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《浙江大学》 2006年
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面向工程与科学计算的网格支撑环境研究

魏贵义  
【摘要】:在计算网格环境中,地理上分布的计算资源在体系结构、操作系统、资源配置、可用性等多个方面都表现出显著的异构特性;资源本身是自治的,分属于不同的机构和管理域,具有不同的管理策略和安全控制策略;此外,资源又是动态的,在共享过程中,其状态和可用性是动态变化的。网格应用程序在利用共享资源时,不仅需要克服资源异构特征、适应资源自治管理,还需要进行可靠的资源发现、动态资源调度、有效的任务控制。随着多学科的数值模拟范围的不断扩大和精度的不断提高,工程与科学问题的研究将产生和处理更大规模的数据。相对于超级计算机,利用计算网格技术来处理这些大规模数据和并行计算任务成为一种更可行的解决问题的方法。 针对计算网格中存在的问题和工程与科学计算的需求,本文提出了MASSIVE网格系统。MASSIVE是一个面向多学科应用数值模拟的、基于计算网格技术的问题求解环境(PSE),它主要针对固体力学和流体力学的高精度数值模拟问题,为工程与科学计算领域的研究人员提供数据分析、大规模并行计算和可视化的服务。 本文的研究内容主要包括以下几个方面: (1) 研究MASSIVE计算网格系统的体系结构。以Globus Toolkit 2.2/2.4为网格中间件平台,针对工程与科学计算程序的特点提出了可视化的网格服务概念,从而提高计算网格系统的可用性。设计了三层结构的计算网格体系,包括中间构造层、服务池层和应用层。提出了可视的网格信息服务、可视的资源调度服务、并行任务监控服务、可视的文件传输服务。 (2) 研究可视化的信息服务和可扩展的信息服务体系EISA。研究并开发了一个可视的计算网格信息服务软件MASSIVE-MDS,提供网格资源信息定制功能,并提供适合于工程计算的网格信息服务应用编程接口。研究了EISA的结构,包含注册配置层、标准组织层、信息收集层,利用服务代理技术来解决资源信息定制问题,为资源调度程序提供可扩展的网格信息,提高任务调度的准确性和资源利用效率。 (3) 研究高效的资源调度算法和资源代理机制。为了提高资源调度的准确性和资源的利用率,本文提出了逻辑资源的概念,进而使用两级队列两级调度的方法,它们分别对应于逻辑资源分配和物理资源分配过程。研究并提出了一种改进的网格资源调度算法DBCCTOA,采用了朴素的0-1规划思想,设计了包含费用和时间的目标函数,建立进程间通信的成本和时间模型,最后进行最优求解。DBCCTOA算法弥补了相关算法忽略并行进程通信的缺陷。研究开发了Vexecutor网格任务执行代理程序。采用多线程结构和双向及时消息队列的通信模式,实现了网格任务的状态监控。 (4) 研究计算网格中可视化的文件传输服务。在GRID FTP的基础上研究并开发了一个MFTP软件,向用户提供了一个友好的、可交互的图形化网格文件
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