计算网格资源分配方法详解

### 计算网格资源分配方法详解 #### 1. 相关工作 在不同的应用环境中，研究人员为网格资源管理开发了不同的经济模型： - **Spawn**：这是一个基于分布式计算的调度系统，采用了维克里拍卖（Vickrey Auction）方法。多个作业会竞争计算机的处理器时间，作业可以根据用户的偏好采用不同的竞争策略来实现。 - **Popcorn**：这是一个基于Web浏览器的系统，用Java语言实现。用户将分布式应用划分为任务组，根据计算值确定每个任务的价格，然后进入市场寻找资源卖家，资源所有者出售自己计算机的CPU时间并执行用户任务。 - **Jaws**：与Popcorn类似，也基于Web浏览器。在Jaws系统中，买家和卖家向匹配器提交订单，一旦买家的订单与卖家的订单在匹配器中匹配成功，交易就会达成，并且订单可以随时更新。 这三个系统都使用经济机制来解决资源分配问题，但它们更强调负载均衡，在服务质量方面有所弱化，而且由于系统结构固定，扩展和开放能力也不太好。 另外，Nimrod/G网格资源调度器可用于计算网格的管理和调度，该系统应用商品市场模型来管理和分配资源，是一种由用户定义的截止日期和预算约束驱动的应用级调度策略。不过，目前对于Nimrod/G以及相关参考文献在拍卖机制的效率、策略和效用方面还没有相关研究。 #### 2. 基于网格服务市场的资源分配框架 在这个框架中，计算网格被视为一个由多个网格服务市场（GSM）组成的经济系统。在GSM中，服务被视为有价值的经济商品，网格资源的所有者被称为网格服务提供商（GSP），网格资源的消费者被称为网格用户，两者都被视为独立的经济个体。 GSP和网格用户在进入或退出网格服务市场时，都必须通过信息服务代理（ISA）进行注册。在网格服务市场中，网格用户通过应用服务器代理（ASB）提交任务和自己的QoS（服务质量）要求描述，ASB会根据服务类别对任务进行分类，然后在ISA上注册并发布服务和QoS要求。网格用户在ISA中也可以获取本地服务资源的有用信息，这里的本地资源指的是与网格用户处于同一GSM中的服务资源。如果网格用户想获取其他GSM的服务资源信息，则必须通过本地ISA与其他ISA通信来获取服务资源列表。 网格服务提供商通过资源服务代理（RSA）在ISA上注册，注册信息包括服务资源的名称、位置和硬件配置。在多网格服务市场中，一般来说，一个服务资源只属于一个市场，并且只在相应GSM的ISA上注册。如果一个服务资源同时属于多个GSM，则应分别在这些GSM的ISA上注册。 下面是该框架的主要流程： ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px; classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px; A([网格用户]):::startend -->|提交任务和QoS要求| B(ASB):::process B -->|分类并注册| C(ISA):::process D([网格服务提供商]):::startend -->|注册| E(RSA):::process E -->|注册信息| C C -->|提供信息| A ``` #### 3. 拍卖模型及效用分析 ##### 3.1 拍卖概述 拍卖是一种简单易定义的经济环境。一方面，拍卖模型只需要少量的价格信息；另一方面，它易于操作和实现，能够在很短的时间内实现资源的合理分配，从而在系统中达到最佳或首选的解决方案。一次拍卖实际上是一种明显的市场原则，它基于投标人的出价来决定服务资源的价格和分配。评估拍卖模型有三个要素：效用、策略和效率。 - **效用**：应保证整个系统的最大效用，即网格服务提供商（卖方）和网格用户（买方）的最大效用都能实现。 - **策略**：应达到最优或首选策略，并尽可能降低网格中独立经济个体的理性要求。 - **效率**：拍卖过程中的时间复杂度应尽可能简单，或者拍卖轮数应尽可能少。 ##### 3.2 密封投标拍卖 这里所说的是反向拍卖，即由网格用户发起的拍卖，是服务提供商之间的博弈。网格用户作为买家，提交服务申请和QoS要求，服务提供商作为卖家，根据QoS要求对服务需求进行投标，出价最低者赢得工作。在这个模型中有三个关键参与者：卖方、拍卖师和买方，网格用户可以详细描述他们的QoS要求，这是一个以用户为中心的模型。 在反向密封投标拍卖中，每个卖家根据买家的要求密封投标文件，所有投标文件应由拍卖师同时打开，出价最低的卖家获胜。如果有多个投标人出价相同且都是最低价格，拍卖师将随机选择其中一个作为获胜者。 ###### 3.2.1 拍卖原则 为了提高拍卖效率，选择单轮密封拍卖，它可以在短时间内合理分配资源。在这个模型中，信息服务代理（ISA）是拍卖师，ASB会提前在ISA中设置一个保留价格（用户的预算），如果中标价格高于保留价格，拍卖将中止。具体步骤如下： 1. 网格用户向ASB提交带有QoS的任务申请。 2. ASB根据服务类别对任务进行分类，然后在ISA中注册，发布服务要求，如任务长度、截止日期、预算等，接着进行拍卖。 3. 每个RSA密封其投标文件。 4. 同时打开投标文件，出价最低的投标人获胜（拍卖投标成功），交易按投标价格执行。如果有多个投标人出价相同且都是最低价格，ISA将通过抽签选择获胜者；如果最低投标价格高于买家的预算，ISA将终止拍卖投标（投标失败）。 5. 如果投标未被ISA终止，则进入后续步骤，中标RSA接受任务并执行任务。 6. 获胜的RSA将结果返回给ASB。 7. ASB根据交易成功的投标价格向RSA付款。 下面是密封投标拍卖流程的表格展示： |步骤|操作| |----|----| |1|网格用户向ASB提交带有QoS的任务申请| |2|ASB分类、注册并发布服务要求后进行拍卖| |3|RSA密封投标文件| |4|同时打开投标文件，确定获胜者或终止投标|