專利名稱：基于時間和費(fèi)用約束的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機(jī)網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，特別是一種基于時間和費(fèi)用約束的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)格方法是繼Internet、Web技術(shù)之后的第三次的技術(shù)革命，也是伴隨著Internet技術(shù)一起發(fā)展起來的。隨著科技的發(fā)展，科學(xué)、工程和商業(yè)領(lǐng)域中大規(guī)模性的計算問題的出現(xiàn)，使得單一的環(huán)境(P2P)，單一的技術(shù)(集群計算)無能為力，它必須尋求一種價格低廉，處理能力超強(qiáng)的高性能計算環(huán)境，網(wǎng)格就這樣應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)格方法的核心思想是尋求一種超級計算能力的虛擬計算機(jī)，它利用目前十分流行的Internet技術(shù)將地理位置上的分布式的異構(gòu)資源，如服務(wù)器，工作站，局域網(wǎng)，集群，文件，處理器，存儲器等等全面共享，這種共享不是如今的Internet只是實(shí)現(xiàn)信息的上載與下載，它利用各種資源代理，實(shí)現(xiàn)資源透明的訪問，使得Internet構(gòu)成一臺超級的，高性能計算能力的虛擬處理機(jī)。在結(jié)構(gòu)上，網(wǎng)格方法實(shí)際上是利用互聯(lián)網(wǎng)將分散在不同地域上的計算機(jī)組織起來，形成一個虛擬的“超級計算機(jī)”，每個參與的計算機(jī)就是一個”節(jié)點(diǎn)”，成千上萬的節(jié)點(diǎn)組合起來，成為一個網(wǎng)格。網(wǎng)格方法有兩個優(yōu)勢一是超強(qiáng)的計算能力；另一個是能充分利用網(wǎng)絡(luò)中的閑置的計算能力，從而使得Internet上的計算資源，存儲資源，數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源等全面共享并得到充分的利用。
網(wǎng)格中資源是異構(gòu)的，主要表現(xiàn)在資源的結(jié)構(gòu)、配置和容量上的不同，它包括共享時間的處理器資源和共享空間的存儲器資源以及其他形勢的各種資源；網(wǎng)格中資源是屬于多管理領(lǐng)域的，并且每個領(lǐng)域都有自己的管理策略，這就使得網(wǎng)格中的資源不可能像集群(Cluster)中資源一樣實(shí)行集中管理，而必須實(shí)行分布式管理策略；網(wǎng)格的資源是動態(tài)變化的，因?yàn)樵谶@樣一個大規(guī)模環(huán)境中，隨時有資源加入其中，也隨時有資源退出其中，也有資源可用數(shù)量減少等等動態(tài)變化的因素，所以網(wǎng)格必須有能夠?qū)崟r監(jiān)控網(wǎng)格中資源變化的能力。像這樣一個規(guī)模遍及全球、資源異構(gòu)并且動態(tài)變化的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，對資源的管理和調(diào)度勢必異常復(fù)雜。
由上可見，一方面由于網(wǎng)格環(huán)境價格低廉、計算能力超強(qiáng)，使得網(wǎng)格成為解決科學(xué)、工程和商業(yè)領(lǐng)域中大規(guī)模性問題的最佳環(huán)境；另一方面由于網(wǎng)格環(huán)境中的資源地理位置上的分布性、管理策略的多樣性、資源配置的異構(gòu)性和動態(tài)性等特點(diǎn)使得網(wǎng)格計算十分具有挑戰(zhàn)性。平衡這兩種矛盾的最好辦法只能取長補(bǔ)短，克服缺點(diǎn)。因此，網(wǎng)格中的資源管理和調(diào)度成為網(wǎng)格計算的核心問題。
網(wǎng)格資源管理通常采用資源代理的方式，及網(wǎng)格用戶所需要解決的任務(wù)首先提交給資源代理，讓資源代理負(fù)責(zé)解決，資源代理通過網(wǎng)格信息服務(wù)GIS(Grid Information Service)找到可用資源，并采用一定的調(diào)度方法將任務(wù)分派給資源執(zhí)行；而網(wǎng)格資源調(diào)度的具體過程如下 ①用戶提交任務(wù) 網(wǎng)格方法的對象是用戶，用戶是網(wǎng)格計算服務(wù)的對象，網(wǎng)格中的每個用戶都有一個資源代理(Broker)，在方法之初，用戶將包含一定約束條件的任務(wù)提交給自己的代理； ②資源代理與GIS交互得到可用信息 網(wǎng)格代理通過網(wǎng)絡(luò)，查詢網(wǎng)絡(luò)上所有可能的GIS，尋求可用資源信息，資源應(yīng)該滿足用戶任務(wù)的約束，比喻說費(fèi)用和截止期的約束，兩者交互過程中代理將和GIS就其使用資源進(jìn)行討價還價，因?yàn)榇砜偸窍氲玫絻r格最低的資源，而GIS總是期望高價出售自己的資源，以便最大化資源的利潤.最終他們在市場機(jī)制的調(diào)節(jié)作用分別做出讓步，代理收集得到的資源信息，準(zhǔn)備使用； ③代理采用一定的資源調(diào)度方法，以滿足用戶任務(wù)的要求 代理采用合理的調(diào)度方法進(jìn)行資源，任務(wù)映射，映射時必須滿足用戶的約束條件，并且能夠優(yōu)化網(wǎng)格某一方面的性能，比如說，時間最小，費(fèi)用最低等； ④資源分派 代理按照調(diào)度方法將任務(wù)分派到可用的資源上，讓其執(zhí)行； ⑤監(jiān)控資源狀態(tài) 因?yàn)榫W(wǎng)格中的任務(wù)是動態(tài)變化的，代理在任務(wù)執(zhí)行時，應(yīng)該實(shí)時的監(jiān)控資源的狀態(tài)，包括數(shù)量的變化，可用性，速度，存儲量的變化，任務(wù)執(zhí)行完成等； ⑥收集任務(wù)的結(jié)果 資源執(zhí)行完任務(wù)后，把執(zhí)行結(jié)果返回給代理，代理應(yīng)該收集執(zhí)行情況； ⑦將任務(wù)結(jié)果返回用戶 代理將返回的任務(wù)結(jié)果進(jìn)行處理后返回給用戶。
目前網(wǎng)格資源調(diào)度方法中，大多數(shù)都忽略了建立網(wǎng)格的基石，網(wǎng)絡(luò)因素，及網(wǎng)絡(luò)帶寬，而且網(wǎng)格是一個地域遍及Internet，因此可以找到很多資源，可以滿足任意資源要求，傳統(tǒng)資源調(diào)度都認(rèn)為網(wǎng)格資源數(shù)目遠(yuǎn)小于用戶調(diào)度的任務(wù)數(shù)目。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了優(yōu)化網(wǎng)格資源調(diào)度，盡量保證網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度完成而提出的一種資源代理可以找到和用戶任務(wù)相當(dāng)?shù)馁Y源數(shù)目，也是保證用戶任務(wù)調(diào)度完成的基于時間和費(fèi)用約束的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方法是 第一步驟將所得到的資源首先按帶寬+速度(Bw+V)從大到小排序(帶寬越高，速度越快，這樣的資源應(yīng)該優(yōu)先調(diào)度)； 第二步驟在排序過程中如果有兩種資源具有相同的帶寬+速度之值，那么再按價格(C)排序，價格越低的排在前面(價格最優(yōu))； 第三步驟資源按帶寬+速度分組，同一分組中有相同的帶寬+速度值，并且是按價格從小到大排序； 第四步驟用戶的子任務(wù)按任務(wù)長度從大到小排序(優(yōu)先讓長任務(wù)分派到高帶寬，高速度的資源上，極大極小算法)； 第五步驟按上述順序，將用戶任務(wù)與資源從左到右一一映射由于代理取得了與用戶數(shù)量相當(dāng)?shù)馁Y源個數(shù)，那么任務(wù)調(diào)度時，無須多個任務(wù)映射到同一個資源，而基本上是一一映射； 第六步驟重復(fù)上述過程直到任務(wù)調(diào)度完成為止。
本發(fā)明與傳統(tǒng)網(wǎng)格資源調(diào)度相比，表現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)如下充分考慮了構(gòu)成網(wǎng)格的網(wǎng)絡(luò)帶寬，考慮了網(wǎng)格調(diào)度過程中三個QoS因素截止期、預(yù)算、帶寬，這是目前網(wǎng)格資源調(diào)度很少考慮的；提出了一種保證機(jī)制，也就是盡量能讓用戶的任務(wù)調(diào)度完成，而不是傳統(tǒng)調(diào)度算法中，調(diào)度過程中如果出現(xiàn)什么例外因素，任務(wù)不能完成，沒有保證，由于現(xiàn)實(shí)中，存在某些用戶的在提交任務(wù)過程中，強(qiáng)制要求必須完成，不允許失敗，那么本專利很有現(xiàn)實(shí)意義；在保證的基礎(chǔ)上，提出了任務(wù)和資源之間一一映射，這與傳統(tǒng)的資源遠(yuǎn)小于用戶任務(wù)不同，它能夠充分利用網(wǎng)格資源，盡量使得任務(wù)調(diào)度全局最優(yōu)。


附圖為本發(fā)明的方法流程圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
用戶任務(wù)用戶提交給資源代理的一組任務(wù)(T1T2，……，Tm)，每個子任務(wù)都有一定的長度Li，i＝1，2…m，整個任務(wù)有預(yù)算(Budget)和截止期限(Deadline)約束(B，D)，就是說該組子任務(wù)必須在費(fèi)用B內(nèi)，D時間之內(nèi)完成，否則無效。其中，任務(wù)的長度用MI(Million Instruct，百萬指令)表示；預(yù)算B用CU(Cost Unit，費(fèi)用單位)表示；截止期限D(zhuǎn)用S(Second，秒)表示。
網(wǎng)格資源網(wǎng)格中的一組資源(R1，R2，……，Rn)，每個資源都有(帶寬，速度，價格)(Bwi，Vi，Ci)屬性，分別表示從代理到資源之間網(wǎng)絡(luò)帶寬，任務(wù)在資源上執(zhí)行的速度和任務(wù)執(zhí)行時的價格；其單位分別用MI/S，MI/S，CU/MI表示。
保證任務(wù)執(zhí)行網(wǎng)格是一個分布式異構(gòu)系統(tǒng)，在網(wǎng)格中執(zhí)行的任務(wù)的用戶QoS需求也是多種多樣的，這里解決一類要求具有保證完成QoS要求。為了達(dá)到這個QoS要求，資源代理在與GIS交互過程中，應(yīng)該考慮一下的因素 ①為了盡快完成任務(wù)，應(yīng)該找到盡量多可用的資源。因?yàn)榫W(wǎng)格是一個規(guī)模遍及Internet，找到資源數(shù)量接近或超過用戶任務(wù)數(shù)量是有可能的，以此讓用戶的任務(wù)執(zhí)行結(jié)果全局最優(yōu)。
②由于用戶提供的任務(wù)組(T1 T2，……，Tm)，每個子任務(wù)長度為Li，總的費(fèi)用為B，總的時間為D。那么由以上數(shù)據(jù)得 用戶任務(wù)平均執(zhí)行費(fèi)用 用戶任務(wù)的平均執(zhí)行速度 為了保證任務(wù)在(B，D)約束條件下完成，代理在和GIS交互過程中得到可用資源的過程中，采用博弈論方法得到價格盡可能的資源，及要求得到的資源價格Ci和速度Vi滿足下面得要求B≥Ci；V≤Vi； ③由于代理為了找到盡可能多的資源，勢必找到很多滿足條件式(2)但是遠(yuǎn)距離資源，這樣傳輸帶寬小，傳輸時延大，但是應(yīng)該盡可能找到傳輸帶寬高，傳輸時延小的近距離資源。
保證性證明由于資源的數(shù)量和子任務(wù)的數(shù)量相當(dāng)，那么資源和任務(wù)之間基本上可以一一映射，當(dāng)任務(wù)Ti分派到資源Ri，i＝1，...m，總的執(zhí)行費(fèi)用如下 ∵B≥Ci，及 同理，總的執(zhí)行時間如下 ∵V≤Vi，及 綜合式(3)、(4)知，用戶任務(wù)在約定條件下找到滿足一定條件的資源，一定可以完成。
方法實(shí)現(xiàn)在滿足上面條件式(1)、(2)條件下，一定可以保證用戶提交的任務(wù)執(zhí)行完成。但是，由于考慮了網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中延時問題，任務(wù)在分派過程中由于傳輸帶寬損耗了一定的時間，這樣應(yīng)該盡可能的降低傳輸時延，也就是盡量選擇帶寬高的，執(zhí)行速度快的資源進(jìn)行執(zhí)行，并且在調(diào)度過程中，也要考慮資源價格，盡可能的選擇便宜的資源，只有這樣，才可能使整個調(diào)度過程時間-費(fèi)用綜合最優(yōu)。
本發(fā)明主要針對用戶對提出的具有預(yù)算截止期限任務(wù)要求有保證而提出來的調(diào)度方法。首先通過代理與GIS交互找到滿足保證的資源；然后在有保證的條件下，提出對用戶任務(wù)的費(fèi)用和時間綜合最優(yōu)調(diào)度方法，最后，進(jìn)行任務(wù)分派。整個調(diào)度方法中，綜合考慮了用戶任務(wù)組的費(fèi)用、截止日期約束，也考慮了網(wǎng)絡(luò)帶寬三個QoS約束條件下網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，使得最后執(zhí)行的時間和費(fèi)用綜合最優(yōu)。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種基于時間和費(fèi)用約束的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，其步驟是
第一步驟將所得到的資源首先按帶寬+速度從大到小排序；
第二步驟在排序過程中如果有兩種資源具有相同的帶寬+速度之值，那么再按價格排序，價格越低的排在前面；
第三步驟資源按帶寬+速度分組，同一分組中有相同的帶寬+速度值，并且是按價格從小到大排序；
第四步驟用戶的子任務(wù)按任務(wù)長度從大到小排序；
第五步驟按上述順序，將用戶任務(wù)與資源從左到右一一映射由于代理取得了與用戶數(shù)量相當(dāng)?shù)馁Y源個數(shù)，那么任務(wù)調(diào)度時，無須多個任務(wù)映射到同一個資源，而基本上是一一映射；
第六步驟重復(fù)上述過程直到任務(wù)調(diào)度完成為止。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于時間和費(fèi)用約束的網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，具體方法是將所得到的資源首先按帶寬+速度從大到小排序；在排序過程中如果有兩種資源具有相同的帶寬+速度之值，那么再按價格排序，價格越低的排在前面；資源按帶寬+速度分組，同一分組中有相同的帶寬+速度值，并且是按價格從小到大排序；用戶的子任務(wù)按任務(wù)長度從大到小排序；按上述順序，將用戶任務(wù)與資源從左到右一一映射；重復(fù)上述過程直到任務(wù)調(diào)度完成為止。本發(fā)明主要針對用戶對提出的具有預(yù)算截止期限任務(wù)要求有保證而提出來的調(diào)度方法。本發(fā)明綜合考慮了用戶任務(wù)組的費(fèi)用、時間約束，也考慮了網(wǎng)絡(luò)帶寬三個QoS約束條件下網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度方法，使得最后執(zhí)行的時間和費(fèi)用綜合最優(yōu)。
文檔編號H04L12/46GK101068157SQ20071005240
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者李春林, 高慶鋒 申請人:武漢理工大學(xué)