基于移動(dòng)Agent的網(wǎng)格計(jì)算管理模型研究

摘 要：基于當(dāng)前的移動(dòng)aget問題以及網(wǎng)格計(jì)算特點(diǎn)，在前人的理論基礎(chǔ)上，文中結(jié)合agent 技術(shù)和網(wǎng)格計(jì)算研究基于移動(dòng)agent的網(wǎng)格計(jì)算管理模型，運(yùn)用系統(tǒng)中各個(gè)元素進(jìn)行agent 建模。介紹移動(dòng)agent 技術(shù)，以及網(wǎng)格計(jì)算管理模型應(yīng)具備的特征，最后提出基于移動(dòng)Agent 的網(wǎng)格計(jì)算管理模型來解決網(wǎng)格中資源管理，作業(yè)調(diào)度，負(fù)載平衡的問題。仿真結(jié)果表明，基于agent 的網(wǎng)格計(jì)算管理模型仿真能夠細(xì)致地刻畫系統(tǒng)特性，降低系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的嚴(yán)格要求，同時(shí)也縮短時(shí)間延遲，提高服務(wù)響應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)Agent；網(wǎng)格計(jì)算; 資源管理；作業(yè)調(diào)度

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on Grid Computing Management Model Based on Mobile Agent

LIAO Mengyi，LIU Gaoyuan

(Pingdingshan University， Pingdingshan 467000，China)

Abstract:Based on the current problems of mobile agent and grid computing features， the paper combines agent technology and grid computing to research grid computing management model based on mobile agent， and we builds models. Introduce the technology of mobile agent and the character of the grid compute management model which should have ，in the end bring forward a model based mobile agent to solve the problem of resources management ，task schedule ，load balance in the grid computing. Simulation results show that the features of system can be depicted clearly by grid computing management model based on mobile agent. Also it shortens the time delay and improves the service response time.

Key words:mobile agent ;grid computing ;resources management; task schedule

1 前 言

網(wǎng)格是將不同地理位置的計(jì)算資源包括CPU、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)庫等，通過高速的互聯(lián)網(wǎng)組成充分共享的資源集成，從而提供一種高性能計(jì)算、資源管理及服務(wù)的能力。網(wǎng)格環(huán)境中具有數(shù)目巨大、地理上廣泛分布的資源，并且這些資源和服務(wù)在網(wǎng)格中是動(dòng)態(tài)的，可能會(huì)在不同的時(shí)間動(dòng)態(tài)地加入或離開不同的虛擬組織(VirtualOrganization，VO)。 為了能使網(wǎng)格用戶方便、高效地使用各種資源，必須解決網(wǎng)格環(huán)境下的資源管理問題，包括資源發(fā)現(xiàn)、資源分發(fā)、資源監(jiān)控和更新等各方面的問題。

本文結(jié)合移動(dòng)Agent 技術(shù)對(duì)網(wǎng)格資源管理模型進(jìn)行了分析和探討。

2 移動(dòng)Agent技術(shù)

移動(dòng)Agent是一可執(zhí)行的程序，能夠攜帶其代碼和狀態(tài)自主地從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，尋找合適的計(jì)算資源和信息資源， 完成。由于移動(dòng)Agent 具有移動(dòng)性和智能性的特點(diǎn)，所以移動(dòng)Agent 特別適合網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)性和異構(gòu)性的特征，我們在網(wǎng)格資源管理和調(diào)度方面引入移動(dòng)Agent 技術(shù)，可以很好的進(jìn)行資源的發(fā)布、資源發(fā)現(xiàn)、資源的分發(fā)和資源的調(diào)度^［1］。將移動(dòng)Agent 技術(shù)引入網(wǎng)格資源管理系統(tǒng)有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):

1）減少了各資源調(diào)度中心通信量。移動(dòng)Agent 的本質(zhì)是將計(jì)算移動(dòng)到數(shù)據(jù)端，直接在數(shù)據(jù)端進(jìn)行本地處理，只返回最終結(jié)果，從而避免了大量中間數(shù)據(jù)在通信兩端的傳輸，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)帶寬。移動(dòng)Agent 一次也可攜帶多個(gè)服務(wù)請求移動(dòng)到服務(wù)器進(jìn)行本地調(diào)用，避免了多次遠(yuǎn)程調(diào)用，從而節(jié)省了每次遠(yuǎn)程調(diào)用的網(wǎng)絡(luò)延遲。

2）提高了任務(wù)的并行求解能力。移動(dòng)Agent 不需統(tǒng)一調(diào)度用戶創(chuàng)建的Agent 可以異步地在不同節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，任務(wù)完成后將結(jié)果傳送用戶。 為完成某項(xiàng)任務(wù)，用戶可創(chuàng)建多個(gè)Agent 同時(shí)在一個(gè)或若干個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，形成并行求解。

3）更好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)性。移動(dòng)Agent 支持離線計(jì)算，它可以很好地支持移動(dòng)計(jì)算地分布式應(yīng)用. 并且移動(dòng)Agent 具有動(dòng)態(tài)適應(yīng)性，能與環(huán)境交互，感知環(huán)境變化，并快速、自主地做出反應(yīng)^［2］。

3 網(wǎng)格計(jì)算模型特征

“網(wǎng)格計(jì)算”就是把網(wǎng)絡(luò)連接的各種自治資源和系統(tǒng)組合起來，以實(shí)現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作和聯(lián)合計(jì)算，為用戶提供基于網(wǎng)格的各類綜合性服務(wù)。網(wǎng)格概念的根本特征是它能在動(dòng)態(tài)的、多機(jī)構(gòu)組成的VO環(huán)境下進(jìn)行有組織的資源共享和問題解決^［3］。

網(wǎng)格計(jì)算是以信息處理為核心的技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的物理特征和體系結(jié)構(gòu)特征，其應(yīng)用層模型應(yīng)具有以下特征:

1) 作業(yè)分級(jí):為有效處理網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中的任務(wù)，體現(xiàn)各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，網(wǎng)格計(jì)算模型;應(yīng)按照高等級(jí)的作業(yè)優(yōu)先處理的原則。

2) 高可靠性:模型應(yīng)能夠保證在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中的各個(gè)模塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性通信并能動(dòng)態(tài)，高效的獲得任務(wù)所需要的資源。

3) 可交互性:各模塊之間的可以進(jìn)行智能交互，互換各自的信息以及時(shí)了解各自的資源信息和作業(yè)處理量，并以此來動(dòng)態(tài)決定和修改自己的管理決策，協(xié)調(diào)之間的沖突。

4 基于移動(dòng)agent的網(wǎng)格計(jì)算管理模型

研究

4.1 網(wǎng)格計(jì)算管理模型構(gòu)建

網(wǎng)格致力于實(shí)現(xiàn)資源的共享，所以，對(duì)資源的組織、調(diào)度是網(wǎng)格的核心內(nèi)容. 在網(wǎng)格研究的代表項(xiàng)目Globus開發(fā)的工具集globus tookis 2.2 中，資源的組織、調(diào)度主要由兩個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn):MDS，GRAM。分散的網(wǎng)格資源通過MDS 進(jìn)行了有效的聚合，并提供了一定程度的優(yōu)化調(diào)度功能，MDS 信息與資源狀態(tài)的同步由GRAM 來保證，此外，GRAM還可以對(duì)資源負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控. 利用網(wǎng)格提供的資源組織、調(diào)度信息將會(huì)大大方便進(jìn)程遷移中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的選取。網(wǎng)絡(luò)資源管理模型中一個(gè)重要的問題是資源負(fù)載平衡，資源負(fù)載平衡是實(shí)現(xiàn)資源有效共享、提高系統(tǒng)資源使用率的必然要求. 移動(dòng)代理能實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡和高容錯(cuò)性，與負(fù)載平衡相比具有以下優(yōu)點(diǎn). 負(fù)載平衡系統(tǒng)允許作業(yè)或進(jìn)程在網(wǎng)絡(luò)上的重新定位或遷移，但這種移動(dòng)是由OS 或相關(guān)的負(fù)載平衡應(yīng)用程序決定的，被遷移的作業(yè)或進(jìn)程根本無法知道，是完全被動(dòng)的，即負(fù)載平衡系統(tǒng)要求遷移的透明性. 移動(dòng)Agent 的移動(dòng)性與此正好相反，移動(dòng)Agent 的移動(dòng)是主動(dòng)的，是該Agent 顯示請求的結(jié)果，這是由Agent 的自治特性決定的. 移動(dòng)Agent 移動(dòng)的主動(dòng)性要求實(shí)現(xiàn)移動(dòng)Agent 的語言具有移動(dòng)語義，即要求移動(dòng)Agent 代碼中含有帶函數(shù)功能調(diào)用的函數(shù)或語句，因此利用移動(dòng)Agent 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)的負(fù)載平衡。

基于移動(dòng)代理的優(yōu)點(diǎn)，建立基于移動(dòng)Agent網(wǎng)格計(jì)算管理模型，模型示意圖見圖1。

圖1 基于移動(dòng)Agent網(wǎng)格計(jì)算管理模型

系統(tǒng)分為5層：資源層、資源Agent 層、協(xié)商層、作業(yè)代理層和用戶層。

資源層包含網(wǎng)格系統(tǒng)中的各種異構(gòu)資源. 資源Agent 層包含兩類Agent ，一類是資源Agent：一個(gè)資源Agent 可以管理一個(gè)或多個(gè)同類資源，并負(fù)責(zé)調(diào)度這些資源。另一類是資源提供協(xié)商Agent：此類Agent 是由資源Agent 創(chuàng)建的，用來代表資源提供者進(jìn)行價(jià)格協(xié)商^［4］。協(xié)商層主要是給資源的請求者和提供者提供一個(gè)協(xié)商的平臺(tái)，并提供相應(yīng)的服務(wù)，并于請求記憶庫進(jìn)行聯(lián)系，如果原來已經(jīng)有過同樣的資源請求則可以直接聯(lián)系資源提供商Agent請求資源。作業(yè)代理層負(fù)責(zé)接收終端用戶提交的任務(wù)并建立作業(yè)Agent ， 作業(yè)Agent 又為資源需求創(chuàng)建資源請求協(xié)商Agent。 用戶層包含人類終端用戶或其他軟件應(yīng)用。

4.2 系統(tǒng)流程分析

作業(yè)Agent收到一個(gè)作業(yè)請求，就建立一個(gè)作業(yè)Agent，將負(fù)責(zé)查詢資源請求協(xié)商Agent 以發(fā)現(xiàn)可用的資源，并與其建立聯(lián)系。 進(jìn)行協(xié)商以形成協(xié)作聯(lián)盟，共同完成作業(yè)。當(dāng)作業(yè)已完成，結(jié)果發(fā)送給終端用戶后，作業(yè)Agent 將被解散. 作業(yè)Agent必須能夠表達(dá)其資源需求，并通過協(xié)商獲得系統(tǒng)資源。

5 結(jié)果仿真與分析

運(yùn)用美國Santa Fe研究所的Swarm平臺(tái)試驗(yàn)仿真網(wǎng)格服務(wù)管理^［5］。在該移動(dòng)Agent仿真模型中，采用JAVA語言編程調(diào)用Swarm中的類庫進(jìn)行仿真。聚集類中不同角色的Agent對(duì)應(yīng)于Swarm仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中的一系列不同Agent之間的信息流交互對(duì)應(yīng)于Swarm試驗(yàn)系統(tǒng)中不同Agent之間通信及消息傳遞，移動(dòng)Agent模型中合同網(wǎng)協(xié)已的任務(wù)分派、角色分派和承諾的兌現(xiàn)對(duì)應(yīng)于Swarm試驗(yàn)系統(tǒng)中離散事件仿真和時(shí)間調(diào)度所觸發(fā)的Agent行為。

本仿真設(shè)計(jì)針對(duì)一次網(wǎng)格服務(wù)進(jìn)行。聚集體Agent的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及模型借鑒美國Sandia實(shí)驗(yàn)室研制的經(jīng)濟(jì)微觀模擬模型-ASPEN模型，由資源Agent，源提供協(xié)商Agent，作業(yè)Agent，資源請求協(xié)商Agent等組成。系統(tǒng)仿真年數(shù)10年，刷新頻率為1，即每個(gè)仿真周期后刷新一次。啟動(dòng)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行后，各個(gè)A gent按照事先設(shè)定好的行為時(shí)間表，即每個(gè)動(dòng)作和交互，通過計(jì)算機(jī)觀察窗口，觀察交易聚集的變化情況。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

6 結(jié) 論

把移動(dòng)代理技術(shù)引入網(wǎng)格計(jì)算資源管理，能構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性的資源環(huán)境. 移動(dòng)Agent 的優(yōu)勢表現(xiàn)為:其能較大地減輕網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量. 通過將服務(wù)請求Agent 移動(dòng)到目標(biāo)主機(jī)，使得agent 直接訪問該主機(jī)上的資源，與源主機(jī)有較少的交互，從而避免了大量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳送，降低了系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的嚴(yán)格要求，同時(shí)也縮短了時(shí)間延遲，提高了服務(wù)響應(yīng)速度. 并且能以異步的方式自主地運(yùn)行.我們可以將要完成的任務(wù)植入到移動(dòng)agent 中。

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