一種高效的負(fù)載平衡算法研究與設(shè)計(jì).pdf

1、分布式并行計(jì)算可以提供相對(duì)廉價(jià)且強(qiáng)大的處理能力，在研究和應(yīng)用領(lǐng)域都得到了廣泛的關(guān)注。負(fù)載平衡是影響分布式并行計(jì)算性能的重要因素之一，負(fù)載平衡策略的效率直接關(guān)系到分布式并行系統(tǒng)的執(zhí)行效果。
　　負(fù)載平衡作為提高分布式并行計(jì)算性能的關(guān)鍵技術(shù)，是一個(gè)NP問(wèn)題，因此分布式并行系統(tǒng)只能通過(guò)優(yōu)化得到近似解而不能獲得最優(yōu)的負(fù)載平衡。分布式并行系統(tǒng)具有的特點(diǎn)也進(jìn)一步增加了負(fù)載平衡難度:首先，分布式并行計(jì)算系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性和任務(wù)的異構(gòu)性增加了負(fù)載

2、平衡策略的難度;其次，網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性也對(duì)負(fù)載平衡策略提出了挑戰(zhàn);再次，分布式并行系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展要求負(fù)載平衡策略具有良好的可擴(kuò)展性;最后，負(fù)載平衡策略需要適應(yīng)分布式并行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性。這使得，目前對(duì)負(fù)載平衡的研究在任務(wù)調(diào)度模型、算法復(fù)雜程度、信息獲取、數(shù)據(jù)傳輸代價(jià)、調(diào)整策略等方面存在一些問(wèn)題。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了任務(wù)調(diào)度模型，并基于此模型提出一種簡(jiǎn)單高效的負(fù)載平衡算法。
　　(1)針對(duì)分布式并行環(huán)境的特

3、點(diǎn)設(shè)計(jì)了任務(wù)調(diào)度模型。首先，抽象出包含處理數(shù)據(jù)的任務(wù)和純計(jì)算任務(wù)的任務(wù)模型。其次，抽象出接近實(shí)際的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);基于歷史值的影響設(shè)計(jì)了考慮工作節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力動(dòng)態(tài)性和異構(gòu)性的處理機(jī)模型;提出標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)距離的概念，更好地處理網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化和計(jì)算通信開(kāi)銷(xiāo)，并基于此設(shè)計(jì)了包含局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的通信模型。最后，根據(jù)設(shè)計(jì)的模型給出任務(wù)組織形式、遷移方式以及本文負(fù)載平衡算法要解決的問(wèn)題。
　　(2)基于設(shè)計(jì)的任務(wù)調(diào)度模型提出一種高效的負(fù)載平衡算法。算法將

4、負(fù)載平衡分為Assignment和Redistribution兩個(gè)過(guò)程，針對(duì)兩個(gè)過(guò)程分別提出了簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確性較高的任務(wù)調(diào)度算法(SHAS:Simple and High Accuracy Scheduling Algorithm)和基于性能收益因子的動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)整算法(DLAPGF:Dynamic Load Adjustment Algorithm based onPerformance Gains Factor)。SHAS結(jié)合了按需和周期

5、性的信息收集方式，并采用捎帶信息的方式進(jìn)一步提高信息的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上充分考慮通信開(kāi)銷(xiāo)和數(shù)據(jù)傳輸代價(jià)，提出任務(wù)最終完成時(shí)間較準(zhǔn)確的計(jì)算方式，最后在提出的任務(wù)調(diào)度原則的指導(dǎo)下采用Min-Min算法對(duì)新任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。DLAPGF通過(guò)分析得出負(fù)載平衡目標(biāo)，然后基于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)距離確定伙伴節(jié)點(diǎn)，并采用改進(jìn)的交互信息反饋方式獲取伙伴節(jié)點(diǎn)的信息，最后根據(jù)工作節(jié)點(diǎn)的最終完成時(shí)間提出性能收益因子的概念，并在此概念的基礎(chǔ)上采用任務(wù)交換和任務(wù)遷移操作實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)