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基于PVM的研究任务迁移，C++对象分布并行及Capability实现

作　者: 李毅
导　师: 虞厥邦
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 任务迁移分布并行 Capability PVM系统消息驱动目的任务机群系统源任务分布并行系统分布并行计算
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

具有并行处理能力的计算机系统是计算机技术的一个重要发展方向。机群系统是分布并行计算主流中的一个重要分支，而PVM则是机群系统的一个优秀实例。提高机群的动态规模可扩展性、降低分布并行应用软件的开发难度，以及增强系统抗欺骗与攻击的安全能力都是有理论意义和应用价值的课题。本文以它们为目标，基于PVM展开了深入的研究。其主要贡献有： 1．透彻地分析了PVM源代码，借此详尽描述了PVM核心机制：软件体系结构，消息传递，消息驱动和系统控制的原理。这些内容在多计算机分布内存环境，基于消息驱动开发分布并行系统和应用软件是有借鉴意义和参考价值的。 2．鉴于PVM动态规模可扩展性的基础问题是任务透明迁移。针对这一问题本文建议了一种新的改名机制的任务迁移协议及实现。其原理是让参与迁移活动的相关任务“暂停”，对途中报文的源、目的地址进行一致性的新地址改名处理；任务间重新进行正确的连接；源任务向目的任务发送数据图像后自己消亡，目的任务获取源任务数据图像后，在目的主机上重新启动。具体实现采用了在原消息驱动机构上进行有关迁移协议函数的扩充，使之对系统数据结构能自动进行处理，从而完成任务透明迁移。本文提出的任务迁移协议具有的优点是：（i）任务迁移活动的独立，即多个不相关的任务迁移活动可在PVM系统中并存；（ii）任务迁移活动的透明，即PVM系统不受任务迁移活动影响，其它任务仍可正常运行；（iii）任务迁移结束后，系统通信量不因发生过任务迁移而变大；（iv）任务迁移协议简单。拘要 3．提出了基于PVM的一种C＋＋对象分布并行新机制。其要点是：厂）通过将面向对象应用主程序和并行类映射为PVM任务，翩并行对象—并行类的实例映射为以请求消息为参数并行类PVM任务例程的一次执行，请求并行类对象消息映射为请求PVM任务消息；O）在原PVM系统结构上，通过对PVM协议和Pvmlib作向后兼容的协议函数扩充，使其成为对象分布并行支撑；O）用基于PVM的对象分布并行预处理任务分离并行类代码，转换它为PVM任务代码，并派遣到远端，进行异地编译运行。预处理任务最后执行应用主程序，同并行类任务通信，完成用户作业。 4觎了一种新的可用于机群系统的可信OS安全核心的C＠ability实现机制，其特点是：O）可以对用户（进程）和程序分别进行独立的＊…帅权限控制，具有极好的灵活性和可伸缩性。O）应用虚拟w用户技术，本机制可对系统功能、tot用户使用的Shell命令分别进行控制，可分解ftwt特权，并禁止用户以tOO身份登录系统。u）本机制与C d作系统的DACM制呈鳖加关系，完全不冲突，大大加强了系统的安全性。 O叫本机制的权限并不能由被授权的用户任意转让与它人，因此不具 “DAC”特住；相反，一旦针对进程的 Capabdity机制开启后。核心的Cae峋权限检测是强制的，因此具有“MAC”＃性。本机制的主要特点是：开发工作量小，OS核心增加代码少，且能达到同样的安全控制效果。3

全文目录

第一章绪论  12-17
  1．1 研究背景与课题来源  12-14
  1．2 课题的目的和意义  14-15
  1．3 所做的工作及本文内容安排  15-17
参考文献  17-18
第二章机群系统与PVM系统  18-45
  2．1 理想机群系统  18-30
    2．1．1 机群系统概念  18-19
    2．1．2 机群特征  19-21
    2．1．3 机群系统的高层抽象  21-23
    2．1．4 机群系统的实现特征  23-25
    2．1．5 并行编程  25-30
  2．2 PVM系统  30-36
    2．2．1 PVM一般特征  31
    2．2．2 pvmd和pvmlib  31-32
    2．2．3 PVM TID  32-33
    2．2．4 PVM console  33-34
    2．2．5 消息传递  34-35
    2．2．6 异构性  35
    2．2．7 异步事件报告  35-36
  2．3 PVM应用编程  36-43
    2．3．1 PVM API  36-43
    2．3．2 算法范式和应用问题的并行分解  43
  2．4 PVM的机群特征  43-44
  2．5 PVM现状简述  44-45
参考文献  45-47
第三章 PVM核心机制  47-71
  3．1 PVM核心结构  47-48
  3．2 PVM消息传递原理  48-63
    3．2．1 PVM消息的内部数据结构  48-50
    3．2．2 消息传递协议  50-52
    3．2．3 pvmd中的packet  52-54
    3．2．4 PVW消息传递API与下层交互  54-56
    3．2．5 PVM任务的消息通信  56-58
    3．2．6 pvmd同任务的消息通信  58-60
    3．2．7 pvmd同pvmd的通信  60-63
  3．3 PVM消息驱动原理  63-71
    3．3．1 pvmd端的消息驱动原理  64-65
    3．3．2 PVM任务端的消息驱动机制  65-67
    3．3．3 wait context  67-68
    3．3．4 PVM命令执行  68-71
参考文献  71-72
第四章 PVM任务迁移  72-101
  4．1 问题的提出  72-74
    4．1．1 PVM可扩展性方面存在的问题  72-73
    4．1．2 PVM负载均衡方面存在的问题  73
    4．1．3 解决方法及其基本问题  73-74
  4．2 动态PVM  74-82
    4．2．1 PVM可迁移线程  74-77
    4．2．2 基于post进程转发消息的PVM任务迁移  77-79
    4．2．3 动态PVM原型  79-81
    4．2．4 MPVM  81-82
  4．3 改名机制的PVM任务迁移  82-99
    4．3．1 与PVM任务迁移有关的问题  83-87
    4．3．2 改名机制PVM任务迁移协议及实现  87-93
    4．3．3 任务迁移时、直接消息的TCP连接的处理  93-95
    4．3．4 进程迁移原理  95-98
    4．3．5 PVM任务迁移的实现  98-99
  4．4 进程迁移复杂度对bin格式的依赖性  99-101
参考文献  101-103
第五章基于PVM的C++对象分布并行  103-119
  5．1 对象分布并行的研究现状和基于PVM对象分布并行方法  103-104
  5．2 分布并行编程问题  104-106
  5．3 分布对象计算（DOS）  106-107
  5．4 基于PVM的C++对象分布并行模型  107-111
    5．4．1 并行模型  108-110
    5．4．2 对象与任务的映射  110-111
  5．5 基于PVM的C++对象分布并行的实现  111-114
    5．5．1 预处理任务和用户作业主控任务  111-112
    5．5．2 C++并行类任务和C++并行对象  112-114
  5．6 PVM的C++对象分布并行支撑  114-118
    5．6．1 并行类任务启动  114-115
    5．6．2 对分布并行对象请求、应答的协议操作  115
    5．6．3 并行对象析构  115-116
    5．6．4 pvmlib的扩充  116-118
  5．7 测试实例及进一步的工作  118-119
参考文献  119-121
第六章 Capability实现机制  121-141
  6．1 信息安全  121-123
  6．2 机群系统的安全性  123-125
  6．3 可信操作系统的安全核心  125-127
  6．4 新的Capability实现机制  127-139
    6．4．1 安全模型  128-130
    6．4．2 Cap权限计算及root权限分解  130-132
    6．4．3 核心Capability实现  132-139
  6．5 PVM的Capability机制  139-140
  6．6 结语和需进一步进行的工作  140-141
参考文献  141-143
第七章结束语  143-146
参考资料  146-148
攻读博士学位期间作者的主要学术论文成果  148-149
致谢  149

基于PVM的研究任务迁移，C++对象分布并行及Capability实现

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