陳 陽，孫紅霞，汪千松

(1.安徽工程大學現(xiàn)代教育技術中心，安徽蕪湖241000;2.安徽師范大學化學與材料學院，安徽蕪湖241000)

基于市場經濟模型的網(wǎng)格資源管理策略

陳 陽1，孫紅霞2，汪千松1

(1.安徽工程大學現(xiàn)代教育技術中心，安徽蕪湖241000;2.安徽師范大學化學與材料學院，安徽蕪湖241000)

網(wǎng)格資源;市場經濟;模型;策略;

網(wǎng)格是構筑在互聯(lián)網(wǎng)基礎之上的新技術，它通過整合分布在各地的計算、存儲和信息資源，為用戶提供廣泛的資源共享。然而，網(wǎng)格環(huán)境下的資源管理和調度仍然是令人棘手的問題，引入一種基于市場的經濟模型來解決網(wǎng)格資源的管理和調度問題，發(fā)揮市場在網(wǎng)格資源配置中的作用，提高資源的利用效益。

F 723

A

網(wǎng)格技術已成為當前計算機研究的熱點和前沿領域，它代表了繼Internet和Web之后的第三次技術浪潮。網(wǎng)格是由電力網(wǎng)的概念發(fā)展而來的，其目標是使用網(wǎng)絡服務時，能像用電一樣，方便、快捷地向用戶提供所需的軟硬件資源服務。

網(wǎng)格起源于人們對資源的更深層次的共享需求，在異構、動態(tài)、分布的環(huán)境下，實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源等軟硬件資源的有效聚合和全面共享。如何在這種資源動態(tài)變化的網(wǎng)格環(huán)境中正確、合理地管理和調度資源成為一個亟待解決的問題。

一經濟學的引入

網(wǎng)格和經濟社會具有很強的相似性，網(wǎng)格的目的是整合各種資源提供高效的計算能力，經濟社會的目標則是優(yōu)化配置社會資源，創(chuàng)造更多財富;網(wǎng)格要解決異構系統(tǒng)資源的共享，經濟社會要實現(xiàn)商品的交換;網(wǎng)格資源是動態(tài)變化的，市場中交易的商品也是隨時變化的;網(wǎng)格資源調度要解決負載均衡，經濟活動要保持供求平衡并兼顧公平;網(wǎng)格資源是自治的，要解決本地管理策略和全局管理策略的矛盾，經濟活動的主體是自私的，要協(xié)調個人利益和社會利益的沖突。

從某種意義上來說，網(wǎng)格也可以看作是社會，網(wǎng)格系統(tǒng)中面臨的問題，在經濟社會中也同樣存在。市場機制作為解決社會資源配置的重要手段，己被實踐證明是非常成功的。因此，在網(wǎng)格資源管理中引入市場機制，具有很強的現(xiàn)實意義。

二網(wǎng)格服務市場組織結構

網(wǎng)格服務市場，類似于現(xiàn)實中的商品市場，存在三個主要角色:網(wǎng)格服務提供者 (Grid Service Provider，GSP)、網(wǎng)格資源消費者 (Grid Resource Consumer，GRC)、網(wǎng)格資源代理 (Grid Resource Broker，GRB)，它們在網(wǎng)格服務市場之間的關系可由圖1表示。

圖1 網(wǎng)格服務市場角色關系

當網(wǎng)格資源提供者GSP有可出售的資源信息時，首先下載資源代理，由資源代理在市場中負責商品資源的信息注冊，以及維護信息的不斷更新。而當資源消費者GRC有資源需求時，和資源提供者一樣，首先下載應用代理，由應用代理在市場中尋找合適的可使用資源。在網(wǎng)格環(huán)境中，資源代理和應用代理不存在固定的連接關系，只是需要時它們才在網(wǎng)格服務市場臨時建立聯(lián)系，實現(xiàn)資源的交易。

三基于市場經濟的網(wǎng)格資源調度

1 調度模型

GRACE(Grid Architecture for Computational Economy，計算經濟網(wǎng)格體系結構)是一個比較成熟的基于分布式、可計算的經濟學體系結構模型。

圖2 網(wǎng)格服務市場角色關系

在GRACE模型中，網(wǎng)格資源代理GRB負責資源的發(fā)現(xiàn)、選擇以及綁定等關鍵任務，其中作業(yè)控制代理接受網(wǎng)格用戶的請求并使之規(guī)范化;網(wǎng)格瀏覽器和調度引擎分別負責資源的發(fā)現(xiàn)和選擇;交易服務器負責與每個網(wǎng)格資源提供者GSP協(xié)商資源價格;部署代理根據(jù)調度結果將任務和資源進行綁定。網(wǎng)格中間件部分是由Globus提供的認證、注冊、QoS等服務。網(wǎng)格資源服務提供者通過運行軟件系統(tǒng)建立一個網(wǎng)格接口，并在網(wǎng)格市場目錄 (Grid Market Directory，GMD)進行服務注冊、發(fā)布資源的價格，同時提供網(wǎng)格交易服務 (Grid Trading Service，GTS)，以使資源的交易能夠順利進行，并在GRB的指導下執(zhí)行消費者的請求。在資源交易期間，GRB與GSP的交互通過網(wǎng)格市場目錄GMD作為中間媒介，它們使用商品市場模型和交互協(xié)議來進行資源交易。

2 調度策略

資源消費者GRC和資源提供者GSP作為網(wǎng)格環(huán)境中的兩個重要角色，它們各自都有對資源調度的要求和策略。

1)資源消費者的基本思想是:在其需要的時間限制內，希望能用最少的資源使用費用來解決它提出的問題。

2)資源提供者的基本思想是:為了吸引顧客 (資源消費者)，它們將提供具有競爭性服務入口，從而使它擁有的資源得到最大程度的使用。

在基于市場經濟的網(wǎng)格中，用戶使用QoS(Quality of Service，服務質量)要求 (最后期限和計算預算限制)來選擇資源，而由于網(wǎng)格環(huán)境中的資源具有分布、異構、共享特性，并且被不同的組織根據(jù)不同的策略和計費機制擁有，所以很難用傳統(tǒng)的調度算法來滿足用戶QoS要求。同時，由于調度算法需要適應變化的負載和網(wǎng)格中資源的可利用環(huán)境來完成一個執(zhí)行，同時符合最后期限和預算限制，于是Nimrod－G提出了兩種適應算法用于最后期限和預算限制調度:

A．時間優(yōu)先策略:在成本預算和截至時間內完成調度任務，其核心的算法描述如下:

1)對每個資源，為一個指定的任務計算下一次完成的時間，同時考慮之前被指定的任務和任務消費速率。

2)按下一次完成時間對資源進行分類。

3)分配一個任務給首位資源，每個工作使用首位資源的價格要少于或者等于剩余的預算資源。

4)重復上面的步驟，直到所有任務被分配。

B.成本優(yōu)先策略:在預算時限內以最少的成本完成調度任務。其核心的算法描述如下:

1)對所需要的資源以價格的高低進行排序。

2)在保證用戶要求時間內，在列表資源中選擇最便宜的資源。

表1 兩種調度算法比較

以上調度策略從不同角度滿足了用戶要求，是基于應用級QoS的調度算法。完成時間優(yōu)先調度策略在用戶定義的任務最低完成時間和費用的限制條件下，任務完成時間最短;成本優(yōu)先調度策略在用戶定義的任務最低完成時間和費用的限制條件下，盡可能用最經濟的調度策略完成任務。

用戶可以根據(jù)自身的情況選擇適當?shù)恼{度策略。如果資源消費者對取得結果的時間沒有要求，那么他可以選擇運算性能差但最便宜的資源，這樣他們以最低的成本完成他們的任務。同樣，如果用戶需要盡快的完成任務，那么他必須付出較高的成本以使用計算性能好的資源。

四建立市場經濟模型的網(wǎng)格資源管理的優(yōu)點

1)市場機制能夠激勵資源共享。目前的網(wǎng)格系統(tǒng)大多為一些學術研究而開發(fā)的，它們往往強調的是資源的共享與協(xié)同工作，很少考慮到資源的價格因素。但在實際應用中，大量的資源并不是無償使用的，通過引入市場機制對資源進行有償使用，吸引更多資源加入網(wǎng)格，有利于建立大規(guī)模的網(wǎng)格系統(tǒng)。這種商業(yè)驅動力是網(wǎng)格系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

2)市場模型能夠適應資源的異構性和動態(tài)性。網(wǎng)格是一個自治的、異構的、動態(tài)的分布式系統(tǒng)，通過引入市場機制，把每個資源擁有者和使用者都看作是經濟社會的自然人，由價格機制來反映資源供需情況的動態(tài)變化，通過供需變化實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

3)市場模型能夠適應網(wǎng)格的廣域分布性。市場機制中沒有集中的管理決策機構，市場中的每個參與者可以根據(jù)自身偏好自主決策，通過市場機制獲取所需的資源。這種分散的、以用戶為中心的資源分配方式特別適合網(wǎng)格環(huán)境。

4)市場模型能夠適應資源的自治性。市場模型承認各方主體都有自身的利益，并支持各方追求自身利益。在市場這只"看不見的手"的作用下，每個自私的個體追求自身利益最大化的行為，在客觀上會使得整個網(wǎng)格資源匹配趨于最優(yōu)，這是傳統(tǒng)的資源分配方式所追求卻難以實現(xiàn)的。

五結束語

將競爭的市場經濟模型引入網(wǎng)格系統(tǒng)，為有效地解決網(wǎng)格資源管理和調度提供了較好的思路?；诮洕Ｐ偷木W(wǎng)格資源管理可以為網(wǎng)格資源提供者提供有效的管理、評價其資源分布和分配的策略，也可以幫助資源消費者使用經濟驅動的調度策略使用輕負載和廉價的資源，從而達到整個網(wǎng)格資源整體的優(yōu)化配置與合理利用。

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Research on Grid Resource Management Strategies based on Market Economic Model

CHEN Yang1，SUN Hong-Xia2，WANG Qian-song1
(1.Educational Technology Center，Anhui University of Technology and Science，Wuhu Anhui 241000，China;2.College of Chemistry and Material Science，Anhui Normal University，Wuhu Anhui 241000，China)

grid resources;market economy;model;strategies

Grid，an internet-based new technology，provides users with a wide range of sharing resource through the integration of computing，storage and information resources distributed in areas.However，resource management and scheduling in the environment of grid still remains a tough question.This paper introduces a market-based economic model to solve the problems in the grid resource management and scheduling，which will bring the market into play in the allocation of grid resources and improve the efficiency of resources use.

1673-2804(2010)06-0090-03

2010-01-05

安徽工程科技學院青年科研基金資助 (20006YQ004)