Оренбургский государственный университет

Анализ и разработка методов и алгоритмов управления сетевыми ресурсами в распределенных вычислительных центрах обработки данных на основе программно-конфигурируемых компьютерных сетей

ГК № 07.514.11.4153 от 14 июня 2012 г.

Руководитель: д.т.н., профессор Тарасов В.Н.

В результате формализации компонентов исследуемых систем разработаны: структурная модель распределенного вычислительного центра обработки данных (ЦОД) с программно-конфигурируемой сетью (ПКС) его сегментов, модель облачной системы распределенного вычислительного ЦОД, модель вычислительной грид-системы, функционирующей поверх облачной системы, модель параллельной вычислительной программы для облачной системы и модель вычислительной задачи для грид-системы, функционирующей поверх облачной системы.

Предложена концепция расширения сетевой операционной системы (СОС) NOX, обеспечивающая рост производительности системы, ее масштабируемость и отказоустойчивость. Разработан прототип модуля обеспечения QoS для NOX. Предложена концепция системы управления сетевой инфраструктурой распределенных вычислительных ЦОД, включающих СХД, на основе ПКС, разработаны алгоритмы маршрутизации и сбора сетевой статистики, учитывающие специфику ПКС. Разработаны два алгоритма назначения групп экземпляров виртуальных машин на физические узлы в облачной системе. Предложены два варианта алгоритмов планирования задач внутри грид-системы, функционирующей поверх облачной системы, представляющие собой сочетания алгоритма обратного заполнения с разработанными методами назначения.

Разработан экспериментальный образец программно-конфигурируемой сети (ЭО ПКС), включающий типовое аппаратное и программное обеспечение распределенного ЦОД. Для управления сетевыми ресурсами ЭО ПКС разработаны модуль управления контроллером ПКС, модуль планирования задач распределенной вычислительной системы, модуль локальных служб распределенной вычислительной системы.

Для исследования технических характеристик ЭО ПКС создан испытательный стенд ЭО ПКС. Проведены экспериментальные исследования ЭО ПКС, подтверждающие соответствие технических характеристик ЭО ПКС требованиям технического задания.

Проведенная аналитическая оценка применимости разработанных методов и алгоритмов управления сетевыми ресурсами в распределенных вычислительных ЦОД на основе комплексного анализа результатов экспериментальных исследований показывает, что сочетание алгоритма планирования задач Backfill SDM с проактивным методом управления ПКС является лучшим вариантом для централизованного или распределенного вычислительного ЦОД при использовании коммуникационно-интенсивных и вычислительно-интенсивных наборов задач.

По результатам НИР разработаны методические рекомендации по построению и настройке ПКС в российских университетах и научно-исследовательских организациях. Разработан проект технического задания на выполнение опытно-конструкторских работ по теме "Разработка программного комплекса управления сетевыми ресурсами в распределенных вычислительных центрах обработки данных на основе программно-конфигурируемых сетей".

Результаты НИР могут применяться в научных и коммерческих организациях отрасли информационных технологий при разработке и настройке систем управления сетевыми ресурсами в центрах обработки данных.

Разработанные в рамках НИР модели, алгоритмы, прототипы и программные модули могут служить основой для реализации в рамках опытно-конструкторских работ программного комплекса управления сетевыми ресурсами в распределенных вычислительных ЦОД на основе ПКС. Внедрение такого комплекса приведет к повышению производительности ЦОД, снижению энергопотребления, уменьшению стоимости вычислительных ресурсов.