基于移动Agent的网格计算管理模型研究

摘 要：基于当前的移动aget问题以及网格计算特点，在前人的理论基础上,文中结合agent 技术和网格计算研究基于移动agent的网格计算管理模型，运用系统中各个元素进行agent 建模。介绍移动agent 技术，以及网格计算管理模型应具备的特征，最后提出基于移动Agent 的网格计算管理模型来解决网格中资源管理，作业调度，负载平衡的问题。仿真结果表明,基于agent 的网格计算管理模型仿真能够细致地刻画系统特性，降低系统对网络带宽的严格要求，同时也缩短时间延迟，提高服务响应速度。

关键词：移动Agent；网格计算; 资源管理；作业调度

中图分类号：TP393文献标识码：A

Research on Grid Computing Management Model Based on Mobile Agent

LIAO Mengyi，LIU Gaoyuan

(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

网格是将不同地理位置的计算资源包括CPU、存储器、数据库等,通过高速的互联网组成充分共享的资源集成,从而提供一种高性能计算、资源管理及服务的能力。网格环境中具有数目巨大、地理上广泛分布的资源,并且这些资源和服务在网格中是动态的,可能会在不同的时间动态地加入或离开不同的虚拟组织(VirtualOrganization,VO)。 为了能使网格用户方便、高效地使用各种资源,必须解决网格环境下的资源管理问题,包括资源发现、资源分发、资源监控和更新等各方面的问题。

本文结合移动Agent 技术对网格资源管理模型进行了分析和探讨。

2 移动Agent技术

移动Agent是一可执行的程序,能够携带其代码和状态自主地从网络中的一个节点移动到另一个节点,寻找合适的计算资源和信息资源, 完成。由于移动Agent 具有移动性和智能性的特点,所以移动Agent 特别适合网格的动态性和异构性的特征,我们在网格资源管理和调度方面引入移动Agent 技术,可以很好的进行资源的、资源发现、资源的分发和资源的调度［1］。将移动Agent 技术引入网格资源管理系统有以下几个方面的优点:

1）减少了各资源调度中心通信量。移动Agent 的本质是将计算移动到数据端,直接在数据端进行本地处理,只返回最终结果,从而避免了大量中间数据在通信两端的传输,节约了网络带宽。移动Agent 一次也可携带多个服务请求移动到服务器进行本地调用,避免了多次远程调用,从而节省了每次远程调用的网络延迟。

2）提高了任务的并行求解能力。移动Agent 不需统一调度用户创建的Agent 可以异步地在不同节点上运行,任务完成后将结果传送用户。 为完成某项任务,用户可创建多个Agent 同时在一个或若干个节点上运行,形成并行求解。

3）更好的适应网络资源的动态性。移动Agent 支持离线计算,它可以很好地支持移动计算地分布式应用. 并且移动Agent 具有动态适应性,能与环境交互,感知环境变化,并快速、自主地做出反应［2］。

3 网格计算模型特征

“网格计算”就是把网络连接的各种自治资源和系统组合起来,以实现资源共享、协同工作和联合计算,为用户提供基于网格的各类综合。网格概念的根本特征是它能在动态的、多机构组成的VO环境下进行有组织的资源共享和问题解决［3］。

网格计算是以信息处理为核心的技术,根据网格计算环境的物理特征和体系结构特征,其应用层模型应具有以下特征:

1) 作业分级:为有效处理网格计算环境中的任务,体现各任务的优先级,网格计算模型;应按照高等级的作业优先处理的原则。

2) 高可靠性:模型应能够保证在网格计算环境中的各个模块之间能够实现高可靠性通信并能动态,高效的获得任务所需要的资源。

3) 可交互性:各模块之间的可以进行智能交互,互换各自的信息以及时了解各自的资源信息和作业处理量,并以此来动态决定和修改自己的管理决策,协调之间的冲突。

4 基于移动agent的网格计算管理模型

研究

4.1 网格计算管理模型构建

网格致力于实现资源的共享,所以,对资源的组织、调度是网格的核心内容. 在网格研究的代表项目Globus开发的工具集globus tookis 2.2 中,资源的组织、调度主要由两个功能模块实现:MDS,GRAM。分散的网格资源通过MDS 进行了有效的聚合,并提供了一定程度的优化调度功能,MDS 信息与资源状态的同步由GRAM 来保证,此外,GRAM还可以对资源负载状态进行监控. 利用网格提供的资源组织、调度信息将会大大方便进程迁移中目标节点的选取。网络资源管理模型中一个重要的问题是资源负载平衡,资源负载平衡是实现资源有效共享、提高系统资源使用率的必然要求. 移动能实现负载平衡和高容错性,与负载平衡相比具有以下优点. 负载平衡系统允许作业或进程在网络上的重新定位或迁移,但这种移动是由OS 或相关的负载平衡应用程序决定的,被迁移的作业或进程根本无法知道,是完全被动的,即负载平衡系统要求迁移的透明性. 移动Agent 的移动性与此正好相反,移动Agent 的移动是主动的,是该Agent 显示请求的结果,这是由Agent 的自治特性决定的. 移动Agent 移动的主动性要求实现移动Agent 的语言具有移动语义,即要求移动Agent 代码中含有带函数功能调用的函数或语句,因此利用移动Agent 技术可以实现分布式系统的负载平衡。

基于移动的优点,建立基于移动Agent网格计算管理模型,模型示意图见图1。

图1 基于移动Agent网格计算管理模型

系统分为5层：资源层、资源Agent 层、协商层、作业层和用户层。

资源层包含网格系统中的各种异构资源. 资源Agent 层包含两类Agent ,一类是资源Agent：一个资源Agent 可以管理一个或多个同类资源,并负责调度这些资源。另一类是资源提供协商Agent：此类Agent 是由资源Agent 创建的,用来代表资源提供者进行价格协商［4］。协商层主要是给资源的请求者和提供者提供一个协商的平台,并提供相应的服务,并于请求记忆库进行联系,如果原来已经有过同样的资源请求则可以直接联系资源提供商Agent请求资源。作业层负责接收终端用户提交的任务并建立作业Agent , 作业Agent 又为资源需求创建资源请求协商Agent。 用户层包含人类终端用户或其他软件应用。

4.2 系统流程分析

作业Agent收到一个作业请求，就建立一个作业Agent，将负责查询资源请求协商Agent 以发现可用的资源,并与其建立联系。 进行协商以形成协作联盟,共同完成作业。当作业已完成,结果发送给终端用户后,作业Agent 将被解散. 作业Agent必须能够表达其资源需求,并通过协商获得系统资源。

5 结果仿真与分析

运用美国Santa Fe研究所的Swarm平台试验仿真网格服务管理［5］。在该移动Agent仿真模型中，采用JAVA语言编程调用Swarm中的类库进行仿真。聚集类中不同角色的Agent对应于Swarm仿真试验系统中的一系列不同Agent之间的信息流交互对应于Swarm试验系统中不同Agent之间通信及消息传递，移动Agent模型中合同网协已的任务分派、角色分派和承诺的兑现对应于Swarm试验系统中离散事件仿真和时间调度所触发的Agent行为。

本仿真设计针对一次网格服务进行。聚集体Agent的内部结构及模型借鉴美国Sandia实验室研制的经济微观模拟模型-ASPEN模型，由资源Agent，源提供协商Agent，作业Agent，资源请求协商Agent等组成。系统仿真年数10年，刷新频率为1，即每个仿真周期后刷新一次。启动仿真试验系统运行后，各个A gent按照事先设定好的行为时间表，即每个动作和交互，通过计算机观察窗口，观察交易聚集的变化情况。试验结果如图2所示。

6 结 论

把移动技术引入网格计算资源管理,能构建一个动态自适应性的资源环境. 移动Agent 的优势表现为:其能较大地减轻网络上的数据流量. 通过将服务请求Agent 移动到目标主机,使得agent 直接访问该主机上的资源,与源主机有较少的交互,从而避免了大量数据的网络传送,降低了系统对网络带宽的严格要求,同时也缩短了时间延迟,提高了服务响应速度. 并且能以异步的方式自主地运行.我们可以将要完成的任务植入到移动agent 中。

参考文献

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