異構并行分布式系統(tǒng)可信調度理論與方法研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟與信息技術的飛速發(fā)展，以網(wǎng)絡計算和并行計算為基礎的分布式計算已成為IT技術的重要發(fā)展方向，特別是異構并行分布式系統(tǒng)因其低成本高性能而受到企業(yè)界和學術界的廣泛關注。但系統(tǒng)規(guī)模持續(xù)擴大的同時，系統(tǒng)平均無故障時間卻越來越低，任務執(zhí)行行為可靠性已成為保證并行應用成功的關鍵。其次，分布式系統(tǒng)為實現(xiàn)信息保密性、數(shù)據(jù)完整性和邊界安全保護而面臨大量安全威脅，這些威脅主要源于網(wǎng)絡環(huán)境下資源與用戶行為的不可控性和不確定性。另一方面，并行應用實踐

2、表明任務實際執(zhí)行時間往往受輸入數(shù)據(jù)、系統(tǒng)環(huán)境和任務本身If分支的影響而具有隨機性。面對由可靠性、安全性、任務計算量隨機性等導致的分布式系統(tǒng)可信性，提出了考慮可信性的任務調度理論與方法，以期對對提高分布式系統(tǒng)應用性能具有重要意義的資源管理展開深入研究與探索，力圖解決其中的部分關鍵理論與技術問題。
　　 本文首先建立由任務DAG模型構建器、任務計算量評估、任務調度器、任務分配、信任管理、信任值計算、可靠性分析、安全開銷計算、任務可信

3、評估等模塊構成的可信調度體系結構。針對異構計算系統(tǒng)任務在不同處理機上執(zhí)行時其計算成本不同的特點，克服以任務執(zhí)行平均值、中間值、最好值或最壞值等方法給任務調度帶來的困惑，提出異構計算系統(tǒng)計算能力異構因子α，并依此實現(xiàn)任務優(yōu)先級計算和處理機選擇。在此基礎上，提出基于任務復制的表調度算法(HEFD)。模擬實驗結果表明任務調度算法HEFD優(yōu)于HEFT、HLD和HCPFD算法。
　　 其次，針對大規(guī)模分布式計算系統(tǒng)的異構性、動態(tài)性和廣域性

4、等特點，提出可靠性驅動的層次調度體系。分析任務在處理機上執(zhí)行的可靠性、數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)絡上通信的可靠性及相互關系，建立應用程序任務執(zhí)行行為可靠性模型。在此基礎上提出可靠性驅動的分層任務調度算法(HRDS)。其中，全局任務調度器負責把應用程序分配給虛擬節(jié)點，局部調度器則在虛擬節(jié)點內實現(xiàn)基于DAG模型的任務調度與分配。實驗結果表明相對于經(jīng)典調度算法MCMS和HEFT，HRDS具有較好的性能。
　　 針對分布式計算系統(tǒng)面臨的安全威脅，受經(jīng)

5、濟學品牌形象實踐與心理學理論啟發(fā)，在研究分布式信任表現(xiàn)形式與特點基礎上提出基于博弈論微分對策技術的信任值動態(tài)量化計算方法。依據(jù)用戶任務安全需求和分布式系統(tǒng)提供的安全信任保障，提出任務執(zhí)行行為安全性開銷計算方法和安全性風險評估技術。最后，提出考慮任務執(zhí)行行為安全開銷的調度模型和調度算法SDS。實驗結果表明SDS算法不僅能有效提高系統(tǒng)安全性，還具有較好的調度性能。
　　 經(jīng)典任務調度算法一般假定任務計算量通過軟件工程配置技術或預測技

6、術獲得，且是確定不變值。而并行應用計算實踐卻表明任務計算量具有隨機性，這種不精確性將明顯影響調度算法性能。因而針對此問題，本文首先證明基于DAG模型隨機任務調度長度的下限是以任務期望構成的確定型任務調度長度。然后，研究任務計算量服從正態(tài)分布的應用程序，利用Clark方程實現(xiàn)并行任務完成時間期望與方差的計算，在此基礎上提出隨機sb level近似計算算法。受確定型表調度算法DLS啟發(fā)，提出針對隨機任務調度問題的隨機動態(tài)級調度算法(SDLS