收 稿日期 : 2007-04-05; 修 回日期 : 2007-07-31 基 金项 目: 国 家自 然科学 基金 重大研 究计划 资助 项目( 90412007)
作 者简介 : 于策( 1979- ) , 男 , 河北辛 集人, 博 士研究 生, 主要研 究方向 为网 格计算 、分布 式 并行 计 算 ( yuce@ tju. edu. cn) ; 孙济 洲 ( 1949- ) , 男 ,
教授, 博导 , 主 要研 究方向 为分 布式并 行计 算、计算机 图形 学; 黄妍妍 ( 1979-) , 女, 博士 研究 生, 主要研 究方 向为网 格计 算、模式识 别.
一 种 应 用 于 网 格 计 算 环 境 的 任 务 调 度 模 式
*
于 策
1
, 孙济洲
1
, 黄妍妍
2
, 李明楚
3
( 1. 天津 大学 计算 机科 学与 技术 学院 , 天津 300072; 2. 河北工 业大 学 网络 中心 , 天津 300130; 3. 大连 理工 大
学 软件 学院 , 辽宁 大连 116023)
摘 要: 提 出了 一种 新的 网格 任务 调度 模式 , 针 对网 格计 算 资 源 有 组 织、松 耦 合、自治 等 特 性, 建立 基 于 多 层 次
虚拟 组织 形式 的计算 资源 模型 ; 根据网 格环 境中 应用 任务 粗粒 度、特定 资源 依赖 等特 点, 建立了网 格 任 务的 描 述
模型 ; 提 出并 实现 了相 应的 子任 务生成 算法 、任务初 始 调度 算 法 及 自动 调 整 算 法 。设 计 实 现 了 能够 支 持 仿 真 及
实际 网格 计算 环境可 扩展 网格 任务 调度 器, 通过 理论 分析 和仿 真实 验对 算法的 正确 性、效 果和效 率进 行了 评价 。
关键 词: 网 格计 算; 任务 调度 ; 任务 调度 模式 ; 算 法; 调 度器 ; 仿 真
中图 分类 号: TP393 文 献标 志码: A 文 章编 号: 1001-3695( 2008) 05-1500-04
Task scheduling pattern for grid computing environment
YU Ce
1
, SUN Ji-zhou
1
, HUANG Yan-yan
2
, LI Ming-chu
3
( 1. School of Computer Science & Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. Network Center, Hebei University of Technology,
Tianjin 300130, China; 3. School of Software, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116023, China)
Abstract: This paper introduced a novel task scheduling pattern for grid computing. The grid resource model was based on
multi-layers of virtual organization, reflecting that the autonomic grid computing resources were organized but loose coupled.
The description model of grid task was based onthe main feathers of most grid applications such as rough granularity and de-
pendended on specific resources. Based on the models, designed algorithms for subtask generation algorithm, task initial
scheduling and auto-adjust. According to the task scheduling pattern, designed and implemented an extensible scheduler sup-
porting both simulation and actual grid computing environment. The evaluation on validity, effect and performance of the algo-
rithmwas fromthe results theoretical analysis and simulation.
Key words: grid computing; task scheduling; task scheduling pattern; algorithm; scheduler; simulation
1 网格计算中的任务调度问题
网 格计 算
[ 1]
是 分布 式计 算的一 种, 目的 是为 用户 构建 一
个统一 的、整合的、虚拟的 计算 资源, 以 实现 跨组 织的 资源 共
享、管理与访问。网格所 要实现 的功能, 远不 止是数 值科学 计
算, 还包括各种形式的协同工作、业务流整合、数据信息共享与
互操作等。要真正实现网格在现实生活中的应用, 需要解决的
技术问题还很多, 如标准、安全、资源管理、任务调度、中间件设
计与实现等。其中, 网格计算的任务调度是一个至关重要的问
题, 网格环境中的管理程 序需要 运用合 适的策 略, 协 调多个 用
户之间对网格资源的合理使用, 即将一组相关的任务调度到特
定的计算资源上去执行, 任务调度的策略和算法将直接影响到
任务执行的效率以至成败。
在传统的分布式计算领域, 有很多比较成熟的任务调度理
论与方法, 如基于图论的调度 算法、0-1 规划策 略、启 发式调 度
算法、基于遗传算法和模 拟退火 算法的 任务调 度策略、启发 式
表调度算法等
[ 2]
。不 过, 这 些算 法 的理 论基 础 是高 度抽 象 了
的传统分布式计算环境以及任务模型, 而网格计算的任务调度
问题中计算资源和任务都具有其本身的特点, 如计算资源的自
治性、计算资源组织的自 相似性、任务 对特定 计算资 源的依 赖
性等。因而需要去探究更合适的任务调度模型, 并在此基础之
上设计并开发简单实用的调度算法, 以尽量贴近特定的实际应
用。各研究机构也已经提出了很多任务调度模式, 如基于简单
轮询方法、微观经济模型、各种经典非线性优化算法等, 也有综
合多种策略的模式。这些模式各有其优缺点, 仍处于不断发展
与完善的过程之 中, 同时 人 们也 在 努力 探索 新 的任 务调 度 模
式, 以期更高效地进行网络计算环境中的任务调度。
本文提出了一种新的任务调度模式, 充分考虑了网格计算
环境本身虚拟化、分层次及 自治的 本质特 征, 以及网 格任务 的
粗粒度、资源依赖、重复执 行等特 性。同 时设计 实现了 一个 可
扩展的网格任务调度器, 以验证并评价本文所提出的任务调度
模式及相关算法。
2 网格任务调度模式
网格计算环境 中的 任 务调 度, 就 是根 据一 定 的规 则 和 策
略, 将构成网格应用程序的一组任务映射网络计算环境中的多
个节点上去执行, 以期取得 较好的 系统执 行性能, 实 现系统 的
负载平衡。任何 一个 任 务调 度系 统 都是 由运 行 环境、程序 任
务、调度程序构成。相应地, 在网格环境的任务调度问题中, 此
三部分分别为网格计算任务、网格计算资源和任务调度程序。
2. 1 网格计算任务
由于网格计算环境本身的复杂性, 小规模的应用程序并没
第 25 卷 第 5 期
2008 年 5 月
计 算 机 应 用 研 究
Application Research of Computers
Vol. 25 No. 5
May 2008