生物信息學(xué)網(wǎng)格環(huán)境下任務(wù)調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著后基因組時(shí)代的到來，爆炸式增長的生物數(shù)據(jù)對計(jì)算資源的性能提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，作為應(yīng)對挑戰(zhàn)的生力軍，網(wǎng)格技術(shù)得到了空前的重視，專門用來處理生物數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)網(wǎng)格也隨之誕生。除傳統(tǒng)網(wǎng)格所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)外，由于生物數(shù)據(jù)所特有的數(shù)據(jù)量大、彼此間不相關(guān)或弱相關(guān)、任務(wù)粒度大以及需要多方協(xié)作等特性，生物信息學(xué)網(wǎng)格對資源管理、任務(wù)調(diào)度、負(fù)載均衡等技術(shù)和方法提出了特殊需求，需要根據(jù)生物信息學(xué)應(yīng)用的特點(diǎn)對其進(jìn)行必要的改進(jìn)，使底層資源與高層應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，

2、從而有效提高資源利用率和任務(wù)執(zhí)行效率，簡化生物學(xué)研究人員使用網(wǎng)格平臺(tái)的復(fù)雜程度，使生物信息學(xué)網(wǎng)格作為生物學(xué)研究的重要基礎(chǔ)設(shè)施最大限度地發(fā)揮其服務(wù)潛力。
　　 在對網(wǎng)格資源管理模式詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出雙層資源定義機(jī)制，綜合考察系統(tǒng)底層物理資源特性和高層應(yīng)用的邏輯關(guān)聯(lián)，使網(wǎng)格平臺(tái)在進(jìn)行任務(wù)調(diào)度、負(fù)載均衡以及服務(wù)流的動(dòng)態(tài)組織等關(guān)鍵操作時(shí)能夠兼顧到物理和應(yīng)用兩方面的特征，做到服務(wù)與任務(wù)的最佳匹配，有效避免了縱向資源定義機(jī)制可能帶來的拓

3、撲失配問題。
　　 基于雙層橫向資源定義的思想，分別給出了適合生物信息學(xué)網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度、負(fù)載均衡以及服務(wù)流動(dòng)態(tài)組合調(diào)度的新策略。
　　 復(fù)雜生物學(xué)應(yīng)用通常由多個(gè)子任務(wù)根據(jù)特定應(yīng)用邏輯共同協(xié)作完成，基于相關(guān)服務(wù)組合優(yōu)化的思想，給出了基于邏輯組合劃分的兩級服務(wù)調(diào)度策略SP2SP。根據(jù)復(fù)雜應(yīng)用各子任務(wù)之間的邏輯關(guān)系確定符合其需求的服務(wù)集并定義為服務(wù)的邏輯分組，首先實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用和服務(wù)邏輯分組之間的一級優(yōu)化匹配，進(jìn)而在服務(wù)的邏輯分組

4、內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)基于QoS和加權(quán)隊(duì)列的二級匹配。SP2SP 有效降低了調(diào)度器與信息服務(wù)的交互次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了資源預(yù)留，同時(shí)兼顧到任務(wù)的優(yōu)先級，提高了網(wǎng)格任務(wù)的執(zhí)行效率，保證了多任務(wù)之間對資源競爭使用的公平性。
　　 網(wǎng)格負(fù)載均衡是保證網(wǎng)格系統(tǒng)整體性能不可或缺的功能模塊。針對生物信息學(xué)網(wǎng)格負(fù)載均衡過程中，任務(wù)的動(dòng)態(tài)遷移可能引起大數(shù)據(jù)遷移現(xiàn)象，提出基于最小代價(jià)最大流信道M 2 C的負(fù)載均衡策略M 2 ON。M 2 ON 通過語義覆蓋網(wǎng)搜索計(jì)算

5、性能符合需求的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，通過M 2 C 考察源節(jié)點(diǎn)與可能的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的通信狀態(tài)，最后通過雙線性插值函數(shù)DLI 將其融合成綜合影響因子IIF作為最終目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的選擇依據(jù)。M 2 ON 避免了傳統(tǒng)單覆蓋網(wǎng)模型可能引起的拓?fù)涫鋯栴}，降低了任務(wù)或數(shù)據(jù)傳輸開銷在整個(gè)任務(wù)完成時(shí)間中的比例，從而提高了網(wǎng)格任務(wù)的執(zhí)行效率。
　　 為了降低使用網(wǎng)格平臺(tái)的復(fù)雜程度，互相協(xié)作的多個(gè)網(wǎng)格服務(wù)可以根據(jù)特定的應(yīng)用邏輯自動(dòng)組織成特定的服務(wù)流，在服務(wù)流程確定

6、后，由于任務(wù)粒度較大且不均勻，可能引起資源負(fù)載不均衡，進(jìn)而影響資源總體利用率。針對生物數(shù)據(jù)之間不相關(guān)或弱相關(guān)特性，給出了基于任務(wù)粒度分解的多級流水線服務(wù)調(diào)度策略MP-GridWF。
　　 結(jié)合副本創(chuàng)建機(jī)制，進(jìn)而給出基于多級流水和多粒度副本創(chuàng)建的服務(wù)調(diào)度策略MP&MR-GridWF。MP-GridWF與MP&MR-GridWF相繼提高了需要多個(gè)服務(wù)串行協(xié)作的網(wǎng)格任務(wù)的執(zhí)行效率。
　　 結(jié)合上述研究內(nèi)容和方法，基于中國教育科