（计算机应用技术专业论文）基于经济学的网格资源分配模型.pdf

巾山大学硕+ 学位论文( 2 0 1 0 )摘要 论文题目：基于经济学的网格资源分配模型 专业：计算机应用技术 硕士生：姜静 指导教师：罗文村 摘要 网格被视为继i n t e m e t 技术和w e b 技术之后的第三代互联网技术，能够最大 限度地实现网络资源共享和调度，因此网格技术在国内外迅速发展。 网格的目标就是能够实现计算、存储、软件、设备等大量异构资源之间的共 享。由于网格资源具有异构性、分布性、动态性和自治性等特点，因此如何有效 地管理和分配网格资源是网格系统走向实际运用的一个关键问题。本文分析了网 格资源管理与分配的研究内容和意义。在资源分配中引入经济学有助于激励更多 的用户贡献资源，并且能够提高资源的利用率。本文的主要工作如下： 1 本文首先分析了现有电子商务的交易主体与网格市场的交易主体的区别。 然后基于现有的电子商务模式构建一个适合网格环境的资源管理交易模型，希望 可以直接融入到已有的电子商务平台，从而减少网格资源交易基础平台的建设， 加速网格经济化。 2 本文设计了满意度评价体系。由于满意度是影响用户购买决策的主要因 素，因此本文首先分析网格环境下影响满意度的因素，然后将这些因素进行量化， 最后采用层次分析法确定出各个因素的权重。 3 本文分析了招投标机制，改进了招投标模型。用户根据自己的需求生成招 标说明书，邀请各代理商进行投标，然后用户根据自己对当前任务的具体要求指 定各因素的权重，形成评标函数，对各个标书进行评价，最后确定合适的标书， 与该标书的代理商签订合约，开始服务。 最后本文分析了常见网格模拟器的特点，在g r i d s i m 模拟器上模拟实现招投 标模型，分析实验结果及原因。 关键词：网格资源分配，满意度评价，招标模型，代理商 巾山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 )a b s t r a c t t i t i e ：g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o nm o d e lb a s e do ne c o n o m i c s m a j o r ：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 n a m e ：j i a n gj i n g s u p e r v i s o r ：l u ow e n c u n a b s t r a c t t h eg r i di sc o n s i d e r e dt ob et h et h i r dg e n e r a t i o ni n t e r n e tt e c h n o l o g t om a x i m i z e t h er e a l i z a t i o no fn e t w o r kr e s o u r c e s h a r i n ga n ds c h e d u l i n g ，a f t e rt h ei n t e m e t t e c h n o l o g ya n dw e bt e c h n o l o g y t h eg r i dt e c h n o l o g ya l s or a p i d l yd e v e l o p s w o r l d w i d e t h eg o a lo ft h eg r i di st os h a r ec o m p u t i n g ，s t o r a g e ，s o f t w a r e ，e q u i p m e n ta n da l a r g e n u m b e ro fh e t e r o g e n e o u sr e s o u r c e s g r i dr e s o u r c e sa r e h e t e r o g e n e o u s ， d i s t r i b u t e d ，d y n a m i ca n ds e l f - g o v e r n m e n ta n ds oo n , s oh o w t oe f f e c t i v e l ym a n a g et h e g r i dr e s o u r c e si sak e yi s s u ef o rp r a c t i c a la p p l i c a t i o n t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o n t e n t a n dm e a n i n go ft h eg r i dr e s o u r c em a n a g e m e n ta n da l l o c a t i o n i ng r i de n v i r o n m e n tt h e i n t r o d u c t i o no fm a r k e tm e c h a n i s m sh e l p st oe n c o u r a g em o r eu s e r st oc o n t r i b u t e r e s o u r c e s ，a n di ta l s oc a ni m p r o v er e s o u r c eu t i l i z a t i o n t h i sp a p e ra n a l y z e st h em a i nd i f f e r e n c e so ft h em a i nb o d yo fm a r k e tt r a n s a c t i o n s b e t w e e ne x i s t i n ge - c o m m e r c et r a n s a c t i o n sa n dt h eg r i d b a s e do nt h ee x i s t i n g e b u s i n e s sm o d e l s t h i sp a p e rb u i l d sas u i t a b l em o d e lf o rg r i dr e s o u r c em a n a g e m e n ti n t h eh o p eo f d i r e c t l ya p p l y i n gi n t oe x i s t i n ge - c o m m e r c ep l a t f o r m t h i sc a nr e d u c et h e b a s i so fg r i dr e s o u r c et r a d i i l gp l a t f o r mc o n s t r u c t i o n , a n ds p e e du pt h ee c o n o m yo ft h e g r i d t h i sp a p e rd e s i g n ss a t i s f a c t i o ne v a l u a t i o ns y s t e m s a t i s f a c t i o ni st h em a i nf a c t o r f o rt h eu s e rp u r c h a s ed e c i s i o n , s ot h i sp a p e ra n a l y z e st h ef a c t o r sw h i c ha f f e c tt h e c u s t o m e rs a t i s f a c t i o ni ng r i de n v i r o n m e n t ，a n dt h e nq u a n t i f i e st h e s ef a c t o r sa n d d e t e r m i n e st h ei n d i v i d u a lw e i g h to f t h ef a c t o r su s i n gt h ea h e t h i sp a p e ri m p r o v e sb i d d i n gm o d e l ，u s e r sp r o d u c et h et e n d e r s p e c i f i c a t i o n 一l 一山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 ) 基于经济学的嘲格资源分配模型 a c c o r d i n gt ot h e i ro w nd e m a n d s ，t h e na s ka g e n t sf o rab i d ，t h e ns p e c i f yt h ew e i g h to f e a c hf a c t o ra n df o r m a t se v a l u a t i o nf u n c t i o na c c o r d i n gt ot h e i rs p e c i f i cr e q u i r e m e n t s o nt h et a s k a tl a s t ，u s e r se v a l u a t et h ef i n a ls u i t a b l et e n d e r , t h er e s o u r c es u p p l i e r s u p p l i e ss e r v i c eu n d e rt h i sc o n t r a c t t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o m m o nf e a t u r e so ft h eg r i ds i m u l a t o r , t h ea d v a n t a g e s a n dr e a s o n so fu s i n gg r i d s i ms i m u l a t i o n t h e nt h i sp a p e rs i m u l a t e sb i d d i n gm o d e l ， a n da n a l y z e st h er e s u l t s k e yw o r d s ：g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o n ，s a t i s f a c t i o ne v a l u a t i o n ，b i d d i n gm o d e l ， a g e n t i i i 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：墨萄 日期：2 口i o 年6 月j 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位论文作者签名：善新 日期：2 口f 。年6 月je l 导师签名：猡素耐 导师签名：夕眯吣7 j 日期：2 。年6 月7 日 - l 一山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 )第一- 章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 网格技术【1 2 引诞生于上个世纪9 0 年代中期，其思想来源于电力网格4 1 ，人 们希望计算力和计算资源等广泛分布的各种资源能够像电力网格一样，打开电源 开关就可以使用，既不用关心是谁提供的这些服务，也不用关心这些资源位于哪 里。 1 9 9 8 年，i a nf o s t e r 和c a r lk e s s e l m a n 在文献 5 中首次给出了网格的定义： “计算网格是一个能为高端计算设备提供普遍的、可靠的、一致的、廉价的访问 能力的基础设施。该定义强调的是对昂贵的高端计算设施、贵重仪器的合理利 用，从而降低使用代价。2 0 0 0 年，i a nf o s t e r 等人在文章 6 中进一步将网格描述 为“在动态的多机构的虚拟组织中协调资源共享和协同解决问题”。该定义强调 的是虚拟组织、资源共享和资源协同的思想，细化并发展了前面的定义。2 0 0 2 年i a nf o s t e r 在文章 7 中给出了判断是否为网格的三个依据，即提供的服务是否 非儿；使用的协议和接口是否标准和丌放，能否通用；能否协调非集中控制的资 源。该定义强调标准的协议和接口，同时将服务质量作为一个重要方面进行考虑。 网格的目标就是能够实现对计算、存储、软件、设备等大量异构资源进行共 享。网格资源具有异构性、分布性，动态性和自治性等特点，因此如何有效地管 理及分配网格资源是网格系统走向实际运用的一个关键问题。 1 2 当前国内外网格发展现状 网格被视为继i n t e m e t 技术和w e b 技术之后的第三代互联网技术，能够最大 限度地实现网络资源共享和调度，因此网格技术在国内外迅速发展。 1 2 1 国外网格的发展现状 在国外，各个组织根据网格资源的特点以及自己的目标设计了各个不同的系 t 1 山大学硕+ 学位论文( 2 0 1 0 ) 臻下经济学的刚格资源分配模型 统。本文介绍以下几个典型的网格项目： 1 g l o b u s g l o b u s 8 1 是第一个实现了开放网格服务体系结构( o g s a ) 、开放标准的项 目，建立了以服务为核心的网格结构，能够为网格应用的构建提供中间件服务 和程序库。工具软件g l o b u st o o l k i t s ( g t ) 就是来源于g l o b u s 项目，能够丌发 实现多种应用程序的调度。g l o b u s 将分布异构的计算资源视为一个单一的虚拟 机器。 g l o b u s 项目主要由g l o b u s 资源分配管理( g l o b u sr e s o u r c ea l l o c a t i o n m a m g e r ，g r a m ) 、网格安全基础设施( g r i ds e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e ，g s i ) 、全 局二级存储服务( g l o b u sa c c e s st os e c o n d a r ys t o r a g e ，g a s s ) 、元计算目录服务 ( m e t a c o m p u t i n gd i r e c t o r ys e r v i c e ，m d s ) 、g l o b u s 复制管理( g l o b u sr e p l i c a m a n a g e m e n t ，g r m ) 、网格f t p 服务( g r i df t ps e r v i c e ) 六个组件组成。 其中g r a m 是网格计算环境中的任务执行中心，g s i 负责网格计算环境的 安全，g a s s 简化了在g l o b u s 环境中应用程序对远程i o 的操作，m d s 是网格 计算环境中的信息服务中心，g r m 能够实现快速访问数据的要求，g r i df t p 能 够实现与g s i 结合的安全认证、第三方传输、断点续传、并行传输、缓存等特性， 优化了高带宽的广域网络坏境。 2 l e g i o n 元计算系统 l e g i o n l 9 是由美国弗吉尼亚大学丌发的面向对象的、基于计算的元系统，主 要由对象和类组成，为异构的、地理上分散的、高性能计算机的系统可以进行互 相无缝的操作提供了软件基础设施。网格中所有的组件都被视为l e g i o n 对象， 因为该系统保存了l e g i o n 对象的信息，因此即使对象被暂停或激活，仍然可以 提供状态信息给客户。 3 a p p l e s 系统 a p p l e s 加1 ( a p p l i c a t i o n l e v e ls c h e d u l e r ) 系统是由美国圣地亚哥加利福尼亚 大学开发的应用层调度系统。应用程序通过内嵌a p p l e s 代理来实现网格资源的 调度，应用单元的实际执行由本地资源调度器负责。a p p l e s 调度器支持在线调 度和面向应用程序的调度策略，但是不支持调度服务质量q o s 。 2 巾山大学硕士学位论文( 2 0 1 0 )第章绪论 4 n i m r o d g 项目 n i m r o d g 1 是由澳大利亚蒙纳士大学开发的一个网格资源代理，运用经济 学原理来管理和操纵任务，从而实现资源的管理与分配。n i m r o d g 由调度器、 分派器、作业管理引擎和智能主体这四个关键构件组成。用户可以提出q o s 要 求，如预算、首选最优策略和完成期限等，然后调度中心根据用户提出的要求周 期性地调度整个应用程序，保持负载平衡。 5 d a t ag r i d d a t ag r i d t 佗1 的核心中间件系统是由g l o b u st o o l k i t 扩展而来的。d a t ag r i d 具 有海量存储管理能力，能够用统一的接口屏蔽不同站点的数据存储方式和处理方 式之间的差异，无缝融合分布的资源存储资源。 6 n e t s o l v e n e t s o l v e l l 3 1 是一个基于客户机代理服务器模式的远程调用组件，允许一方 远程访问另一方的软硬件设备，能够提供资源发现，保证容错性和负载平衡。 n e t s o l v e 系统集成了网络资源，提供用户一个桌面应用接口，屏蔽了动态性与异 构性。n e t s o l v e 的调度是分布式架构的，一个代理可以通过向其它代理要求援助 来完成工作。 7 c o n d o r c o n d o r l l 4 1 项目是一个用于高性能计算任务的工作流管理系统，与其它并行系 统有着类似的功能，例如任务队列机制，调度策略，优先调度，资源管理。 c o n d o r 有多个c o n d o r 池，每个c o n d o r 池都采用平面型机器架构( f l a t m a c h i n eo r g a n i z a t i o n ) 。消费代理广播用户的需求，c o n d o r 收集器( c o l l e c t o r ) 侦听可用资源的广播，提供资源信息存储服务。c o n d o r 资源代理周期性地将该 机器上的服务广播给收集器( c o l l e c t o r ) 。c o n d o r t 1 匹配器( m a t c h m a k e r ) 向收 集器查询资源发现情况，从而决定资源请求和供应是否匹配，然后将匹配结果通 知代理。匹配的代理直接和对方联系，如果他们满意，消费者代理将在该资源上 启动计算。 资源请求和供应使用分类广播语言描述，c 1 a s s a d ( c l a s s i f i e da d v e r t i s e m e n t l a n g u a g e ) 包含一个查询语言，允许广播代理通过包含他们资源供应和请求的约 q i 山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 ) 基丁：经济学的嘲格资源分配模型 束来描述他们的匹配情况。 c o n d o r l l 4 1 被理解为是一个平面机器架构的计算网格，使用一种扩展大纲和混 合型的命名空间。c o n d o r 采用集中式调度来查询实现资源发现，并采用周期p u s h 方式发布，但它不支持q o s 。 c o n d o r - g 的调度设计吸取了g l o b u s 关于调度的思想，它的一个主要目的就 是通过网格环境一一个私人桌面a g e n t 提供保存局部资源管理者的所有信息的 能力。c o n d o r - g 允许终端用户去改进他们计算的效率，同时还提供了统一视图 和一个熟悉可靠的访问途径，便于终端用户查找使用分散的资源。 8 j a v a l i n j a v a l i ni 。5 i 是一个基于j a v a 的框架，主要用于并行计算。j a v a l i n 系统主要由 客户或应用、代理和主机三个组件组成，主机主要提供客户所需的计算资源，客 户端负责寻找可用的计算资源，代理负责分配映射计算资源。它所支持的计算模 型主要有b r a n c h - a n d b o u n d 和p i e c e w o r k 。该模型具有高度自治性，因此比较适 合参数扫描型的应用，例如光线追踪。 1 2 2 国内网格的发展现状 我国也丌展了许多有关网格方面的研究工作，在资源环境、科学研究、制造 业、信息管理、服务业等方面进行了应用研究，其中有些项目已完成。例如：清 华大学的先进计算基础设施( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ，a c i ) 和以 中科院计算为主的国家高性能计算环境( n 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 e n v i r o n m e n t ，n h p c e ) 1 1 6 1 ，还有一些项目正在进行中，部分项目如下： 1 中国国家网格 中国国家网格1 1 7 1 项目是国家“8 6 3 项目计划，目的是为了建立高性能计算 环境，希望能够高效地支持资源环境、科学研究、信息服务和先进制造等应用的 高性能计算与协同工作，实现资源共享。 2 中国教育科研网格 教育部对网格在教育科研上的应用十分重视，因此提出了中国教育科研网格 项目o s l ，并将其作为“c e r n e t ( 中国教育科研网) 高速地区网和重点学科信 4 - ，山大学颁十学位论文( 2 0 1 0 ) 第。章绪论 息服务体系建设 项目中的重要项目之一。 3 织女星网格项目 织女星网格项目1 1 9 由中科院计算所领导开发的，它是在2 0 0 1 年提出的，主 要是借助网格技术、w e bs e r v i c e s 和数据库技术等技术，研究信息网格的相关机 制与体系结构。 1 3 课题研究的意义 资源管理分配是网格系统最基本的服务之一。如何合理、高效地实现资源的 管理与分配影响着应用程序的执行效果。资源的优化配置能够最大化资源的效 用。如何有效地管理及分配网格资源是网格系统走向实际运用的一个关键问题。 本文在现有网格资源管理分配调度系统的基础上，结合电子商务贸易模式， 提出一种可以无缝融入到现有电子商务平台的网格资源管理分配模式，以减少基 础建设的投入，加快网格经济化。使用招投标模型，能够减少协商时间，加快资 源分配，提高单位时间内的有效交易量。改进招投标过程，增加投标书数，提高 交易成功率。分析影响消费者购买决策的因素，构建满意度评价指标体系，降低 交易失败率，提高资源分配的成功率，优化资源的配置。 1 4 本文的主要工作 1 分析了网格资源管理与分配的研究内容和意义。介绍了经济学用于网格 资源管理的适用性，认为网格环境下市场机制的引入有助于激励更多用户贡献资 源，并且能提高资源的利用率。总结了相关的网格资源管理经济学模型，以及研 究现状。 2 分析现有电子商务交易主体与网格市场的交易主体的区别。基于已有的 电子商务模式，本文构建了一个适合网格环境的资源管理交易模型，希望可以直 接融入到已有的电子商务平台，从而减少网格资源交易基础平台的建设，加速网 格经济化。 3 设计满意度评价体系。由于满意度是影响用户购买决策的主要因素，因此 本文首先分析网格环境下影响满意度的因素，然后将这些因素进行量化，最后采 巾山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 )堪丁经济学的 【) 9 格资源分配模型 用层次分析法确定出各个因素的权重。 4 本文分析了招标机制，改进了招投标模型。用户根据自己的需求生成招标 说明书，邀请各代理商进行投标，然后用户根据自己对当前任务的具体要求指定 各因素的权重，形成评标函数，对各个标书进行评价，最后确定合适的标书，与 该标书的代理商签订合约，并丌始服务。 1 5 本文的组织和内容安排 本文接下来的部分组织如下： 第二章介绍网格资源的特点及管理系统的功能。分析引入经济学的原因及优 点。介绍现有网格经济学研究项目及常见的网格资源分配策略。 第三章根据已有的电子商务模式，结合网格资源特点，设计一个网格管理模 型，分析各角色的作用。由于满意度是影响用户购买决策主要因素，因此分析网 格环境下，影响满意度的因素，将这些因素进行量化，采用层次分析法确定出各 个因素的权重。 第四章改进招投标模型，设计评标函数。消费者根据自己的需求产生招标说 明书，邀请各代理商进行投标，最后消费者根据自己对当前任务的具体要求以及 个人偏好指定各因素的权重，形成评标函数，对符合条件的标书进行评价，最后 选择合适的标书，与该标书的代理商签订合约，代理商通知资源提供者与消费者 通信服务。 第五章介绍常见网格模拟器和g r i d s i m 模拟器的优点，模拟实现招投标模 型，分析实验结果及原因。验证经济模型能够优化资源配置，验证引入代理商， 能够提高投标书的数量，使竞争能够更激烈，减少某些资源提供者因为忙着服务 而没能进行投标，以至于消费者失去最优的选择。观察满意度对资源分配失败率 的影响。 第六章对本文工作进行总结和前景展望。指出本文工作的不足以及对未来 的展望。 6 t ，山大学硕+ 学位论文( 2 0 1 0 )第二章网格环境下的资源管理 第二章网格环境下的资源管理 2 1 网格资源的特点 网格中的资源在种类和功能多样性上，与以往的分布式系统、集群系统、并 行系统相比，有着很多的不同。主要有以下特点【2 0 1 ： 1 动态性。资源可以随时加入或离开网格系统，资源的存在时间可长可短， 提供的服务质量也可能时好时坏。即网格资源的具体特性，例如使用时间，状态 和负载，都是随时间的变化而变化。 2 异构性。网格环境中的资源种类很多，同样的资源，但具体的参数可能不 同，例如同样是c p u ，它的具体参数是不同的。同样的计算机资源，可能运行 在不同版本的操作系统上。同样的资源提供的功能和访问的方式可能不同，本地 管理策略和共享规则也可能不同。 3 二分特性。网格资源的拥有权与使用权可能属于不用的人。拥有权肯定是 属于具体的资源拥有者的，但是使用权却不一定。除了一部分专用的网格资源是 专门提供给网格用户使用之外，大部分的资源都是既可以为资源拥有者使用，也 可以为其它资源需求者使用，因此如何分配空闲的资源给资源需求者是个关键问 题。 4 自治性。网格资源有着不同程度的本地自治能力。网格资源处在本地管理 机构的管理之中，有着属于自己的本地管理策略。网格管理系统不能把网格的意 愿强加到本地管理者上，必须尊重本地管理者，迁就本地管理者的策略，不能替 代本地管理系统。 网格管理者应该根据资源的特点设计管理系统的功能。为了屏蔽网格资源的 异构性，就需要为用户提供统一的访问接口；尊重资源的本地管理机制和策略， 使资源更好地为网格服务；保证用户请求的访问质量，就必须隐藏网格资源的动 态性；全面检查网格用户的请求，保证资源的安全和资源拥有者的权益。 7 中山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 )转丁经济学的刚格资源分配模型 2 2 网格资源管理系统的功能 网格资源管理系统负责管理网格环境中各种大量异构资源之间的合理调度 和分配。例如处理机、网络带宽、进程、磁盘存储、任务等。为了实现该目标， 网格资源管理系统需要提供如下功能【2 1 1 ： 1 支持适应性、可延展性( e x t e n s i b i l i t y ) 和可扩展性( s c a l a b i l i t y ) ； 2 保证本地站点的自治性，有着自己的管理策略，同时允许不同管理策略的 站点之间可以进行互操作，分配各种资源，协同工作，实现资源共享； 3 采用全局和局部资源管理系统相混合的策略，实现全局调度与局部调度 相结合，优化资源配置； 4 仿真各种资源，监控并记录资源的执行情况，具有相对较好的实时性， 能够及时调整资源的分配； 5 支持服务质量( q o s ) 和计算经济( c o m p u t a t i o n a le c o n o m y ) ，从而保证 资源的服务质量； 6 各种不同管理策略的资源管理系统间能通过一致的通信协议集进行通 信，如发现、分发、交易等协议，使得信息完全交流； 7 保证资源提供者和资源消费者直接的相互信任，提供不同信任机制的交 流，但不能因此增加基本操作的丌销从而降低系统的效率； 8 规范化和标准化作业执行的流程； 9 静态调度和动态调度相结合，考虑调度的状态估计和资源模型，从而实 现资源的优化配置； 1 0 当负载不均时，任务能够迁移，从而保证负载平衡和系统的稳定性； 1 1 具有很好的容错、稳定性； 1 2 提供访问控制、身份认证等安全机制，保证任务的安全性，保证用户的 权益。 上面所列的功能是一个理想的网格资源管理系统应该具备的功能，事实上已 经出现的各种网格系统都只提供了其中的一部分，或只是在一定程度上支持某些 功能，因此需要继续对资源管理分配进行研究。 8 中山大学硕士学位论文( 2 0 1 0 ) 第二章网格环境下的资源管理 2 3 在网格资源管理分配中引入经济学 在网格中引入经济学主要是基于以下理由 2 2 - 2 6 1 ： 1 采用经济模型，根据经济学原理分配资源的最主要目的是实现资源优化 配置。 2 众所周知，我们现实生活中的各种商品的价值、状态等等均不同，但是 经济学原理能够很好地管理这些商品的分散性和异构性，实现现实生活中各种资 源的合理分配。这是由于市场经济是一种基于分布自主决策的资源分配机制，每 个市场参与方能够根据市场价格和自身偏好进行自主决策。而网格环境下的资源 类似于现实生活中的这些商品，因此采用经济学原理也能很好地管理网格资源。 3 “天下没有免费的午餐”，就是说资源的使用并不是无偿的。基于经济 学中的激励机制，只有付给资源提供者一定的费用，给予补偿，才能吸引更多的 资源拥有者加入网格。 4 网格环境是一个异构的、动态的分布式环境，资源的使用和供应都在不 断地变化。经济学的价格机制很好地反映了资源供需情况的动态变化，通过需求 变化调整资源的分配从而实现资源的优化分配，这样就能很好地适应网格的动态 性。实现了资源的联合分配以及作业执行时的再优化。 同时b u y y a 在文章【2 7 】中指出了应用经济学原理为网格资源管理建模的合理 性，认为基于市场经济的网格资源管理模型更适合分布的、复杂环境下的网格资 源管理；资源用户相当于商品消费者，资源提供者相当于产品制造商；用户使用 供应商的资源并支付费用。基于经济理论的基本网格资源管理体系如图2 - 1 所 示。 在网格资源分配中引入经济模型可以达到以下效果2 8 l ： 1 资源消费者根据实际情况随时请求所需资源，调度中心能够根据当前资 源使用情况动态分配资源，使负载均衡； 2 资源请求者和资源提供者能根据自己的实际情况做出决策，使各自的效 用和利益最大化： 3 分布式协商调度，资源拥有者和资源请求者能够按照经济机制直接协商 达成一致意见，实现分散决策，避免了因集中决策引起的单点故障。该模型是以 9 l f i 山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 )基丁经济学的嘲格资源分配模型 用户为中心，而非系统，有利于建立一个高度自治、自适应能力更强的系统； 网格节点n 签约 一一 信息 网格浏览器 胎 网格竹点i 定价算法 作 工 安全 一 y j 技务器 麻 编 业 一交易 ”。k 碰 代 作业调度器q o s 7 +、刈 环 1计穆 境 理 l 。 控 i 资源预留 制 1 一一 易 。 善 交易管理器 作业执行卜， ， 资源分配 t l 配簧代理 p 存储 图2 - 1 基丁：经济理论的网格资源管理体系渊 4 基于价值的分配，价格由价值决定，但是受需求变化的影响，对于所有 资源采用统一的衡量标准。在市场机制的作用下，用户可以以等价交换为基础， 自由地进行资源交易； 5 根据经济学的激励机制，给以经济补偿，可以吸引更多的资源拥有者贡 献他们的空闲资源，加入到网格系统中，有利于建立更大规模的网格系统，同时 使资源提供者的竞争更大，也有利于形成正确合理的市场。 2 4 七大基本经济模型 在网格市场中，最关键的两个角色是资源消费者和资源提供者，资源消费者 作为买方，资源提供者作为卖方，为了追求各自利益的最大化，它们都会制定自 己的策略和要求。网格系统通过不同的经济机制就能够满足不同的计算应用和环 境的需要。 网格中常用的传统经济模型主要有7 种：商品市场模型、多价格模型、议价 模型、招投标模型、社区模型、拍卖模型、按比例分配资源模型、垄断模型等等。 1 商品市场模型 在商品市场模型 2 9 1 中，资源提供者可以根据规则给资源定价，消费者根据消 1 0 中山大学硕+ 学位论文( 2 0 1 0 )第二章网格环境下的资源管理 费的资源数量来支付费用。资源提供者可以根据各种参数进行定价，例如费用、 使用时间、预订、需求和供应。这些参数既可以是统一确定的，也可以是根据资 源的供需关系而时刻变化。根据价值理论，价格由价值决定，受供求的平衡关系 影响，因此具体的价格可以供求关系确定。在某一段时间内，资源的价格是不随 供应和需求量的变化而变化，而是保持不变的，但是同时也要保持服务质量不 变。然而在现实生活中，价格总是随着供求关系的改变改变。因此当需求增加或 供应减少，价格将提高或降低，直到供求之间达到一个新的平衡关系。 在网格市场目录( g r i dm a r k e td i r e c t o r y , g m d ) 服务中，资源提供者发布对 应资源的使用价格，同时需要向网格交易服务( g r i dt r a d i n gs e r v i c e ，g t s ) 提 交价格变化的规定。一个受资源消费者( g s c ) 的信誉度、时段、负载等因素影 响的价格规范如下： r e s o u r c ei d 资源标识 p r o v i d e ri d 资源提供者标识 p e a k _ t i m e _ p r i e e 9 a m 一6 p m - 上班使用高峰时段的价格 o f f p e a kt i m e上班时段的价格price非 p r i c e _ h o l l d a y _ t i m e 节假r 的价格 l u n c ht i m ep r i c e 1 2 ：3 0 2 p m ： 午时段的价格 r a i s ew h e nh i g hd e m a n d 重负载时的价格 l o ww h e n l i g h t l y _ l o a d e d 轻负载时的价格 r e p u t a t i o n c r e d i t 对 的声誉、信誉度的要求t h r e s h o l d o fg s c g s c 资源提供者的定价是由产品的内在价值和所希望的盈利决定的，但是资源消 费者的心里承受价格是由以下因素来决定的，例如资源的供求情况、资源强度和 感知服务质量等，因此，网格经济中资源的价格应该根据以下函数来进行定义， 由里面的具体参数值确定： 资源价值= 函数( 资源的内在价值，资源质量，服务开销，供求情况，用户感知 的服务质量，优先权) 。 其中供求情况，用户感知的服务质量，优先权这三个参数总是随着时间和应 用的变化而变化，因此很难确定。不过，一些消费者习惯于定期地使用资源，例 一i ，山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 ) 基丁经济学的网格资源分配模型 如一周的某几天或者一天的某个时候。由于计费的资源因素很多，因此消费者需 要使用高级编程语言来编写它们的应用，实现自动化计价。例如，n i m r o d 采用了 一种可选择的编程语言来编写应用和用户的具体要求，如资源信誉度、最后期限 和用户的预算，很好地解决了这些问题。 n i m r o d 中的网格资源中介者( g r i dr e s o u r c eb r o k e ，g r b ) 通过以下几个步 骤来完成一个应用的协商与交易： 1 ) 代理查找符合条件的资源，查看服务提供者信息； 2 ) 选择某一个合适的资源，通过和g m d 及g t s 的协商来确定最终服务价 格； 3 ) 网格代理选择一个满足其使用函数和目标( 最低价格和在最后期限之内) 的资源，选择一个合适的算法完成作业的映射； 4 ) 资源消费者使用服务资源来执行作业，完成后进行付费。 2 牌价模型 牌价模型1 2 9 1 与商品价格模型虽然在某些方面很相似，但是它们之间还是有很 多区别，最大的区别在于：牌价模型会发布专门的告示，为了吸引新的消费者去 建立市场共享，鼓励使用者考虑使用更便宜的时间。这时候代理就可以直接使用 牌价，而不需要浪费时间去和g s p 协商价格，一般情况下这时候的价格比较便 宜。例如，在假期，由于对资源的需求将变少，因此g s p 为了提高资源的有效利 用率，就会使用临时的价格去吸引新的用户。也可以说，牌价的使用具有条件性， 只适合某些使用者。 该模型具体的交易过程如下： 1 ) g s p 在g m d 中发布相关资源的优惠价格和优惠条件； 2 ) g s c 浏览g m d ，查看是否有满足其使用要求的优惠价格，确认自己是否 符合条件； 3 ) 若符合条件，通知代理询问这些牌价资源是否可利用，如可用可通知g s c 使用； 4 ) 剩余步骤类似于商品市场模型。 3 议价模型 前面几个模型都是由g s p 确定资源的费用价格，即价格是由g s p 规定的。 1 2 i l 山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 )第二章网格环境下的资源管理 但在议价模型1 2 9 1 中，代理和g s p 都有它们自己的目标函数，都是追求自己的利 益最大化，并以此为宗旨进行协商直到双方同意。资源代理为了得到更低的获取 价格和更长的使用期限，会以一个较低的价格丌始，而g s p 会为了得到更多的 利益会以一个较高的价格开始，然后双方开始进行协商，直到由于其中一方不想 再继续协商或者达成双方都较满意的价格而中止。由于该模型需要一个较长时间 的讨价还价过程，以追求最低价格，因此要求资源消费者对任务时间非常宽松才 适用。该模型的缺点就是可能导致资源的利用率较低。牌价模型比较适合于市场 的供求关系和服务价格都不明朗的情况。 4 投标合同模型 招标合同模型1 2 9 1 是在分布式坏境中使用最广泛的模型。常用于商业中管理 商品和服务的交换。招投标机制是一种有效的资源配置机制。网格经济中，请求 任务所需资源的消费者叫做招标人，而那些可能解决这个任务的资源提供者叫做 投标人。 整个招投标过程如下： 1 ) 招标人公布任务所需的资源要求，邀请潜在的可能的资源提供者竞标； 2 ) 感兴趣的资源提供者评估这个招标书，如果有合适的资源就提交它们的 竞标书； 3 ) 资源消费者对各个资源提供者的竞标价进行评价，接着和最合适的g s p 签订协议； 4 ) 资源消费者和g s p 进行通信，使用资源，任务完成后支付费用。 该模型的优点在于：如果签约的资源提供者提交的服务结果不能使资源消费 者满意，那么资源消费者还可以向别的资源服务者请求服务。这种机制的不足在 于，如果一个更有能力的资源服务者当时正处于忙的状态，则导致一个更没有能 力的资源服务者将得到授权。另一个限制是，消费者不需要去通知潜在的投标者 授权己经结束。有时招标人会因为一些原因而收不到任何竞标： 1 ) 所有潜在的资源服务者都在忙于处理别的任务，无暇投标； 2 ) 一个潜在的资源服务者虽然处于闲散状态，但正在考虑一个更有利益的 竞标； 3 ) 没有哪个空闲的资源服务者有能力处理这个服务。 1 3 中山大学硕+ 学位论文( 2 0 1 0 ) 基丁_ 经济学的网格资源分配模型 为了解决这些问题，消费者可以要求资源提供者尽快的给予答复，这样就可 以使得消费者能够修改招标要求。比如，消费者可以改变最后期限或者预算来等 待新的资源提供者，或者吸引存在的资源提供者提交它们的竞标。 这种招标模型允许不经过协商而直接签订合同，被选择的资源提供者可以拒 绝或接受一个承包授权。因此这种模型可以简化协议和提高某些服务的效率。 5 拍卖模型 拍卖模型是高价中标，招标模型是低价中标，从中标的本质上来讲是一样的， 但是它们适用的场合不同，拍卖模型处理的是一个资源提供者对多个资源消费者 的情况，即求大于供的情况，而招标模型处理的是一个消费者对多个提供者的情 况，即供大于求的情况。 拍卖模型【3 0 l 主要有三类角色：买方、卖方以及拍卖师，由拍卖师设定了一系 列买方和卖方都认可的规则，然后由拍卖师确定拍卖的丌始与结束。在网格市场 中，由网格资源提供者扮演卖方，首先设定资源使用的底价或基价，然后网格资 源代理扮演买方，代表资源消费者出价，如果资源消费者的出价都未达到资源提 供者的最低成交价，拍卖结束；若资源提供者还想出售该资源，需重新丌始新一 轮的拍卖。若有资源消费者出的价格达到了最低成交价，而且没有资源提供者愿 意出更高的价格时候，拍卖师宣布拍卖结束。资源消费者将按照拍卖结束时的价 格使用该资源。 6 按比例分配资源模型 按比例分配资源模型 3 0 1 分配给用户应用的资源比例与其投标价和其它用户 投标价的比例成正比。该模型主要是在合作式问题解决环境中能够发挥很好的作 用，例如集群在单管理域中以及一些资源必须共享的环境，以及一些大型数据库 中。 7 社区模型 在社区模型1 3 0 1 中，资源消费者与资源提供者是合作互助的形式，类似于资源 交换，该模型的成员既是资源提供者，也是资源消费者，它们各自将自己的空闲 资源提供到整个网格，同时也可以从网格中获取自己需要的资源。 8 垄断模型 1 4 t l i 山大学硕十学位论文( 2 0 1 0 )第二章9 【】4 格环境下的资源管