網(wǎng)格計(jì)算作為一種提供高性能計(jì)算、管理和服務(wù)的新技術(shù),已經(jīng)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。而調(diào)度是網(wǎng)格計(jì)算中基本、關(guān)鍵,也是有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一,是影響網(wǎng)格計(jì)算執(zhí)行效率的一個(gè)關(guān)鍵因素。網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境中任務(wù)調(diào)度同樣也是基本、關(guān)鍵的問(wèn)題,而且由于網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)本身的特點(diǎn),網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境中的任務(wù)調(diào)度具有特殊性。 資源預(yù)留是提高調(diào)度效率的一種有效方法。預(yù)留資源有利于順利執(zhí)行運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的任務(wù)和有Qos要求的任務(wù)，可以保證任務(wù)在開(kāi)始執(zhí)行時(shí)獲得資源。在網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于任務(wù)通常大小不均，其中的某些任務(wù)的執(zhí)行常常成為整個(gè)任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵，而資源預(yù)留可以改善這一情況。因此，本文在網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)的任務(wù)調(diào)度機(jī)制中引入了資源預(yù)留。
    1 網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度模型
　　網(wǎng)格環(huán)境中資源管理結(jié)構(gòu)模型有分層模型、抽象所有者模型、計(jì)算市場(chǎng)(經(jīng)濟(jì))模型和混合模型。GMCD框架是以Globus為基礎(chǔ)的，而Globus的資源管理結(jié)構(gòu)模型則是層次的。
    1.1 網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度的相關(guān)組件及功能
　　在分層的資源管理結(jié)構(gòu)模型中，資源管理與調(diào)度是多級(jí)的，每個(gè)資源有自己的調(diào)度子系統(tǒng)，用戶只需把作業(yè)提交給資源請(qǐng)求代理，而代理后有多少資源提供者，以及該作業(yè)分配哪個(gè)資源，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)都是透明的。用戶作業(yè)在資源請(qǐng)求代理上進(jìn)行調(diào)度，在局部資源管理器上進(jìn)行二級(jí)調(diào)度，如果下面存在更多的集群或局域網(wǎng)，則存在三級(jí)、四級(jí)等多級(jí)調(diào)度。
　　在網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度中有兩個(gè)非常重要的組件，分別是資源請(qǐng)求代理和資源管理器，它們?cè)谌蝿?wù)調(diào)度過(guò)程中分別進(jìn)行和二級(jí)調(diào)度。其他與任務(wù)調(diào)度有關(guān)的組件還有網(wǎng)格工作站點(diǎn)以及負(fù)責(zé)聯(lián)系的組件。
　　(1)資源請(qǐng)求代理

　　它是整個(gè)網(wǎng)格的資源管理者，負(fù)責(zé)接收用戶任務(wù)，根據(jù)其特點(diǎn)發(fā)送給域資源管理器，動(dòng)態(tài)監(jiān)視任務(wù)的運(yùn)行情況，根據(jù)需要將結(jié)果提交給用戶或進(jìn)行再調(diào)度。主要功能有：

　?、賹?duì)服務(wù)提供方提供注冊(cè)功能，并對(duì)其加入和退出等動(dòng)作進(jìn)行控制。
　?、诮⒕W(wǎng)格資源信息庫(kù)并周期性地刷新，對(duì)全局資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配。
　?、劢邮沼脩籼峤坏淖鳂I(yè)，并根據(jù)作業(yè)類型和要求形成作業(yè)調(diào)度參數(shù)。
　?、芨鶕?jù)作業(yè)調(diào)度參數(shù)調(diào)度作業(yè)，分派資源，并隨時(shí)監(jiān)視作業(yè)的執(zhí)行情況。
　　⑤若作業(yè)執(zhí)行有誤，則對(duì)其進(jìn)行再調(diào)度，保證用戶作業(yè)的安全運(yùn)行。
　　(2)域資源管理器

　　它是域內(nèi)資源管理和動(dòng)態(tài)調(diào)度的中心，負(fù)責(zé)本域工作的創(chuàng)建、屬性的收集、接收從資源請(qǐng)求代理提交的任務(wù)并根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行處理機(jī)的分配。主要功能有：

　?、俦O(jiān)聽(tīng)從本域結(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信息，建立域成員信息資料庫(kù)并周期性刷新。
　　②周期性地接收由資源請(qǐng)求代理提交的作業(yè)，并判斷其可行性，建立本域的任務(wù)隊(duì)列。
　?、蹚娜蝿?wù)隊(duì)列中選取作業(yè)，根據(jù)提交的參數(shù)和資源情況合理地分配作業(yè)。
　?、軐⒆鳂I(yè)執(zhí)行情況定時(shí)返回給資源請(qǐng)求代理，維持與上級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性。
　?、荼O(jiān)視各組員執(zhí)行狀況，根據(jù)情況進(jìn)行作業(yè)調(diào)整(域內(nèi)調(diào)整或再調(diào)度)。
　?、薮_保用戶作業(yè)的安全運(yùn)行，將結(jié)果通知資源請(qǐng)求代理并直接返還給用戶。
　　(3)網(wǎng)格工作結(jié)點(diǎn)

　　它是任務(wù)執(zhí)行的基本單位，一旦申請(qǐng)加入資源提供方，便由域資源管理器直接調(diào)度和由資源請(qǐng)求代理間接調(diào)度。主要功能有：

　?、傧蛏霞?jí)管理器提出申請(qǐng)，請(qǐng)求加入資源提供方。
　?、谑占窘Y(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和負(fù)載信息，并周期性地提交給域資源管理器。
　　③產(chǎn)生服務(wù)進(jìn)程，隨時(shí)接收上級(jí)管理器提交的任務(wù)并執(zhí)行。

　  (4)負(fù)責(zé)聯(lián)系的組件

　?、僮鳂I(yè)提交部分
　　用戶向資源請(qǐng)求代理提交作業(yè)任務(wù)；資源請(qǐng)求代理根據(jù)用戶參數(shù)將作業(yè)轉(zhuǎn)交給域資源管理器；域資源管理器根據(jù)各結(jié)點(diǎn)負(fù)載情況分派作業(yè)給合適的資源工作結(jié)點(diǎn)，域資源管理器直接將結(jié)果返回給用戶。
　?、谫Y源匯報(bào)部分
　　它完成如下任務(wù)：網(wǎng)格工作結(jié)點(diǎn)向域資源管理器提供各結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和負(fù)載情況；域資源管理器將該域的負(fù)載信息匯總并送給資源請(qǐng)求代理供查詢和管理結(jié)點(diǎn)；域資源管理器周期性地刷新資源請(qǐng)求代理中的作業(yè)狀態(tài)；工作結(jié)點(diǎn)執(zhí)行完畢。
    1.2 網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度的過(guò)程

　　用戶利用提交程序?qū)⒆鳂I(yè)任務(wù)和要求的環(huán)境屬性(如資源類型和數(shù)量等)提交給資源請(qǐng)求代理，根據(jù)任務(wù)性質(zhì)、通信狀況和各資源負(fù)載情況進(jìn)行粗粒度調(diào)度，尋求分配方案將作業(yè)及參數(shù)文件提交給選中的域資源管理器。當(dāng)任務(wù)途中異常中斷或執(zhí)行性能比預(yù)期要差時(shí)，重新安排其他資源；而當(dāng)任務(wù)完成時(shí)，資源請(qǐng)求代理會(huì)要求域資源管理器直接將作業(yè)結(jié)果返還給用戶。
    2 GMCD中的任務(wù)調(diào)度機(jī)制
　　由于網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的特殊性，網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境中的任務(wù)調(diào)度模型和通用的網(wǎng)格調(diào)度模型相比也具有特殊性?，F(xiàn)以GMCD構(gòu)架為例，討論網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)中的任務(wù)調(diào)度機(jī)制。
　　GMCD系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由底而向可以分為四層，即設(shè)計(jì)知識(shí)單元DKU(Design Knowledge Units)、網(wǎng)格中間件、設(shè)計(jì)中間件和應(yīng)用層，如圖1所示。

　　DKU及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成了GMCD的底層支持結(jié)構(gòu)。DKU是Internet上的具有設(shè)計(jì)能力的組織或機(jī)構(gòu)，它們?cè)谀骋活惍a(chǎn)品或零部件研發(fā)上具有先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)能力。在DKU內(nèi)部存在設(shè)計(jì)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、局域網(wǎng)和設(shè)計(jì)工具(集)。它們之間通過(guò)Internet或?qū)Ｓ酶咚倬W(wǎng)連通。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，各個(gè)DKU之間具有平等關(guān)系，各自負(fù)責(zé)所獲得任務(wù)的運(yùn)行，相對(duì)來(lái)說(shuō)是獨(dú)立的。
　　GMCD任務(wù)分解分為兩層。任務(wù)以XML(eXtensible Markup Language)文件形式被提交后，首先會(huì)由資源請(qǐng)求代理轉(zhuǎn)交給自稱能完成該任務(wù)的域，然后在域控制管理器內(nèi)被首次分解，分解的原則是可執(zhí)行原則。對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入域控制管理器的任務(wù)，應(yīng)用分解智能體根據(jù)知識(shí)庫(kù)內(nèi)的知識(shí)，將其分解為可以被DKU執(zhí)行的任務(wù)。如果被提交的設(shè)計(jì)任務(wù)沒(méi)有合適的域可以執(zhí)行，則還要在高層分解之前加入一層手工分解或由資源請(qǐng)求代理分解。域資源管理器和DKU的關(guān)系如圖2所示。

　　分解后的任務(wù)由域調(diào)度器調(diào)度到合適的DKU上去執(zhí)行。GMCD的任務(wù)映射分為三個(gè)層次。資源請(qǐng)求代理保留了每個(gè)域的功能自述副本。然后在域內(nèi)分解再由域調(diào)度器進(jìn)行二次映射，二次調(diào)度的目的是把分解后的子任務(wù)映射到合適的DKU上去；在DKU內(nèi)的調(diào)度是第三次映射，這次調(diào)度的目的是把解析子任務(wù)后得到的底層任務(wù)映射到合適的服務(wù)器上去。在第二次調(diào)度中，由于設(shè)計(jì)任務(wù)的特殊性，一組相似或相關(guān)任務(wù)通常會(huì)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)陸續(xù)到達(dá)。
    3 資源預(yù)留的引入
　　資源預(yù)留是網(wǎng)格系統(tǒng)中一個(gè)十分必要的機(jī)制，因?yàn)橘Y源預(yù)留可以保證任務(wù)在開(kāi)始執(zhí)行時(shí)獲得必要的資源，從而提高網(wǎng)格系統(tǒng)的QoS。

　　網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)任務(wù)執(zhí)行的框架分為三個(gè)層次：由底而上依次為資源層、資源管理控制層和應(yīng)用(用戶)層。資源層是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)體DKU或者其他必要的資源，接受資源管理控制層的管理。應(yīng)用層負(fù)責(zé)用戶任務(wù)的提交和結(jié)果的反饋。
　　網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)模型示意圖如圖3所示。

　  在圖3中，在設(shè)計(jì)應(yīng)用層和資源管理器之間省略了一個(gè)資源請(qǐng)求代理層。這是因?yàn)榧俣ㄈ蝿?wù)已經(jīng)由資源請(qǐng)求代理指定為由該域完成。當(dāng)調(diào)度系統(tǒng)有預(yù)留的需求時(shí)，就通過(guò)創(chuàng)建預(yù)留操作向資源預(yù)留請(qǐng)求處理模塊提出預(yù)留請(qǐng)求。

　　在該任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)模型中，任務(wù)執(zhí)行流程：用戶通過(guò)網(wǎng)格門戶Portal將任務(wù)提交給資源請(qǐng)求代理；資源請(qǐng)求代理將任務(wù)分配給可以執(zhí)行該任務(wù)的域，必要時(shí)可以先對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解；在域內(nèi)任務(wù)被分解并被調(diào)度到具體的資源上去執(zhí)行。任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果由資源逐層向上返回給用戶，任務(wù)執(zhí)行的狀態(tài)監(jiān)控由資源監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)。
　　在本文中，分析了網(wǎng)格任務(wù)調(diào)度模型，基于網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的特殊性，以GMCD為構(gòu)架，建立了網(wǎng)格協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境中的任務(wù)調(diào)度模型。