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个人网格是个人网络计算的系统平台。其最显著的特性是松散耦合一用户、平台与资源之间都是松散耦合的。松散耦合性一方面降低了用户的使用成本、提升系统价值;另一方面造成个人网格中物理资源动态变化的特征。
本文研究对象为面向服务应用的个人网格运行系统。运行系统位于应用程序与物理资源之间,不仅需要减轻服务应用开发、运行与维护所需的工作量,同时也需要根据系统运行的实际情况优化应用性能。考虑到个人网格系统中的物理资源动态变化与服务应用松散耦合的特点,本文的研究目标为:在物理资源动态变化的个人网格环境中,运行系统如何充分利用计算资源,提高服务应用性能,并避免开发者与使用者的人工劳动。
为实现此目标,本文首先提出一种动态服务空间模型。动态服务空间模型为应用程序提供与物理资源完全无关的虚拟服务空间。运行系统自动适应物理资源动态变化,维护虚拟服务空间的正确性,且完全不增加服务应用开发、运行与维护的工作量。
动态服务空间模型将服务的物理资源分配操作抽象为虚拟服务空间到物理服务空间的映射操作。在此基础上,本文提出了一种可伸缩的端对端资源管理方案,使应用程序能定制资源策略并根据此资源策略分配物理资源。基于商业计算类与科学计算类负载的实验结果表明这种资源管理方案的有效。其中科学计算类负载NGB使用最优执行时间策略时的执行时间比最优的执行时间超出约5.6%;商业计算类服务使用负载均衡策略时吞吐率与单节点线性增长值相差不超过8%。
为优化服务应用性能,本文提出了一种动态异步程序执行技术。此技术使以顺序编程模式开发的服务应用隐式并发执行服务调用,在提高程序性能的同时避免开发并发程序的困难。运行系统保证异步执行结果的正确性。本文理论上分析了采用动态异步执行技术时程序执行时间的上界。结论是上界接近最优解,即使在最坏情况下也不超过最优解的2倍。在实际系统上的实验结果表明,对科学计算类负载NGB而言,使用动态异步程序执行技术的程序运行时间与最优的并行优化运行时间相比增加不超过2%。此外,动态异步执行技术消耗的CPU时间不超过9%;消耗的内存不超过10%。