CN1918547A - 促进异构计算环境中的资源分配 - Google Patents

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Abstract

本发明促进了异构计算环境中的资源分配。所述异构计算环境的资源管理器获得描述了所述异构计算环境的哪些节点除了它们的本机操作系统和平台外还能够支持其他操作系统和平台的信息。然后，所述资源管理器在分配资源以满足特定的作业时将使用此信息。

Description

促进异构计算环境中的资源分配
技术领域
本发明一般地涉及异构计算环境，具体地说，涉及促进异构计算环境中的资源分配。
背景技术
异构计算环境包括多个具有不同体系结构和操作系统的节点。例如，所述环境的至少一个节点是基于与所述环境的至少另一个节点执行不同的操作系统的不同体系结构。异构计算环境的一个实例是网格计算环境。
网格计算环境包括许多诸如工作站或服务器之类的节点，这些节点协作以解决大型计算问题。通常，网格散布在广阔的地理区域中。对网格做出贡献的单个节点可以具有许多其他替代用途—在不同的时间，它们可以用作集群中的节点或用作单独的工作站，以及用作网格成员。通常，根据多个项来做出使单个节点或节点组可用于网格的决策，所述项包括节点在它的非网格角色中有多繁忙，对网格节点的需求，以及指定给节点的资源类型。这些资源(如存储装置、存储器、计算能力和文件系统资源)可以被分配给更大的网格以便创建强大的、动态的问题解决环境。
在目前的技术发展水平下，网格节点与要在该节点上执行的作业的特性之间存在很密切的关系。具体地说，选定用于运行作业或其一部分的节点要具有正确版本的操作系统和正确的平台体系结构(即，正确的环境)。这是因为作业具有为特定平台上的特定操作系统编译和链接的受限制的可执行文件。例如，所述可执行文件包含只能在相同环境的机器上运行的机器级指令。此缺点将网格限于只能分配与要执行的作业具有相同环境的那些节点的资源。
此前曾经做出了克服此缺点的尝试。但是，仍然需要促进异构计算环境中的资源分配的能力。
发明内容
通过提供促进异构计算环境中的资源分配的方法，克服了现有技术的缺点并提供了其他优点。
在此还描述并要求保护了与以上概述的方法对应的系统和计算机程序产品。
附图说明
从以下结合附图的详细描述，本发明的特征和优点是显而易见的，这些附图是：
图1示出了结合和使用本发明的一个或多个方面的异构计算环境的一个实施例；
图2示出了根据本发明的一个方面的可在图1的异构计算环境中使用的集群的一个实例；
图3示出了根据本发明的一个方面的网格计算环境的多个集群的一个实例；
图4示出了其中对网格可用的资源受到限制的网格计算环境的一个实施例；
图5示出了根据本发明的一个方面的与向网格提供其他资源关联的逻辑的一个实施例；以及
图6示出了根据本发明的一个方面的其中其他资源可用于网格以供分配的网格计算环境的一个实施例。
具体实施方式
本发明提供了促进异构计算环境中的资源分配的能力。所述异构环境包括至少一个资源管理器，所述资源管理器负责判定所述环境的哪些节点能够处理特定的请求。为了做出此判定，所述资源管理器将预先考虑那些与所述请求具有相同环境(即，体系结构和操作系统)的节点。进而，作为增强，所述资源管理器还可以考虑与所述请求相同的体系结构的不同代的节点，如标题为“Managing Processing Within Computing EnvironmentsIncluding Initiation Of Virtual Machines”(在包括虚拟机启动的计算环境中管理处理)的共同未决PCT专利申请no.PCT/EP2004/051499中所描述的。
处理特定请求所考虑的节点范围被大幅度地扩展。例如，可以考虑具有不同于所述请求的本机环境的节点。可以考虑这些异构节点是因为它们能够支持其他环境，尽管它们的本机环境与所述请求不同。
异构计算环境的资源管理器从所述环境中的各个节点获得信息，并使用该信息来判定哪些节点可用于处理请求。资源管理器获得的信息包括与一个或多个被节点支持但不是节点的本机环境(例如，平台和操作系统)有关的属性。这些兼容性属性可被资源管理器用来扩大节点的范围，并因而扩大可用于处理特定请求的资源的范围。
图1中示出了异构计算环境的一个实例。在此实例中，所述异构环境是网格计算环境100，网格计算环境100包括例如通过例如互联网、外联网或内联网连接到作业管理服务104的多个用户工作站102(例如，膝上型计算机、如ThinkPad之类的笔记本计算机、个人计算机、RS/6000等)。作业管理服务104包括例如要在Web应用服务器(如IBM提供的Websphere)上执行或分布在多个服务器上的Web应用。它负责接受用户请求并将所述请求传递给环境中适当的节点。作为一个实例，用户通过客户端应用(如Web浏览器或独立的应用)与作业管理服务交互。存在多种包括作业管理服务的产品，包括例如由Platform(www.platform.com)提供的LSF，以及可在http：//www.supercluster.org处得到的开源调度器Maui。(IBM是美国纽约阿蒙克的国际商业机器公司的注册商标。此处使用的其他名称可以是国际商业机器公司或其他公司的注册商标、商标或产品名称。)
作业管理服务104还通过互联网、外联网或内联网与一个或多个数据中心106相连。每个数据中心包括例如一个或多个节点108(如大型机、工作站和/或服务器)。所述环境的节点是异构的节点，因为至少一个节点是基于与至少另一个节点不同的体系结构和/或正在执行与至少另一个节点不同的操作系统。例如，一个节点可能基于运行Linux操作系统的x86体系结构，而另一个节点可能基于运行AIX的PowerPC体系结构.
如此处描述的，网格计算环境包括多个节点，这些节点协作以解决大型计算问题。对网格做出贡献的单个节点可以具有许多其他替代用途。例如，网格中的节点可以用作单独的工作站或形成集群(图2中示出了集群的一个实例)。集群200包括例如一组异构节点202，它们由诸如集群资源管理器之类的资源管理器204来管理。所述集群资源管理器接收来自用户的请求并负责将集群资源分配给单独的请求。资源分配的方式取决于请求的需求(例如，存储装置、CPU需求等)。所述集群资源管理器的职责是高效地使用资源来最大化吞吐量。集群资源管理器的一个实例是由纽约阿蒙克的国际商业机器公司提供的Loadleveler。
可以将一个或多个集群连接在一起以形成网格计算环境。在网格环境中加入了额外的软件层，它将节点分配给更大的网格，如图3中所示。网格计算环境300包括诸如网格资源管理器302之类的作业管理服务，它与多个集群的多个集群资源管理器304相连。请求被提交给网格资源管理器，并且所述网格资源管理器知道一组或多组节点，其中每组节点都可以具有不同的体系结构和操作系统。当为网格请求评估可用资源时，所述网格资源管理器是从此体系结构和操作系统池来进行提取。例如，如果提交了是为x86集群编译的Linux可执行程序的网格请求(例如，作业或其一部分)，所述网格管理器仅考虑精确满足这些条件的节点组来选择候选资源。此缺点在图4中示出，其中由于所提交请求的操作系统和体系结构约束，大量资源可能被闲置。
参考图4，网格资源管理器400只考虑与集群资源管理器404相连的计算节点402，因为所述网格资源管理器知道这些节点具有与要运行的可执行程序相同的环境。即，为x86集群编译的Linux可执行程序可以在这些节点上运行，因为它们基于x86体系结构并运行Linux操作系统。由集群资源管理器408管理并在PowerPC体系结构上运行AIX操作系统的节点406将不会被考虑用于资源分配，因为它们与提交的可执行程序的环境不同。
但是，根据本发明的一个方面，可以考虑节点406。即，提供了使网格资源管理器能够考虑其他节点的能力，如果这些节点能够支持另外的操作系统和体系结构的话。例如，尽管网格的一个或多个节点对某一环境(即，具有特定硬件平台和操作系统)来说是本机的，但是它们也可以支持其他环境。例如，本机操作环境为运行AIX的PowerPC的节点可以支持运行Linux的x86环境。因此，该节点能够处理需要任一环境的请求(例如，执行程序)，如由所述请求显式或隐式地指示的。
为了使请求在本机环境与所述请求不同的节点上执行，所述请求被移至另一个环境。例如，如果请求是运行程序，则为本机环境编写的程序将被移至另一个环境。存在从一个环境移动程序并使其在另一个环境中可执行的技术。一种此类技术包括使用应用编程接口(API)。程序通过一系列在API中定义好的操作系统函数来访问操作系统例程(如读取和写入文件)。构造好的以高级编程语言(如编程语言C)编写的程序可以很容易地从一个操作系统移植到另一个操作系统，如果这两个操作系统支持相同的API的话。例如，以C编写的具有多个API调用的程序可以在AIX操作系统上运行，但也可以移植到在Linux上运行，如果Linux与AIX支持相同的API集的话。在将应用从x86(Intel 32位)平台移植到64位平台时也是如此-如果提供了API，程序移植应相当容易。
API的缺点在于它们是编程接口，并且需要重新编译代码以将应用从一个环境移植到另一个环境。此外，返回在AIX中运行的C程序的实例，同一程序将需要使用Linux的API在Linux环境中重新编译以便使所述程序在Linux下成功地执行。这种为每个从一个环境移植到另一个环境的程序实施重新编译的概念是耗时的，并且有时暴露出API中的隐藏缺陷。因而，已寻求其他技术。
一种称为ABI或应用二进制接口的技术为在不同环境中运行程序提供了更简明的技术。通过使用模拟软件层或通过在目标机器上的直接硬件支持，ABI提供了从一个环境获得可执行程序并在另一个环境中运行该可执行程序而无需重新编译的技术。一种使用ABI的体系结构是AMD64体系结构(由加利福尼亚森尼维尔的AMD公司提供)。在“二进制兼容性”(http：//gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Compatibility.html)中描述了ABI的实例。
能够支持不同体系结构的节点(如那些具有ABI的节点)被揭示给网格资源管理器，以便网格资源管理器在向单个集群或节点分配任务时能够使用此信息。这使得更广泛的节点组变得可用于更大的网格。
参考图5描述了与向网格资源管理器揭示不同能力关联的逻辑的实施例，所述网格资源管理器然后能够在其资源分配中使用此信息。
当节点(如工作站)联机时(步骤500)，它将一组属性提供给其资源管理器(如所述集群资源管理器)(步骤502)。这些属性包括(作为实例)节点的平台(体系结构)；节点的操作系统和操作系统级别；以及一组兼容性属性，包括例如由节点通过例如ABI支持的任何其他操作系统和/或任何其他平台(体系结构)。通过例如Web服务调用或Web服务通知将此信息提供给所述集群资源管理器。例如，使用Web服务调用或Web服务通知(如SOAP调用)将指定这些属性的XML文档传送给所述集群资源管理器。在Nilo Mitra的“SOAP版本1.2部分0：入门”(SOAP Version 1.2Part 0：Primer)中描述了SOAP的一个实例(http：//www.w3.org/TR/2003/REC-soap12-part0-20030624/)。
所述集群资源管理器接收此信息并至少将节点的兼容性属性(例如，其支持的一个或多个非本机环境)过滤给网格资源管理器(步骤504)。在一个实例中，将此信息提供给所述网格资源管理器(使用与将所述信息从节点传送到集群资源管理器类似的机制)。例如，通过Web服务调用(如SOAP调用)将所述兼容性属性提供给由所述网格资源管理器揭示的Web服务。尽管此处给出了提供所述信息的一个实例，但是许多其他的通信媒介也是可能的。然后所述网格资源管理器在向请求分配资源时对这些属性加以考虑(步骤506)。
图6示出了网格资源管理器获得兼容性属性以便所述网格资源管理器可以在分配资源时使用这些属性的图示。如图6中所示，每个计算节点600都具有AIX和PowerPC的本机环境，但是与x86和Linux是ABI兼容的。所述节点将此信息提供给它们的集群资源管理器602。然后所述集群资源管理器将此信息过滤给网格资源管理器604。因此，当所述网格资源管理器接收到对Linux可执行程序的请求时，它可以在确定如何分配资源时考虑节点606以及节点600。例如，它可以将查询发送给节点600和节点606上的管理器以查看这些节点是否具有所需的资源。如果一个或多个节点具有所述资源，则选择至少一个节点来处理所述请求。
以上详细描述了促进异构计算环境中的资源分配的能力。资源管理器(如网格资源管理器)获得标识所述异构环境中的哪些节点能够支持其他操作系统和平台的信息。然后所述资源管理器使用此信息来确定怎样分配资源。这有利地为特定请求扩展了可用于异构计算环境的资源的数量。
节点可以是与此处描述的类别不同的节点(例如，除了大型机，工作站或服务器以外)和/或可以支持不同的环境。进而，异构环境可以包括具有与另一个节点相同的体系结构但是为不同代的节点。此外，除ABI以外，还可以使用不同类型的接口来将作业移至不同的环境。此外，可以使用不同的机制将所述兼容性属性从节点过滤到网格资源管理器或其他管理器。
作为另一个实例，用户可以被自动的服务或程序代替。进而，单个请求或作业可以包括同时在多个节点上运行的多个作业。这与以上所述类似地完成。例如，所述网格资源管理器联系多个集群管理器并使这些管理器管理多个请求。还存在许多其他变型。作为进一步的实例，所述环境可以包括一个或多个分区的节点。作为进一步的实例，本发明的一个或多个方面可应用于日立的插接兼容机(PCM)。其他实例也是可能的。
本发明使得能够利用未利用的计算能力，这为安装有大量基础节点的组织提供了直接的经济利益。
本发明可以以软件、固件、硬件或它们的某些组合来实现。
本发明可以被包括在一件具有例如计算机可用介质的制品(例如，一个或多个计算机程序产品)中。所述介质其中具有例如提供和促进本发明的功能的计算机可读程序代码装置或逻辑(例如，指令、代码、命令等)。所述制品可以被包括为计算机系统的一部分或单独出售。
此外，可以提供至少一个机器可读的程序存储装置，所述程序存储装置包含至少一个可由所述机器执行的指令程序以执行本发明的功能。
此处示出的流程图只是实例。此处描述的这些图或步骤(或操作)可以存在许多变型而不偏离本发明的精神。例如，可以按不同的顺序执行所述步骤，或者可以添加、删除或修改步骤。

Claims (19)

1.一种促进异构计算环境中的资源分配的方法，所述方法包括：由所述异构计算环境的资源管理器获得与所述资源管理器通信的节点相关的属性，所述属性指定了至少一个由所述节点支持的兼容的非本机环境；以及在将节点的资源分配给请求时，由所述资源管理器对所述属性加以考虑。
2.如权利要求1中所述的方法，其中所述兼容的非本机环境的属性指定了所述环境的操作系统和处理器。
3.如权利要求1中所述的方法，其中所述考虑包括考虑至少一个具有不同于所述请求指示的环境的本机环境但是能够支持所述请求指示的环境的节点。
4.如权利要求1中所述的方法，还包括由所述资源管理器接收所述请求，所述请求指示了要在其中处理所述请求的环境，并且其中如具有要分配的资源的节点的属性所指示的，所述节点能够支持该环境，尽管该环境并非所述节点的本机环境。
5.如权利要求4中所述的方法，其中所述请求包括要执行的程序。
6.如权利要求1中所述的方法，其中所述获得包括由所述节点将所述属性提供给所述资源管理器。
7.如权利要求6中所述的方法，其中所述由所述节点将所述属性提供给所述资源管理器是通过与一个或多个节点相连的一个或多个其他资源管理器。
8.如权利要求5中所述的方法，其中使用了应用二进制接口以在所述非本机环境中运行所述程序。
9.如权利要求1中所述的方法，其中所述异构计算环境包括网格计算环境并且所述资源管理器包括网格资源管理器。
10.一种促进异构计算环境中的资源分配的系统，所述系统包括：用于由所述异构计算环境的资源管理器获得与所述资源管理器通信的节点相关的属性的装置，所述属性指定了至少一个由所述节点支持的兼容的非本机环境；以及用于在将节点的资源分配给请求时，由所述资源管理器对所述属性加以考虑的装置。
11.如权利要求10中所述的系统，其中所述兼容的非本机环境的属性指定了所述环境的操作系统和处理器。
12.如权利要求10中所述的系统，其中所述用于考虑的装置考虑至少一个具有不同于所述请求指示的环境的本机环境但是能够支持所述请求指示的环境的节点。
13.如权利要求10中所述的系统，还包括用于由所述资源管理器接收所述请求的装置，所述请求指示了要在其中处理所述请求的环境，并且其中如具有要分配的资源的节点的属性所指示的，所述节点能够支持该环境，尽管该环境并非所述节点的本机环境。
14.如权利要求13中所述的系统，其中所述请求包括要执行的程序。
15.如权利要求10中所述的系统，其中所述用于获得的装置包括用于由所述节点将所述属性提供给所述资源管理器的装置。
16.如权利要求15中所述的系统，其中所述用于由所述节点将所述属性提供给所述资源管理器的装置是通过与一个或多个节点相连的一个或多个其他资源管理器。
17.如权利要求14中所述的系统，其中使用了应用二进制接口以在所述非本机环境中运行所述程序。
18.如权利要求10中所述的系统，其中所述异构计算环境包括网格计算环境并且所述资源管理器包括网格资源管理器。
19.一种存储在计算机可读存储介质上的计算机程序产品，当在计算机系统上运行时，所述计算机程序产品用于指示所述计算机系统执行任一上述方法权利要求中的方法。
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