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集群技术的调度方法

归档日期:06-27       文本归类:调度方式      文章编辑:爱尚语录

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  进程迁移就是将一个进程从当前位置移动到指定的处理器上。它的基本思想是在进程执行过程中移动它,使得它在另一个计算机上继续存取它的所有资源并继续运行,而且不必知道运行进程或任何与其它相互作用的进程的知识就可以启动进程迁移操作,这意味着迁移是透明的。进程迁移是支持负载平衡和高容错性的一种非常有效的手段。对一系列的负载平衡策略的研究表明:进程迁移是实现负载平衡的基础,进程迁移在很多方面具有适用性。

  (1)动态负载平衡。将进程迁移到负载轻或空闲的节点上,充分利用可用资源,通过减少节点间负载的差异来全面提高性能。

  (2)容错性和高可用性。某节点出现故障时,通过将进程迁移到其它节点继续恢复运行,这将极大的提高系统的可靠性和可用性。在某些关键性应用中,这一点尤为重要。

  (3)并行文件IO。将进程迁移到文件服务器上进行IO,而不是通过传统的从文件服务器通过网络将数据传输给进程。对于那些需向文件服务器请求大量数据的进程,则将有效地减少通讯量,极大地提高效率。

  (4)充分利用特殊资源。进程可以通过迁移来利用某节点上独特的硬件或软件能力。

  (5)内存导引机制。当一个节点耗尽它的主存时,内存导引机制将允许进程迁移到其它拥有空闲内存的节点,而不是让该节点频繁地进行分页或和外存进行交换。这种方式适合于负载较为均衡,但内存使用存在差异或内存物理配置存在差异的系统。

  进程迁移的实现复杂性及对OS 的依赖性阻碍了进程迁移的广泛使用,尤其是对透明的进程迁移的实现。根据应用的级别,进程迁移可以作为OS 的一部分、用户空间、系统环境的一部分或者成为应用程序的一部分。

  (1)用户级迁移:用户级实现较为简单,软件开发和维护也较为容易,因此,现有的很多系统都是采用用户级实现,如Condor和Utopia。但由于在用户级无法获得Kernel的所有状态,因此,对于某类进程,无法进行迁移。另外,由于Kernel空间和User空间之间存在着壁垒,打破这个边界获得Kernel提供的服务需要巨大的开销。因此,用户级实现的效率远远低于内核级实现。

  (2)应用级迁移:应用级迁移的实现较为简单,可移植性好,但是需要了解应用程序语义并可能需对应用程序进行修改或重新编译,透明性较差,这方面的系统有Freedman、Skordos等。

  (3)内核级迁移:基于内核的实现可以充分利用OS提供的功能,全面的获取进程和OS状态,因此实现效率较高,能够为用户提供很好的透明性。但是由于需要对OS进行修改,实现较为复杂。这方面的典型系统有MOSIX和Sprite系统。

  进程迁移的主要工作就在于提取进程状态,然后在目的节点根据进程状态再生该进程。在现实中,一个进程拥有很多状态,并且随着操作系统的演化,进程状态也越来越多样。一般来说,一个进程的状态可以分为以下几类:①进程执行状态。表示当前运行进程的处理器状态,和机器高度相关。包括内核在上下文切换时保存和恢复的信息,如通用和浮点寄存器值、栈指针、条件码等。②进程控制。操作系统系统用来控制进程的所有信,一般包括进程优先级、进程标识,父进程标识等。一旦系统编排了进程控制信息,进程迁移系统必须冻结该进程的运行。③进程Memory状态和进程地址空间。包括进程的所有虚存信息,进程数据和进程的堆栈信息等,是进程状态的最主要的一部分。④进程的消息状态。包括进程缓冲的消息和连接(Link)的控制信息。进程迁移中通讯连接的保持以及迁移后连接的恢复是进程迁移中一项较有挑战意义的问题。⑤文件状态。进程的文件状态包括文件描述符和文件缓冲符。保持文件的Cache一致性和进程间文件同步访问也是进程迁移机制需要着重考虑的。

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