【文章內(nèi)容簡介】 ，如美國國家科學基金 NSF 支持的 TeraGrid 將連接位于五個不同地方的超級計算機，達到每秒 20 萬億次的計算能力，并能存儲和處理近 1 千萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)。另外美國軍方正在實施的全球信息網(wǎng)格 GIG（Global Information Grid） ，預計在 2020年完成。IBM 在 2022 年 8 月宣布，將投入 40 多億美元進行“網(wǎng)格計算創(chuàng)新計劃”(Grid Computing Initiative)，全面支持網(wǎng)格計算， IBM 因此成為 Globus 首席合作伙伴以及 OGSA 標準的制定者之一。英國政府宣布投資 1 億英鎊，用以研發(fā)“英國國家網(wǎng)格” （UK National Grid） 。在亞洲，2022 年 6 月 26 日，日本 NTT 數(shù)據(jù)公司公布了自 2022 年 12 月 20日開始進行的大型 PC 網(wǎng)格計算驗證試驗 “Cell Computing（單元計算） ”的結(jié)果。有 1 萬 2206 臺個人電腦參加，峰值性能超過了 3TFLOPS。2022 年 11 月，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所網(wǎng)格計算研究中心宣布，在由多臺個人電腦通過網(wǎng)絡連接組成網(wǎng)格計算環(huán)境下，實現(xiàn)了日美之間創(chuàng)紀錄的 707Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸。我國也逐年加大對網(wǎng)格研究的投入和力度，僅 2022 年公布的 863 網(wǎng)格專項，就撥出了上億元的資金用于 China Grid 相關(guān)的研究，目前國內(nèi)的網(wǎng)格項目主要有清華大學的先進計算基礎設施 ACI 和以中科院計算所為主的國家高性能計算環(huán)境NHPCE、織女星網(wǎng)格項目以及上海教育網(wǎng)格等。碩士學位論文 第 1 章 緒論4 網(wǎng)格 QoS 研究由于近年來面向服務的體系架構(gòu)(Serviceoriented architectures)作為一個基本的問題被考慮，而面向服務的體系架構(gòu)主要就是為所服務的客戶提供確定的QoS 保障，因此提供非平凡（Nontrivial）的 QoS 將是網(wǎng)格的首要目標，不提供此類支持的分布式資源將不可用。網(wǎng)絡 QoS 是計算機網(wǎng)絡中一個流行的研究領(lǐng)域。這個研究關(guān)注如何提供更可靠的網(wǎng)絡傳輸服務，滿足應用的傳輸延時、延時抖動、分組丟失等質(zhì)量保證。網(wǎng)格是運行在互聯(lián)網(wǎng)絡之上的，為滿足高性能網(wǎng)格應用端到端 QoS 保證的要求，除了網(wǎng)絡層次外，還需在網(wǎng)格系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)相應的保證。以下列舉了一些已有關(guān)于網(wǎng)格 QoS 的研究項目。文獻[8]提出了一個基于 OGSA 的 SLA 管理實體在商業(yè)網(wǎng)格中支持 QoS，實體擁有一組方便管理和保證的協(xié)議，并設計了一種用于 SLA 的語言。文章通過 SLA 來監(jiān)控和保證網(wǎng)格的服務，設計了監(jiān)控引擎。文獻[9]提出了一個統(tǒng)一的協(xié)商模型 Service Negotiation and Acquisition Protocol (SNAP)，這是一種網(wǎng)格中的資源管理模型。SNAP 定義了三種類型的SLA 用于描述在分布式環(huán)境中的復雜的服務請求： Task SLA (TSLA)， Resource SLA (RSLA) 和 Bind SLA (BSLA)。 TSLA 用來描述任務，RSLA 描述執(zhí)行任務的資源，BSLA 描述了任務和資源之間的聯(lián)系。預留模型可以封裝成一個請求在 RSLA 中執(zhí)行， TSLA 類似于 QoS 請求，在用戶提交期望服務的同時附上資源的要求。文獻[10]提出了一個稱為 Virtual Application Service (VAS)的結(jié)構(gòu)，用于計算網(wǎng)格中的 QoS 管理，它的主要目標就是處理實時性的服務或?qū)刂習r間有嚴格要求的服務。因而該模型只支持時間的約束條件。系統(tǒng)有很多元數(shù)據(jù)，包括和每個服務相聯(lián)系的應用信息和應用模型信息，這樣系統(tǒng)可以計算滿足在時間約束條件下任務執(zhí)行的可行性。如通過執(zhí)行時間和硬件資源信息，系統(tǒng)決定所需的 CPU 資源，并可以實施資源預留。Global Grid Forum (GGF)：GGF 的成員關(guān)注于網(wǎng)格 QoS 相關(guān)內(nèi)容，GRAAPWG 已經(jīng)提出了一份 GGF 草案支持網(wǎng)格中的資源預留屬性，并且一份基于 OGSI 的協(xié)議模型也正在探討之中。這個基于協(xié)議的網(wǎng)格服務管理模型定義了服務的 QoS 的行為和生命周期。GARA (Globus Architecture for Reservation and Allocation)[6]：由 Argonne Lab Globus 項目提出，以支持端到端的 QoS 保障，是目前計算網(wǎng)格中最廣為接受的 QoS 框架。它的目標是為發(fā)起預留的客戶端或應用程序能從資源管理者處獲得特定的 QoS 提供保障。其特點是：將預留資源與計算元素看作同樣的實體，碩士學位論文 第 1 章 緒論5獨立的進行創(chuàng)建、監(jiān)測和管理；支持異構(gòu)資源類型；GARA 分層次結(jié)構(gòu)，使得資源集的發(fā)現(xiàn)、預留、分配和管理可以被包裝在 coreservation agents 和 Coallocation agents 中；與 GRAM 相比，GARA 多了 Coreservation agent 組件，支持了資源的預留。缺點是不兼容 OGSA，不支持 SLA (Service Level Agreement)，缺少對應的 QoS 監(jiān)控和調(diào)整函數(shù)。Grid QoS Manager (GQoSM)：有一批注重于研究 SLA 及 Agreement Protocol 的項目產(chǎn)生，其中包括 GQoSM (Cardi. University， UK)，這是以 GQoSM (Grid QoS Manager)為代表的一類在服務網(wǎng)格中支持 QoS 的管理架構(gòu)，它基于 OGSA，可以管理和分辨網(wǎng)格服務的 QoS 屬性，為軟實時應用程序提供必要的資源預留，以提供執(zhí)行的開始時間保證，但不能提供結(jié)束時間的保證。GQoSM 的特點有：分辨 QoS 請求；根據(jù)資源的能力映射 QoS 請求；當請求不能滿足時，與資源所有者協(xié)商；與客戶端建立服務層協(xié)議 (SLAs) ；預留和分配資源；在 QoS 會話期間監(jiān)控相關(guān)的參數(shù)；當資源的質(zhì)量特性發(fā)生變化時進行適當調(diào)整；結(jié)束 QoS 會話。從上述項目可以看出，大部分的 QoS 是從系統(tǒng)管理的角度出發(fā)，主要集中在結(jié)構(gòu)和協(xié)議上，屬于底層的基礎設施。在本研究所關(guān)心的資源管理和調(diào)度層，目前關(guān)于 QoS 的調(diào)度研究不是很多，如 AQoS 是文獻 [11]提出的基于 GQoSM和 GARA，使用 UDDIe 服務的一種調(diào)度算法，它所關(guān)心的 QoS 參數(shù)是資源的利用率，從某種意義上，也是從系統(tǒng)的角度出發(fā)。還有一些網(wǎng)格計算中與 QoS 相關(guān)的調(diào)度研究有：QSMTS_IP 是文獻[12]提出的一種異構(gòu)計算環(huán)境下用于滿足多用戶時間 QoS 要求的算法，算法可以進行靜態(tài)調(diào)度，也可以改為動態(tài)調(diào)度。實驗和 Maxmax 算法比較，能較好的同時滿足多用戶不同 QoS 時間要求。文獻[13]提出了基于策略的支持簡單 QoS 的調(diào)度機制，主要用于資源預留和提高資源的利用率。Distributed QoS Network Scheduler （DQNS）是文獻[14]提出的分布式網(wǎng)絡調(diào)度器，它的目的是在分配資源的同時考慮網(wǎng)絡 QoS 路由，更趨向于滿足一些網(wǎng)絡相關(guān)的 QoS 要求。 網(wǎng)格資源管理和任務調(diào)度研究網(wǎng)格計算作為一種新型的分布計算和協(xié)同工作環(huán)境，能夠提供超強的處理能力，并有利于資源共享，因此受到廣泛的關(guān)注。網(wǎng)格計算中包含很多關(guān)鍵技術(shù)，其中資源分配和任務調(diào)度又是重中之重，因而成為研究熱點。國外一些重大網(wǎng)格項目中的資源管理和調(diào)度研究有：LSF：由加拿大平臺計算機公司研制和開發(fā)，從 Toronto 大學開發(fā)的 Utopia系統(tǒng)發(fā)展而來的。LSF 是一個成熟的集群作業(yè)管理系統(tǒng)。資源管理采用集中式模型，在任務調(diào)度方面的主要特點是提供搶占式調(diào)度；保證緊急任務的調(diào)度；碩士學位論文 第 1 章 緒論6可通過邏輯表達式創(chuàng)建任務依賴圖，提供對依賴性任務的支持；提供了多種調(diào)度策略，其中包括 Reservation 和 Backfill 等。Globus：由美國 Argonne 國家實驗室實施的研究項目。該項目的主要研究計劃是網(wǎng)格技術(shù)的研究和相應軟件的開發(fā)的標準的制定。目前 Globus 被認為是計算網(wǎng)格技術(shù)的典型代表和事實上的規(guī)范。其資源管理體系結(jié)構(gòu)采用典型的層次模型，實現(xiàn)了層次模型的大部分被動組件和主動組件；資源描述與訪問采用可擴展模式模型、層次式名空間、軟 QoS、LDAP 網(wǎng)絡目錄存儲、分布式基于查詢的發(fā)現(xiàn)、周期性推送分發(fā)等；在任務調(diào)度方面，提供較低級服務，支持上層資源分配或者協(xié)同分配，提供高級工具執(zhí)行調(diào)度等。BondError! Reference source not found.：由美國 Purdue 大學探索基于證券市場的經(jīng)濟方法建立網(wǎng)格環(huán)境的一個項目。其資源管理體系結(jié)構(gòu)采用層次模型；資源描述與訪問采用可擴展對象模型、圖式名空間、硬 QoS、基于語言的對象存儲與通訊、基于代理的發(fā)現(xiàn)、周期性推送分發(fā)；在任務調(diào)度方面采用采用分布式調(diào)度、可預測價格模型、在線重調(diào)度方法、固定的面向應用的調(diào)度策略等。GCommerce： 由美國 Tennessee 大學實施的研究項目，此項目使用市場經(jīng)濟學在網(wǎng)格中進行動態(tài)資源分配。研究指出了資源的相對價值是根據(jù)供需