网格环境中服务质量保证相关问题的研究

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网格计算环境的出现使得大规模跨组织、跨区域的数据共享和分布式应用程序发布成为可能,其基本特点支持广域范围的资源共享和分布式协作。服务质量保证是衡量一个系统是否是网格的基本标准之一,只有保证了一定的服务质量,才能说真正实现了网格。 由于网格环境的跨区域、异构性和动态性等特点,在网格环境中保证一定的服务质量成为一大挑战,既需要根据网格环境的特点采用新的方法实现传统网络中的服务质量标准,也需要针对网格自身的特点在其体系结构的每一层次提出相应的服务质量支持方法,然而,目前的网格环境对服务质量的支持并不理想,主要表现在:·采用中间件方法实现传统网络服务质量标准,实施量大、可扩展性较差,不能动态反映网格环境的变化、缺乏主动性和灵活性; ·以Globus为代表的面向物理资源管理的两层资源管理模型,对面向服务的组织和管理支持不够; ·传统的基于性能的应用调度方法,不能满足网格在经济指标和按需调度方面的需求。 针对当前在网格环境服务质量支持方面的以上不足,本文从不同层面和角度进行了深入的研究,与网格体系结构的“网络层—资源汇聚与管理层—应用层”相对应,提出了由下到上三个层次的解决方案: (1)在网络层,提出基于DiffServ协议的网格服务分级实现模型,可实现由低到高的8个优先级别的网格服务等级,利用任务数据包携带的带内信令的形式实现网格服务的分级,不增加网络负载、稳定可靠。 (2)在网络层,提出基于RSVP的、利用移动代理实现的计算资源和网络资源同时预留的方法G-RSVPM。移动代理与网格支撑环境功能模块交互作用,可及时反映网格环境的变化,屏蔽网格资源变化对资源预留的影响,更加灵活地实现网格环境中计算资源和网络资源的同时预留,提高资源预留的成功率。 (3)对于资源汇聚和管理提出了基于逻辑的网格服务池的概念和全局-本地两层网格服务池模型HGSP,及基于HGSP的服务调度算法。利用HGSP对网格服务按逻辑进行组织和管理,利用有向无环图进行预先选路,可避免传统资源模型中服务调度采用的一次性寻路方法不能保证整个服务整体目标最优的缺点和资源调度的盲目性;综合考虑服务的代价和通信代价,通过定时刷新服务部署图的相关属性来反映网格的变化,为网格服务提供实时的调度。 (4)在网格应用层,就网格调度对网格服务质量支持的问题进行了深入探讨。提出按需调度线性最优化网格资源分派算法,通过设置各调度参数的影响因子值,取得以用户需求为基础的最优化调度结果,并且能够涵盖Nimrod-G中自带的调度算法,可实现基于用户需求的、灵活的经济调度。在元调度层,对相互独立的网格任务,提出了基于服务水平协议的本地任务拆分和调度算法,按照需求双方协商达成的一致认可进行调度,得到最优的任务拆分和调度结果,为网格QoS的实现提供本地任务调度方面的支持。 对于提出的网络层的网格服务质量实现方法和模型,进行了仿真环境的设计和搭建;对于HGSP,进行了逻辑服务池的模拟及基于服务池的调度算法的的模拟;对于不同网格调度层次的算法均在网格环境调度模拟器中进行了验证。在实验中,本文提出的所有服务质量保证模型或算法的可行性和有效性均得到了验证。 网格环境中的服务质量涵盖了比传统网络服务质量概念更广的内容,因此需要结合其自身特点,在网格体系结构的每一层以及每一层包含的若干维提出相应的解决方案,构成一个完整的QoS支撑体系。与传统方法相比,本文提出的网格区分服务实现方法能够支持不同特征的应用,且不增加网络负载,可实现QoS的轻便化;提出的G-RSVPM资源预留方法能够实现统一的资源预留和分配,可增加网格环境服务质量实现的灵活性和可扩展性;提出的HGSP网格服务模型满足了面向服务的网格的发展趋势,提供了一种新型的全局服务管理架构;基于经济的按需调度策略,适应了网格商业应用的趋势,具有广泛的实用价值。
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