一種高效的負(fù)載平衡算法研究與設(shè)計.pdf

1、分布式并行計算可以提供相對廉價且強大的處理能力，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算性能的關(guān)鍵技術(shù)，是一個NP問題，因此分布式并行系統(tǒng)只能通過優(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)具有的特點也進(jìn)一步增加了負(fù)載平衡難度:首先，分布式并行計算系統(tǒng)中節(jié)點的異構(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)的不斷擴展要求負(fù)載平衡策略具有良好的可擴展性;最后，負(fù)載平衡策略需要適應(yīng)分布式并行系統(tǒng)的動態(tài)性。這使得，目前對負(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、調(diào)整策略等方面存在一些問題。
　　針對上述問題，本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上設(shè)計了任務(wù)調(diào)度模型，并基于此模型提出一種簡單高效的負(fù)載平衡算法。
　　(1)針對分布式并行環(huán)境的特

3、點設(shè)計了任務(wù)調(diào)度模型。首先，抽象出包含處理數(shù)據(jù)的任務(wù)和純計算任務(wù)的任務(wù)模型。其次，抽象出接近實際的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);基于歷史值的影響設(shè)計了考慮工作節(jié)點計算能力動態(tài)性和異構(gòu)性的處理機模型;提出標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)距離的概念，更好地處理網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化和計算通信開銷，并基于此設(shè)計了包含局域網(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題。
　　(2)基于設(shè)計的任務(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兩個過程，針對兩個過程分別提出了簡單且準(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)上充分考慮通信開銷和數(shù)據(jù)傳輸代價，提出任務(wù)最終完成時間較準(zhǔn)確的計算方式，最后在提出的任務(wù)調(diào)度原則的指導(dǎo)下采用Min-Min算法對新任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。DLAPGF通過分析得出負(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，并采用改進(jìn)的交互信息反饋方式獲取伙伴節(jié)點的信息，最后根據(jù)工作節(jié)點的最終完成時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)遷移操作實現(xiàn)動態(tài)