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《东南大学》 2006年
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网格环境下的服务调度机制研究

谷青范  
【摘要】: 目前,借助于面向服务体系结构,以“实现资源的跨组织协调共享和提供虚拟组织问题解决环境”为特征的网格计算技术与企业计算在目标、理念和实现等方面正逐步走向融合,形成了面向服务的以信息集成为主要特点的新一代网格――服务网格。服务网格的一个根本特征就是向用户屏蔽资源共享和协同的复杂性,实现按需提供服务。为此需要存在一种调度机制来解决网格服务的自动组合、动态发现与匹配问题,并且要求能够实现实时服务绑定以适应网格资源动态变化的特点。 网格环境的动态、异构、自治的特点决定了网格调度需要比传统的本地资源调度考虑更多方面的问题,如跨管理域的资源协作、分布式安全等。同样,服务网格与计算网格环境中的调度实现机制也存在差异:服务网格环境下调度的对象不仅仅是以批处理为主要特征的面向科学计算任务的“裸”的硬件资源,更多地是具有交互特征的以服务形式存在的各种资源,调度的评价标准不单独是计算速度、吞吐率等传统的指标,而是类似“服务等级协议”、“服务质量”、“体验质量”等一套用户满意度和服务质量评价标准。 目前对于网格调度的研究主要包括以下三个方面:网格资源组织模型、网格应用模型和网格调度算法的研究,本文着重从服务网格中资源组织模型、调度模型、调度算法以及调度实现机制等几个方面入手,分别对目前的有关研究进行了分析比较,明确了实现服务调度的关键问题,以Petri网为形式化工具,结合工作流思想,对服务调度过程进行了建模,提出了多QoS约束下的服务调度算法,并基于网格中间件实现了一个服务调度系统G-Sched,其中的主要工作和研究成果如下: (1)提出了支持动态服务调度的语义服务描述和组织模型 结合本体服务,对开放网格服务体系结构(Open Grid Service Architecture)进行了语义支持方面的扩展;讨论了OGSA的核心规范WSRF(Web Service Resource Framework)关于服务资源的建模方法,通过对Web服务资源(WS-Resource)的描述语言(WSDL)元数据模型的扩展,实现了其对服务语义的支持,并在此基础上,提出了基于语义的Web服务资源组织模型。 (2)提出和实现了动态服务调度模型 讨论了服务网格中调度实现的关键问题,在借鉴工作流、动态Web服务组合的技术基础上,结合Web服务资源的语义描述模型,提出了基于着色Petri网的服务调度模型,并对模型进行了分析和验证。在调度模型的建立方面,以Web服务资源作为调度的基本单位,考虑了异常处理、数据传输以及QoS约束等多个方面,这相对目前存在的批处理作业调度机制,其调度粒度较细,在约束条件上也更苛刻。 (3)提出了两种多QoS约束的服务调度算法 从调度算法的角度来研究调度方案的优化问题,在分析现有网格应用模型及其调度算法的基础上,将网格环境中的服务调度问题转化为按照服务调度方案查找和匹配相应的服务组件的过程,从而提出了两种算法(遗传算法和基于效用函数的路径选择算法)来解决在多目标约束条件下如何保持服务组件之间QoS一致性的问题,从实现和仿真两个方面验证了算法的有效性。 (4)实现了网格服务调度组件 在分析网格服务动态调度执行过程及涉及的关键问题的基础上,系统地讨论了网格服务动态调度系统的组成、系统架构及实现技术,初步设计和实现能够完成服务网格中调度需求的服务调度组件-G-Sched,并以模拟网络化虚拟制造作为应用示例来验证我们所提出方法的有效性。 本论文的工作受到国家“863”课题“面向电子商务的新型网络服务体系及集成软件环境”(2003AA413320)和江苏省博士后创新基金“基于网格的分布式产品数据管理系统”(KR20003)的资助。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP393.02

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