专利名称：基于网络带宽和用户费用下的网格资源调度方法
技术领域：
本发明属于一种网格资源调度方法，特别是一种基于网络带宽和用 户费用下的网格资源调度方法。
背景技术：
随着Internet的迅猛发展以及计算机技术的不断提高，以及问题求 解越来越朝着高性能、大规模、多样性、多功能等方向发展。如何将分 布在不同地理位置的各种网络资源集中起来联合计算、解决同 一问题变 得日益重要，由此产生了 "网格计算"。网格就是一个集成的计算与资源 环境，或者说是一个计算资源池。LanFoseter指出，网才各计算是在动态 变化的，拥有多个部门或团体的虛拟组织中，进行安全灵活的协同资源 共享与问题求解。网格资源是指网格中所有可以被利用的实体的总称。 网格环境中，资源是分布在不同地理位置上的，由不同的组织或者个人 拥有和操作，资源所有者对资源有绝对的权力，网格对其管理必须满足 本地的管理策略。资源拥有者还可以随时决定资源是否加入网格或退出 网格，而且网格资源的负载也是动态的，网格必须反映资源动态变化的 要求。同时，网格资源的类型十分广泛，数量众多。针对网格资源的这 种自治性、异构性、动态性、复杂性的特点，采用何种管理模式对网格 资源进行管理和调度成为网格计算中的一个关键问题，许多学者和科研 机构也对这一问题投入了大量的人力、物力，进行了深入的研究。目前，网格资源管理与调度模型主要集中在三种模式集中式、* 式、分级式。在管理如此复杂的环境时，传统的试图最优化全局系统的 资源管理方法是不可取的，因为传统方法使用的集中式的策略，需要完
全的状态信息和共同的构造管理策略。对于建立一个成功的计算网格来 说是不可能的。因此分级式和分散式的管理方法对网格资源的管理和运 转来说是合适的。在这些方法中，有一些方法是利用经济模型来管理和规划资源的供求关系。网格资源代理GRB (Grid Resource Broker )协调 网格资源拥有者GRP (扮演传统生产者Grid Resource Producer)和网 格使用者GRC (代表消费者Grid Resource Consumer)之间的交互，资 源通过运行低层次的中间件系统加入到网格中。在网格资源拥有者资源 上运行的核心中间件支持资源访问认证，并只允许经过授权的用户访问 它们。在资源使用者上运行的核心中间件支持创建和执行网格应用。资 源代理则完成资源发现，选择，集合，数据与程序传输，及在远程资源 上初始化任务执行和结果收集等工作，还负责监控任务执行进程并管理 网格环境变化及可能出现的资源无效等。基于经济模型资源调度的优越性是可调节供需矛盾，因为做出资源调 度策略决定的过程被分布在所有的资源消费者和资源提供者身上，因此 使得调度由以系统为中心转向了以用户为中心，用户可以自己做出决定 以最小的代价获取最好的性能。另外也可以帮助开发者开发调度策略， 进而建立一个高度可扩充的系统。该模型最适合于计算网格的动态和异 构持征，但首先必须寻找一个资源供应和要求函数，体现着资源所有者 和资源消费者双方的利益。但是这种要求往往在买卖双方中出现冲突。 因此许多学者把研究重点》文在如何通过加入各种QoS指标，平衡资源所 有者和资源使用者两方的利益，也研究出了不少算法，其中，以澳大利 亚墨尔本大学著名网格专家Ra jkumar Buyya为首的研究团队研究出了如 下经典调度方
用户的的QoS要求，把资源使用者的代价和任务完成的截止期限综合考 虑，达到一个最优的调度目的。然而，网格是一个多层的体系结构，不 仅包括应用层，还有构造层，连接层，资源层，汇聚层，应用层是网格 体系结构的最高层，直接面向网格用户。网格系统的资源与调度是建立 在高性能网络之上的，网络的QoS要求直接制约着网格的应用，从某种 意义上说，网络的QoS要求成为网格应用的瓶颈。在各种网络QoS中， 首先应该考虑的是网络的带宽。因此，仅仅考虑到应用层的QoS要求不 能根本解决网格资源调度中存在的问题，也达不到提高整个网格吞吐率 的效果。发明内容本发明的目的是提供一种尽量节俭的完成用户的任务，考虑网络带 宽，提高网格系统吞吐率的基于网络带宽和用户费用下的网格资源调度 方法，以克服上述的不足。为了实现上述目的，本发明所采用的方法是第一步骤资源代理寻找到合适的网格资源；第二步骤将资源和任务分别加入到资源列表和任务列表中；第三步骤:对资源按照价格升序排列，目的是在分配资源时，尽可能将任务分配到价格较低的资源上，以节省用户费用；第四步骤:在分配资源时，要考虑到网络带宽的需求，如果资源所能 提供的带宽能满足任务对带宽的需求，则将资源分配给该任务；第五步骤:将资源与任务建立映射关系，使得任务都能完成，并且能 保证费用节俭；第六步骤重复执行以上步骤，直到所有任务全部分配完。采用经济模型对网格资源进行管理和调度成为网格技术研究的一个 核心问题，许多学者和研究机构也提出了一些解决方法。但是这些方法 主要从用户的角度去考虑，如用户的费用，时间截止期限等，然而网格 计算是建立在高速网络基础上的，没有网络带宽的保证，就无法实现网 格计算和网格资源的调度。因此，研究网格资源管理和调度时，必须考虑到网络带宽的约束。本发明提出了基于网络带宽和用户费用下的网格资源调度方法，不仅考虑到在费用上尽量节俭地完成用户提交的任务， 同时保证了网络带宽的需求。本发明与传统网格资源调度相比，表现的优点是(l)充分考虑了 网格多层体系结构的需求，包括应用层的用户费用和构造层的网络带宽，而传统调度方法仅仅考虑到应用层的用户需求；(2)提出了一种基于网 络带宽和用户费用下的网格资源调度方法，考虑到了网格计算是建立在 高速网络的基础上的，在用户所提交的任务中，许多对网络带宽有着特 殊要求，因此，本发明保证了任务的带宽需求。而传统方法也只考虑了 用户的需求，没有对带宽进行考虑，因此许多具有带宽需求的任务实际 上是不能执行的。故本发明具有很强的现实意义；(3)本发明提出了一 种非一一映射的资源调度方法，资源和任务可以是一对多的关系，即对于 廉价资源，可以将更多的任务分配给它，这样可以尽量节省用户的费用。
图1为基于计算经济的网格资源调度器模型图。 图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。网格环境中，资源是指分布在不同地理位置上的，具有自治性、异 构性、动态性、复杂性，能够满足网格用户不同需求的软硬件资源。资 源可以用一组向量表示R (I R2, R3， R一.RJ ，它体现着资源所有者的要求， 即每个资源都包含价格和所能提供的带宽这两个因素。网格环境中，资源所有者出售自己的资源，获得经济利益，而资源 使用者购买资源来完成自己的任务。在经济模型中，买卖双方的意志是 在调度器(如图1 )的调度下来实现的，调度过程如下1、 用户建立一个任务(job),任务包括对用户需求的描述，所有任务 组成一系列gridlet列表，用户的需求会通过应用程序接口传给资源调 度器；2、 资源的发现与交易模块与GIS (Grid Information Servers)才莫 块相互作用确定资源的信息，然后与资源相互作用建立资源的配置和访 问花费(Cost),这样建立一个代理者资源列表，gridlet列表中的作业在 资源列表中执行，通过测试和推断方法，资源的性能数据被作为预测；3、 调度管理模块根据资源调度算法，根据用户的需求(用户费用， 带宽约束)为gridlet选择合适的资源；4、 对于每一个资源，gridlet分配模块根据使用策略选择gridlet 的数量来执行以避免对于单一用户的作业，资源的负载过重；5、 gridlet分配模块将其提交给所选择的资源；6、 当gridlet处理结束后，资源反还gridlet给gridlet接受模块， 接受模块测试和更新运行时间参数；7、 重复3 - 6，只到所有的gridlet都#:处理完成，然后返回处理 结果给用户。而本发明考虑了应用层的用户费用和构造层的网络带宽两个QoS约 束，在这两个QoS约束下，最节俭地完成用户的任务，其基本思想就是 对资源按价格升序排列，然后在用户带宽约束下将任务分配给资源。其
具体方法是(1 ) 将资源加入到可用资源列表，并按照价格升序排列； (2 )将任务依次加入任务列表；(3 )对于每个排序好的资源，从任务列表中取出一个任务，如果该 任务要求的带宽不大于资源列表中最低价资源的带宽，将该任务分配给 该资源，并将任务从任务列表中删除；(4 )如果其要求的带宽大于资源列表中最低价资源的带宽，那么试 图把该任务分配给下一个资源，如果满足带宽要求，分配成功，否则依 次寻找下一个资源，直到找到合适的资源，并把该任务从任务列表中删 除；(5 )重复执行上述各步骤，直到所有的任务分配完。 用户任务体现着网格用户对网格资源的需求描述，用 一组向量表示任 务T (Ti， T2， T3, T4,…TJ,包含着用户的各种QoS要求，本发明要考 虑的是用户的费用(cost)和用户对完成该任务所需带宽的限制 (bandwidth )。同时，每一个任务又有由几个子任务构成，子任务用 gridlet表示,即T i (gridleti， gridlet2, gridlet3...gridletn) ， 1 < i《m， n >1。a、 对资源列表中的资源按照价格升序排列，保证了任务分配是尽可 能将任务分配给廉价资源，节省用户费用。资源列表E={R[1]，R[2],…R[n]) R[l].cost《R[2].cost…< R[n].cost..............................①b、 在任务分配时，要保证完成该任务的带宽需求，即资源所能提供 的带宽不能小于完成该任务所需的带宽G[i]. bandwidth《R[j], bandwidth..........................................②
由式①可知，在将资源分配给任务时，优先将廉^f介资源分配给任务， 因此可以极大地节省用户的的费用。
由式②可知，只有资源所能提供的带宽不小于完成任务所需带宽时， 才能将该资源分配给任务，因此保证了任务对网络带宽的需求。
由以上分析可知，用户所提交的任务一定能够满足其对带宽的需求, 且节省费用。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知 的现有技术。
权利要求
1、一种基于网络带宽和用户费用下的网格资源调度方法，其方法是第一步骤资源代理寻找到合适的网格资源；第二步骤将资源和任务分别加入到资源列表和任务列表中；第三步骤对资源按照价格升序排列，目的是在分配资源时，尽可能将任务分配到价格较低的资源上，以节省用户费用；第四步骤在分配资源时，要考虑到网络带宽的需求，如果资源所能提供的带宽能满足任务对带宽的需求，则将资源分配给该任务；第五步骤将资源与任务建立映射关系，使得任务都能完成，并且能保证费用节俭；第六步骤重复执行以上步骤，直到所有任务全部分配完。
2、 如权利要求1所述的基于网络带宽和用户费用下的网格资源调度 方法，其特征在于其具体方法是第一步将资源加入到可用资源列表，并按照价格升序排列； 第二步将任务依次加入任务列表；第三步对于每个排序好的资源，从任务列表中取出一个任务，如 果该任务要求的带宽不大于资源列表中最低价资源的带宽，将该任务分 配给该资源，并将任务从任务列表中删除；第四步如果其要求的带宽大于资源列表中最低价资源的带宽，那 么试图把该任务分配给下一个资源，如果满足带宽要求，分配成功，否 则依次寻找下一个资源，直到找到合适的资源，并把该任务从任务列表 中删除；第五步重复执行上述各步骤，直到所有的任务分配完。
全文摘要
本发明涉及一种基于网络带宽和用户费用下的网格资源调度方法，方法是资源代理寻找到合适的网格资源；将资源和任务分别加入到资源列表和任务列表中；对资源按照价格升序排列，目的是在分配资源时，尽可能将任务分配到价格较低的资源上，以节省用户费用；在分配资源时，要考虑到网络带宽的需求，如果资源所能提供的带宽能满足任务对带宽的需求，则将资源分配给该任务；将资源与任务建立映射关系，使得任务都能完成，并且能保证费用节俭；重复执行以上步骤，直到所有任务全部分配完。本发明不仅考虑到在费用上尽量节俭地完成用户提交的任务，同时保证了网络带宽的需求。
文档编号H04L29/08GK101127700SQ20071005296
公开日2008年2月20日 申请日期2007年8月16日 优先权日2007年8月16日
发明者李春林, 李腊元, 辉 郑 申请人:武汉理工大学