實(shí)時(shí)集群系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化.pdf

1、基于開放式體系標(biāo)準(zhǔn)，采用通用商業(yè)產(chǎn)品構(gòu)建的集群計(jì)算體系已在高性能計(jì)算領(lǐng)域得到大量采用，在全世界排名前500名的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有360個(gè)為集群體系結(jié)構(gòu)，占到了500強(qiáng)總數(shù)量的72％。 集群系統(tǒng)是在商品化部件日益高性能、穩(wěn)定可靠、并且廉價(jià)的背景下出現(xiàn)的，人們將服務(wù)器、工作站、甚至高檔微機(jī)用高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接起來，用以代替價(jià)格昂貴的大型機(jī)和M PP等系統(tǒng)。集群系統(tǒng)以良好的可擴(kuò)展性和性價(jià)比，迅速成為構(gòu)建超級(jí)計(jì)算機(jī)的首選體系結(jié)構(gòu)。同時(shí)，

2、由于各種應(yīng)用系統(tǒng)大數(shù)據(jù)量處理，高密度的數(shù)據(jù)吞吐的需求也對(duì)集群系統(tǒng)的高擴(kuò)展性也提出了更高的要求。將集群調(diào)度分派功能全部分布至后端服務(wù)節(jié)點(diǎn)，能夠大大降低傳統(tǒng)上提供調(diào)度及系統(tǒng)平衡負(fù)載機(jī)制的前端機(jī)的負(fù)荷，消除了系統(tǒng)擴(kuò)展功能的瓶頸。但實(shí)時(shí)性應(yīng)用苛刻的響應(yīng)時(shí)限要求也對(duì)集群體系功能提出了挑戰(zhàn)。常規(guī)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通過內(nèi)核實(shí)時(shí)調(diào)度，集中計(jì)算資源保證了實(shí)時(shí)任務(wù)的時(shí)限。但其資源調(diào)度基于單機(jī)系統(tǒng)，缺乏支持多節(jié)點(diǎn)集群體系的功能，且多用于嵌入式體系，內(nèi)存和儲(chǔ)存空間

3、有限，難于支持集群結(jié)構(gòu)。目前通行的在中間層加入集群負(fù)載平衡調(diào)度的作法側(cè)重于荷載均衡分布，目標(biāo)是系統(tǒng)產(chǎn)出最大化，而難以滿足實(shí)時(shí)任務(wù)對(duì)響應(yīng)時(shí)限的要求。因此，研究針對(duì)開放式集群體系的實(shí)時(shí)調(diào)度機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同時(shí)限任務(wù)的區(qū)分，在保證實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)限的同時(shí)兼顧吞吐量的需求已經(jīng)變得十分緊迫。 本文調(diào)研了當(dāng)前集群系統(tǒng)的現(xiàn)狀，分析了實(shí)時(shí)集群系統(tǒng)的實(shí)際需求，詳細(xì)研究工作如下： ①提出了三種實(shí)時(shí)調(diào)度策略，并在Linux系統(tǒng)平臺(tái)下對(duì)實(shí)時(shí)集群系統(tǒng)進(jìn)行

4、了詳細(xì)設(shè)計(jì)，建立了開放式的實(shí)時(shí)集群系統(tǒng)平臺(tái)。 ②除此以外，專門研究了在系統(tǒng)超載情況下的應(yīng)對(duì)策略，提出了超載情況下緩解系統(tǒng)壓力，遏制系統(tǒng)性能惡化的任務(wù)丟棄機(jī)制。 ③在分析了當(dāng)前系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)并且充分考慮了Linux操作系統(tǒng)中CPU和IO之間的協(xié)調(diào)關(guān)系之后，本文作了順序服務(wù)模式和并發(fā)服務(wù)模式的研究，同時(shí)也提出了一種在并發(fā)模式下的彈性控制機(jī)制，使得多個(gè)任務(wù)能夠更加合理的在并發(fā)模式下共享系統(tǒng)資源。 ④對(duì)于現(xiàn)有RTCS