网格工作流模型与调度算法的研究

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随着网格研究的深入和网格基础设施的发展,在网格上开发了越来越多的功能强大、需要大量资源的科学计算和协同应用,很多网格应用也越来越复杂,具有时间、空间和资源等多种约束。网格工作流能够方便地构建、执行、管理和监控网格应用,使得网格应用能够自动实施并高效执行。由于网格的动态性、分布性、异构性和自治性导致传统工作流的方法和技术不能有效地处理网格环境中的若干问题,因此,需要针对网格的特点重新研究面向复杂网格应用的网格工作流技术。  本文主要对网格工作流的过程模型、资源模型、动态调度算法进行了研究,主要研究内容如下:  与传统工作流相比,网格工作流的任务结点一般比较多,任务分支一般比较复杂。如果直接利用传统工作流的建模方法——WF-net,将会导致网格工作流应用的过程模型规模过于庞大。针对此问题,本文研究了基于高级Petri网的网格工作流过程建模方法——HLWF-net,缩小了网格工作流过程模型的规模,使整个模型的逻辑结构更加清晰;  在网格工作流的资源模型方面,结合网格资源的特点,分析了基于OGSA的网格工作流系统层次结构,研究了网格工作流的资源层次模型,该模型把底层分布资源的不同实现细节隐藏起来,为网格工作流应用提供一个统一访问的接口,易于实现网格工作流和网格资源的动态映射,同时方便用户使用和共享网格上的资源;  在网格工作流的调度方面,针对网格工作流的特点,分析了网格工作流的动态调度机制,研究了支持时间优化和负载均衡的网格工作流动态调度(TLD)算法。该算法在定义任务的关键因子、优先因子、紧迫因子的基础上,根据网格工作流过程模型生成2个动态就绪队列:高优先就绪队列(high ready)和低优先就绪队列(low ready),对高优先就绪队列中的任务采取尽快处理原则;而对低优先就绪队列中的任务采用负载均衡的资源分配策略。最后,通过监控反馈机制有力保证了整个网格工作流的顺利执行;  最后,利用Gridsim模拟网格环境,在此基础上搭建了模拟网格工作流调度的实验平台,测试TLD算法的性能,实验结果证明该算法达到了优化执行时间和均衡系统负载的双重目的,具有较好的效果。
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