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《复旦大学》 2005年
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网格信息服务及资源管理若干关键技术的研究

杨疆湖  
【摘要】:网格计算是当今相当活跃的一个研究领域,被认为是下一代Internet的重要应用之一,网格也是国家级高性能计算和信息服务的战略性基础设施。网格计算的目标是将地理上分布、异构的各种超级计算机、数据存储系统、虚拟现实系统和各种专用的仪器设备等通过高速计算机网络集成起来,构建网络虚拟超级计算机,解决大型应用问题,在科学研究、军事领域、企业应用和信息服务等方面发挥重大作用。特别是近来,网格计算和Web Service技术的融合,使得网格计算能适合商业的应用需求,即需要无缝地和已有的服务与资源的集成,完成了网格技术的应用领域从科技领域到商业领域的转移,使网格计算成为无所不在的计算模式。 网格安全、信息服务、资源管理、数据管理是网格计算的核心领域,是网格计算的基础设施。本文重点研究了网格互连、网格信息服务、网格资源管理等方面的关键技术,对这些方面的关键技术进行扩展或改进,主要研究工作包括: 1)提出基于Agent的网格互连结构:为解决不同网格域安全机制不同的问题以及不同网格域资源访问、管理问题,本文将网格技术与移动Agent技术结合起来,提出了一种基于Agent的网格互连结构,可以实现不同网格域的用户认证、授权、安全通信、资源分配调度等网格基本服务。在实现网格资源负载平衡、容错、生命周期管理方面作了一些有意义的尝试。基于Agent的网格互连结构建立在网格五层沙漏结构上,网格平台采用Globus Toolkit 2,Agent平台采用Grasshoper作为开发平台,开发了一个原型系统。为了评估基于Agent的网格互连结构的性能,本文使用随机Petri网对系统建模并做了模拟,模拟结果表明基于Agent的网格互连结构优于基于GSP的网格互连方法。 2)提出支持跨网格域的通用和容错的网格信息服务:传统的网格信息服务(GIS)是针对特定虚拟组织(VO)的,GIS只对VO成员提供服务。VO成员没有或知道很少本地VO以外资源的知识,这给跨网格域的资源共享施加了不少障碍。本文扩充了Globus Toolkit设计和实现的信息服务MDS-2,通过修改VO限定的聚合目录服务功能来支持跨网格域的资源共享。在本文提出的结构中,VO限定的聚合目录服务加入到一起形成一个社区,并选举一个主目录服务来提供跨网格域的网格信息服务,向所有VO的成员提供服务。由于主目录服务是选举产生的,主目录服务的故障不会影响目录服务社区的功能,因为目录服务社区还会选举产生另一个主目录服务。本文提出了相应的体系结构、协议和算法,并利用网络模拟器NS2模拟了主要算法,取得了比较满意的实验结果。 3)提出基于MDS-2的、分散的、鲁棒的无线网格信息服务:在无线网格中大量的用户、信息提供者乃至信息服务频繁到达和离开无线网格,因此信息服务的核心,聚合目录应该设计为符合无线网格的移动和游牧特性。本文在MDS-2上扩展,不但结合了MDS-2低级协议如GRIP、GRRP,并且通过修改聚合目录的功能来支持无线网格资源发现和查询。在本文提出的体系结构中,聚合目录加入到一起形成目录组,并选举一个主目录向用户提供无线网格信息服务,其它聚合目录作为二级目录并存储部分无线网格资源信息,替主目录分担一些负载。为了解决主目录从二级目录查询资源信息设计了目录信息协议DIP,用于主目(?)从二级目录搜集资源信息。为了维护目录组,设计了目录组发现协议DGDP、目录选举协议DEP、目录心跳协议DHP和目录分派协议DDP等协议及算法。理论分析和模拟结果表明,算法运行良好。 4)提出WSRF兼容的、基于P2P的无线网格信息服务:进一步改进基于MDS-2的、分散的、鲁棒的无线网格信息服务,适应无线网格信息服务特殊要求,向OGSA/WSRF体系结构迁移,并完全消除主从结构,本文提出了WSRF兼容的、基于P2P的无线网格信息服务,WGMDS。WGMDS是一个WSRF兼容的无线网格信息服务,基于P2P机制,而且是轻量和分散的,每一个信息服务都是独立的,但又是协作的,没有主从之分。信息服务对信息服务用户和信息提供者是动态的。每一个信息服务是P2P机制的对等实体,它与其它信息服务连接并产生和管理一个对等实体列表包含所有无线网格的信息服务结点。用户发送查询或订阅请求给信息服务,然后信息服务发送结果或通知给用户。在信息服务的后端,它利用P2P机制从其它信息服务收集网格信息,同时也从信息提供者搜集网格信息。本文提出了三个核心算法:对等信息服务发现算法ISPDA、P2P信息服务提供算法PISPA、信息服务探测算法ISPRA,并做了理论分析和模拟实验,证实了本文提出的方法具有可行性。 5)一种基于虚拟截止时间制导的Min-Min元任务调度算法:本文提出的元任务调度算法是对Min-Min元任务调度算法的改进,其思想是引入虚拟截止时间(virtual deadline),虚拟截止时间是假定的、不存在的,如果在本文的元任务调度算法下,任务组都在虚拟截止时间内完成,那么虚拟截止时间可以被拿去,该调度是有效的。在本算法中,任务被分成3个级别,T″,T′和T。T″表示那些只能在一台机器运行、在其他机器上都会超出虚拟截止时间的任务。T′表示那些至少在一台机器上运行会超出虚拟截止时间的任务。T表示那些还未被分配的任务。三个级别的任务组中,T″的优先级最高,然后是T′,再次是T。本算法将虚拟截止时间设为1—1.5倍传统Min-Min元任务调度算法任务组完成时间(makespan),再接着运行本文提出的算法可以得出优化的makespan。实验采用基于范围的期望运行时间(ETC)矩阵产生方法,测试了所有四组任务异构度和机 器异构度不同组合,实验结果表明本算法优于传统的Min-Min元任务调度算法。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP393.01

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