云環(huán)境下科學工作流的中間數(shù)據(jù)復制與布局策略研究

1、 學位論文 題 目 云環(huán)境下科學工作流的中間數(shù)據(jù)復制與布局策略研究 英 文 Research of Replication and Placement Strategies for the 題 目 Intermediate Data of Scientific Workflow in Cloud 研究生姓

2、名 彭 蘇 姓名 劉 偉 職稱 副 教 授 學位 博 士 單位名稱 計算機學院 郵編 430063 申請學位級別 碩 士 學科專業(yè)名稱 計算機科學與技術 論文提交日期 2014

3、-04 論文答辯日期 2014-05 學位授予單位 武漢理工大學 學位授予日期 答辯委員會主席 評閱人 2014 年 05 月 指導教師 分類號 密 級 UDC 學校代碼

4、 10497 武漢理工大學碩士學位論文 I 摘 要 科學工作流是對大規(guī)模科學實驗進行自動化完成的過程。作為一種數(shù)據(jù)密集型應用，科學工作流已被廣泛用于處理和分析科學研究中的大規(guī)模實驗數(shù)據(jù)。由于云環(huán)境可提供科學工作流執(zhí)行需要的計算與存儲資源，越來越多的科學工作流開始部署到云環(huán)境下。但是，科學工作流部署在云環(huán)境下也面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，科學工作流執(zhí)行過程耗時較長，怎樣提高科學工作流的執(zhí)行性能是面臨的挑戰(zhàn)之一；其次，云計算采用按

5、需計費的計算模式，在云環(huán)境下部署科學工作流的費用開銷也是需要考慮的問題；另外，云環(huán)境允許多用戶共享資源，如何保證云環(huán)境中數(shù)據(jù)的安全也是亟待解決的問題。 針對科學工作流部署在云環(huán)境下面臨的挑戰(zhàn)，本文的主要研究工作如下： 1、結(jié)合多個科學工作流應用的中間數(shù)據(jù)頻繁使用造成的執(zhí)行效率低下問題，提出了一種中間數(shù)據(jù)副本放置策略來有效地提高多個科學工作流的執(zhí)行效率。首先，該策略根據(jù)中間數(shù)據(jù)的使用頻率閾值來選擇中間數(shù)據(jù)進行復制；然后，根據(jù)各中間數(shù)據(jù)的大

6、小對復制的中間數(shù)據(jù)設置不同的副本個數(shù)；最后，以數(shù)據(jù)傳輸時間為主要目標，使用遺傳算法對中間數(shù)據(jù)副本放置問題進行求解，保證科學工作流執(zhí)行效率的前提下兼顧全局負載平衡。 2、針對多個科學工作流應用部署在云環(huán)境下面臨的費用開銷問題與執(zhí)行效率問題，提出了一種成本感知的科學工作流中間數(shù)據(jù)復制策略，保證執(zhí)行效率的同時最小化副本的放置成本。首先，對多個科學工作流的執(zhí)行效率問題與副本放置成本問題進行分析建模；其次，將數(shù)據(jù)傳輸時間作為主要目標，放置成本作為

7、次要目標，使用遺傳算法求解成本感知的中間數(shù)據(jù)復制問題，從而在保證科學工作流執(zhí)行效率的前提下有效地減少副本的放置成本；最后，以數(shù)據(jù)傳輸時間與副本放置成本作為評價指標，通過仿真實驗與其他類似策略進行比較，驗證其有效性。 3、針對科學工作流部署在云環(huán)境下面臨的布局成本問題與數(shù)據(jù)安全問題，提出了成本感知的中間數(shù)據(jù)布局策略，在保證數(shù)據(jù)安全的前提下減少布局成本開銷。該策略首先介紹了科學工作流中間數(shù)據(jù)的安全模型與數(shù)據(jù)放置成本；然后，以數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)布