網格資源分配管理模型的研究

　　摘 要： 網格資源分配管理是網格計算領域中的關鍵研究方向之一。在網格計算中，通過設計適合于網格任務特征和資源特點的分配管理模型，將網格計算中的資源合理的分配給匹配的網格，可使網格資源利用率最大化。本文提出了一種基于QoS的網格資源分配管理模型，能夠有效提高現有網格資源的利用率。
　　關鍵詞： 網格資源分配管理 QoS 資源分配管理模型
　　
　　1.引言
　　網格（Grid）是近年出現的新興技術。從20世紀90年代中期出現的元計算系統開始，網格的發展過程可以分為三個階段［１］。早期的網格在當時被稱為元計算環境（Metacomputing Environment），通常用來連接超級計算機為高性能要求的應用提供計算資源，典型的系統為I-WAY；在網格發展的第二階段，異構、分布的資源共享問題得到了相當的重視，中間件和標準化是解決資源異構性的關鍵技術，這個階段主要的研究包括Globus（3.0版本以下）、Legion、Nimrod/G等；在網格發展第三階段中，面向服務的模型和元數據是最關鍵的概念，兩者構成OGSA（Open Grid Service Architecture）的核心思想。
　　開放網格服務體系結構OGSA（Open Grid Service Architecture）是Global Gird Forum 4的重要標準建議［２］，OGSA的目標是跨分布式異構平臺管理資源；交付無縫的服務質量；為自治管理解決方案提供公共基礎；定義開放的、已公布的接口；利用行業標準的集成技術。從這些目標，我們可以看出，前面三個目標都與網格服務的服務質量QoS密切相關。因此，在面向服務的網格環境下，服務質量QoS便成為網格系統的一個重要的性能指標。而用戶QoS需求的保證情況取決于執行服務時系統所分配的資源本身的性能。因此，在面向服務的網格環境下，就很有必要進行基于QoS的網格資源分配管理的研究。
　　2.網格的資源分配管理
　　2.1網格資源分配管理者（GRAM）
　　GRAM的組成部分主要包括Gatekeeper、任務管理者、資源管理者等。Gatekeeper位于資源管理者或任務管理者所在節點，用于與請求資源的用戶或用戶代理進行安全鑒別。簡單地說，當用戶要提交一個任務時，則用戶發一個執行任務的請求（用RSL進行描述）給遠程計算機的Gatekeeper；Gatekeeper處理這個請求，并針對這個任務創建一個任務管理者Job Manager。任務管理者對任務請求中的RSL描述進行解析，然后啟動并監視任務的執行，而且還把任務的狀態信息發送給用戶。當遠程任務結束或失敗后，任務管理者也結束運行。
　?。?）解析和處理任務請求中的RSL描述，在任務請求中對選擇資源、任務處理和任務控制等RSL描述，針對可用資源等情況對請求作出拒絕處理或執行等操作；
　　（2）管理遠程監控啟動的任務；
　?。?）根據所管理的資源可用情況更新MDS。
　　2.2網格中的資源管理
　　在網格中，廣義的資源可以是任何能為用戶所分享的軟件和硬件，比如處理器周期、共享的打印機和其他設備、網絡帶寬、數據庫等。本文討論的資源僅指可代表用戶運行一個或多個進程的主體（entity）［３］。網格資源的主要特點如下［４］。
　?。?）分布性。網格中的資源在地理上分布，在規模最大的全球性網格中，資源分布在全世界，所以網格無法采用集中式的資源管理，只能采用完全分布的資源管理方式。
　?。?）自主性。網格中的資源的所有權和管理權是分散的，資源管理必須尊重所有者和管理者的自主權。
　?。?）異構性。網格中的資源通常異構，因為不同所有者很可能使用不同硬件和軟件，也往往使用不同的資源管理策略。
　?。?）動態性。網格資源的狀態不斷變化，而且資源本身通常不是專用于網格，還可能有非網格應用，所以資源所在機器的負載情況難以預測。
　　目前結合上述特點，將網格資源的分配劃分為GARA和MPICH-GQ兩個階段進行，即首先在網格這個宏觀環境下分配，然后由具體的資源管理者在資源所在系統進行微觀分配［５］，這種劃分指出了網格環境下資源分配的特點，但沒有結合QoS進行考慮。盡管通用的支持資源預留和分配的體系架構GARA為不同種類的資源提供了統一的QoS預留機制，向用戶和應用開發者提供了方便的End-To-End的QoS控制機制；消息傳遞架構MPICH-GQ，它綜合了QoS描述、預留和實現技術，從基于消息傳遞編程的角度給出了網格QoS的一些實現機制，但都沒有對網格QoS的層次結構進行深入研究，也沒有對以服務為中心的網格QoS的特性進行系統分析。
　　3.網格QoS（Quality of Service）
　　3.1網格QoS的特點
　　分析資源虛擬化、邏輯資源與物理資源，QoS對不同的對象可以有不同的描述。
　　3.2網格QoS的層次結構
　　最上層是網格服務QoS層，該層描述了網格服務的QoS要求，如服務響應時間、系統傳輸速率、參與服務的資源質量和性能要求等。第二層為虛擬組織QoS層，它包括系統QoS和邏輯資源QoS，描述了滿足網格服務層QoS參數的系統需求和邏輯資源需求。其中系統QoS主要指在通信和邏輯資源所在資源節點的支撐環境等兩方面的QoS需求，邏輯資源QoS主要指直接提供網格服務的邏輯資源在性能、安全等方面的QoS需求，如邏輯資源的質量等級、信任度、安全級別等。最底層是物理資源QoS層，包括網絡QoS和資源節點QoS兩個方面。其中網絡QoS描述了網絡性能的具體QoS參數要求，如延遲、帶寬、丟包率等；資源節點QoS包括提供網格服務的物理資源QoS和它所在節點的支撐環境QoS，物理資源QoS是邏輯資源QoS在物理資源層的映射，它描述了實際提供服務的物理資源的QoS要求，如物理資源的共享策略、可負載能力、質量等級、可使用時間、任務中斷率、要求的訪問權限等，節點支撐環境QoS是指資源所在節點的其他輔助設備的QoS，如資源節點的操作系統環境、內存大小等，它是虛擬組織層系統QoS在資源支撐環境方面的QoS要求的映射。
　　4.網格資源分配管理GRAM-QoS模型
　　GRAM-QoS主要由網格服務市場、網格中間件服務、網格資源代理和網格資源節點等四部分組成。其中網格服務市場位于網格系統的網格服務層，該模塊一方面為網格用戶提供查詢網格服務的功能，另一方面為網格服務提供者提供注冊、發布網格服務的功能。當網格服務提供者進行服務注冊、發布時，要根據資源管理系統的要求提供身份證明和服務的相關描述，如服務的資源需求、QoS不同級別的參數要求等。網格中間件服務模塊主要負責網格系統的登錄、安全控制、用戶信息管理和用戶資源使用的記賬功能等。網格資源代理位于網格系統的虛擬組織層，它是物理資源在VO中的邏輯表現，代表物理資源與用戶進行交互。網格資源節點位于網格系統的物理資源層，它向網格用戶提供具體的網格服務，但它的物理特性對用戶是透明的，用戶只能通過網格資源代理與物理資源進行交互。
　　
　　5.結語
　　網格是備受矚目的新技術，雖然目前它還沒有被廣泛應用，但它在科研方面的巨大潛力吸引了國內外研究和商業力量。在網格技術的眾多問題中，資源分配管理是研究最集中的問題之一，但資源分配管理與QoS結合起來解決網格中的資源分配管理還是很少觸及的問題。本文初步建立了網格QoS的層次結構，以及基于QoS的網格資源分配管理模型GRAM-QoS，從宏觀上提出了一種對用戶QoS需求支持的解決方案。但在微觀上，還有很多的技術需要去進一步完善，如何有效實現網格資源的提前預留成為當前研究的重點和難點，也是我們下一步要重點研究的內容。
　　
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