專利名稱：一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建模與仿真技術領域，具體涉及一種面向仿真應用的通用可擴展計算 系統(tǒng)。
背景技術：
仿真應用是用戶根據(jù)研究分析需求利用仿真模型生成仿真對象并進行協(xié)同計算， 對仿真過程數(shù)據(jù)或結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析研究的一類應用系統(tǒng)。目前仿真應用領域的標準、技 術等重在解決應用層中仿真對象之間的交互與協(xié)調(diào)，對仿真應用系統(tǒng)中仿真模型的部署、 仿真資源的使用效率問題、仿真計算性能等問題的成熟技術研究成果或解決方案還未見公 布。這在一定程度上削弱了仿真的效果，限制了它應用的深度和廣度，特別對于計算密集 型、數(shù)據(jù)密集型以及存在大量遠程控制與交互的復雜仿真系統(tǒng)，利用現(xiàn)有的仿真技術方案 已經(jīng)難以實現(xiàn)或者效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較好 的通用性和可擴展性，可以支持仿真模型的快速靈活部署，支持仿真資源的動態(tài)分配和任 務遷移，提高了仿真資源的利用效率和仿真計算性能。本發(fā)明提供的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)包括仿真模型數(shù)據(jù)庫1、 仿真應用管理節(jié)點2和仿真計算節(jié)點3。仿真模型數(shù)據(jù)庫1用于存儲管理已開發(fā)的仿真模型，每個仿真模型在模型庫中存 儲的內(nèi)容包括模型名稱、模型ID標識、版本說明、編譯鏈接過后的模型組件、模型參數(shù)說 明以及模型引用的其它資源文件。仿真應用管理節(jié)點2用于仿真模型的提交、查詢、下載，每個仿真計算節(jié)點仿真任 務的打包、分發(fā)，仿真應用計算過程中的管理、資源監(jiān)控與調(diào)度。仿真計算節(jié)點3用于仿真任務的解包分析，仿真對象的生成、調(diào)度管理、以及仿真 模型輸入信息的采集、輸出信息的發(fā)送，實現(xiàn)仿真模型的計算和仿真對象的模擬。本發(fā)明提供的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，直接面向用戶的是仿真 應用管理節(jié)點2，用戶根據(jù)仿真需求利用仿真應用管理節(jié)點2從仿真模型數(shù)據(jù)庫1下載所需 仿真模型，并以仿真任務的形式分發(fā)到仿真計算節(jié)點3，用戶利用仿真應用管理節(jié)點2啟動 仿真應用，監(jiān)控各仿真計算節(jié)點3的狀態(tài)、資源使用情況，在仿真計算過程中用戶可以依據(jù) 任務情況、節(jié)點資源使用情況可以對仿真任務在各仿真計算節(jié)點3間進行遷移調(diào)度，使各 仿真計算節(jié)點3的任務負載趨于均衡。本發(fā)明提供的面向仿真應用的計算集成系統(tǒng)，仿真應用管理節(jié)點2和仿真計算節(jié) 點3構(gòu)成一個整體，提供計算環(huán)境和計算能力，仿真應用管理節(jié)點2監(jiān)控整個計算系統(tǒng)中 各計算節(jié)點的狀態(tài)和資源使用情況，仿真應用管理節(jié)點2提供資源動態(tài)分配和任務遷移功 能，本集成系統(tǒng)具有資源使用高效性和計算負載均衡性。
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本發(fā)明提供的面向仿真應用的計算集成系統(tǒng)，仿真計算節(jié)點3本身獨立于具體的 仿真模型和仿真任務，而且本集成系統(tǒng)中仿真計算節(jié)點3的數(shù)量可以按照用戶需求配置， 也可以在仿真應用計算過程中動態(tài)添加計算節(jié)點，本集成系統(tǒng)具有通用性和可擴展性。本發(fā)明使建模與仿真領域的應用集成工作朝框架通用化、可擴展化，模型集中管 理化、即插即用化，仿真計算負載均衡化、資源使用高效化的方式轉(zhuǎn)變，將帶來以下優(yōu)點與 效果1)仿真應用的集成平臺功能通用化、規(guī)?？蓴U展化，集成平臺本身獨立于具體的 仿真應用、仿真模型和仿真工具，該通用集成平臺可以承載各類仿真模型，為各類仿真應用 提供計算環(huán)境；2)仿真平臺的通用化和仿真模型的即插即用，使得仿真應用的計算結(jié)構(gòu)動態(tài)調(diào)整 和任務遷移成為可能，實現(xiàn)了仿真計算的負載以及資源使用效率的動態(tài)調(diào)整；3)提高了面向不同應用的復雜仿真系統(tǒng)的集成效率，使得建模與仿真資源在不同 仿真應用中得到充分利用，提高了仿真應用系統(tǒng)的開發(fā)和集成效率；4)提升仿真應用的計算能力，資源共享能力和管理控制能力，仿真任務的自動、動 態(tài)、自適應部署，并根據(jù)需求進行靈活調(diào)整，使得，提高了仿真應用系統(tǒng)的可用性和可靠性 以及資源利用率。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)圖；圖2為仿真管理節(jié)點的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3為仿真計算節(jié)點的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖4為仿真任務分發(fā)與運行流程圖；圖5為仿真任務的監(jiān)控流程圖；圖6為仿真任務的動態(tài)遷移流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1所示，本發(fā)明提供的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)包含仿真 模型數(shù)據(jù)庫1、仿真應用管理節(jié)點2和仿真計算節(jié)點31、32、…、3η，其中，η為正整數(shù)，表示 仿真應用系統(tǒng)所需的計算節(jié)點個數(shù)。為表述方便，下面將計算節(jié)點31、32、…、3η統(tǒng)稱為仿 真計算節(jié)點3。仿真模型數(shù)據(jù)庫1是為了統(tǒng)一管理仿真模型而建立的數(shù)據(jù)庫存儲空間，大量的已 開發(fā)的仿真模型組件存儲在仿真模型庫中，每個仿真模型在模型庫中存儲的內(nèi)容包括模型 名稱、模型ID標識、版本說明、編譯鏈接過后的模型DLL文件、模型參數(shù)說明以及模型引用 的其它資源文件。仿真應用管理節(jié)點2是仿真應用集成系統(tǒng)的中央“管理器”部件，它連接著仿真模 型數(shù)據(jù)庫1和仿真計算節(jié)點3，仿真模型數(shù)據(jù)庫1中的仿真模型由仿真應用管理節(jié)點2的下 載、分配和調(diào)度，仿真計算節(jié)點3中任務運行的資源監(jiān)控由仿真應用管理節(jié)點2來管理，另 外，仿真應用管理節(jié)點2是用戶直接面向和使用的模塊，用戶通過操縱仿真應用管理節(jié)點2，實現(xiàn)仿真需求。仿真計算節(jié)點3是仿真任務運行的執(zhí)行節(jié)點，計算節(jié)點個數(shù)可以根據(jù)用戶需求而 定，計算節(jié)點上的負載如果出現(xiàn)不均衡狀況，仿真應用管理節(jié)點2會進行調(diào)度計算，在節(jié)點 之間進行任務的遷移，每個計算節(jié)點上運行的資源信息會由管理節(jié)點收集到管理節(jié)點進行 統(tǒng)一分析。仿真應用管理節(jié)點2，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，仿真應用管理節(jié)點2包括仿真任務 管理模塊2. 1，模型庫訪問下載模塊2. 2，仿真任務分發(fā)模塊2. 3，資源通信模塊2. 4，仿真通 信模塊2. 5，資源管理模塊2. 6。仿真任務管理模塊2. 1是管理節(jié)點的中心控制部位，實現(xiàn)仿真應用的計算任務分 解、任務調(diào)度、負載與資源間的平衡。模型庫訪問下載模塊2. 2負責連接仿真模型庫1，支持仿真模型的瀏覽、選擇、下載。仿真任務分發(fā)模塊2. 3是仿真任務的分發(fā)處理中心，利用資源通信模塊2. 4把仿 真任務分發(fā)到計算節(jié)點3。資源通信模塊2. 4是管理節(jié)點2與計算節(jié)點3之間的信息收發(fā)處理模塊，負責仿 真任務下發(fā)和計算節(jié)點資源狀態(tài)接收。仿真通信模塊2. 5是仿真結(jié)果與中間數(shù)據(jù)的采集模塊。資源管理模塊2. 6通過資源通信模塊2. 4采集的計算節(jié)點資源狀態(tài)數(shù)據(jù)，形成整 個計算網(wǎng)格的資源使用信息，負載情況分析，在負載不均衡時通知仿真任務管理模塊2. 1 啟動仿真任務動態(tài)遷移。仿真計算節(jié)點3，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括資源通信模塊3. 1，仿真通信模塊 3. 2，資源狀態(tài)監(jiān)視模塊3. 3和仿真任務加載啟動模塊3. 4。資源通信模塊3. 1負責接收仿真任務，向管理節(jié)點發(fā)送資源狀態(tài)信息。仿真通信模塊3. 2負責接收和發(fā)送仿真任務計算過程中的仿真數(shù)據(jù)。資源狀態(tài)監(jiān)視模塊3. 3負責采集計算節(jié)點CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡等資源的使用情況。仿真任務加載啟動模塊3. 4負責把資源通信模塊3. 1接收到的仿真任務加載并啟 動該仿真任務。本發(fā)明提供的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，如圖4所示，仿真任務 分發(fā)和運行的具體流程用戶首先提交仿真想定，仿真應用管理節(jié)點2收到仿真想定后，仿 真任務管理模塊2. 1根據(jù)仿真想定控制模型庫訪問下載模塊2. 2對仿真模型數(shù)據(jù)庫1進 行訪問，選取適合于仿真想定的仿真模型，仿真任務管理模塊2. 1按照仿真模型把仿真想 定分解成若干仿真任務，仿真任務分發(fā)模塊2. 3通過資源通信模塊2. 4把仿真任務分發(fā)到 仿真計算節(jié)點3，仿真計算節(jié)點3資源通信模塊3. 1接收仿真任務，仿真任務加載啟動模塊 3. 4把仿真任務加載到計算空間，仿真應用管理節(jié)點2的仿真任務管理模塊2. 1通過仿真通 信模塊2. 5發(fā)送仿真啟動信息，仿真計算節(jié)點3的仿真通信模塊3. 2接收到仿真啟動信息 后通知仿真任務加載啟動模塊3. 4啟動仿真任務，仿真計算開始。本發(fā)明提供的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，資源監(jiān)控流程如圖5所 示，仿真計算節(jié)點3的資源狀態(tài)監(jiān)視模塊3. 3采集仿真計算節(jié)點3上的資源利用情況、仿 真任務的完成情況、CPU的使用情況，資源狀態(tài)監(jiān)視模塊3. 3將這個結(jié)果通過資源通信模塊3. 1，然后由資源通信模塊3. 1傳到管理節(jié)點2，仿真應用管理節(jié)點2的資源管理模塊2.6分 析采集到的資源狀態(tài)，通過資源分析算法形成負載均衡情況報告，在負載不均衡情況出現(xiàn) 時通知仿真任務管理模塊2. 1啟動仿真任務遷移。 本發(fā)明提供的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，仿真任務動態(tài)遷移流程 如圖6所示，仿真應用管理節(jié)點2的仿真任務管理模塊2. 1利用資源通信模塊2. 4通知正 在執(zhí)行該計算任務的仿真計算節(jié)點31保存仿真任務的執(zhí)行狀態(tài)并卸載仿真任務，把仿真 任務執(zhí)行狀態(tài)上傳回仿真應用管理節(jié)點2，仿真應用管理節(jié)點2的仿真任務管理模塊2. 1利 用仿真任務分發(fā)模塊和資源通信模塊把仿真任務與執(zhí)行狀態(tài)一并下發(fā)到準備繼續(xù)執(zhí)行仿 真任務的仿真計算節(jié)點32。
權利要求
一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，其特征在于包括仿真模型數(shù)據(jù)庫1、仿真應用管理節(jié)點2和仿真計算節(jié)點3；仿真模型數(shù)據(jù)庫1用于存儲管理已開發(fā)的仿真模型，每個仿真模型在模型庫中存儲的內(nèi)容包括模型名稱、模型ID標識、版本說明、編譯鏈接過后的模型組件、模型參數(shù)說明以及模型引用的其它資源文件；仿真應用管理節(jié)點2用于仿真模型的提交、查詢、下載，仿真想定文件的解析，每個仿真計算節(jié)點仿真任務的打包、分發(fā)，仿真應用計算過程中的管理、資源監(jiān)控與調(diào)度；仿真計算節(jié)點3用于仿真任務的解包分析，仿真對象的生成、調(diào)度管理、以及仿真模型輸入信息的采集、輸出信息的發(fā)送，實現(xiàn)仿真模型的計算和仿真對象的模擬。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，其特征在于仿 真應用管理節(jié)點2，包括仿真任務管理模塊2. 1，模型庫訪問下載模塊2. 2，仿真任務分發(fā) 模塊2. 3，資源通信模塊2. 4，仿真通信模塊2. 5和資源管理模塊2. 6。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，其特征在于仿 真計算節(jié)點3，包括資源通信模塊3. 1，仿真通信模塊3. 2，資源狀態(tài)監(jiān)視模塊3. 3和仿真 任務加載啟動模塊3. 4。
全文摘要
一種面向仿真應用的通用可擴展計算系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括仿真模型數(shù)據(jù)庫1、仿真應用管理節(jié)點2和仿真計算節(jié)點3。仿真模型數(shù)據(jù)庫1是仿真模型的存儲中心，用戶可以通過仿真應用管理節(jié)點2向仿真模型數(shù)據(jù)庫1提交新開發(fā)的模型，也可以通過仿真應用管理節(jié)點2查詢仿真模型數(shù)據(jù)庫1中滿足自己需要的已有模型，并下載使用。其優(yōu)點是仿真應用的集成平臺功能通用化、規(guī)?？蓴U展化；仿真平臺的通用化和仿真模型的即插即用，實現(xiàn)了仿真計算的負載以及資源使用效率的動態(tài)調(diào)整；提高了面向不同應用的復雜仿真系統(tǒng)的集成效率，提高了仿真應用系統(tǒng)的開發(fā)和集成效率；提高了仿真應用系統(tǒng)的可用性和可靠性以及資源利用率。
文檔編號G06F9/455GK101937359SQ20101025909
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權日2010年8月19日
發(fā)明者馮天昊, 岳增坤, 謝方, 趙文婷, 陳煒 申請人:中國船舶重工集團公司第七○九研究所