Algoritmos para escalonamento de tarefas dependentes representadas por grafos acíclicos direcionados em grades computacionais

Abstract

Grades computacionais são sistemas distribuídos compartilhados potencialmente grandes compostos por recursos heterogêneos que são ligados através de uma rede com enlaces heterogêneos. Esses sistemas tornaram-se ambientes largamente difundidos para execução de tarefas que demandam grande capacidade de processamento. Por serem sistemas compartilhados, a submissão de tarefas nas grades é oriunda de diversos usuários independentemente, o que gera uma demanda concorrente pelos recursos computacionais que deve ser gerenciada pelo middleware da grade. O escalonador é o componente responsável por decidir de que forma a distribuição dessas tarefas será realizada, devendo tratar das peculiaridades desse ambiente, tais como a heterogeneidade e o comportamento dinâmico dos recursos que o compõem, com variações tanto em quantidade quanto em qualidade. A função objetivo mais comum encontrada no escalonamento de tarefas é a minimização do makespan, ou seja, o tempo de término das tarefas que estão sendo escalonadas. Dentre os possíveis tipos de tarefas executadas em grades podemos destacar as tarefas independentes, que executam sem comunicação entre si, e as tarefas dependentes, que possuem dependências de dados que geram precedências de execução e são freqüentemente modeladas como grafos acíclicos direcionados (DAGs -do inglês directed acyclic graphs). Dentre as aplicações compostas por tarefas dependentes, os DAGs de e-Ciência se sobressaem pela complexidade e necessidade crescente de recursos computacionais. Adicionalmente, o problema de escalonamento de tarefas, em sua forma geral, é NP-Completo. Dessa forma, o estudo do escalonamento de DAGs em grades computacionais é importante para o aprimoramento da execução de aplicações científicas utilizadas em diversas áreas do conhecimento.Nesta tese apresentamos algoritmos para quatro tipos de problema relacionados ao escalonamento de DAGs em grades: escalonamento estático de DAGs, escalonamento dinâmico de DAGs, escalonamento bi-critério e escalonamento de múltiplos DAGs. Apresentamos avaliações do makespan gerado pelos algoritmos após o escalonamento inicial e após a execução das tarefas com carga externa simulada nos recursos. vii