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來源：專知
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當(dāng)前，集群系統(tǒng)的部署和使用非常廣泛。

來自清華大學(xué)張彤的博士論文，入選2021年度“CCF優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎”初評名單！

https://www.ccf.org.cn/Focus/2021-11-22/750448.shtml

集群系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度

當(dāng)前，集群系統(tǒng)的部署和使用非常廣泛。在集群系統(tǒng)中，一個任務(wù)通常分為多個處理階段順序執(zhí)行，而在各處理階段之間需要通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。已有測量工作表明，數(shù)據(jù)傳輸時間占整個任務(wù)運(yùn)行時間的比重很大，因此優(yōu)化集群系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸時間對于加速任務(wù)、提升應(yīng)用性能非常重要。網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度是優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸時間的有效方法，主要指為數(shù)據(jù)流設(shè)定傳輸順序以及分配帶寬。在小規(guī)模集群系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部容易做到無阻塞，流調(diào)度主要在邊緣鏈路上；而在大規(guī)模集群系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部也可能成為瓶頸，流調(diào)度也應(yīng)作用于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。由于集群系統(tǒng)應(yīng)用種類繁多，通信模式各不相同，因此內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中既存在獨(dú) 立的單流也存在并發(fā)的流束。相應(yīng)地，網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度既包括單流調(diào)度也包括流束調(diào) 度。根據(jù)以上分類，本文分別在小規(guī)模與大規(guī)模集群系統(tǒng)中針對單流調(diào)度和流束調(diào)度的問題進(jìn)行了研究：

(1) 提出了穩(wěn)定的單流調(diào)度策略。針對小規(guī)模與大規(guī)模集群系統(tǒng)都存在的調(diào)度策略不穩(wěn)定問題，本文設(shè)計了穩(wěn)定的單流調(diào)度策略 BASRPT，并且針對小規(guī)模和大規(guī)模集群系統(tǒng)分別設(shè)計了兩個版本。BASRPT 同時考慮流的剩余大小和所在隊列的隊長，優(yōu)先傳輸長隊列中的短流，既能夠控制隊長又能夠縮短流完成時間。仿真結(jié)果表明，BASRPT 能夠維持隊列長度穩(wěn)定并取得較低的流完成時間。

(2) 提出了已知部分信息的流束調(diào)度策略。針對小規(guī)模集群系統(tǒng)中部分流束信息可知的場景，本文設(shè)計了已知部分信息的流束調(diào)度策略 IICS。IICS 借助流束中已到達(dá)子流信息對剩余傳輸時間進(jìn)行預(yù)測，并基于預(yù)測值近似實現(xiàn)最小剩余時間優(yōu)先。仿真結(jié)果表明，IICS 能夠取得與信息完全可知的策略接近的流束完成時間。?

(3) 提出了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部瓶頸感知的流束調(diào)度策略。針對大規(guī)模集群系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)部瓶頸約束，本文設(shè)計了分布式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)瓶頸感知的流束調(diào)度策略 DBA。DBA 在所有鏈路的帶寬約束下，通過各節(jié)點演化的方式近似實現(xiàn)了全網(wǎng)范圍的最小剩余時間優(yōu)先策略。仿真結(jié)果表明，DBA 具有優(yōu)越的流束完成時間性能和高吞吐量。

(4) 提出了光電路交換網(wǎng)絡(luò)中的流束調(diào)度策略。針對大規(guī)模集群系統(tǒng)中光電路交換技術(shù)的快速發(fā)展，本文設(shè)計了光電路交換網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)化流束完成時間的調(diào)度策略 GMRTF。GMRTF 同時結(jié)合了電路調(diào)度與流束調(diào)度，將同一電路上的子流適當(dāng) 分組，組內(nèi)不切換電路，組間采用最小剩余時間優(yōu)先策略。大量仿真實驗驗證了在光電路交換網(wǎng)絡(luò)中 GMRTF 能夠顯著降低流束完成時間并提高吞吐量。

【博士論文】集群系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)流調(diào)度