基于價格反饋機(jī)制的網(wǎng)格任務(wù)管理研究

1 引言
網(wǎng)格是繼萬維網(wǎng)之后出現(xiàn)的一種新型網(wǎng)絡(luò)計算平臺，它已成為信息技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。開發(fā)網(wǎng)格中，任務(wù)管理是網(wǎng)格計算系統(tǒng)與應(yīng)用主體交互的關(guān)鍵紐帶，是網(wǎng)格研究基礎(chǔ)且核心的環(huán)節(jié)。但是現(xiàn)有的網(wǎng)格任務(wù)管理方法在充分、合理利用資源，較好地滿足網(wǎng)格用戶的任務(wù)要求，確保任務(wù)的服務(wù)質(zhì)量上仍存在諸多問題，無法很好解決網(wǎng)格環(huán)境中資源的異構(gòu)性、動態(tài)性和自治性，以及任務(wù)的多樣性和動態(tài)性所帶來的困難。本文依據(jù)網(wǎng)格任務(wù)管理的這些特點(diǎn)與問題。提出三組件三隊(duì)列式的分布式任務(wù)調(diào)度模型，T2DSM(Triple-component and Triple-queue Distributed Schedule Model)，并將經(jīng)濟(jì)學(xué)中的價格調(diào)控機(jī)制應(yīng)用于網(wǎng)格任務(wù)的調(diào)度策略之中，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的合理調(diào)度與資源的科學(xué)分配。

2 網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度難點(diǎn)分析
目前，網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度主要存在以下問題與難點(diǎn)：
(1)任何一個網(wǎng)格調(diào)度器只針對一定范圍內(nèi)的網(wǎng)格資源進(jìn)行管理，無法面向所有網(wǎng)格資源；
(2)網(wǎng)格資源動態(tài)變化，資源信息的采集和組織對調(diào)度影響很大。
(3)網(wǎng)格中對各種資源的約束很多，有些是非線性的，要達(dá)到調(diào)度目標(biāo)也很多，比如要求時間最少、代價最小、資源利用率最高等，有些目標(biāo)會存在相互矛盾之處，對于這種多目標(biāo)多約束的問題找到滿足所有約束和目標(biāo)的全局最優(yōu)解是很困難的。
(4)由于其他應(yīng)用引起的資源競爭對性能影響很大，而且出現(xiàn)頻率較高。網(wǎng)格資源的復(fù)雜多樣。不同類型的資源展示不同性能特性，而且相同類型的資源由于共享等原因所展示的性能也隨時間變化。網(wǎng)格的調(diào)度需要建立隨時間變化的性能預(yù)測模型，充分利用網(wǎng)格的動態(tài)信息，表示網(wǎng)格性能的波動。
(5)網(wǎng)格的調(diào)度必須考慮到資源的多種管理屬性以及調(diào)用資源所設(shè)計的商業(yè)交易等因素。后者是指網(wǎng)格的調(diào)度還必須考慮到如何協(xié)調(diào)網(wǎng)格用戶和具體資源提供者之間的利益，即如何使用戶所需要支付的開銷最小且使資源提供者獲得效益更大。

3 網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度模型設(shè)計
T2DSM應(yīng)用場景描述如下：每個站點(diǎn)包括許多節(jié)點(diǎn)，且每個節(jié)點(diǎn)都有一定量的存儲器。有些應(yīng)用程序需要訪問許多數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)密集型)，且可能是可并行的。一定量的數(shù)據(jù)首先被輸入到計算網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)，用戶任務(wù)也提交到該節(jié)點(diǎn)。計算網(wǎng)格是由各種不同類型的被連接到局域網(wǎng)和／或廣域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)組成。應(yīng)用程序在本地?fù)碛斜匾臄?shù)據(jù)后才能開始被執(zhí)行。當(dāng)用戶請求執(zhí)行程序時，調(diào)度器被啟用。圖1為T2DSM模型結(jié)構(gòu)圖，描述整個T2DSM以及調(diào)度器內(nèi)主要組件和調(diào)度器間的互相作用。

這里調(diào)度器分為兩級，頂級是全局調(diào)度器GS(Clobal Scheduler)，下級是局域調(diào)度器Ls(Local Scheduler)。與廣域網(wǎng)某段相對應(yīng)的GS負(fù)責(zé)被提交的任務(wù)應(yīng)被送到具體的局域調(diào)度器。相反LS負(fù)責(zé)本地局域網(wǎng)的任務(wù)調(diào)度。整個調(diào)度模型采用一種基于非直接全互連通信方式的非集中式結(jié)構(gòu)一分布式結(jié)構(gòu)。每個LS僅在其所在局域網(wǎng)中搜索資源信息，類似地。每個GS僅在其所負(fù)責(zé)的社區(qū)中處理資源信息。在相鄰GS節(jié)點(diǎn)間直接交換信息，非鄰居GS依靠鄰居GS間接通信。如果任務(wù)沒有被調(diào)度，調(diào)度器將會檢索資源、程序和用戶信息，然后激活其相應(yīng)組件協(xié)同做出任務(wù)執(zhí)行調(diào)度和數(shù)據(jù)復(fù)制的決定。每個調(diào)度器都有三個組件和三個隊(duì)列，其功能和關(guān)系描述如下：
(1)任務(wù)調(diào)度組件TSC利用特定算法，任務(wù)調(diào)度組件TSC(Task Scheduling Component)在有關(guān)資源和任務(wù)信息的基礎(chǔ)上做出調(diào)度決策，若有必要，將一些有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹噶钕魉徒o數(shù)據(jù)傳輸組件DTC(Data Fransferring Compo-nent)。TSC保持活動狀態(tài)且會對提交任務(wù)隊(duì)列ATQ(Arrived Task Queue)中的所有人物制定調(diào)度策略，然后將已被調(diào)度的任務(wù)放進(jìn)已調(diào)度任務(wù)隊(duì)列STQ(Scheduled Task Queue)和指示其任務(wù)在被選擇的資源上執(zhí)行。假如局域調(diào)度器的。TSC不能給出“最好的”調(diào)度，它就會把該任務(wù)交付給相關(guān)全局調(diào)度器的ATO并采用類似方法調(diào)度此任務(wù)，只是不能完成其調(diào)度，它就會把該任務(wù)請求傳送給相鄰全局調(diào)度器的TSC，并且這些TSC會采用類似的方法繼續(xù)下去直到完成任務(wù)調(diào)度。
(2)數(shù)據(jù)傳輸組件DTC能夠追蹤每一個數(shù)據(jù)集的本地有效分布情況，如果條件滿足，它就會為任務(wù)復(fù)制或者移動相應(yīng)的數(shù)據(jù)集。
(3)價格反饋組件PFC根據(jù)完成任務(wù)的執(zhí)行信息調(diào)整完成該任務(wù)所對應(yīng)的各個資源節(jié)點(diǎn)價格參數(shù)信息。同時，對于在任務(wù)過程中沒能履行職責(zé)的資源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)懲罰，令其補(bǔ)償完成該任務(wù)的價格虧損。