基于计算网格的集群系统负载平衡和进程迁移机制的研究与实现

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如何有效利用系统范围内的资源是集群系统研究的一个关键问题,资源负载平衡是实现资源有效共享,提高系统资源有效使用率的必然要求。在网格环境下更是如此——在网格环境中,集群系统作为网格系统的一个工作结点,将集群软硬件资源包装成服务实体为上层所用。负载平衡是集群系统中的重要技术,它通过在由高速网络连接起来的各个结点间平衡系统负载来提高集群系统的性能。已有的研究表明,在集群系统中采用负载平衡系统可以显著地提高集群系统的性能[18]。负载平衡的策略可以分为静态和动态两大类。静态负载平衡策略在各个结点上分配负载时只使用系统的静态信息,这种策略的好处是在数学上容易分析且易于实现,但是这种策略不考虑系统结点的当前负载情况而进行负载平衡调节,使得集群系统资源利用率低且性能较差。动态负载平衡系统根据集群的负载状态动态地做出分配的决定,相对来说能更大地提高系统的性能,但如果在具体实现时,负载平衡的开销大于负载平衡的收益时,负载平衡就会变得毫无价值。 本文在对两种平衡策略进行综合权衡后,(1)结合集中控制和结点自治的优势,提出一种基于多级资源池的多级负载平衡算法,采用主控结点集中分配和后台结点自治调节相结合的策略。集群管理系统在任务初始分配时,就考虑负载平衡,基于全局资源池把任务分配到负载较轻的结点执行,并尽量将通信密集的任务分配在同一相关域中的结点上执行。当任务分配到后台执行结点的执行过程中,引入基于进程迁移机制的进程级负载平衡策略,根据结点负载状况的变化,动态地调节系统的负载平衡。(2)通过分析进程迁移的代价及给系统带来的影响,提出一种基于交易服务的进程迁移模型,以解决进程迁移导致系统负载不平衡的问题,减少了进程迁移给系统带来的负面影响,并针对多级网络结构的集群系统的优势提出了集群系统中局部优先负载平衡的策略来降低进程迁移的代价,以有效改善并行作业的响应时间,提高系统的资源利用率,进一步提高系统的性能。
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