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[摘 要]资源目录可以为网格资源搜索者提供高效的搜索服务。针对非可同时共享资源的管理,提出了一种非同时共享资源的目录驱动网格资源管理模型(US?蛳DDGRMM)。通过该模型,可高效地保持资源目录的一致性,提高资源的可用性和可获得性。
[关键词]网格;非同时共享;目录;一致
[中图分类号] TP393 [文献标识码]A [文章编号]1674-604X(2009)03-0023-03
在网格计算中,由于软、硬件资源的广域分布以及现有Internet存在的带宽和延迟限制以及网络的不可靠性,广域范围内的资源定位将在很大程度上影响计算的性能。因此,我们需要一种有效的资源查找模型解决广域资源的快速定位问题。而资源能否快速定位,对资源进行描述的资源服务目录该如何设计、如何管理是需要重点研究的问题之一。
基于此,本文探讨了网格环境下硬件资源的共享问题,提出了一种网格环境下的非同时共享资源目录的一致性模型US?蛳DDGRMM,此模型具有查找时间少,并行性、占用存储空间小的特点。它不但支持各种网格资源的动态加入和退出,也支持用户对资源的一次多种类、多批量的需求,具有一定的实用性。
1.网格资源节点组织模型
根据现有网络的组织模式[3],中国国家网格的分布,以及世界网格研究的成功项目和发展趋势,我们可以认为网格是局域网格组成的分布的层次机构的组织模式。网格节点组织模式如图1所示。
图1 网格节点组织模式
在网格中,以超级计算机构成了网格主干网的高性能计算节点。如我国“八六三”计划智能计算机主题,设立了“国家高性能计算环境”重大项目,在北京、上海、合肥、西安、长沙、成都等地建设了基于曙光、神威、银河、探索108等国产高性能计算机的近10个高性能计算节点,可以向网格提供高性能的硬件资源。除此之外,各地区还有自己的区域主干网。区域主干网也有自己的高性能计算节点。这样就形成了一个分布层次高性能计算结点模型。[4] [5] [6]
2.非同时共享资源的目录驱动网格资源管理模型US?蛳DDGRMM
针对网格资源中非同时共享资源,如CPU、存储器(硬盘、磁盘阵列)、连入网格的大型科学仪器等(它们在某个时刻只能被一个用户独占)建立了非同时共享资源的目录驱动网格资源管理模型US?蛳DDGRMM(UnsharedResourceDirectoryDrivenGrid ResourceManagement Model)。
对于非同时共享目录USRD(Unshared Resource Directory),其最佳副本策略就是“无副本策略”。该体系结构包括两部分目录服务器DS(Directory Server)和客户端DC(Directory Client)。其拓扑图如图2所示。
图2 USRD的两层结构拓扑图
这里DS11表示存储第1类资源的目录服务器1,DS12表示第1类资源的目录服务器2,DSij表示第i类资源的目录服务器j,DC1表示目录服务器客户端1,DC2表示目录服务器客户端2, DCi表示目录服务器客户端i。
2.1 网格资源目录池模型
网格为网格服务用户提供了取之不尽的服务,一个具有良好结构的管理模型在保证提供高效服务的同时,应消除信息孤岛。图3为网格资源目录服务池模型。
图3 网格资源目录服务池模型
该模型工作原理:网格用户Clients通过AM(Authentication Manager)进行身份认证,如果客户管理器CS(Client Server)中有客户的ID信息,则Clients通过认证进入客户端目录服务池Client DSP;要成为网格服务的注册用户,可通过Web注册。在Client DSP中,用户可以提出网格资源请求和提交网格资源。
网格注册用户一旦登录Client DSP,就会从目录服务器地址集SA自动下载目录服务器的地址信息,这个过程对资源用户是透明的。当用户提出请求时,客户端根据请求信息属性类的不同向目录服务器DS发送请求信息,目录服务器在协同管理器CM(Coordination Manager)工作下协同响应用户的请求,并将最佳目录项信息返回给客户端(在目录项返回过程中,要对该目录锁定),如果用户根据返回目录项通过服务调用管理器IM(Invocation Manager)调用网格资源,则Client DSP将会保留调用资源的目录信息,同时目录项属性修改信息将会返回目录服务器DS进行目录项信息的一致性修改工作。当工作顺利完成,或者用户没有调用该资源,Client DSP将要发送解除锁定消息,同时对服务器相应目录属性进行更新操作。这便是网格用户获得网格资源的过程。
客户端既是网格资源的获取者,也是网格资源的提供者。客户端可以通过资源提交模块SM进行网格资源的标准化提交。一旦客户端提交资源,在Client DSP中将会保留所提供资源的信息,同时向相应的网格资源目录服务器提交资源目录项。客户端所保留资源的信息要与服务器中保留的信息一致,比如客户端提供了160G的硬盘,服务器中的资源属性值Availability=1,则客户端保留的信息也应该为“资源可用”。当然,客户端可以完全动态自主地注册和注销资源,DS会发出与之对应指令改变提供资源服务的“闲”和“忙”状态。
2.2 客户端Clients
客户端开机后,申请接入网络,与SS交互并得到身份认证为合法用户后,可向网格用户提供服务或申请网格服务。
Clients通过用户界面实现人机交互。当向网格服务用户提高服务时,客户服务器改变Clients提供服务的状态为“闲”;而一旦该服务被网格服务客户调用,则CS将该服务置为“忙”。Clients申请网格服务时,只需到CS中搜索符合要求的“空闲”服务,这样有效地提高了服务搜索效率和成功率,避免因重复调用同一服务器产生服务调用冲突。
2.3 客户服务器CS
为避免网格通信资源的浪费以及出现非共享网格资源被不同用户调用,造成调用失效的情况发生。CS记录客户Clients所提供的资源的“忙”、“闲”值,实时同步更新CS中相应网格服务的属性值。
2.4 目录服务器DS
每次当目录服务器中的数据发生更新时,(这里只考虑delete和insert两种操作,因为update操作可看作为先delete再insert)。目录服务器将以广播的方式发送给所有DS服务器。不同DS之间或DS与CS之间采用改进后的贪婪算法对资源目录进行更新,从而确保非同时共享网格资源的高可获得性。
3.结束语
网格资源中有海量的非同时共享资源可以被有效组织和被广大资源搜索者利用,而目前对网格资源的共享策略却较集中地倾向于处理共享资源目录的一致性研究。本文提出了网格环境下非同时共享资源目录的一致性模型,引入资源状态熟悉,有效提高了资源搜索及一致性更新的效率,最大限度地满足了资源的高效可用性和可获得性。
[参考文献]
[1]Alexander v. d. Kuijl, Michael T. M. Emmerich, HuiLi. A novel multi-objective optimization scheme for gridresource allocation.Dec. 2008Proceedings of the 6th international workshop on Middleware for grid computing.
[2] Valeria Q. Reis, Renato F. G. Cerqueira.A tool for isolating performance in general-purpose operating systems.Dec. 2008Proceedings of the 6th international workshop on Middleware for grid computing.
[3]丁箐.网格环境下资源管理的研究[DB].中国学位论文全文数据库,2002(3).
[4]郭军,芦文龙,赵明,常桂然.基于LDAPv3的目录服务系统中推荐的设计与实现[J].小型微型计算机系统,2000(8).
[5]赵维.利用局部性原理的网格资源高效搜索方法. [DB/OL].http://www.chinagrid.net/grid/paperppt/Grid Search.doc.
[6]霍林,张治中.一种基于混合方式的网格资源目录模型[J].计算机应用研究,2007,(5).
(责编 黄春香)
[关键词]网格;非同时共享;目录;一致
[中图分类号] TP393 [文献标识码]A [文章编号]1674-604X(2009)03-0023-03
在网格计算中,由于软、硬件资源的广域分布以及现有Internet存在的带宽和延迟限制以及网络的不可靠性,广域范围内的资源定位将在很大程度上影响计算的性能。因此,我们需要一种有效的资源查找模型解决广域资源的快速定位问题。而资源能否快速定位,对资源进行描述的资源服务目录该如何设计、如何管理是需要重点研究的问题之一。
基于此,本文探讨了网格环境下硬件资源的共享问题,提出了一种网格环境下的非同时共享资源目录的一致性模型US?蛳DDGRMM,此模型具有查找时间少,并行性、占用存储空间小的特点。它不但支持各种网格资源的动态加入和退出,也支持用户对资源的一次多种类、多批量的需求,具有一定的实用性。
1.网格资源节点组织模型
根据现有网络的组织模式[3],中国国家网格的分布,以及世界网格研究的成功项目和发展趋势,我们可以认为网格是局域网格组成的分布的层次机构的组织模式。网格节点组织模式如图1所示。
图1 网格节点组织模式
在网格中,以超级计算机构成了网格主干网的高性能计算节点。如我国“八六三”计划智能计算机主题,设立了“国家高性能计算环境”重大项目,在北京、上海、合肥、西安、长沙、成都等地建设了基于曙光、神威、银河、探索108等国产高性能计算机的近10个高性能计算节点,可以向网格提供高性能的硬件资源。除此之外,各地区还有自己的区域主干网。区域主干网也有自己的高性能计算节点。这样就形成了一个分布层次高性能计算结点模型。[4] [5] [6]
2.非同时共享资源的目录驱动网格资源管理模型US?蛳DDGRMM
针对网格资源中非同时共享资源,如CPU、存储器(硬盘、磁盘阵列)、连入网格的大型科学仪器等(它们在某个时刻只能被一个用户独占)建立了非同时共享资源的目录驱动网格资源管理模型US?蛳DDGRMM(UnsharedResourceDirectoryDrivenGrid ResourceManagement Model)。
对于非同时共享目录USRD(Unshared Resource Directory),其最佳副本策略就是“无副本策略”。该体系结构包括两部分目录服务器DS(Directory Server)和客户端DC(Directory Client)。其拓扑图如图2所示。
图2 USRD的两层结构拓扑图
这里DS11表示存储第1类资源的目录服务器1,DS12表示第1类资源的目录服务器2,DSij表示第i类资源的目录服务器j,DC1表示目录服务器客户端1,DC2表示目录服务器客户端2, DCi表示目录服务器客户端i。
2.1 网格资源目录池模型
网格为网格服务用户提供了取之不尽的服务,一个具有良好结构的管理模型在保证提供高效服务的同时,应消除信息孤岛。图3为网格资源目录服务池模型。
图3 网格资源目录服务池模型
该模型工作原理:网格用户Clients通过AM(Authentication Manager)进行身份认证,如果客户管理器CS(Client Server)中有客户的ID信息,则Clients通过认证进入客户端目录服务池Client DSP;要成为网格服务的注册用户,可通过Web注册。在Client DSP中,用户可以提出网格资源请求和提交网格资源。
网格注册用户一旦登录Client DSP,就会从目录服务器地址集SA自动下载目录服务器的地址信息,这个过程对资源用户是透明的。当用户提出请求时,客户端根据请求信息属性类的不同向目录服务器DS发送请求信息,目录服务器在协同管理器CM(Coordination Manager)工作下协同响应用户的请求,并将最佳目录项信息返回给客户端(在目录项返回过程中,要对该目录锁定),如果用户根据返回目录项通过服务调用管理器IM(Invocation Manager)调用网格资源,则Client DSP将会保留调用资源的目录信息,同时目录项属性修改信息将会返回目录服务器DS进行目录项信息的一致性修改工作。当工作顺利完成,或者用户没有调用该资源,Client DSP将要发送解除锁定消息,同时对服务器相应目录属性进行更新操作。这便是网格用户获得网格资源的过程。
客户端既是网格资源的获取者,也是网格资源的提供者。客户端可以通过资源提交模块SM进行网格资源的标准化提交。一旦客户端提交资源,在Client DSP中将会保留所提供资源的信息,同时向相应的网格资源目录服务器提交资源目录项。客户端所保留资源的信息要与服务器中保留的信息一致,比如客户端提供了160G的硬盘,服务器中的资源属性值Availability=1,则客户端保留的信息也应该为“资源可用”。当然,客户端可以完全动态自主地注册和注销资源,DS会发出与之对应指令改变提供资源服务的“闲”和“忙”状态。
2.2 客户端Clients
客户端开机后,申请接入网络,与SS交互并得到身份认证为合法用户后,可向网格用户提供服务或申请网格服务。
Clients通过用户界面实现人机交互。当向网格服务用户提高服务时,客户服务器改变Clients提供服务的状态为“闲”;而一旦该服务被网格服务客户调用,则CS将该服务置为“忙”。Clients申请网格服务时,只需到CS中搜索符合要求的“空闲”服务,这样有效地提高了服务搜索效率和成功率,避免因重复调用同一服务器产生服务调用冲突。
2.3 客户服务器CS
为避免网格通信资源的浪费以及出现非共享网格资源被不同用户调用,造成调用失效的情况发生。CS记录客户Clients所提供的资源的“忙”、“闲”值,实时同步更新CS中相应网格服务的属性值。
2.4 目录服务器DS
每次当目录服务器中的数据发生更新时,(这里只考虑delete和insert两种操作,因为update操作可看作为先delete再insert)。目录服务器将以广播的方式发送给所有DS服务器。不同DS之间或DS与CS之间采用改进后的贪婪算法对资源目录进行更新,从而确保非同时共享网格资源的高可获得性。
3.结束语
网格资源中有海量的非同时共享资源可以被有效组织和被广大资源搜索者利用,而目前对网格资源的共享策略却较集中地倾向于处理共享资源目录的一致性研究。本文提出了网格环境下非同时共享资源目录的一致性模型,引入资源状态熟悉,有效提高了资源搜索及一致性更新的效率,最大限度地满足了资源的高效可用性和可获得性。
[参考文献]
[1]Alexander v. d. Kuijl, Michael T. M. Emmerich, HuiLi. A novel multi-objective optimization scheme for gridresource allocation.Dec. 2008Proceedings of the 6th international workshop on Middleware for grid computing.
[2] Valeria Q. Reis, Renato F. G. Cerqueira.A tool for isolating performance in general-purpose operating systems.Dec. 2008Proceedings of the 6th international workshop on Middleware for grid computing.
[3]丁箐.网格环境下资源管理的研究[DB].中国学位论文全文数据库,2002(3).
[4]郭军,芦文龙,赵明,常桂然.基于LDAPv3的目录服务系统中推荐的设计与实现[J].小型微型计算机系统,2000(8).
[5]赵维.利用局部性原理的网格资源高效搜索方法. [DB/OL].http://www.chinagrid.net/grid/paperppt/Grid Search.doc.
[6]霍林,张治中.一种基于混合方式的网格资源目录模型[J].计算机应用研究,2007,(5).
(责编 黄春香)