專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種網(wǎng)格資源調(diào)度方法，特別是一種基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和用 戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
隨著Internet的迅猛發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，以及問題求 解越來越朝著高性能、大規(guī)模、多樣性、多功能等方向發(fā)展。如何將分 布在不同地理位置的各種網(wǎng)絡(luò)資源集中起來聯(lián)合計(jì)算、解決同 一問題變 得日益重要，由此產(chǎn)生了 "網(wǎng)格計(jì)算"。網(wǎng)格就是一個(gè)集成的計(jì)算與資源 環(huán)境，或者說是一個(gè)計(jì)算資源池。LanFoseter指出，網(wǎng)才各計(jì)算是在動(dòng)態(tài) 變化的，擁有多個(gè)部門或團(tuán)體的虛擬組織中，進(jìn)行安全靈活的協(xié)同資源 共享與問題求解。網(wǎng)格資源是指網(wǎng)格中所有可以被利用的實(shí)體的總稱。 網(wǎng)格環(huán)境中，資源是分布在不同地理位置上的，由不同的組織或者個(gè)人 擁有和操作，資源所有者對(duì)資源有絕對(duì)的權(quán)力，網(wǎng)格對(duì)其管理必須滿足 本地的管理策略。資源擁有者還可以隨時(shí)決定資源是否加入網(wǎng)格或退出 網(wǎng)格，而且網(wǎng)格資源的負(fù)載也是動(dòng)態(tài)的，網(wǎng)格必須反映資源動(dòng)態(tài)變化的 要求。同時(shí)，網(wǎng)格資源的類型十分廣泛，數(shù)量眾多。針對(duì)網(wǎng)格資源的這 種自治性、異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性的特點(diǎn)，采用何種管理模式對(duì)網(wǎng)格 資源進(jìn)行管理和調(diào)度成為網(wǎng)格計(jì)算中的一個(gè)關(guān)鍵問題，許多學(xué)者和科研 機(jī)構(gòu)也對(duì)這一問題投入了大量的人力、物力，進(jìn)行了深入的研究。目前，網(wǎng)格資源管理與調(diào)度模型主要集中在三種模式集中式、* 式、分級(jí)式。在管理如此復(fù)雜的環(huán)境時(shí)，傳統(tǒng)的試圖最優(yōu)化全局系統(tǒng)的 資源管理方法是不可取的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法使用的集中式的策略，需要完
全的狀態(tài)信息和共同的構(gòu)造管理策略。對(duì)于建立一個(gè)成功的計(jì)算網(wǎng)格來 說是不可能的。因此分級(jí)式和分散式的管理方法對(duì)網(wǎng)格資源的管理和運(yùn) 轉(zhuǎn)來說是合適的。在這些方法中，有一些方法是利用經(jīng)濟(jì)模型來管理和規(guī)劃資源的供求關(guān)系。網(wǎng)格資源代理GRB (Grid Resource Broker )協(xié)調(diào) 網(wǎng)格資源擁有者GRP (扮演傳統(tǒng)生產(chǎn)者Grid Resource Producer)和網(wǎng) 格使用者GRC (代表消費(fèi)者Grid Resource Consumer)之間的交互，資 源通過運(yùn)行低層次的中間件系統(tǒng)加入到網(wǎng)格中。在網(wǎng)格資源擁有者資源 上運(yùn)行的核心中間件支持資源訪問認(rèn)證，并只允許經(jīng)過授權(quán)的用戶訪問 它們。在資源使用者上運(yùn)行的核心中間件支持創(chuàng)建和執(zhí)行網(wǎng)格應(yīng)用。資 源代理則完成資源發(fā)現(xiàn)，選擇，集合，數(shù)據(jù)與程序傳輸，及在遠(yuǎn)程資源 上初始化任務(wù)執(zhí)行和結(jié)果收集等工作，還負(fù)責(zé)監(jiān)控任務(wù)執(zhí)行進(jìn)程并管理 網(wǎng)格環(huán)境變化及可能出現(xiàn)的資源無效等?；诮?jīng)濟(jì)模型資源調(diào)度的優(yōu)越性是可調(diào)節(jié)供需矛盾，因?yàn)樽龀鲑Y源調(diào) 度策略決定的過程被分布在所有的資源消費(fèi)者和資源提供者身上，因此 使得調(diào)度由以系統(tǒng)為中心轉(zhuǎn)向了以用戶為中心，用戶可以自己做出決定 以最小的代價(jià)獲取最好的性能。另外也可以幫助開發(fā)者開發(fā)調(diào)度策略， 進(jìn)而建立一個(gè)高度可擴(kuò)充的系統(tǒng)。該模型最適合于計(jì)算網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)和異 構(gòu)持征，但首先必須尋找一個(gè)資源供應(yīng)和要求函數(shù)，體現(xiàn)著資源所有者 和資源消費(fèi)者雙方的利益。但是這種要求往往在買賣雙方中出現(xiàn)沖突。 因此許多學(xué)者把研究重點(diǎn)》文在如何通過加入各種QoS指標(biāo)，平衡資源所 有者和資源使用者兩方的利益，也研究出了不少算法，其中，以澳大利 亞墨爾本大學(xué)著名網(wǎng)格專家Ra jkumar Buyya為首的研究團(tuán)隊(duì)研究出了如 下經(jīng)典調(diào)度方
用戶的的QoS要求，把資源使用者的代價(jià)和任務(wù)完成的截止期限綜合考 慮，達(dá)到一個(gè)最優(yōu)的調(diào)度目的。然而，網(wǎng)格是一個(gè)多層的體系結(jié)構(gòu)，不 僅包括應(yīng)用層，還有構(gòu)造層，連接層，資源層，匯聚層，應(yīng)用層是網(wǎng)格 體系結(jié)構(gòu)的最高層，直接面向網(wǎng)格用戶。網(wǎng)格系統(tǒng)的資源與調(diào)度是建立 在高性能網(wǎng)絡(luò)之上的，網(wǎng)絡(luò)的QoS要求直接制約著網(wǎng)格的應(yīng)用，從某種 意義上說，網(wǎng)絡(luò)的QoS要求成為網(wǎng)格應(yīng)用的瓶頸。在各種網(wǎng)絡(luò)QoS中， 首先應(yīng)該考慮的是網(wǎng)絡(luò)的帶寬。因此，僅僅考慮到應(yīng)用層的QoS要求不 能根本解決網(wǎng)格資源調(diào)度中存在的問題，也達(dá)不到提高整個(gè)網(wǎng)格吞吐率 的效果。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種盡量節(jié)儉的完成用戶的任務(wù)，考慮網(wǎng)絡(luò)帶 寬，提高網(wǎng)格系統(tǒng)吞吐率的基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度 方法，以克服上述的不足。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的方法是第一步驟資源代理尋找到合適的網(wǎng)格資源；第二步驟將資源和任務(wù)分別加入到資源列表和任務(wù)列表中；第三步驟:對(duì)資源按照價(jià)格升序排列，目的是在分配資源時(shí)，盡可能將任務(wù)分配到價(jià)格較低的資源上，以節(jié)省用戶費(fèi)用；第四步驟:在分配資源時(shí)，要考慮到網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，如果資源所能 提供的帶寬能滿足任務(wù)對(duì)帶寬的需求，則將資源分配給該任務(wù)；第五步驟:將資源與任務(wù)建立映射關(guān)系，使得任務(wù)都能完成，并且能 保證費(fèi)用節(jié)儉；第六步驟重復(fù)執(zhí)行以上步驟，直到所有任務(wù)全部分配完。采用經(jīng)濟(jì)模型對(duì)網(wǎng)格資源進(jìn)行管理和調(diào)度成為網(wǎng)格技術(shù)研究的一個(gè) 核心問題，許多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)也提出了一些解決方法。但是這些方法 主要從用戶的角度去考慮，如用戶的費(fèi)用，時(shí)間截止期限等，然而網(wǎng)格 計(jì)算是建立在高速網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，沒有網(wǎng)絡(luò)帶寬的保證，就無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng) 格計(jì)算和網(wǎng)格資源的調(diào)度。因此，研究網(wǎng)格資源管理和調(diào)度時(shí)，必須考慮到網(wǎng)絡(luò)帶寬的約束。本發(fā)明提出了基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度方法，不僅考慮到在費(fèi)用上盡量節(jié)儉地完成用戶提交的任務(wù)， 同時(shí)保證了網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。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)是(l)充分考慮了 網(wǎng)格多層體系結(jié)構(gòu)的需求，包括應(yīng)用層的用戶費(fèi)用和構(gòu)造層的網(wǎng)絡(luò)帶寬，而傳統(tǒng)調(diào)度方法僅僅考慮到應(yīng)用層的用戶需求；(2)提出了一種基于網(wǎng) 絡(luò)帶寬和用戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度方法，考慮到了網(wǎng)格計(jì)算是建立在 高速網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上的，在用戶所提交的任務(wù)中，許多對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬有著特 殊要求，因此，本發(fā)明保證了任務(wù)的帶寬需求。而傳統(tǒng)方法也只考慮了 用戶的需求，沒有對(duì)帶寬進(jìn)行考慮，因此許多具有帶寬需求的任務(wù)實(shí)際 上是不能執(zhí)行的。故本發(fā)明具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義；(3)本發(fā)明提出了一 種非一一映射的資源調(diào)度方法，資源和任務(wù)可以是一對(duì)多的關(guān)系，即對(duì)于 廉價(jià)資源，可以將更多的任務(wù)分配給它，這樣可以盡量節(jié)省用戶的費(fèi)用。


圖1為基于計(jì)算經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)格資源調(diào)度器模型圖。 圖2為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。網(wǎng)格環(huán)境中，資源是指分布在不同地理位置上的，具有自治性、異 構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性，能夠滿足網(wǎng)格用戶不同需求的軟硬件資源。資 源可以用一組向量表示R (I R2, R3， R一.RJ ，它體現(xiàn)著資源所有者的要求， 即每個(gè)資源都包含價(jià)格和所能提供的帶寬這兩個(gè)因素。網(wǎng)格環(huán)境中，資源所有者出售自己的資源，獲得經(jīng)濟(jì)利益，而資源 使用者購買資源來完成自己的任務(wù)。在經(jīng)濟(jì)模型中，買賣雙方的意志是 在調(diào)度器(如圖1 )的調(diào)度下來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)度過程如下1、 用戶建立一個(gè)任務(wù)(job),任務(wù)包括對(duì)用戶需求的描述，所有任務(wù) 組成一系列g(shù)ridlet列表，用戶的需求會(huì)通過應(yīng)用程序接口傳給資源調(diào) 度器；2、 資源的發(fā)現(xiàn)與交易模塊與GIS (Grid Information Servers)才莫 塊相互作用確定資源的信息，然后與資源相互作用建立資源的配置和訪 問花費(fèi)(Cost),這樣建立一個(gè)代理者資源列表，gridlet列表中的作業(yè)在 資源列表中執(zhí)行，通過測(cè)試和推斷方法，資源的性能數(shù)據(jù)被作為預(yù)測(cè)；3、 調(diào)度管理模塊根據(jù)資源調(diào)度算法，根據(jù)用戶的需求(用戶費(fèi)用， 帶寬約束)為gridlet選擇合適的資源；4、 對(duì)于每一個(gè)資源，gridlet分配模塊根據(jù)使用策略選擇gridlet 的數(shù)量來執(zhí)行以避免對(duì)于單一用戶的作業(yè)，資源的負(fù)載過重；5、 gridlet分配模塊將其提交給所選擇的資源；6、 當(dāng)gridlet處理結(jié)束后，資源反還gridlet給gridlet接受模塊， 接受模塊測(cè)試和更新運(yùn)行時(shí)間參數(shù)；7、 重復(fù)3 - 6，只到所有的gridlet都#:處理完成，然后返回處理 結(jié)果給用戶。而本發(fā)明考慮了應(yīng)用層的用戶費(fèi)用和構(gòu)造層的網(wǎng)絡(luò)帶寬兩個(gè)QoS約 束，在這兩個(gè)QoS約束下，最節(jié)儉地完成用戶的任務(wù)，其基本思想就是 對(duì)資源按價(jià)格升序排列，然后在用戶帶寬約束下將任務(wù)分配給資源。其
具體方法是(1 ) 將資源加入到可用資源列表，并按照價(jià)格升序排列； (2 )將任務(wù)依次加入任務(wù)列表；(3 )對(duì)于每個(gè)排序好的資源，從任務(wù)列表中取出一個(gè)任務(wù)，如果該 任務(wù)要求的帶寬不大于資源列表中最低價(jià)資源的帶寬，將該任務(wù)分配給 該資源，并將任務(wù)從任務(wù)列表中刪除；(4 )如果其要求的帶寬大于資源列表中最低價(jià)資源的帶寬，那么試 圖把該任務(wù)分配給下一個(gè)資源，如果滿足帶寬要求，分配成功，否則依 次尋找下一個(gè)資源，直到找到合適的資源，并把該任務(wù)從任務(wù)列表中刪 除；(5 )重復(fù)執(zhí)行上述各步驟，直到所有的任務(wù)分配完。 用戶任務(wù)體現(xiàn)著網(wǎng)格用戶對(duì)網(wǎng)格資源的需求描述，用 一組向量表示任 務(wù)T (Ti， T2， T3, T4,…TJ,包含著用戶的各種QoS要求，本發(fā)明要考 慮的是用戶的費(fèi)用(cost)和用戶對(duì)完成該任務(wù)所需帶寬的限制 (bandwidth )。同時(shí)，每一個(gè)任務(wù)又有由幾個(gè)子任務(wù)構(gòu)成，子任務(wù)用 gridlet表示,即T i (gridleti， gridlet2, gridlet3...gridletn) ， 1 < i《m， n >1。a、 對(duì)資源列表中的資源按照價(jià)格升序排列，保證了任務(wù)分配是盡可 能將任務(wù)分配給廉價(jià)資源，節(jié)省用戶費(fèi)用。資源列表E={R[1]，R[2],…R[n]) R[l].cost《R[2].cost…< R[n].cost..............................①b、 在任務(wù)分配時(shí)，要保證完成該任務(wù)的帶寬需求，即資源所能提供 的帶寬不能小于完成該任務(wù)所需的帶寬G[i]. bandwidth《R[j], bandwidth..........................................②
由式①可知，在將資源分配給任務(wù)時(shí)，優(yōu)先將廉^f介資源分配給任務(wù)， 因此可以極大地節(jié)省用戶的的費(fèi)用。
由式②可知，只有資源所能提供的帶寬不小于完成任務(wù)所需帶寬時(shí)， 才能將該資源分配給任務(wù)，因此保證了任務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。
由以上分析可知，用戶所提交的任務(wù)一定能夠滿足其對(duì)帶寬的需求, 且節(jié)省費(fèi)用。
本發(fā)明說明書中未作詳細(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、一種基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度方法，其方法是第一步驟資源代理尋找到合適的網(wǎng)格資源；第二步驟將資源和任務(wù)分別加入到資源列表和任務(wù)列表中；第三步驟對(duì)資源按照價(jià)格升序排列，目的是在分配資源時(shí)，盡可能將任務(wù)分配到價(jià)格較低的資源上，以節(jié)省用戶費(fèi)用；第四步驟在分配資源時(shí)，要考慮到網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，如果資源所能提供的帶寬能滿足任務(wù)對(duì)帶寬的需求，則將資源分配給該任務(wù)；第五步驟將資源與任務(wù)建立映射關(guān)系，使得任務(wù)都能完成，并且能保證費(fèi)用節(jié)儉；第六步驟重復(fù)執(zhí)行以上步驟，直到所有任務(wù)全部分配完。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度 方法，其特征在于其具體方法是第一步將資源加入到可用資源列表，并按照價(jià)格升序排列； 第二步將任務(wù)依次加入任務(wù)列表；第三步對(duì)于每個(gè)排序好的資源，從任務(wù)列表中取出一個(gè)任務(wù)，如 果該任務(wù)要求的帶寬不大于資源列表中最低價(jià)資源的帶寬，將該任務(wù)分 配給該資源，并將任務(wù)從任務(wù)列表中刪除；第四步如果其要求的帶寬大于資源列表中最低價(jià)資源的帶寬，那 么試圖把該任務(wù)分配給下一個(gè)資源，如果滿足帶寬要求，分配成功，否 則依次尋找下一個(gè)資源，直到找到合適的資源，并把該任務(wù)從任務(wù)列表 中刪除；第五步重復(fù)執(zhí)行上述各步驟，直到所有的任務(wù)分配完。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)帶寬和用戶費(fèi)用下的網(wǎng)格資源調(diào)度方法，方法是資源代理尋找到合適的網(wǎng)格資源；將資源和任務(wù)分別加入到資源列表和任務(wù)列表中；對(duì)資源按照價(jià)格升序排列，目的是在分配資源時(shí)，盡可能將任務(wù)分配到價(jià)格較低的資源上，以節(jié)省用戶費(fèi)用；在分配資源時(shí)，要考慮到網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，如果資源所能提供的帶寬能滿足任務(wù)對(duì)帶寬的需求，則將資源分配給該任務(wù)；將資源與任務(wù)建立映射關(guān)系，使得任務(wù)都能完成，并且能保證費(fèi)用節(jié)儉；重復(fù)執(zhí)行以上步驟，直到所有任務(wù)全部分配完。本發(fā)明不僅考慮到在費(fèi)用上盡量節(jié)儉地完成用戶提交的任務(wù)，同時(shí)保證了網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。
文檔編號(hào)H04L29/08GK101127700SQ20071005296
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月16日
發(fā)明者李春林, 李臘元, 輝 鄭 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)