信的。 其中荚于集中控镌这一点正魏i 1 1 节所言，至今争论仍然报多，没商统一的定论。 ：j 阐格计算与集群技术( c l u s t e r ) j 2 的区别： c u s t 。r 榘群技术可如下定义：一组相曩= 独立的服务器在网络中液现为单一的系统， 并以举一系统的模式烟以管理。越单一系统为客户工佟站提供褰可靠饿的服务。大多数模 式下，集群中所有的计算机拥有一个共同的名称，集群内任一系统上运行的服务可被所有 数嬲终客户爨壤瘸。0 l “s t 。r 必绥哥戳汝调管邂各势离躬经传麴错误秘失羧，著霹透曦疆 向c lu s t e r 中加入组件。一个c l u s t e r 包含多台( 至少二台) 拥有共享数据存储空间的服 务器。强 霉一台疆务器运幸亍一个应瘸辩，应瑁数据羧存辖在共攀静数撵空闰海。每台瑕务 器的操作系统和应用稷序文件存储在其各自的本地储 筝空间上。c l u s t e r 内各节点服务器 逶过一内部弱域穗稻甄逶最。港一台节赢骚务器发生故障霹，这台服务器上所运行的赢掰 程序将在另一节点服务器上被自动接错。当一个应用服务发生放障时，应用服务将被重新 扁动或被另一台服务器接管。渗蔽上的任一敬障发生时，客户都将能粮快连接到新的应用 7 堂皇堕整堂魑堡主堑塞兰兰些笙墨 服务上。 第卓网格计算 他们都怒分布式系统，目标很多相近的地方，共享和协同，所以技术上也有相似的地 方。健是条 拳靼琢攮不同，繁嚣一般怒曩构( 瞧舂异构戆) ，羹蓦域上卡分运，要想犍黢越 强就需要越近。一般怒在一个屋子里面，至少也是在一个局域网范围内。网格的范围就广 数多了。无论获缝壤豹广廑，还是系绞缰残翡复杂瞧。瓣格戆缓藏可以擐复杂，篷摇专瘸 存储器，各种仪器设铸等，当然其中也包括集群，各种类型的硬件，各种不同的系统软件， 还有功稚复杂静孛闻徉。 从分布式系统来说，最集中的方式就是黛群，最分散的方式就是对等计算。 4 ，阐格计算与元计算( m e t a c o m p u t r i g ) 豹区剐： 元计算技术是将一缎通过广域网连接起来的性质不同的计算资源集合起来，作为一个謦 独的计算环境向阁户提供计算服务。元计算系统的目标悬使用户能够共享蒹中的计算资源并 以合作的方式进行计算，元计算赫端主要姆决最终用户遗过统一鲍赛厦表使用广域网上鍪类 计算资源的问题：元计算内核主要解决计算任务在广域网中各种超级计算机上协作完成的问 题，提供一个完嫠斡程序开发帮运行蓼壤。当用户提出诗冀谤求瓣，计算溺题魏甑嚣代翳在 系统内部的计算资源上进行合理的调度和管理，最后得出运行结果并通过元计算前端反馈给 疑终爱户。一个建努豹元诗筹系缓主要出三夺部分缓成：一是尽羹麓擎森又霹靠静傻瑶雾瓣； 二是资源箭理系统；三悬良好的编程模型和高效可靠的运行时环境。其中资源管理系统处于 核心链位，它受爨整个系统卒各个资源静疆述、窝动、分配与傈护，与运行辩系统密切合作， 保证整个系统的正常运行。资源铃理系统需要为不同级别的系统管理员撮供强有力的工具或 猝蘑来辩这些资源进行麓蒂8 和保护。元计算是溺格计算韵柄级形态，定义了构建计算网格最 糕础的服务。 1 1 3 网格的分类 网格足由分布在本地或广域范围的若干异构予系统组成的虚拟系统。网格通能可以分为 二类，鞠信息弼褥、资源潮格和鞭务网格f 5 0 】。 信息网格可以将信息传送到世界上的任何一个地方。w e b 和p 2 p 文件共事部是珧在 信息网格的组成部分。 资源网格支持资源( 如计算机、数据、软件和专用实验设备) 的搬鸯使躅，它的核 8 堂塞业堕兰堕堡主堑塞墨堂垡笙奎 笙：鲎竖堕生塞 心思慧怒资源存取与稼藿无关。宅与蕊塞题格匏嚣裁在于：德惑网格筵供受费匿名兹 数据信息的使用和访问，而用户辫使用资源网糨提供的资源、工具必须通过认证，不 是免赞使用的。 骚务瞬猿提供独立予佼萋、实现鞠硬馋平台懿服务。 1 1 4 网格计算的关键技术 网穰诗冀软颤往瓣鞋个入谤葬瓤为擎佼鹃诗箕方式程跑褥其骞受热强大懿鼗爨楚理旋 力，网格具有把各种计算资源统一连接调艘的能力。目前网格计算技术存在很多难点和必须 研究的关键问题，例如： 1 大登瓣学应蘑诗算萋嚣宠：弼捂嚣羹系统夔蓦豹怒充分弱强羁络上豹释资源来支耩大 型的并行分布式计算，因此，对应用的研究也成同时展开，由应用驱动来搬出对网格 计算系统的功能和技术要求，并骏证其技术途径和技术实现的有效性。 2 网终羧零：丽格蓑黉支骛运行在不嚣毒 霎撬系统夔进程之霾豹嵩效逶信，褰可靠经、 容错憔的网络系统怒网格计算环境中必不可少的部分。高速通信协议和通信服务质量 对网格计算系统的研究非常重要。通信能力的好坏对网格计豁提供的性能影响甚大， 要骰戮谤冀能力“繇逡帮燕”宓矮簧瘫覆量静宠繁耀络系统支持。援户要获褥延透，l 、 可靠臼勺通信服务也离不开高速的网络。 3 高效可扩展的分布式并行计算系统；为了使用户熊够透明她使用网络资源，需要建立 一个麓绶魏、霹扩袋懿分蠢式劳簿誊 冀嚣凌，黪缓_ 龟兔基礁撼供鑫摹孛裹级瓣骚努。 4 高设的程序编译模型和执行引擎；传统情况下，应用程序在执行前需要编译成面向某 平台的可执行代码，这些本地码的平台相关性决定了它们不能跨平台执行，这使得程 序在菇毒奄巧臻下懿技抒秘资源赘缓援受到了一定豹疆割。麓决遮令淘题豹方法是筏躅 平台炙袋的中间代硒，由于中间代码通常是解释执行的，因而执行的效率比较低。因 此，必须研究解决平台无关的中间代码执行效率低下的问题，对程序的编译模型和执 行f l l 攀遴暂研究，懿决平台无关瞧葶鞋藏嚣效率之润的矛霪，羧终提供鲜凌方案，襞褥 程序能够顺利、商效得在异构环境下执行和使用系统资源。 5 面向用户的程序设计模型：为了能够充分发挥湖格计算系统的特点，需要为网格系统 设计蠢散的程序设计模型来充分秘霜炎淫，必缀在蘑囱对象、嚣囱代理等编凝技术孛 敝京邮电学院硕士讲究生学位论文 第龋网格汁算 作出选择。 6 资源管理和任务调艘工具：资源管理工具要解决资源的描述、缀织和管理等关键问题： 任务调度工具其作用按照任务的粪型、所需资源、可用资源及当前系统的负载情况等 安捧运行臣程和策晦对系统内熊任务进褥动态调度，提赢系绞豹运行效率。它们矮于 网格计算的中间件，它们确定阐格计算系统豹管理层次体系，将管理瑗按照区域层次 划分，并且决定管理信息流的流向。 7 发现与簸控：网掇上的系统必缀发现俺静资源或服务可耀，菇能监控萁状态。妇薅 帮助键用人员竞分剃用网格计算中的资源，逡就要靠性能分析和盆测工其，这些工其 能够为不同级别的系统管理员提供强有力的工鼠或界面监视系统资源和系统的运行 情况，馕褥霹格计棼系统能够自旗适应环境的变化。网接计葵系统中某一瓷源出现故 漳或失败豹可髓性较高，系统的资源会不断扩大、应用会不敝增长，系统的整体结构 和整体性能会不断地发生变化，并且随时有不可预测的系统行为发生，这就要求动态 监携和管理网捺资源，扶目前可利用的资源中选取虽佳资源服务，尽量城小由于这种 故簿躐失效、整俸缭构和整体瞧戆发生交纯或不可预测豹系统幸亍为等同题对网络整体 性能的影响。 8 应用鼷的可视化工爨。网格计算的主要领域怒辩学计算，它徒往伴随着海量酶数据， 面对洛如烟海豹数据想通过入工分辑褥密正确的判断卡分戮难。颤栗把计黪结莱转换 成童观的图形信息，就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难，这就要研究能在网格计 算中传输和读取的w 桃化工具。弗提供友好的用户赛面。在网格计算中的可视化技术 使蠲瑟形、黉橡等等段来摇述潮格系统中资源秘任务豹行兔、获态翻结枣句，为两格计 算系统的资源管理、作业调度和数据传输提供帮助。 9 安全；网格安全至荚重要因为欺事资源可能馁含可能泄露商业机密或其他知识产权 豹敏隳信怠。涎魏，有螫要绦护遥信安全，谈躐蠲户身份，缀锯援较玫繁凝铡霜户行 为。删格计算系统的安全斡理机制研究包括：确保网格计算系统管理和使用的安全性。 建立全网格的帐号箭理和记账系缀，使得任何用户能够从任何连在网格的计算机上， 安全爨录莠有效饺瘸耀貉资瀑；确定遥露子溺格诗算系统弱倍感热密祝餐茅l j 信怠黉输 机制镣。 塑生墼皇堂堕堡主蟹塑生兰堡堡兰 l 。2 网格技术的发震和癍惩前景 第群同 计算 和i n t e r n e t 一样，网格计算也起源予研究和学术领域。现在，商业企业也开始使用网 掺，阚擦诗算繁寒了赣墅豹懿务窝亵业模爱。在财经爨务领域，爨格计弊鼓羁手女n 速交茹楚 邂、处理海量数据；政府机激使用阿格来絮中、保护和集成大量数据存储：许多市政和军事 机构都特别要求跨代理机构协作、数据集成和安全，以及跨数据存储席快速获取信息；涉足 生愈秘学( 毙瓣基因缀磅究) 豹公司馒鼹多# 褥稆隧格诗冀薅大量数攒撬蟹处理葶 l 改较，更狡 的处理速度意昧着更快地占领市场，任何轻微的优势都可能成为决定阏索。 网格计算环境受到世界备国和组织的高度重视，己疑开展了许多论坛、实验捌：境和研究 矮骚，它 j 大多数嚣是在嬲上菸享魏，极大缝方捷了入髓疆究农萃! | 建蠢关资源。 1 2 1 网格计算的现状及一些主要项圈 l 。潼努 国际上已缀涌现出一大批网格研究项鞠，例如，美阑有g l o b u s 5 1 、l e g i o l q 6 43 、 c o n d o r 6 5 等，欧洲有d a t a g r d 6 6 、u n c o r e ( t n i f o r m i n t e r f a c e t o c o m p u t i n gr e s o m c c s ) 【6 7 等，澳大秘匪奏i m r o d 6 1 6 8 、e c o g r i d 6 9 等，瓣搴舂k l , f 【7 0 、b r ；c k s ? j 等。鹜 前网格计算技术最为发达的国家是美国，在欧洲，英嗣处于领先地位。 美国政府鹧在网格技术的基础研究上，每年投入的经费就高达5 亿美元。g l o b u s 网格项 毽 i l 是鏊蔫鬻舔上簸毒影滤匏弱接专 算矮蘩之。g l o h u s 按寒已簌美国戆秘瑾潮疆嫡r ( j p h y s i c sn e t w o r k ，( ；r l p h y s ) 5 2 1 、美豳能源部( d e p a r t m e n to f e n e r g y ，d o e ) 的科学网 格( s c ic n c e ( ；r i d ) j ：j 、荧国航空航天管理局( n a t j o n a la e r o n a u t i c sa n ds p “c c a d m i n i s t r a t l o n ，n a s a ) 瓣掺l p 6 ( 1 n f 0 r l l l ；r t t i o np o w e r 两d ) 5 4 】 5 7 】、欢渊数攥瓣搭( d n t f l ( ；f ，i d j 5 5 1 、辅兰的集群计簿机网格d a s 一2 5 6 、美国圆家技术网格( n a t i o r l a it e e h n 0 1 0 k y ( ：r i d 。( ；) 5 7 、美国国家科学基金支持的t e r a ( ；r id 5 8 等多个项目中得到应用。 ；r l p h y n 诗熊建立每移予万亿次级剐麓诗算平台，瓣予鼗据密集溅诗冀；麓学蠲穆诗箕髭 力达到每秒5 万亿次，存储能力达到l ，3 千万亿字节；i p g 将n a s a 分布在各地的汝源通过网 络连接起来，解决n a s a 目前笼法解决的科学与工程计辫与数据管理等问题：分布式汝源管理 ( 8 i s t r i b u