[发明专利]基于后台管控架构的并行仿真任务分发与调度方法

权利要求书

1.一种基于后台管控架构的并行仿真任务分发与调度方法，其特征在于包括 以下步骤：

第一步，构建由多台计算机组成的并行仿真局域网环境，每台计算 机都是局域网的节点，各节点有着各自独立的存储系统，节点之间的通 信采用消息传递的方式，节点依次编号为0，1，2，...，n，n+1为局域网中节 点的总数；

第二步，建立基于后台管控架构的并行仿真任务分发与调度器，并 行仿真任务分发与调度器由管理器、后台管控器组成，管理器是一个仿 真样本分发和调度软件，负责实现仿真样本的分发，并通过调度后台管 控器来实现仿真样本的运行；后台管控器是一个响应仿真样本分发和调 度的软件，负责对仿真样本进行接收与调度，具体步骤包括：

2.1 建立管理器：指定在任一编号的节点机器上建立并行仿真任务分 发管理器，并行仿真任务分发管理器所在的节点简称为管理器节点，在 管理器节点上安装仿真应用可执行程序，并行仿真任务分发管理器每隔 0.8～2秒向局域网内的各个节点发送用户数据报协议UDP消息，以期与 局域网内的后台管控器建立连接；

2.2 建立后台管控器：指定在除管理器编号的节点上依次建立并行仿 真任务分发后台管控器，各后台管控器均与管理器建立可靠连接，并行 仿真任务分发后台管控器所在的节点简称为后台管控器节点，在后台管 控器节点上建立支持并行仿真应用运行和实体子模型交互的运行支撑环 境—并行仿真服务器；

2.3 管理器和后台管控器之间建立连接消息通讯机制，步骤如下：

2.3.1 管理器以各后台管控器的节点编号为标识，向各后台管控器发送 UDP消息；

2.3.2 各后台管控器从管理器接收到UDP消息后，即建立与管理器的可 靠连接；当所有后台管控器完成建立与管理器的连接后，管理器即停止发送 UDP消息；

2.3.3 管理器每隔2～4秒向后台管控器请求节点状态信息，后台管控器 接收到管理器的请求消息后，实时收集本节点状态信息并传送给管理器；

2.3.4 管理器接收到各后台管控器的状态信息后，实时显示各后台管控 器节点当前的性能状态参数；

第三步，基于仿真任务复杂程度决定分发调度策略，仿真任务复杂程度 由仿真样本运行过程中的实体数以及实体之间交互的数量决定，分发调度策 略包括单节点分发调度策略和组分发调度策略；单节点分发调度策略是指在 一个后台管控节点上运行一个仿真样本和一个并行仿真服务器；组分发策略 是指几个后台管控节点构成一个组，该节点组共同运行一个仿真样本，其中 一个后台管控节点运行并行仿真服务器，其它节点运行仿真样本可执行程 序；选定单节点分发调度策略或组分发调度策略的规则是：当 S×E_cpu×E_s<＝100时，选取单节点分发调度策略，否则选取组分发调度策略， S是仿真任务实体数，E_cpu为CPU平均利用率，E_s为内存平均利用率；

第四步，管理器根据单节点分发调度策略或组分发调度策略向后台管控 器进行仿真样本分发：

4.1 当选定单节点分发策略时，包括以下步骤：

4.1.1 根据各节点当前的性能状况参数，基于负载平衡的原则向各后台 管控节点分配仿真样本；

4.1.2 管理器记录样本部署信息，并生成仿真任务队列STQ，STQ以后 台管控节点编号为关键字，包含各节点相应的后台管控节点子队列，若编 号为0的节点上建立了管理器，则STQ＝{STQ₁，STQ₂，...，STQ_i，...，STQ_n}， i＝1，2，...，n，子队列STQ_i中每个元素是一条记录，每条记录包括节点编号、 仿真样本名称、仿真样本运行次数、记录文件编号四个字段；其中节点编号 标识仿真样本运行的节点i，仿真样本名称标识运行的样本名Name_j，仿真 样本运行次数标识仿真样本Name_j在节点i上需运行的次数rnum_j，记录文件 编号表示样本运行结果存储的文件编号i_Name_{j_}rnum_j，j＝1，2，...，N，节点i上 共运行N个仿真样本，样本名为{Name₁，Name₂，...，Name_j，...，Name_N}；

4.1.3 管理器查询仿真任务队列STQ，生成各节点的配置文件，并由管 理器采取传输压缩数据包的方式将配置文件和仿真应用可执行程序部署到 对应的后台管控节点，方法是：

4.1.3.1 管理器判断任务队列STQ是否为空，若不为空，取任务队列STQ 中第一个节点子队列作为当前节点任务子队列STQ_i，置当前节点为节点i， 执行步骤4.1.3.2；若为空，结束仿真任务节点分发；

4.1.3.2 管理器判断STQ_i是否为空，若不为空，执行步骤4.1.3.3；若STQ_i为空，判断当前STQ_i是否存在下一节点子队列，若存在，取当前STQ_i的下 一节点子队列作为当前节点任务子队列STQ_i，转步骤4.1.3.2；若不存在， 结束仿真任务节点分发；

4.1.3.3 根据STQ_i中的记录，生成节点i上的仿真样本Name_j、运行次数 rnum_j、记录文件编号i_Name_{j_}rnum_j的配置文件，j＝1，2，...，N；

4.1.3.4 管理器将仿真应用可执行程序、配置文件压缩成仿真应用文件 包，并向节点i上的后台管控器传输一次仿真应用文件包；

4.1.3.5 节点i上后台管控器将接收到的仿真应用文件包解压至仿真应用 文件夹，根据相应的命名规则，生成不同的样本文件运行文件夹，并将仿真 应用文件夹中所有文件拷贝至所有的样本运行文件夹中，转步骤4.1.3.2；

4.2 当管理器采用组分发策略时，划分的各个后台管控节点组内存在一 个主后台管控节点，主后台管控节点上的后台管控器称为主后台管控器，由 它运行并行仿真服务器，组内其他后台管控器均为普通后台管控器，运行仿 真样本可执行程序，组分发策略包括如下步骤：

4.2.1 根据确定的分组规模，设置各个节点所属于的节点组，为节点分组， 形成节点组参数文件；

4.2.2 指定组内主管控节点来负责整个组的并行仿真样本运行，综合考虑 各节点组的性能状况，基于负载平衡的原则在各后台管控节点组分配仿真样 本；

4.2.3 管理器记录样本部署信息，并以主后台管控节点的编号Prm_m为关 键字生成任务主管控队列STCQ，STCQ＝{STCQ₁，STCQ₂，...，STCQ_m，...， STCQ_M}，m＝1，2，...，M，M<＝n，M为最大分组数，STCQ包含主后台管控节 点Prm_m相应的主后台管控节点子队列STCQ_m，子队列STCQ_m包含节点组 Prm_m上将要运行的所有仿真样本的信息，STCQ_m中每个元素是一条记录， 每条记录包括主管控节点编号、属于节点组的节点编号、仿真样本名称、仿 真样本运行次数、记录文件编号五个字段；主管控节点编号标识仿真样本运 行节点组内的主管控节点Prm_m，Prm_m也标识该节点组，节点编号标识共同 运行仿真样本的组内的一个节点i，仿真样本名称标识运行的样本名为 Name_j，j＝1，2，...，N，节点i上要运行N个仿真样本，样本名为{Name₁，Name₂，...， Name_j，...，Name_N}，仿真样本运行次数标识仿真样本Name_j子进程在组Prm_m的节点i上需运行的次数rnum_j，记录文件编号表示样本运行结果数据存储 的文件编号为Prm_{i_}Name_{j_}rnum_j；

4.2.4 管理器查询任务主管控队列STCQ，生成各节点组的配置文件，并 采取传输压缩数据包的方式将配置文件和仿真应用可执行程序部署到各后 台管控节点组：

4.2.4.1 管理器判断任务主管控队列STCQ是否为空，若不为空，取任务 主管控队列STCQ中第一个节点组子队列作为当前节点组子队列STCQ_m， 置当前节点组为节点组Prm_m，执行步骤4.2.4.2；若为空，结束仿真任务节 点组的分发；

4.2.4.2 管理器判断STCQ_m是否为空，若不为空，执行步骤4.2.4.3；若 STCQ_m为空，判断当前STCQ_m是否存在下一节点组子队列，若存在，取当 前STCQ_m的下一节点组子队列作为当前节点组任务子队列STCQ_m，转步骤 4.2.4.2；若不存在，结束仿真任务节点组的分发；

4.2.4.3 根据STCQ_m中的记录，生成节点组Prm_m上的仿真样本Name_j、 运行次数rnum_j、记录文件编号Prm_{m_}Name_{j_}rnum_j的配置文件；

4.2.4.4 管理器将仿真应用可执行程序、配置文件压缩成仿真应用文件 包，并向节点组Prm_m的各后台管控器仅传输一次仿真应用文件包；

4.2.4.5 节点组Prm_m的各后台管控器将接收到的仿真应用文件包解压至 仿真应用文件夹，根据相应的命名规则，生成不同的样本文件运行文件夹， 并将仿真应用文件夹中所有文件拷贝至所有的样本运行文件夹中，转步骤 4.2.4.2；

第五步，根据仿真任务分发情况，由并行仿真任务分发与调度器采用单 节点调度策略或组调度策略进行仿真样本的调度：

5.1 单节点调度策略，包括以下步骤：

5.1.1 管理器判断任务队列STQ是否为空，若不为空，取任务队列STQ 中第一个节点子队列作为当前节点任务子队列STQ_i，置当前节点为节点i， 执行步骤5.1.2；若为空，结束仿真任务调度运行；

5.1.2 管理器判断STQ_i是否为空，若STQ_i为空，删除STQ_i，转步骤5.1.1； 若不为空，执行步骤5.1.3；

5.1.3 判断STQ_i上的第一个仿真样本的运行次数是否为0，若为0，管理 器删除STQ_i中的第一个仿真样本的记录，转步骤5.1.2，若不为0，执行步 骤5.1.4；

5.1.4 管理器在节点i上调度STQ_i中的第一个仿真样本运行1次，方法 是管理器向节点i上的后台管控器发送仿真样本调度消息，后台管控器启动 节点i上的并行仿真服务器以及仿真样本运行，同时向记录文件编号标识的 文件记录仿真结果数据，转步骤5.1.5；

5.1.5 判断任务队列STQ是否存在未调度仿真样本运行的节点，若存在， 管理器置第一个未调度节点为当前节点i，转步骤5.1.2；若任务队列中不存 在未调度节点，管理器处于等待后台管控器信息报告状态，转步骤5.1.6；

5.1.6 后台管控器运行仿真样本开始后，仿真应用可执行程序将仿真结果 数据记录到记录文件编号标识的文件中，并通过并行仿真服务器每隔一段时 间T查询仿真运行状态，仿真样本运行结束时，后台管控器将仿真样本结束 状态发送给管理器，管理器接收后台管理器仿真样本的本次运行完毕消息 后，执行步骤5.1.7；

5.1.7 管理器修改当前节点i的任务子队列STQ_i中的当前运行样本的运 行次数，运行次数减少1次，转步骤5.1.3；

5.2 采用组调度策略时，包括以下步骤：

5.2.1 管理器判断任务主管控队列STCQ是否为空，若不为空，取任务主 管控队列STCQ中第一个节点组队列作为当前节点任务主管控子队列 STCQ_m，置当前节点组为节点组Prm_m，执行步骤5.2.2；若为空，结束仿真 任务调度运行；

5.2.2 管理器判断当前节点组Prm_m的子队列STCQ_m是否为空，若STCQ_m为空，则删除STCQ_m，转步骤5.2.1；若不为空，执行步骤5.2.3；

5.2.3 判断STCQ_m上的第一个仿真样本的运行次数，若为0，管理器删 除STCQ_m中的第一个仿真样本的记录，转步骤5.2.2，若不为0，执行步骤 5.2.4；

5.2.4 管理器在节点组Prm_m上调度STCQ_m中的第一个仿真样本运行1 次，方法是：管理器向组内各后台管控器发送仿真样本调度消息，主后台管 控器启动节点上并行仿真服务器及仿真样本子进程运行，各普通后台管控器 启动节点上仿真样本子进程运行，并同时向记录文件编号标识的文件记录仿 真结果数据，转步骤5.2.5；

5.2.5 判断任务主管控队列STCQ是否存在未调度仿真样本运行的节点 组，若存在，管理器置第一个未调度节点组为当前节点组Prm_m，转步骤5.2.2； 若任务队列中不存在未调度节点组，管理器处于等待主后台管控器信息报告 状态，转步骤5.2.6；

5.2.6 当所有后台管控器运行仿真样本开始后，主后台管控节点上的仿真 应用可执行程序对将仿真结果数据记录到记录文件编号标识的文件中，并通 过并行仿真服务器每隔一段时间T查询仿真运行状态，仿真样本运行结束 时，主后台管控器将仿真样本结束状态发送给管理器，管理器接收主后台管 理器仿真样本的本次运行完毕消息后，执行步骤5.2.7；

5.2.7 管理器修改当前节点组Prm_m的任务主管控子队列STCQ_m中的当前 运行样本的运行次数，运行次数减少1次，转步骤5.2.3；

第六步，由基于后台管控架构的并行仿真任务分发与调度器进行仿真结 果数据的自动收集，方法是：

6.1 所有样本运行完毕后，管理器发送样本运行结束消息，后台管控节 点或主管控节点接收到该消息后，关闭并行仿真服务器，查询各样本文件包 中的数据文件即编号为i_Name_{j_}rnum_j或Prm_{m_}Name_j_rnum_j的文件，将查找 到的数据文件加入到数据文件包中压缩存储；

6.2 直至本节点上所有的数据文件都加入到数据文件包中，后台管控节 点或主管控节点向管理器发送数据准备完毕消息，管理器接收到该消息后， 解析出其中的压缩包信息，并初始化接收文件准备工作，然后向后台管控节 点或主管控节点发送请求文件传输消息，后台管控节点接收请求文件传输消 息后开始传输数据；

6.3 管理器启动多线程接收后台管控节点或主管控节点的相应数据，文 件传输完毕后，各计算节点清除样本文件包以及数据记录文件，管理器收集 到各后台管控节点或主管控节点上的所有数据文件后，仿真结果数据收集完 成，本次仿真任务结束。