CN101937359A - 一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统 - Google Patents
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Abstract
一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，该系统包括仿真模型数据库1、仿真应用管理节点2和仿真计算节点3。仿真模型数据库1是仿真模型的存储中心，用户可以通过仿真应用管理节点2向仿真模型数据库1提交新开发的模型，也可以通过仿真应用管理节点2查询仿真模型数据库1中满足自己需要的已有模型，并下载使用。其优点是：仿真应用的集成平台功能通用化、规模可扩展化；仿真平台的通用化和仿真模型的即插即用，实现了仿真计算的负载以及资源使用效率的动态调整；提高了面向不同应用的复杂仿真系统的集成效率，提高了仿真应用系统的开发和集成效率；提高了仿真应用系统的可用性和可靠性以及资源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及建模与仿真技术领域，具体涉及一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统。
背景技术
仿真应用是用户根据研究分析需求利用仿真模型生成仿真对象并进行协同计算，对仿真过程数据或结果数据进行分析研究的一类应用系统。目前仿真应用领域的标准、技术等重在解决应用层中仿真对象之间的交互与协调，对仿真应用系统中仿真模型的部署、仿真资源的使用效率问题、仿真计算性能等问题的成熟技术研究成果或解决方案还未见公布。这在一定程度上削弱了仿真的效果，限制了它应用的深度和广度，特别对于计算密集型、数据密集型以及存在大量远程控制与交互的复杂仿真系统，利用现有的仿真技术方案已经难以实现或者效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，该系统具有较好的通用性和可扩展性，可以支持仿真模型的快速灵活部署，支持仿真资源的动态分配和任务迁移，提高了仿真资源的利用效率和仿真计算性能。
本发明提供的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统包括仿真模型数据库1、仿真应用管理节点2和仿真计算节点3。
仿真模型数据库1用于存储管理已开发的仿真模型，每个仿真模型在模型库中存储的内容包括：模型名称、模型ID标识、版本说明、编译链接过后的模型组件、模型参数说明以及模型引用的其它资源文件。
仿真应用管理节点2用于仿真模型的提交、查询、下载，每个仿真计算节点仿真任务的打包、分发，仿真应用计算过程中的管理、资源监控与调度。
仿真计算节点3用于仿真任务的解包分析，仿真对象的生成、调度管理、以及仿真模型输入信息的采集、输出信息的发送，实现仿真模型的计算和仿真对象的模拟。
本发明提供的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，直接面向用户的是仿真应用管理节点2，用户根据仿真需求利用仿真应用管理节点2从仿真模型数据库1下载所需仿真模型，并以仿真任务的形式分发到仿真计算节点3，用户利用仿真应用管理节点2启动仿真应用，监控各仿真计算节点3的状态、资源使用情况，在仿真计算过程中用户可以依据任务情况、节点资源使用情况可以对仿真任务在各仿真计算节点3间进行迁移调度，使各仿真计算节点3的任务负载趋于均衡。
本发明提供的面向仿真应用的计算集成系统，仿真应用管理节点2和仿真计算节点3构成一个整体，提供计算环境和计算能力，仿真应用管理节点2监控整个计算系统中各计算节点的状态和资源使用情况，仿真应用管理节点2提供资源动态分配和任务迁移功能，本集成系统具有资源使用高效性和计算负载均衡性。
本发明提供的面向仿真应用的计算集成系统，仿真计算节点3本身独立于具体的仿真模型和仿真任务，而且本集成系统中仿真计算节点3的数量可以按照用户需求配置，也可以在仿真应用计算过程中动态添加计算节点，本集成系统具有通用性和可扩展性。
本发明使建模与仿真领域的应用集成工作朝框架通用化、可扩展化，模型集中管理化、即插即用化，仿真计算负载均衡化、资源使用高效化的方式转变，将带来以下优点与效果：
1)仿真应用的集成平台功能通用化、规模可扩展化，集成平台本身独立于具体的仿真应用、仿真模型和仿真工具，该通用集成平台可以承载各类仿真模型，为各类仿真应用提供计算环境；
2)仿真平台的通用化和仿真模型的即插即用，使得仿真应用的计算结构动态调整和任务迁移成为可能，实现了仿真计算的负载以及资源使用效率的动态调整；
3)提高了面向不同应用的复杂仿真系统的集成效率，使得建模与仿真资源在不同仿真应用中得到充分利用，提高了仿真应用系统的开发和集成效率；
4)提升仿真应用的计算能力，资源共享能力和管理控制能力，仿真任务的自动、动态、自适应部署，并根据需求进行灵活调整，使得，提高了仿真应用系统的可用性和可靠性以及资源利用率。
附图说明
图1为本发明系统的框架结构图；
图2为仿真管理节点的内部结构图；
图3为仿真计算节点的内部结构图；
图4为仿真任务分发与运行流程图；
图5为仿真任务的监控流程图；
图6为仿真任务的动态迁移流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统包含：仿真模型数据库1、仿真应用管理节点2和仿真计算节点31、32、…、3n，其中，n为正整数，表示仿真应用系统所需的计算节点个数。为表述方便，下面将计算节点31、32、…、3n统称为仿真计算节点3。
仿真模型数据库1是为了统一管理仿真模型而建立的数据库存储空间，大量的已开发的仿真模型组件存储在仿真模型库中，每个仿真模型在模型库中存储的内容包括模型名称、模型ID标识、版本说明、编译链接过后的模型DLL文件、模型参数说明以及模型引用的其它资源文件。
仿真应用管理节点2是仿真应用集成系统的中央“管理器”部件，它连接着仿真模型数据库1和仿真计算节点3，仿真模型数据库1中的仿真模型由仿真应用管理节点2的下载、分配和调度，仿真计算节点3中任务运行的资源监控由仿真应用管理节点2来管理，另外，仿真应用管理节点2是用户直接面向和使用的模块，用户通过操纵仿真应用管理节点2，实现仿真需求。
仿真计算节点3是仿真任务运行的执行节点，计算节点个数可以根据用户需求而定，计算节点上的负载如果出现不均衡状况，仿真应用管理节点2会进行调度计算，在节点之间进行任务的迁移，每个计算节点上运行的资源信息会由管理节点收集到管理节点进行统一分析。
仿真应用管理节点2，其内部结构如图2所示，仿真应用管理节点2包括仿真任务管理模块2.1，模型库访问下载模块2.2，仿真任务分发模块2.3，资源通信模块2.4，仿真通信模块2.5，资源管理模块2.6。
仿真任务管理模块2.1是管理节点的中心控制部位，实现仿真应用的计算任务分解、任务调度、负载与资源间的平衡。
模型库访问下载模块2.2负责连接仿真模型库1，支持仿真模型的浏览、选择、下载。
仿真任务分发模块2.3是仿真任务的分发处理中心，利用资源通信模块2.4把仿真任务分发到计算节点3。
资源通信模块2.4是管理节点2与计算节点3之间的信息收发处理模块，负责仿真任务下发和计算节点资源状态接收。
仿真通信模块2.5是仿真结果与中间数据的采集模块。
资源管理模块2.6通过资源通信模块2.4采集的计算节点资源状态数据，形成整个计算网格的资源使用信息，负载情况分析，在负载不均衡时通知仿真任务管理模块2.1启动仿真任务动态迁移。
仿真计算节点3，其内部结构如图3所示，包括资源通信模块3.1，仿真通信模块3.2，资源状态监视模块3.3和仿真任务加载启动模块3.4。
资源通信模块3.1负责接收仿真任务，向管理节点发送资源状态信息。
仿真通信模块3.2负责接收和发送仿真任务计算过程中的仿真数据。
资源状态监视模块3.3负责采集计算节点CPU、内存、网络等资源的使用情况。
仿真任务加载启动模块3.4负责把资源通信模块3.1接收到的仿真任务加载并启动该仿真任务。
本发明提供的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，如图4所示，仿真任务分发和运行的具体流程：用户首先提交仿真想定，仿真应用管理节点2收到仿真想定后，仿真任务管理模块2.1根据仿真想定控制模型库访问下载模块2.2对仿真模型数据库1进行访问，选取适合于仿真想定的仿真模型，仿真任务管理模块2.1按照仿真模型把仿真想定分解成若干仿真任务，仿真任务分发模块2.3通过资源通信模块2.4把仿真任务分发到仿真计算节点3，仿真计算节点3资源通信模块3.1接收仿真任务，仿真任务加载启动模块3.4把仿真任务加载到计算空间，仿真应用管理节点2的仿真任务管理模块2.1通过仿真通信模块2.5发送仿真启动信息，仿真计算节点3的仿真通信模块3.2接收到仿真启动信息后通知仿真任务加载启动模块3.4启动仿真任务，仿真计算开始。
本发明提供的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，资源监控流程如图5所示，仿真计算节点3的资源状态监视模块3.3采集仿真计算节点3上的资源利用情况、仿真任务的完成情况、CPU的使用情况，资源状态监视模块3.3将这个结果通过资源通信模块3.1，然后由资源通信模块3.1传到管理节点2，仿真应用管理节点2的资源管理模块2.6分析采集到的资源状态，通过资源分析算法形成负载均衡情况报告，在负载不均衡情况出现时通知仿真任务管理模块2.1启动仿真任务迁移。
本发明提供的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，仿真任务动态迁移流程如图6所示，仿真应用管理节点2的仿真任务管理模块2.1利用资源通信模块2.4通知正在执行该计算任务的仿真计算节点31保存仿真任务的执行状态并卸载仿真任务，把仿真任务执行状态上传回仿真应用管理节点2，仿真应用管理节点2的仿真任务管理模块2.1利用仿真任务分发模块和资源通信模块把仿真任务与执行状态一并下发到准备继续执行仿真任务的仿真计算节点32。
Claims (3)
1.一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，其特征在于：包括仿真模型数据库1、仿真应用管理节点2和仿真计算节点3；仿真模型数据库1用于存储管理已开发的仿真模型，每个仿真模型在模型库中存储的内容包括：模型名称、模型ID标识、版本说明、编译链接过后的模型组件、模型参数说明以及模型引用的其它资源文件；仿真应用管理节点2用于仿真模型的提交、查询、下载，仿真想定文件的解析，每个仿真计算节点仿真任务的打包、分发，仿真应用计算过程中的管理、资源监控与调度；仿真计算节点3用于仿真任务的解包分析，仿真对象的生成、调度管理、以及仿真模型输入信息的采集、输出信息的发送，实现仿真模型的计算和仿真对象的模拟。
2.根据权利要求1所述的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，其特征在于：仿真应用管理节点2，包括：仿真任务管理模块2.1，模型库访问下载模块2.2，仿真任务分发模块2.3，资源通信模块2.4，仿真通信模块2.5和资源管理模块2.6。
3.根据权利要求1所述的一种面向仿真应用的通用可扩展计算系统，其特征在于：仿真计算节点3，包括：资源通信模块3.1，仿真通信模块3.2，资源状态监视模块3.3和仿真任务加载启动模块3.4。
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