网络并行计算环境中基于多处理机任务的调度研究

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网络计算技术与并行计算技术的高速发展,导致了网络并行计算系统的产生,并以其范围之广泛、性能之高超、造价之低廉等卓越特性迅速发展壮大起来。目前最为典型的实例有基于局域网的集群(Cluster)和基于广域网的网格(Grid),它们把分布在不同地理位置的计算资源包括CPU、存储器、数据库等,通过高速网络组成充分共享的资源集成,从而提供一种高性能计算、管理及服务的资源能力。网络并行计算(Network parallel computing,本文简称NPC)已成为并行计算领域的一个重要发展方向,随着NPC系统的应用和推广,人们不断增长的需求和异构环境的复杂性,为科研工作者提出了一系列新的挑战课题。 本文就NPC系统的任务调度策略与调度算法进行了较为深入的研究。首先介绍了NPC系统中的基于多处理机任务的调度模型,并在已有工作的基础上进行了探索和创新,并取得了一定的成果。具体内容体现在如下几个方面: (1)在全局调度上把NPC系统当成一个异构的多处理机系统来考虑。根据处理机本身的处理能力、处理机之间的通信能力及任务对处理机的不同需求,定义具有多模式的多处理机任务,从而建立NPC系统中的多处理机任务调度模型Pm|set|Cmax。并从理论上探讨了该调度模型的近似优化问题的难度,在强NP-难的基础上证明了不存在一个多项式时间的常数近似比的调度算法。同时,通过对多处理机任务之间的并行关系的分析,得到了一般最优调度的下界。 (2)研究了3-处理机系统中的规则调度(Normal schedule),通过比较6个规则任务之间的时间长度关系,构造了一个最简单的调度算法,使得其调度时间跨度不超过最优调度的5/4倍,并通过一个实例说明该算法得到的是最优规则调度。然后在规则调度的基础上进行改进,利用拆分(Partition)和半规则调度(Semi-normal schedule)方法,将3-处理机系统中由Goemans’保持了数年之久的世界最好结果7/6改进到了9/8。 (3)研究了4一处理机系统中的规则调度。在组调度(GrouP及人召d公le)的基础上,改善各处理机的间隙搭配方式,并引入部分调度(尸‘尹tial:ched公le)以便充分利用间隙,构造了一系列线性算法。先后得到了近似比为2、5/3、3/2直至4/3的近似调度,而且4/3是规则调度中最优的,这些结果都经过了严格的证明。 (4)研究了多处理机(妻5)的刀尸C系统中的基于多处理机任务的调度问题。首次改进表调度算法并给出了简单可行的处理机指派方法和3种O(矛)时间的调度算法:最大长度优先调度忆五尸)方法、最大宽度优先调度(L环华,)方法和最大面积优先调度(LAF)方法,并通过实验模拟,验证了它们的算法效率和近似调度性能,分析了这些算法的优势和不足。
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