生物信息學網(wǎng)格環(huán)境下任務調(diào)度關鍵技術研究.pdf

1、隨著后基因組時代的到來，爆炸式增長的生物數(shù)據(jù)對計算資源的性能提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，作為應對挑戰(zhàn)的生力軍，網(wǎng)格技術得到了空前的重視，專門用來處理生物數(shù)據(jù)的生物信息學網(wǎng)格也隨之誕生。除傳統(tǒng)網(wǎng)格所面臨的技術挑戰(zhàn)外，由于生物數(shù)據(jù)所特有的數(shù)據(jù)量大、彼此間不相關或弱相關、任務粒度大以及需要多方協(xié)作等特性，生物信息學網(wǎng)格對資源管理、任務調(diào)度、負載均衡等技術和方法提出了特殊需求，需要根據(jù)生物信息學應用的特點對其進行必要的改進，使底層資源與高層應用有機結合，

2、從而有效提高資源利用率和任務執(zhí)行效率，簡化生物學研究人員使用網(wǎng)格平臺的復雜程度，使生物信息學網(wǎng)格作為生物學研究的重要基礎設施最大限度地發(fā)揮其服務潛力。
　　 在對網(wǎng)格資源管理模式詳細分析的基礎上，提出雙層資源定義機制，綜合考察系統(tǒng)底層物理資源特性和高層應用的邏輯關聯(lián)，使網(wǎng)格平臺在進行任務調(diào)度、負載均衡以及服務流的動態(tài)組織等關鍵操作時能夠兼顧到物理和應用兩方面的特征，做到服務與任務的最佳匹配，有效避免了縱向資源定義機制可能帶來的拓

3、撲失配問題。
　　 基于雙層橫向資源定義的思想，分別給出了適合生物信息學網(wǎng)格任務調(diào)度、負載均衡以及服務流動態(tài)組合調(diào)度的新策略。
　　 復雜生物學應用通常由多個子任務根據(jù)特定應用邏輯共同協(xié)作完成，基于相關服務組合優(yōu)化的思想，給出了基于邏輯組合劃分的兩級服務調(diào)度策略SP2SP。根據(jù)復雜應用各子任務之間的邏輯關系確定符合其需求的服務集并定義為服務的邏輯分組，首先實現(xiàn)復雜應用和服務邏輯分組之間的一級優(yōu)化匹配，進而在服務的邏輯分組

4、內(nèi)部，實現(xiàn)基于QoS和加權隊列的二級匹配。SP2SP 有效降低了調(diào)度器與信息服務的交互次數(shù)，實現(xiàn)了資源預留，同時兼顧到任務的優(yōu)先級，提高了網(wǎng)格任務的執(zhí)行效率，保證了多任務之間對資源競爭使用的公平性。
　　 網(wǎng)格負載均衡是保證網(wǎng)格系統(tǒng)整體性能不可或缺的功能模塊。針對生物信息學網(wǎng)格負載均衡過程中，任務的動態(tài)遷移可能引起大數(shù)據(jù)遷移現(xiàn)象，提出基于最小代價最大流信道M 2 C的負載均衡策略M 2 ON。M 2 ON 通過語義覆蓋網(wǎng)搜索計算

5、性能符合需求的網(wǎng)格節(jié)點，通過M 2 C 考察源節(jié)點與可能的目標節(jié)點之間的通信狀態(tài)，最后通過雙線性插值函數(shù)DLI 將其融合成綜合影響因子IIF作為最終目標節(jié)點的選擇依據(jù)。M 2 ON 避免了傳統(tǒng)單覆蓋網(wǎng)模型可能引起的拓撲失配問題，降低了任務或數(shù)據(jù)傳輸開銷在整個任務完成時間中的比例，從而提高了網(wǎng)格任務的執(zhí)行效率。
　　 為了降低使用網(wǎng)格平臺的復雜程度，互相協(xié)作的多個網(wǎng)格服務可以根據(jù)特定的應用邏輯自動組織成特定的服務流，在服務流程確定

6、后，由于任務粒度較大且不均勻，可能引起資源負載不均衡，進而影響資源總體利用率。針對生物數(shù)據(jù)之間不相關或弱相關特性，給出了基于任務粒度分解的多級流水線服務調(diào)度策略MP-GridWF。
　　 結合副本創(chuàng)建機制，進而給出基于多級流水和多粒度副本創(chuàng)建的服務調(diào)度策略MP&MR-GridWF。MP-GridWF與MP&MR-GridWF相繼提高了需要多個服務串行協(xié)作的網(wǎng)格任務的執(zhí)行效率。
　　 結合上述研究內(nèi)容和方法，基于中國教育科