臺灣博碩士論文加值系統

網格計算（Grid Computing）是繼網際網路之後，在資訊科學裏的新一股浪潮。當世界級領袖高喊節能減炭的同時，網格計算已經透過網際網路，悄悄將分布在不同組織內的閒置電腦資源串連，形成一部具有超級運算能力、超大儲存體的虛擬電腦。
屬於開放原碼的Globus Toolkit是建立網格環境的一套工具，它的核心採用模組化設計，開發的目的並不是在建立一套完整的網格軟體，而是以建立網格軟體基礎為目標，以簡化網格建構之繁複過程，提供更具彈性的軟體環境，乃是目前較廣泛被用來建構網格環境的軟體工具，現在已是網格環境建構的標準。在Globus Toolkit提供的五大元件中，有關資源配置管理（GRAM）模組的部分，雖然有明確的規範工作執行程序，但是對於安排的工作如何尋找到適合的資源節點，卻沒有清楚的規範。
因此，本研之目的在於究設計一個「節點資源評等模型」，在Globus Toolkit所建構的網格環境下，採用系統監控的方式收集節點負載資訊，以權重配置的方式比較各節點的運算能力，提供使用者或是資源仲介軟體在選擇適合的節點資源時參考，減少因為節點資源資訊不足所造成的工作延遲，達到資源利用最佳化的目標。

Grid Computing enables the integration of computing resources located all over the world to form a virtual computer with computational power or storage space that is compatible to a super-computer or a data center. Currently, the open-source Globus Toolkit is the most commonly adopted tool for the building of a Grid computing environment. Among the many services provided by Globus Toolkit, the Globus Resource Allocation Manager (GRAM) is in charge of initiating, monitoring, and managing the execution of user-requested computations on remote computers. However, the GRAM does not address the issue of allocating appropriate grid nodes so that it may fit a specific user requirement. Accordingly, the goal of this research is to study and develop a grid resource rating model through long term monitoring of grid nodes loading statistics. Upon user request, services brokers may refer to such a model for allocating the best resources to minimize job execution time and optimize resource usage.

目錄
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章、緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 論文架構 4
第二章、文獻探討 5
2.1 網格計算 5
2.1.1網格計算的應用 6
2.1.2 虛擬組織 7
2.1.3 網格計算基礎架構 8
2.1.4 開放網格服務架構 10
2.1.5 Web服務資源框架 12
2.2 GLOBUS TOOLKIT 13
2.2.1 Globus Toolkit組成架構 14
2.2.2 WS MDS監測和發現系統 17
2.2.3 WS GRAM網格資源配置管理員 19
2.3 系統負載分析 21
2.3.1 系統負載 21
2.3.2 影響系統負載原因 23
2.3.3 系統負載影響因素比較 26
2.3.4 Linux 負載平均值（Load Average） 27
2.3.5 Process執行優先順序 31
第三章、研究方法與測試環境建置 35
3.1 研究方法 35
3.2 評等模型環境建置 39
3.2.1 設備規格 40
3.2.2軟體需求 41
3.2.3 建立CA安全認證機制 42
3.3 節點資源評等模型 43
3.3.1 情境說明 43
3.3.2 節點系統負載紀錄 45
3.3.3 權重配置 47
3.3.4 運算資源資料庫 51
3.4 模型驗證設計 52
3.4.1 測試程式 52
3.4.2 節點運算能力初始測試 53
3.4.3 模型驗證測試設計 54
第四章、系統實作與驗證 56
4.1 節點運算能力初始測試紀錄 56
4.2 第一階段測試 56
4.3 第二階段測試 59
4.3.1 運算能力指標權重計算 59
4.3.2 負載預測權重計算 60
4.3.3 節點選擇 61
4.3.4 提交測試 61
第五章、研究結果與分析 63
5.1 結果分析 63
5-2 研究限制與未來發展 65
參考文獻 67
一、中文文獻 67
二、英文文獻 69

表目錄
表2-1 Globus Toolkit基本服務表 14
表2-2 靜態優先值與Nice值、Base time quantum對照表 32
表2-3 以cpi測試程式測試執行時間紀錄表 33
表3-1 網格計算環境建置各節點硬體配備 40
表3-2 軟體需求一覽表 41
表3-3 工作提交時節點系統負載情境 44
表3-4 權重配置表 47
表3-5 節點運算能力初始測試紀錄表範例 48
表3-6 節點運算能力初始測試基數配置表範例 49
表3-7 週期性負載資料分析項 49
表3-8 週期負載平均值分級表 50
表3-9 base_info與load_info資料表記錄資訊項目 52
表3-10兩階段測試說明表 54
表3-11工作排程提交輪詢表 55
表4-1 各節點運算能力初始測試紀錄 56
表4-2 第一階段測試結果記錄表 57
表4-3 五次基礎測試測得平均時間表 59
表4-4 工作提交前各節點系統負載資訊表 60
表4-5 運算能力指標權重計算結果表 60
表4-6 各節點週期資料統計表 61
表4-7 各節點資源評等指標統計表 61
表4-8 工作提交排程表 62
表4-9 第二階段測試結果記錄表 62
表5-1 兩階段測試完成時間比較表 64

圖目錄
圖2-1 虛擬組織示意圖 8
圖2-2 網格五層沙漏架構示意圖 9
圖2-3 網格服務示意圖 11
圖2-4 Globus Toolkit Ver.4 組成元件示意圖 15
圖2-5 查詢虛擬組織中閒置CPU的數量 18
圖2-6 使用WebMDS查詢虛擬組織內的服務畫面 19
圖2-5 top指令動態監視系統資源使用狀況 28
圖2-6 ps指令查看process資源使用狀態 28
圖2-7 tload指令觀察程式執行時的負載平均狀況 30
圖2-8 相同優先值的Process執行結果 33
圖2-9 不同優先值的Process執行結果 33
圖3-1 本研究以GT4建立的WebMDS查詢網頁 36
圖3-2查詢節點GRAM結果 36
圖3-3 資源評等模型示意圖 37
圖3-4 本研究評等模型建立流程示意圖 38
圖3-5 本研究建置之網格環境示意圖 39
圖3-6 CA Client身分驗證 42
圖3-7 工作提交情境模擬圖 43
圖4-1 grid02節點工作執行負載監視畫面 57
圖4-2 grid04節點工作執行負載監視畫面 58
圖5-1 第一階段測試結果統計圖 63
圖5-2 第二階段測試結果統計圖 64

一、中文文獻
GridCafe中文版（2008a）。網格如何運作? （線上資料）。取自 http://www2.twgrid.org/gridcafe/howitworks/globus.htm （2008年5月8日）
GridCafe中文版（2008b）。網格是什麼？ （線上資料）。來源： http://www2.twgrid.org/gridcafe/whatisgrid/powergrid.htm （2008年4月3日）
Linux通論－認證教材（鄧財文, 周青燕譯）（民90）。台北縣汐止市,博碩文化（2000年）
SETI@home網站（2008）。SETI@home 是什麼？（線上資料）。來源： http://setiathome.ssl.berkeley.edu/ （2008年4月10日）
UNIX系統管理手冊（鄭士豪、林英超、蕭景鴻譯）（民90）。台北市。培生教育出版集團
王玉珮（民97）。分散式平行計算之負載分配。義守大學資訊工程研究所碩士論文。高雄縣
林俊吉(2006)。不要讓IT設備成為你的負擔（IBM Connect電子報）（線上資料）。來源： http://www-07.ibm.com/tw/shortcuts/200606_it_burden.html （2008, march 18）
連政宏、陳啟彰（民92）。物件導向分散式平行計算環境JPVM之效能改善。劉寶鈞（主持人）。第十四屆物件導向技術及應用研討會。桃園縣中壢市元智大學。
都志輝（2005）。高性能計算並行編程技術—— MPI並行程式設計 （線上資料）。來源：http://cftcc.iccas.ac.cn/upload/2005_04/05041108487447.pdf （2008, May 15）
游坤明（民87）。建立一個具有負荷平衡能力之分散式計算環境。行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告（計畫編號：NSC 88-2213-E-216-002）
黃國展、陳敏、周朝宜、張西亞（2002）。 PC Cluster上叢集及工作管理軟體之發展。第二屆離島資訊技術與應用研討會論文集。p236-245
樊寧(2006)。網格體系結構概述 （線上資料）。來源： http://www.ibm.com/developerworks/cn/grid/gr-fann/index.html （2008年5月15日）

二、英文文獻
Bacon, C.（2005）。GT4 Base Services Administration。 GlobusWORLD 2005 （Online）。 Available: http://www.globus.org/toolkit/presentations/GlobusWorld_2005_Session_5c.pdf （2008, May 30）
Barker, R. & Yu, D. & Wlodek, T.（2003）。A Model for Grid User Management。 California: Computing in High Energy and Nuclear Physics
Berman, F. & Fox, G. & Hey, T.（2003）。Grid Computing: making the globus infrastructure a reality。New York: J. Wiley。
Bovet P. D, & Cesati, M.（2006）。Understanding the LINUX KERNEL。California: O’Reilly。
Czajkowski, K. & Ferguson, D. & Foster, I. & Frey, J. & Graham, S. & Sedukhin, I. & Snelling, D. & Tuecke, S. & Vambenepe, W.(2004)。The WS-Resource Framework （Online）。 http://www.globus.org/wsrf/specs/ws-wsrf.pdf （2008, March 22）
Foster, I. & Kesselman, C. & Nick, J. M. & Tuecke, S.（2002）。The Physiology of the Grid （Online）。Available: http://www.globus.org/alliance/publications/papers/ogsa.pdf [2008,May 25]
Foster, I. & Kesselman, C.（1998）。The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure。Boston : Elsevier
Foster, I. & Kesselman, C.（2004）。The grid 2 : blueprint for a new computing infrastructure。Boston : Elsevier
Foster, I.（2002）。What is the Grid? A Three Point Checklist。GRID Today
Ganglia(2008)。Ganglia monitoring system （Online）。http://ganglia.info/ （2008, May 30）。
Globus Alliance(2008a)。Welcom to the Globus Toolkit （Online）。Available: http://www.globus.org/toolkit/ （2008,May 18）
Globus Alliance（2008b）。Globus Toolkit 4.0 Release Manuals,Globus Alliance （Online）。Available: http://www.globus.org/toolkit/docs/4.0/ （2008, june 2）
Gunther, N.（2003a）。UNIX® Load Average Part 1: How It Works [Online]。Available: http://www.teamquest.com/resources/gunther/display/5/index.htm （2008, May 22）
Gunther, N.(2003b)。UNIX® Load Average Part 2: Not Your Average Average （Online） 。Available: http://www.teamquest.com/resources/gunther/display/7/index.htm （2008, May 22）
Hawkeye Web Site(2008)。A Monitoring and Management Tool for Distributed Systems （Online）。Available: http://www.cs.wisc.edu/condor/hawkeye/ （2008, June 05）
Joseph, J. & Fellenstein, C.（2004）。 Grid Computing。 New Jersey: Prentice Hall Professional Technical Reference
Peek, J. & O'Reilly, T. & Loukides, M.（1997）。UNIX Power Tools。.California: O'Reilly & Assoc. Inc。
Vladimir, S.（2006）。Grid computing for developers。Massachusetts: Charles River Media。
Tarricone, T. & Esposito, A.（2004）。Grid Computing For Electromagnetics。Boston: Artech House
Takefusa, A. & Casanova, H. & Matsuoka, C. & Berman, F.（2001,August）。“A Study of Deadline Scheduling forClient-Server Systems on the Computational Grid,” 10th IEEE International Symposium on High Performance DistributedComputing (HPDC-10'01) , San Francisco, California