集群架构服务器实现软实时服务的机制研究及性能评估

摘要

实时集群计算机系统,通过系统负载平衡和实时调度机制实现了数据处理任务的实时性高度分配，有很高的性价比。实时集群服务器是集群领域最新也是极具挑战性的研究方向，如何将集群的高扩展性、高可靠性和高性价比应用于实时服务领域是其中的难点。研究集群架构服务器实现软实时服务的机制研究具有重要的学术意义与实用价值。 本文主要研究内容工作和得到的成果如下： 1)提出了基于开放式结构和标准的，具有高扩展性和兼容性的集群体系结构设计。 2)针对实时应用的特点，提出三种实时调度策略。其中的主动型全分布式将调度功能完全放置在后端机，是一种全新的集群调度模式。 3)基于设计的体系结构和实时调度策略，开放了一套程序，并利用同样大众化的设备搭建了实验环境，进行了大量实验，利用实验数据对三种实时调度策略进行了性能的评估。 4)采用了随机理论方法，建立了PBDS的性能模型，从理论分析的方法对集群实时调度策略进行数值分析和评估，进而优化设计。 在此基础上编写了集群实时服务器验证程序，在40个节点的集群体系上对上述调度策略进行了对比实验。实验证实，对比于常规负载平衡算法，集中式和分布式策略对实时响应时间有较高改进，达到了既对实时任务提供即时响应，又兼顾非实时任务，优化系统性能的目的。随后的大传感器数量实验和高强度主动型全分布式调度策略实验证实了主动型全分布式调度策略算法在高负载下优异的实时响应特性和稳定的系统产出率，表现出这种新算法在支持大型集群体系，提高系统扩展性上的巨大潜力。下一步工作将着眼于加入Linux内核部份工作，在内核层面与上层服务器调度程序之间建立一种关联机制。这一工作对于集群服务器用于大强度高负载苛刻的工作环境具有重要意义。