15、计算机集群的检查点与作业资源管理技术

计算机集群的检查点与作业资源管理技术

在计算机集群的应用场景中，检查点机制和作业资源管理是确保系统高效运行、任务可靠执行的关键技术。下面将详细介绍相关的技术原理、实现方法以及应用特点。

检查点技术

1. Forked Checkpointing

多数检查点方案是阻塞式的，即在进行检查点操作时，正常的计算会停止。若内存充足，可通过在内存中复制程序状态，并调用另一个异步线程并发执行检查点操作，从而减少检查点开销。一种简单的将检查点操作与计算重叠的方法是使用 UNIX 的 fork() 系统调用。 fork() 产生的子进程会复制父进程的地址空间并进行检查点操作，而父进程则继续执行。由于检查点操作主要是磁盘 I/O 密集型，因此可以实现操作的重叠。进一步的优化是使用写时复制（copy-on-write）机制。

操作步骤：
1. 调用 fork() 系统调用，创建子进程。
2. 子进程复制父进程的地址空间。
3. 子进程进行检查点操作，父进程继续执行计算任务。
4. 可使用写时复制机制优化内存使用。

2. User-Directed Checkpointing

如果用户插入代码（如库或系统调用）来告知系统何时保存、保存什么以及不保存什么，有时可以大幅降低检查点开销。一个检查点应包含足够的信息，以便系统能够恢复。进程的状态包括数据状态和控制状态，对于 UNIX 进程，这些状态存储在其地址空间中，包括文本（代码）、数据、栈段和进程描述符。保存和恢复完整状态成本高昂，有时甚至不可能，例如进程 ID