Управління розподіленими ресурсами грід-системи
Розглядається управління розподілом ресурсів грід-системи серед її користувачів. Побудована Петрі-об'єктна модель розподілу ресурсів одно- та дворівневої грід-системи, що дозволяє оцінювати ефективність вибраної стратегії управління. Рассматривается управление распределением ресурсов грид-систе...
Saved in:
| Published in: | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83749 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Управління розподіленими ресурсами грід-системи / В.В. Литвинов, І.В. Стеценко // Мат. машини і системи. — 2012. — № 2. — С. 3-12. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859679416126275584 |
|---|---|
| author | Литвинов, В.В. Стеценко, І.В. |
| author_facet | Литвинов, В.В. Стеценко, І.В. |
| citation_txt | Управління розподіленими ресурсами грід-системи / В.В. Литвинов, І.В. Стеценко // Мат. машини і системи. — 2012. — № 2. — С. 3-12. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Математичні машини і системи |
| description | Розглядається управління розподілом ресурсів грід-системи серед її користувачів. Побудована Петрі-об'єктна модель розподілу ресурсів одно- та дворівневої грід-системи, що дозволяє оцінювати ефективність вибраної стратегії управління.
Рассматривается управление распределением ресурсов грид-системы среди ее пользователей. Построена Петри-объектная модель распределения ресурсов одно- и двухуровневой грид-системы, позволяющая оценить эффективность выбранной стратегии управления.
Management of grid system distributed resources among its users is regarded. We constructed a Petri-object model of distributed resources of one- and two-level grid system that allows you to evaluate the effectiveness of selected management strategy.
|
| first_indexed | 2025-11-30T17:25:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
© Литвинов В.В., Стеценко І.В., 2012 3
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 2
ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ
УДК 004.94
В.В. ЛИТВИНОВ, І.В. СТЕЦЕНКО
УПРАВЛІННЯ РОЗПОДІЛЕНИМИ РЕСУРСАМИ ГРІД-СИСТЕМИ
Анотація. Розглядається управління розподілом ресурсів грід-системи серед її користувачів. По-
будована Петрі-об’єктна модель розподілу ресурсів одно- та дворівневої грід-системи, що дозво-
ляє оцінювати ефективність вибраної стратегії управління.
Ключові слова: грід-система, розподілена система, моделювання, мережа Петрі, об’єктно-
орієнтована технологія.
Аннотация. Рассматривается управление распределением ресурсов грид-системы среди ее поль-
зователей. Построена Петри-объектная модель распределения ресурсов одно- и двухуровневой
грид-системы, позволяющая оценить эффективность выбранной стратегии управления.
Ключевые слова: грид-система, распределенная система, моделирование, сеть Петри, объектно-
ориентированная технология.
Abstract. Management of grid system distributed resources among its users is regarded. We constructed a
Petri-object model of distributed resources of one- and two-level grid system that allows you to evaluate
the effectiveness of selected management strategy.
Keywords: grid computing, distributed system, simulation, Petri net, object-oriented technology.
1. Вступ
Проектування та розробка грід-систем є перспективним напрямом розвитку інформаційних
систем, що надає можливість створення потужних обчислювальних систем за рахунок ві-
льного об’єднання (можливо, тимчасового) географічно віддалених користувачів. Розріз-
няють обчислювальні грід-системи (Computing Grid), інформаційні грід-системи (Data Grid)
та мішані грід-системи, користувачі яких мають спільний доступ як до обчислювальних
ресурсів, так і до сховищ даних грід-системи.
На сьогоднішній день розроблені ефективні програмні та інструментальні засоби
створення грід-систем. Найбільш відомими відкритими програмними продуктами, що за-
безпечують стандартний набір бібліотек для інтеграції користувачів, є Globus Toolkit та
Sun Grid Engine. Комерційна версія останнього (Sun Grid Engine, Enterprise Edition) приз-
начена для управління ресурсами підприємств і спроможна обслуговувати кілька незалеж-
них проектів та груп користувачів.
Основним питанням, що залишається недостатньо дослідженим, є алгоритм розпо-
ділу обчислювальних та інформаційних ресурсів, які знаходяться у спільному користуван-
ні користувачів грід-системи. Користувачі прагнуть отримувати бажані ресурси з най-
меншим часом очікування, а проектувальники систем управління забезпечують насампе-
ред несуперечність прав доступу до ресурсів грід-системи, відсутність конфліктних ситуа-
цій, відсутність відмов обслуговування.
Огляд публікацій [1–4], що розглядають розподіл ресурсів грід-систем, свідчить про
різноманітність підходів до розв’язання проблеми, а також про необхідність розробки ефе-
ктивних способів моделювання різних стратегій управління ресурсами розподілених сис-
тем. Існуючі системи моделювання грід-систем, такі як MicroGrid, OptorSim, GridSim,
SimGrid, мають ряд недоліків, пов’язаних з вузькою спеціалізацією, обмеженістю моде-
льованої архітектури грід-систем, недостатньою гнучкістю у визначенні способу управлін-
ня [5].
4 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 2
В [6] розглядається застосування базової мережі Петрі для опису процесів управ-
ління грід-системою. Але відсутність динаміки функціонування даної моделі не дозволяє
оцінити часові характеристики функціонування грід-системи, такі як середній час очіку-
вання завдання, середній час обслуговування, середнє завантаження ресурсів, що являють-
ся найважливішими при виборі стратегії управління. В [7] використовуються Е-мережі для
розробки розподіленої системи імітаційного моделювання.
У даній публікації розглядається моделювання розподілу ресурсів з використанням
Петрі-об’єктного підходу[8], що дозволило розробити динамічну модель функціонування
грід-системи.
2. Архітектура грід-системи
Грід-системою є вільне об’єднання обчислювальних та, можливо, інформаційних ресурсів
користувачів. Результатом такого об’єднання є створення спільного обчислювального ре-
сурсу, який отримав назву віртуального обчислювального ресурсу (або грід-ресурсу). Ар-
хітектура грід – системи складається з метапланувальника системи та розподілених обчис-
лювальних ресурсів. Якщо обчислювальні ресурси представлені комп’ютерами користува-
чів, а планувальник управляє розподілом ресурсів між користувачами системи, то грід-
система – однорівнева. Якщо обчислювальні ресурси згруповані в обчислювальні вузли, а
розподіл ресурсів здійснюється спочатку метапланувальником серед обчислювальних вуз-
лів (кластерів) системи, а потім локальні планувальники здійснюють розподіл ресурсів се-
ред користувачів кластера, то грід-система – дворівнева.
Метапланувальник взаємодіє не з апаратними ресурсами, а з грід-сервісами, що
представляють ці ресурси. Локальні планувальники забезпечують управління виконанням
завдань локальним обчислювальним ресурсом і взаємодіють з метапланувальником. Мета-
планувальник та локальні планувальники забезпечують синхронізований та несуперечли-
вий доступ та використання користувачами грід-системи спільних обчислювальних та ін-
формаційних ресурсів. У розподілених обчислювальних вузлах та сховищах даних встано-
влені грід-сервіси програмної інфраструктури, які надають інформацію про поточний стан
ресурсу планувальнику виконання завдань. Узагальнена архітектура грід-системи предста-
влена на рис. 1.
Окрім несуперечливого та безвідмовного доступу до ресурсів до планувальників
ставиться також задача забезпечення якісного управління ресурсами. Управління ресурса-
ми вважається якісним, якщо досягається найбільш високий ступінь задоволення потреб
користувачів та ступінь використання системних ресурсів.
3. Управління грід-ресурсами
Задача управління грід-ресурсами полягає в тому, щоб на основі інформації про поточний
стан розподілених обчислювальних ресурсів та сховищ даних надавати дозвіл на викорис-
Метапланувальник
Локальний
планувальник
Локальний
планувальник
Локальний
планувальник
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
К
о
р
и
ст
у
в
ач
Рис. 1. Архітектура дворівневої грід-системи
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 5
тання віртуального обчислювального ресурсу користувачам грід-системи в залежності від
їх потреби та у відповідності до їх вкладу у віртуальний обчислювальний ресурс (або пріо-
ритету використання ресурсу), а також надавати несуперечливий доступ до інформаційно-
го ресурсу. Ефективність управління оцінюється такими величинами, як середній час очі-
кування завдань, інтенсивність відмов обслуговування завдань користувача, інтенсивність
споживання обчислювального ресурсу користувачами, середня кількість вільного віртуа-
льного ресурсу та ін.
Програмний пакет Sun Grid Engine, Enterprise Edition (SGEEE) надає можливість
вибору однієї з чотирьох політик розподілу ресурсів між незалежно працюючими користу-
вачами: 1) політика розділених ресурсів, 2) функціональна політика, 3) політика „роботи
до строку”, 4) політика явного виділення ресурсів [9]. У першій – передбачається компен-
сація користувачу за переспоживання чи недоспоживання обчислювального ресурсу (у по-
рівнянні з обсягом обчислювального ресурсу, на який претендує користувач за домовлені-
стю) протягом певного часу. В другій – компенсація не передбачається, а кожний користу-
вач споживає обчислювальний ресурс виключно в межах домовленості. В третій – ство-
рюються пільгові умови для користувачів, які поспішають виконати назначений обсяг ро-
біт до указаного строку. В четвертій – використовується „ручне управління” розподілом
ресурсів у відповідності з пріоритетом користувачів. В усіх запропонованих політиках ко-
ристувач отримує дозвіл на використання ресурсу в залежності від наданої йому за домов-
леністю квоти на використання ресурсу, що визначається часткою віртуального ресурсу,
на яку претендує користувач, або пріоритетом користувача на використання ресурсу.
Поняття „справедливого” управління розподілом ресурсів пов’язують з таким роз-
поділом ресурсів грід-системи, при якому віртуальний обчислювальний ресурс розподіля-
ється між активними користувачами пропорційно їх внеску у загальний віртуальний обчи-
слювальний ресурс [1].
Припустимо, що деякі користувачі об’єдналися у грід-систему. Обсяг віртуального
обчислювального ресурсу дорівнює сумі обсягів обчислювальних ресурсів користувачів,
які вони надають у спільне користування. У договорі об’єднання прописується квота, що
дорівнює відсотку загального ресурсу, на який претендує користувач. Найбільш справед-
ливим вважається така квота, яка дорівнює внеску обчислювального ресурсу користувача у
грід-систему у відсотках від загального обсягу. Але в кожний момент часу не всі користу-
вачі активні. Отже, загальний ресурс розподіляється планувальником тільки між активни-
ми користувачами. Розподіл між активними користувачами здійснюється пропорційно їх
квотам. Тому, якщо користувач має внесок 20% у загальний ресурс, але в поточний момент
часу активним являється тільки він один, то він заволодіває усім віртуальним обчислюва-
льним ресурсом.
Розподіл ресурсів здійснюється планувальником на визначений інтервал часу. Пла-
нувальник, реалізований SGEEE, розподіляє ресурси, виходячи із співвідношення білетів,
„закуплених” на даний інтервал часу. Користувачі „купують квитки”, тобто посилають
планувальнику замовлення ресурсу для того, щоб отримати дозвіл на використання ресур-
су у наступний інтервал часу. Планувальник, виходячи з одержаних замовлень на викорис-
тання ресурсів, здійснює розподіл ресурсів. Для кожного користувача підраховується усе-
реднене фактичне використання обчислювального ресурсу, і якщо воно перебільшує (або
зменшує) надану квоту, то спрацьовує механізм компенсації пере- (недо-) споживання об-
числювального ресурсу. Тобто, якщо користувач певний час не використовував ресурс, то
його компенсаційний коефіцієнт збільшився, і він має право отримати більшу частину ре-
сурсу. Якщо завдання, які захопили ресурс (раніше інших завдань), використовують ресурс
більше наданої квоти (більше, ніж надає квиток), то користувач лишається права отримати
певну кількість квитків.
6 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 2
4. Математична модель розподілу обчислювальних ресурсів грід-системи
Припустимо, що N користувачів { }iU = NU = об’єднались у дворівневу грід-систему.
Сума обчислювальних ресурсів користувачів дорівнює віртуальному обчислювальному
ресурсу (ОР) грід-системи ∑=
i
iSS . Здатність обчислювального ресурсу вимірюється, на-
приклад, в одиницях MIPS (Million Instruction Per Second). Отже, кожний i -ий користувач
має внесок до віртуального обчислювального ресурсу, який вимірюється часткою
S
S
p i
i = , 1=∑
i
ip . (1)
Якщо грід-система однорівнева, то користувачі мають доступ безпосередньо до вір-
туального ОР і частка (1) представляє квоту користувача грід-системи. Якщо грід-система
дворівнева, то користувачі мають доступ до віртуального ОР через вузли грід-системи, що
представляють в загальному випадку як кластери (локальні об’єднання користувачів), так і
окремих користувачів. Будемо вважати, що множина користувачів { }iU = складається з
підмножин |jU UU j
j
=U , ∅=j
j
UI . Тобто кожний користувач належить одній і тільки
одній підмножині
jU :
jUi ∈ , що відповідає вузлу грід-системи.
Здатність обчислювального ресурсу вузла грід-системи ∑
∈
=
jUk
kj SC , Kj ,...1= .
Оскільки у дворівневій грід-системі користувач має доступ до віртуального ОР через посе-
редництво кластера, то представимо квоту використання ресурсу користувача (1) в такому
вигляді:
S
C
C
S
p j
j
i
i = . (2)
Частка
S
C j представляє квоту вузла обчислювального ресурсу:
S
C
r j
j = , 1=∑
j
jr . (3)
Користувач вузла грід-системи має квоту на використання обчислювальних ресур-
сів вузла, пропорційну його внеску в обчислювальний ресурс вузла:
j
i
i C
S
q = , 1=∑
i
iq . (4)
Отже, квота (2) приймає вигляд:
∉
∈⋅
=
.,0
,,
j
jji
i Ui
Uirq
p (5)
Користувач може знаходитись в активному стані і пасивному. Зміна стану відбува-
ється з інтервалами часу, визначеними випадковою величиною з відомим законом розподі-
лу. Позначимо множину активних користувачів грід-системи UA ⊆ . Активні користувачі
отримують доступ до віртуального ОР пропорційно своїй квоті:
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 7
∑
∈
=
Ai
i
i
i p
p
x , 1=∑
i
ix . (6)
Наприклад, користувачі dcba ,,, , які об’єднались, мають квоти 4,0=ap , 1,0=bp ,
2,0=cp і 3,0=dp . Якщо в поточний момент часу активними є користувачі ba, , то вони
отримують доступ до віртуального ОР у частках 8,0
1,04,0
4,0 =
+
=ap , 2,0
1,04,0
1,0 =
+
=bp .
Якщо ж активними є користувачі ca, і ,d то 44,0
3,02,04,0
4,0 =
++
=ap ,
22,0
3,02,04,0
2,0 =
++
=cp , 33,0
3,02,04,0
3,0 =
++
=dp . Це означає, що частка доступного
віртуального ОР користувача у випадку однорівневої грід-системи розраховується за фор-
мулою
i∀
∉
∈
= ∑
∈
,,0
,,
Ai
Ai
p
p
x
Ai
i
i
i
(7)
де UA ⊆ – підмножина активних користувачів грід-системи.
Якщо грід-система дворівнева, то частка доступного віртуального ОР розраховуєть-
ся з урахуванням активності вузла грід-системи (вузол активний, якщо хоч один його ко-
ристувач активний):
KjUi ∈∈∀ ,
( ) ( )
( ) ( )
∉∨∉
∈∧∈⋅
= ∑∑
∈∈
,,0
,,
j
j
Kj
j
j
UAi
i
i
i
UiAi
UiAi
r
r
q
q
x
AjI
(8)
де KK A ⊆ – підмножина усіх активних вузлів,
jUAI – підмножина активних користу-
вачів грід-вузла, до якого належить користувач i .
Обсяг доступного віртуального ресурсу користувача дорівнює SxZ ii ⋅= . Оскільки
1=∑
i
ix , то SZ
i
i =∑ .
Користувач, якщо він активний, генерує завдання, які вимагають для свого вико-
нання певний обсяг обчислювального ресурсу, і розміщує їх у буфері завдань. Завдання,
яке знаходиться у буфері завдань, очікує дозволу від планувальника грід-ресурсів на захо-
плення ресурсу. Оскільки буфер завдань користувача обмежений, то завдання може отри-
мати відмову. На початку кожного такту планування завдання, обсяг вимоги ОР яких не
перевищує обсяг доступного віртуального ресурсу користувача
iZ , отримують дозвіл на
захоплення віртуального ОР і захоплюють ресурс на час, рівний тривалості виконання за-
вдання.
Локальний планувальник отримує від метапланувальника інформацію про частку
доступного віртуального ОР jr на поточний такт управління, а від користувачів – інфор-
мацію про поточний стан користувача. Локальний планувальник розподіляє доступний ві-
8 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 2
ртуальний ресурс вузла грід-системи S
r
r
AKj
j
j ⋅
∑
∈
між усіма своїми активними користувачами
AUi j I∈ :
AKj ∈∀ ∑
∑ ∈
∈
=⋅
AUi
i
Kj
j
j
j
A
ZS
r
r
I
. (9)
Якщо у буфері завдань користувача є завдання, обсяг потреби ОР якого не переви-
щує обсяг доступного ОР користувача, то користувач отримує дозвіл на захоплення ресур-
су. Ясно, що швидше доступ отримають користувачі, які переглядаються планувальником
„у першу чергу”. Звідси локальний планувальник переглядає користувачів у порядку спа-
дання значення пріоритету користувача. Очевидно, що від пріоритетів сильно залежить
використання ресурсу. Наприклад, якщо користувачі з маленькими потребами ресурсу
стоять у черзі першими, то користувачі з великими потребами ОР так і не отримають до-
звіл на використання ресурсу через його недостатність. Звідси слідує, що інформація про
потік завдань від користувача необхідна для ефективного управління розподілом ресурсів.
Замість пріоритетів може реалізовуватись також перегляд користувачів у випадковому по-
рядку. У випадках, коли потік завдань змінюється в часі, такий спосіб може бути більш
ефективним, ніж пріоритети користувачів.
5. Петрі-об’єктна модель розподілу ресурсів грід-системи
Для побудови моделі використаємо технологію Петрі-об’єктного моделювання, запропо-
новану в [8]. Об’єктно-орієнтований аналіз грід-системи дозволяє виділити такі складові
об’єкти системи: Планувальник, Користувач, Завдання. Усі об’єкти є динамічними, тому
розробимо відповідні Петрі-об’єкти. Динаміка функціонування Петрі-об’єкта задається
мережею Петрі і передається у відповідне поле Петрі-об’єкта під час конструювання екзе-
мплярів Петрі-об’єктів. Для опису динаміки Петрі-об’єктів використовується стохастична
мережа Петрі з часовими затримками, багатоканальними та конфліктними переходами, ін-
формаційними зв’язками [10].
Петрі-об’єкт Планувальник містить поля і методи, що встановлюють вибір стратегії
планування (формули розрахунку частки доступного ресурсу кожного користувача) та ос-
новні параметри планування (тривалість такту управління, обсяг вільного віртуального об-
числювального ресурсу у початковий момент часу). Мережа Петрі об’єкта Планувальник
представлена на рис. 2 (переходи, які мають більший пріоритет, позначені на рисунках
жирною лінією) на прикладі розподілу між чотирма користувачами А, В, С, D. Розрахунок
частки доступного ресурсу кожного користувача здійснюється у відповідності до вибраної
стратегії за інформацією про кількість активних користувачів, наприклад, за формулою (7).
За результатом розрахованої частки доступного ресурсу задаються ймовірності запуску
переходів „А”, „В”, „С”, „D”: ii xR = , { }DCBAi ,,,∈ , де AR , BR , CR , DR – ймовірності запу-
ску переходів „А”, „В”, „С”, „D” відповідно, Ax , Bx , Cx , Dx – частки доступного ресурсу
користувачів А, В, С, D.
Якщо стратегія управління передбачає пріоритет користувачів, то ймовірність запу-
ску відповідного переходу встановлюється, і весь вільний віртуальний ОР надходить у ви-
користання користувача з найбільшим пріоритетом.
Зауважимо, що використовуються багатоканальні переходи мережі Петрі, тому пе-
рехід „Передати інформацію про обсяг вільного віртуального ОР” при виконанні умови
запуску переходу спрацьовує стільки разів, скільки в ньому маркерів на поточний момент
часу (рис. 2).
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 9
Обсяг вільного
віртуального ОР
(спільна)
Найменше зі значень
Достатньо
Недостатньо
Рис. 3. Мережа Петрі-об’єкта Завдання
Інформація про доступний обсяг
віртуального ОР користувача
(спільна)
Потреба завдання в
ОР
10000
Кількість
виконаних
завдань
Кількість завдань,
що отримали відмову
Кількість ОР,
що не вистачає
Немає завдання,
що виконується
Є завдання
Кількість невикористаного
ОР через недостатність
Підрахувати кількість ОР
Кількість фактично
використаного ОР
Вивільнити ОР
Виконання
Петрі-об’єкт Завдання моделює виконання одного завдання користувача з викорис-
танням обчислювального ресурсу грід-системи. Інформація про доступний обсяг віртуаль-
ного ОР надходить до цього об’єкта з Петрі-об’єкта Планувальник. Оскільки позиція є спі-
льною для всіх Петрі-об’єктів Завдання користувача та Петрі-об’єкта Планувальник, то
доступний ресурс користувача використовується усіма завданнями. Кількість завдань до-
рівнює розміру буфера завдань грід-системи. Після багатократного запуску переходу
„Найменше зі значень” в одній із вхідних позицій цього переходу досягається нульове ма-
ркірування. Якщо ненульовим виявилось маркірування в позиції „Потреба завдання в ОР”,
то потреба перевищує доступний обсяг ресурсу, і спрацьовує перехід „Недостатньо”. Якщо
ж виявилось ненульовим маркірування в позиції „Інформація про доступний обсяг віртуа-
льного ОР користувача”, то потреба завдання в ОР менша за доступний обсяг, і спрацьовує
перехід „Достатньо”. При надходженні завдання на виконання здійснюється захоплення
ОР з віртуального ОР в обсязі, що дорівнює потребі завдання, на час, що дорівнює трива-
лості виконання завдання. Якщо ресурсу недостатньо, то відбувається вивільнення марке-
рів з позицій „Найменше зі значень” і „Потреба завдання в ОР”. Відповідна мережа Петрі
об’єкта Завдання представлена на рис. 3.
А
В
D
С
Загальний обсяг
наданого ОР
Загальний обсяг
наданого ОР
Загальний обсяг
наданого ОР
Рис. 2. Мережа Петрі-об’єкта Планувальник
Новий такт
управління 1
Розрахунок
частки досту-
пного ресурсу
Триває
розподіл
ресурсів
Завершити
розподіл
Розпочати
розподіл
Кількість активних
користувачів (спільна)
Обсяг вільного
віртуального ОР
(спільна)
10000
Інформація про доступний обсяг
віртуального ОР користувача С
Інформація про доступний обсяг
віртуального ОР користувача D
Інформація про доступний обсяг
віртуального ОР користувача А
Інформація про доступний обсяг
віртуального ОР користувача В
Загальний обсяг
наданого ОР Інформація
про кількість
активних
користувачів
Інформація про обсяг
вільного віртуального ОР
10 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 2
Петрі-об’єкт Користувач містить інформацію про параметри, що характеризують
індивідуальність користувача (інтервали часу активності та пасивності, інтенсивність ге-
нерування потреби в ОР), та інформацію, що характеризує якість обслуговування користу-
вача (кількість відмов, обсяг невдоволеної потреби користувача в ОР). Користувач, який
знаходиться в активному стані, генерує потребу в ОР із заданою інтенсивністю. Сформо-
ване завдання направляється на виконання в Петрі-об’єкт Завдання за умови, що в ньому
немає завдання, яке виконується. У протилежному випадку завдання направляється в бу-
фер або на відмову, якщо всі місця в буфері зайняті. Переходи „Поставити першим у бу-
фер завдань”,... „Поставити n -им у буфер завдань” мають значення пріоритету, що відпо-
відають правилу обслуговування черги завдань. Мережа Петрі об’єкта Користувач пред-
ставлена на рис. 4. З’єднання спільних позицій Петрі-об’єктів Користувач і Завдання здій-
снюється в конструкторі Петрі-об’єкта Користувач, якщо в аргументі конструктора пере-
дається список Петрі-об’єктів Завдання.
Якщо користувачі грід-системи використовують, окрім обчислювальних ресурсів,
інформаційні ресурси (ІР), то доступ до кожного ІР надається в кожний такт управління
тільки одному користувачу. До Петрі-об’єкта Користувач додається генерування потреби в
ІР, а до Петрі-об’єкта Планувальник додається позиція Вільний ІР, маркер якої захоплю-
ється на початку такту управління одним із користувачів на час, що дорівнює тривалості
такту управління. Якщо грід-система дворівнева, то додається Петрі-об’єкт Метапланува-
льник з динамікою функціонування, що описується мережею Петрі, яка аналогічна мережі
Петрі об’єкта Планувальник. Структура взаємозв’язків Петрі-об’єктів представлена на
рис. 5.
Рис. 5. Зв’язки між Петрі-об’єктами Планувальник, Користувач, Завдання
ЗАВДАННЯ
Обсяг вільного
віртуального ОР
Кількість активних користувачів
ПЛАНУВАЛЬНИК
КОРИСТУВАЧ
Інформація про доступний обсяг
віртуального ОР користувача
Потреба завдання в ОР Завдання, що виконується
1 Немає завдання, що виконується
МЕТА-ПЛАНУВАЛЬНИК
Інформація про доступний
обсяг віртуального ОР вузла
Рис. 4. Мережа Петрі-об’єкта Користувач
Користувач активний і
генерує потребу в ОР
Потреба завдання
в ОР (спільна)
1
Петрі-об’єкт Завдання
Завдання,
що виконується
(спільна)
Немає завдання,
що виконується
(спільна)
1
1
1
1
Активність
користувача
Користувач формує завдання
Користувач думає
Поставити першим
у буфер завдань
1
Петрі-об’єкт Завдання
Генерування
потреби ОР
Відмова
Поставити n-им у
буфер завдань
Є нове завдання
Кількість
активних
користувачів
(спільна)
Пасивність
користувача
Замовлення на ОР
Кількість відмов
Обсяг невдоволеної потреби
в ОР
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 1 11
Рис. 6. Дослідження впливу типу управління на
ефективність функціонування системи
Реалізація моделі виконана з використанням бібліотеки Java-класів PetriObj [11]. За
результатами моделювання визначаються середній час очікування завдання користувача;
середня кількість завдань, що очікують доступу до грід-ресурсів; кількість виконаних за-
вдань; кількість завдань, що отримали відмову через недостатність місця в буфері завдань;
кількість завдань, що отримали відмову через недостатність ресурсу; кількість фактично
використаного ресурсу; кількість доступного ресурсу; кількість ресурсу, що не вистачає
для безвідмовної роботи системи. Модель може бути використана для пошуку найбільш
ефективних стратегій управління розподілом ресурсів, що задовольняють вимогам корис-
тувачів грід-системи. Наприклад, на рис. 6 наведені результати дослідження впливу стати-
чного та динамічного типів управління. Динамічне управління розподілом ресурсів перед-
бачає визначення частки ресурсу користувачу грід-системи з урахуванням кількості актив-
них користувачів за формулою (7), а
статичне управління – без урахуван-
ня кількості активних користувачів
)( constpx ii == . Критерієм, що ви-
значає відповідність вимогам корис-
тувачів, обрана відносна пропускна
спроможність системи. З результатів
дослідження слідує, що при малих
обсягах ресурсів використання ди-
намічного управління надає можли-
вість збільшити відносну пропускну
спроможність системи у кілька разів,
а при великих обсягах ресурсів
ефект від використання динамічного
управління хоч і присутній, але не-
значний.
6. Висновки
Таким чином, у результаті наукового дослідження розроблена імітаційна модель управлін-
ня розподілом ресурсів грід-системи, яка дозволяє враховувати індивідуальні властивості
користувачів та динамічне захоплення віртуального обчислювального ресурсу користува-
чами грід-системи в залежності від обраної стратегії управління.
Формалізація моделі засобами Петрі-об’єктної технології надає можливість конс-
труювання складної грід-системи з довільною кількістю користувачів та кількістю завдань,
що зберігаються в буфері завдань. Однією з переваг застосування Петрі-об’єктного підхо-
ду є можливість конструювання великої системи зі складових елементів. Відтворення про-
цесів функціонування грід-системи з використанням стохастичних мереж Петрі з часовими
затримками, багатоканальними та конфліктними переходами дозволяє максимально дета-
лізувати формальний опис системи, а розбиття системи на Петрі-об’єкти забезпечує гнуч-
кість при відтворенні структури грід-системи. За результатами моделювання визначаються
тип управління та параметри управління розподіленими ресурсами, які найбільш задово-
льняють вимогам користувачів грід-системи.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Коваленко В.Н. Организация ресурсов грид [Электронный ресурс] / В.Н. Коваленко, Д.А. Коря-
гин // Preprint, Inst. Appl. Math., the Russian Academy of Science. – Москва, 2004. – Режим доступа:
http://www.keldysh.ru/papers/2004/prep63/prep2004_63.html#_Toc85204258.
12 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2012, № 2
2. Шелестов А.Ю. Имитационная модель взаимодействия GRID-узлов с очередью доступа к общей
памяти / А.Ю. Шелестов // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы.
– 2008. – № 1 (21). – С. 32 – 40.
3. Эвристики распределения задач для брокера ресурсов Grid / А.И. Аветисян, С.С. Гайсарян,
Д.А. Грушин [и др.] // Труды Института системного программирования РАН. – Москва, 2004. – Т. 5.
– С. 269 – 280.
4. Петренко А.І. Комп’ютерне моделювання грід-систем / А.І. Петренко // Электроника и связь.
Тематический вып. 5: Электроника и нанотехнологии. – 2010. – № 5. – С. 40 – 48.
5. A toolkit for modeling and simulating Data Grids: an extension to GridSim / A. Sulistio, U. Cibej,
S. Venugopal [et al.] / Concurrency and Computation: Practice and Experience – Concurrency. – 2008. –
Vol. 20, N 13. – P. 1591 – 1609.
6. Шелестов А.Ю. Моделирование Grid-узла на основе сетей Петри / А.Ю. Шелестов // Проблемы
управления и информатики. – 2008. – № 1. – С. 104 – 113.
7. Литвинов В.В. Распределенная система имитационного моделирования на основе архитектуры
CORBA / В.В. Литвинов, В.В. Казимир, И.Б. Гавсиевич // Математичні машини і системи. – 2000. –
№ 2, 3. – С. 111 – 114.
8. Стеценко И.В. Формальное описание систем средствами Петри-объектных моделей / И.В. Сте-
ценко // Вісник НТУУ «КПІ». Інформатика, управління та обчислювальна техніка: зб. наук. пр. –
2011. – № 53. – С. 74 – 81.
9. Анни П. Этот Grid – неспроста… [Электронный ресурс] / П. Анни // Открытые системы. – 2003.
– № 1. – Режим доступа: http://citforum.ru/nets/articles/egridn.shtml.
10. Стеценко І.В. Моделювання управляючих систем засобами мереж Петрі з інформаційними
зв’язками / І.В. Стеценко // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2011. –
№ 3. – С. 3 – 9.
11. Стеценко И.В. Алгоритм имитации Петри-объектной модели / И.В. Стеценко // Математичні
машини і системи. – 2012. – № 1. – С. 154 – 165.
Стаття надійшла до редакції 22.11.2011
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-83749 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-9763 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T17:25:50Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Литвинов, В.В. Стеценко, І.В. 2015-06-23T07:35:25Z 2015-06-23T07:35:25Z 2012 Управління розподіленими ресурсами грід-системи / В.В. Литвинов, І.В. Стеценко // Мат. машини і системи. — 2012. — № 2. — С. 3-12. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83749 004.94 Розглядається управління розподілом ресурсів грід-системи серед її користувачів. Побудована Петрі-об'єктна модель розподілу ресурсів одно- та дворівневої грід-системи, що дозволяє оцінювати ефективність вибраної стратегії управління. Рассматривается управление распределением ресурсов грид-системы среди ее пользователей. Построена Петри-объектная модель распределения ресурсов одно- и двухуровневой грид-системы, позволяющая оценить эффективность выбранной стратегии управления. Management of grid system distributed resources among its users is regarded. We constructed a Petri-object model of distributed resources of one- and two-level grid system that allows you to evaluate the effectiveness of selected management strategy. uk Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Обчислювальні системи Управління розподіленими ресурсами грід-системи Управление распределенными ресурсами грид-системы Management of grid system distributed resources Article published earlier |
| spellingShingle | Управління розподіленими ресурсами грід-системи Литвинов, В.В. Стеценко, І.В. Обчислювальні системи |
| title | Управління розподіленими ресурсами грід-системи |
| title_alt | Управление распределенными ресурсами грид-системы Management of grid system distributed resources |
| title_full | Управління розподіленими ресурсами грід-системи |
| title_fullStr | Управління розподіленими ресурсами грід-системи |
| title_full_unstemmed | Управління розподіленими ресурсами грід-системи |
| title_short | Управління розподіленими ресурсами грід-системи |
| title_sort | управління розподіленими ресурсами грід-системи |
| topic | Обчислювальні системи |
| topic_facet | Обчислювальні системи |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/83749 |
| work_keys_str_mv | AT litvinovvv upravlínnârozpodílenimiresursamigrídsistemi AT stecenkoív upravlínnârozpodílenimiresursamigrídsistemi AT litvinovvv upravlenieraspredelennymiresursamigridsistemy AT stecenkoív upravlenieraspredelennymiresursamigridsistemy AT litvinovvv managementofgridsystemdistributedresources AT stecenkoív managementofgridsystemdistributedresources |