基于市场经济模型的网格资源管理策略

陈 阳，孙红霞，汪千松

(1.安徽工程大学现代教育技术中心，安徽芜湖241000;2.安徽师范大学化学与材料学院，安徽芜湖241000)

基于市场经济模型的网格资源管理策略

陈 阳1，孙红霞2，汪千松1

(1.安徽工程大学现代教育技术中心，安徽芜湖241000;2.安徽师范大学化学与材料学院，安徽芜湖241000)

网格资源;市场经济;模型;策略;

网格是构筑在互联网基础之上的新技术，它通过整合分布在各地的计算、存储和信息资源，为用户提供广泛的资源共享。然而，网格环境下的资源管理和调度仍然是令人棘手的问题，引入一种基于市场的经济模型来解决网格资源的管理和调度问题，发挥市场在网格资源配置中的作用，提高资源的利用效益。

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A

网格技术已成为当前计算机研究的热点和前沿领域，它代表了继Internet和Web之后的第三次技术浪潮。网格是由电力网的概念发展而来的，其目标是使用网络服务时，能像用电一样，方便、快捷地向用户提供所需的软硬件资源服务。

网格起源于人们对资源的更深层次的共享需求，在异构、动态、分布的环境下，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源等软硬件资源的有效聚合和全面共享。如何在这种资源动态变化的网格环境中正确、合理地管理和调度资源成为一个亟待解决的问题。

一经济学的引入

网格和经济社会具有很强的相似性，网格的目的是整合各种资源提供高效的计算能力，经济社会的目标则是优化配置社会资源，创造更多财富;网格要解决异构系统资源的共享，经济社会要实现商品的交换;网格资源是动态变化的，市场中交易的商品也是随时变化的;网格资源调度要解决负载均衡，经济活动要保持供求平衡并兼顾公平;网格资源是自治的，要解决本地管理策略和全局管理策略的矛盾，经济活动的主体是自私的，要协调个人利益和社会利益的冲突。

从某种意义上来说，网格也可以看作是社会，网格系统中面临的问题，在经济社会中也同样存在。市场机制作为解决社会资源配置的重要手段，己被实践证明是非常成功的。因此，在网格资源管理中引入市场机制，具有很强的现实意义。

二网格服务市场组织结构

网格服务市场，类似于现实中的商品市场，存在三个主要角色:网格服务提供者 (Grid Service Provider，GSP)、网格资源消费者 (Grid Resource Consumer，GRC)、网格资源代理 (Grid Resource Broker，GRB)，它们在网格服务市场之间的关系可由图1表示。

图1 网格服务市场角色关系

当网格资源提供者GSP有可出售的资源信息时，首先下载资源代理，由资源代理在市场中负责商品资源的信息注册，以及维护信息的不断更新。而当资源消费者GRC有资源需求时，和资源提供者一样，首先下载应用代理，由应用代理在市场中寻找合适的可使用资源。在网格环境中，资源代理和应用代理不存在固定的连接关系，只是需要时它们才在网格服务市场临时建立联系，实现资源的交易。

三基于市场经济的网格资源调度

1 调度模型

GRACE(Grid Architecture for Computational Economy，计算经济网格体系结构)是一个比较成熟的基于分布式、可计算的经济学体系结构模型。

图2 网格服务市场角色关系

在GRACE模型中，网格资源代理GRB负责资源的发现、选择以及绑定等关键任务，其中作业控制代理接受网格用户的请求并使之规范化;网格浏览器和调度引擎分别负责资源的发现和选择;交易服务器负责与每个网格资源提供者GSP协商资源价格;部署代理根据调度结果将任务和资源进行绑定。网格中间件部分是由Globus提供的认证、注册、QoS等服务。网格资源服务提供者通过运行软件系统建立一个网格接口，并在网格市场目录 (Grid Market Directory，GMD)进行服务注册、发布资源的价格，同时提供网格交易服务 (Grid Trading Service，GTS)，以使资源的交易能够顺利进行，并在GRB的指导下执行消费者的请求。在资源交易期间，GRB与GSP的交互通过网格市场目录GMD作为中间媒介，它们使用商品市场模型和交互协议来进行资源交易。

2 调度策略

资源消费者GRC和资源提供者GSP作为网格环境中的两个重要角色，它们各自都有对资源调度的要求和策略。

1)资源消费者的基本思想是:在其需要的时间限制内，希望能用最少的资源使用费用来解决它提出的问题。

2)资源提供者的基本思想是:为了吸引顾客 (资源消费者)，它们将提供具有竞争性服务入口，从而使它拥有的资源得到最大程度的使用。

在基于市场经济的网格中，用户使用QoS(Quality of Service，服务质量)要求 (最后期限和计算预算限制)来选择资源，而由于网格环境中的资源具有分布、异构、共享特性，并且被不同的组织根据不同的策略和计费机制拥有，所以很难用传统的调度算法来满足用户QoS要求。同时，由于调度算法需要适应变化的负载和网格中资源的可利用环境来完成一个执行，同时符合最后期限和预算限制，于是Nimrod－G提出了两种适应算法用于最后期限和预算限制调度:

A．时间优先策略:在成本预算和截至时间内完成调度任务，其核心的算法描述如下:

1)对每个资源，为一个指定的任务计算下一次完成的时间，同时考虑之前被指定的任务和任务消费速率。

2)按下一次完成时间对资源进行分类。

3)分配一个任务给首位资源，每个工作使用首位资源的价格要少于或者等于剩余的预算资源。

4)重复上面的步骤，直到所有任务被分配。

B.成本优先策略:在预算时限内以最少的成本完成调度任务。其核心的算法描述如下:

1)对所需要的资源以价格的高低进行排序。

2)在保证用户要求时间内，在列表资源中选择最便宜的资源。

表1 两种调度算法比较

以上调度策略从不同角度满足了用户要求，是基于应用级QoS的调度算法。完成时间优先调度策略在用户定义的任务最低完成时间和费用的限制条件下，任务完成时间最短;成本优先调度策略在用户定义的任务最低完成时间和费用的限制条件下，尽可能用最经济的调度策略完成任务。

用户可以根据自身的情况选择适当的调度策略。如果资源消费者对取得结果的时间没有要求，那么他可以选择运算性能差但最便宜的资源，这样他们以最低的成本完成他们的任务。同样，如果用户需要尽快的完成任务，那么他必须付出较高的成本以使用计算性能好的资源。

四建立市场经济模型的网格资源管理的优点

1)市场机制能够激励资源共享。目前的网格系统大多为一些学术研究而开发的，它们往往强调的是资源的共享与协同工作，很少考虑到资源的价格因素。但在实际应用中，大量的资源并不是无偿使用的，通过引入市场机制对资源进行有偿使用，吸引更多资源加入网格，有利于建立大规模的网格系统。这种商业驱动力是网格系统可持续发展的重要保证。

2)市场模型能够适应资源的异构性和动态性。网格是一个自治的、异构的、动态的分布式系统，通过引入市场机制，把每个资源拥有者和使用者都看作是经济社会的自然人，由价格机制来反映资源供需情况的动态变化，通过供需变化实现资源的优化配置。

3)市场模型能够适应网格的广域分布性。市场机制中没有集中的管理决策机构，市场中的每个参与者可以根据自身偏好自主决策，通过市场机制获取所需的资源。这种分散的、以用户为中心的资源分配方式特别适合网格环境。

4)市场模型能够适应资源的自治性。市场模型承认各方主体都有自身的利益，并支持各方追求自身利益。在市场这只"看不见的手"的作用下，每个自私的个体追求自身利益最大化的行为，在客观上会使得整个网格资源匹配趋于最优，这是传统的资源分配方式所追求却难以实现的。

五结束语

将竞争的市场经济模型引入网格系统，为有效地解决网格资源管理和调度提供了较好的思路。基于经济模型的网格资源管理可以为网格资源提供者提供有效的管理、评价其资源分布和分配的策略，也可以帮助资源消费者使用经济驱动的调度策略使用轻负载和廉价的资源，从而达到整个网格资源整体的优化配置与合理利用。

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Research on Grid Resource Management Strategies based on Market Economic Model

CHEN Yang1，SUN Hong-Xia2，WANG Qian-song1
(1.Educational Technology Center，Anhui University of Technology and Science，Wuhu Anhui 241000，China;2.College of Chemistry and Material Science，Anhui Normal University，Wuhu Anhui 241000，China)

grid resources;market economy;model;strategies

Grid，an internet-based new technology，provides users with a wide range of sharing resource through the integration of computing，storage and information resources distributed in areas.However，resource management and scheduling in the environment of grid still remains a tough question.This paper introduces a market-based economic model to solve the problems in the grid resource management and scheduling，which will bring the market into play in the allocation of grid resources and improve the efficiency of resources use.

1673-2804(2010)06-0090-03

2010-01-05

安徽工程科技学院青年科研基金资助 (20006YQ004)