電子科大軟件工程開題報告范例

1、2電 子 科 技 大 學 工程碩士學位論文開題報告學位論文題目：企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)設計與實現 工程領域名稱： 軟件工程 學 號： * 姓 名： * 校內導師姓名: * 企業(yè)方導師姓名： 碩士生所在單位名稱： * 填表日期： 2012 年9 月23 日 填 表 說 明1、 研究生須認真填寫本表相關內容。2、 開題報告內容見電子科技大學在職攻讀工程碩士專業(yè)學位研究生管理暫行規(guī)定3、 所列欄目填寫不下的，可以另加附頁。4、 本表采取雙面復制（復?。冶３衷袷讲蛔?，紙張限用 A4（頁邊距為上、下：2.5cm, 左為2.6cm,右為2.1cm；字體為宋體小四，行間距為18磅），整齊裝訂。5、 開題

2、報告完成，此表經相關人員簽字后，須交學院研究生教務秘書保存。6開題報告內容一、選題依據、來源和研究意義：選題依據：近年來隨著國內高新技術公司的日益發(fā)展，企業(yè)規(guī)模無論是從人數上還是業(yè)務上都大幅增長，加之信息化的飛速膨脹，各部門對硬件的需求不斷加大，企業(yè)不得不加大硬件的采購力度以滿足各部門的需求，然而這不但使得企業(yè)的機房越來愈大，更重要的是花費了大量的人力、物力和財力，增加了企業(yè)的成本?？v觀整個企業(yè)內部各個部門硬件資源的利用情況，明顯存在忙閑不均，各類資源的利用率差別很大，例如某部門的主要工作任務是在每周的下午時間，其余時間比較清閑，這使得該部門的機器在其余時間閑置，導致浪費；而且該部門的任務只對

3、CPU的使用率比較高，其他資源利用率基本上是小于10%，這使得該部門機器的其他各類資源如MEM，NET等的浪費。那么如何解決像上例中企業(yè)內部IT硬件資源浪費的問題呢？本課題圍繞中大型公司關注的企業(yè)內部資源使用問題，進行了調研分析，結合在企業(yè)內的開發(fā)工作，對如何解決企業(yè)內部資源忙閑不均以及提高各類資源的利用率，給出了相關設計和具體實現。這里給出的設計可以將各部門閑置的資源收集起來，供需要的部門使用，并對具體實現進行了驗證，將機器加入IT硬件資源整合系統(tǒng)后，可以大幅度提升IT硬件資源的利用率，為企業(yè)節(jié)約大量硬件成本。實現方面使用到的開發(fā)工具和語言是基于GCC編譯器的C+語言。Linux系統(tǒng)下的GC

4、C（GNU C Compiler）是GNU推出的功能強大、性能優(yōu)越的多平臺編譯器，是GNU的代表作品之一。GCC是可以在多種硬體平臺上編譯出可執(zhí)行程序的超級編譯器，其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高20%30%。C+是一種使用非常廣泛的電腦程序設計語言。它是一種靜態(tài)數據類型檢查的，支持多范型的通用程序設計語言。C+支持過程化程序設計、數據抽象化、面向對象程序設計、泛型程序設計、基于原則設計等多種程序設計風格。國內外研究現狀：國外IT軟硬件資源整合技術在20世紀80年代末就已經被提出。經過近二十年的發(fā)展作為全球領先的集群、網格、云中間件和云管理平臺提供商，Platform公司擁有業(yè)界領先的

5、企業(yè)級分布式計算技術，其推出的Platform ISF已經可以幫助客戶管理、調度和高效且靈活地使用計算資源，提高IT響應速度并大幅度降低成本，從而讓企業(yè)能夠最大限度地利用虛擬化IT基礎架構和遺留IT基礎架構中的各種資源。若要引入國外企業(yè)的IT軟硬件資源整合技術，仍需要投入大量資金，而且只能解決企業(yè)部分服務器現有問題，存在一定的企業(yè)信息安全隱患。而國內在IT軟硬件資源的整合技術上面真正發(fā)展是近幾年才剛剛興起，也取得了一些成效，在一定程度上提高了資源的利用率，但總體技術還很落后。隨著時間的推移，部分企業(yè)已經解決了此類問題，但都只是與自身企業(yè)緊緊綁定。為了實現提高國內企業(yè)幾近所有機器軟硬件資源的利用

6、率，在保證安全、高效的前提下為相關企業(yè)提供穩(wěn)定的服務，我們仍需要在該方面技術探索上面不斷深入。綜上所述，確立了企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)設計與實現這個課題。課題來源：本課題是來自在該IT公司所參與的一個企業(yè)內部提升并監(jiān)控資源利用率的軟件開發(fā)的項目，這個項目主要是為了解決公司對IT硬件需求不斷增大，但是現有機器的資源利用率又不高的問題，提升資源的利用率，降低企業(yè)成本。根據實際參與開發(fā)，本課題主要對相關硬件資源的利用率進行了研究和改進，并且可以讓急需處理的任務得到充足的資源，盡快完成。對最終開發(fā)出的軟件產品功能進行了驗證?？梢院侠戆才艡C器資源的使用，提高了企業(yè)的整體工作效率。研究意義：企業(yè)閑散資源整合系

7、統(tǒng)采用嚴格地權限管理方式，這樣既方便提交任務的員工，也保證了線上的安全性。除需要提供任務的估計資源需求量外，基本不用關心其他問題，方便適用?？梢詽M足企業(yè)實際應用需求，可以滿足不同地域、不同業(yè)務組在不同時段得到充足的資源，提高處理任務的效率，提升CPU、MEM、NET等資源的利用率，使得企業(yè)內部資源得到充分利用，給企業(yè)節(jié)約了大量成本，具有比較重要的實際意義。二、研究方案：21研究的主要內容和關鍵技術：2.1.1研究的主要內容：將地域不同、功能各異的多臺閑散計算機資源組織起來，提升企業(yè)現有資源的利用率和任務執(zhí)行速度是本課題研究的兩個主要問題。本課題對此問題進行了分析研究，并對解決這一問題給出了軟件

8、系統(tǒng)構成模塊及總體結構。企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)(ESR系統(tǒng))總體結構如圖1所示。TASKSESR_RMESR_TM消息中心CM CM CM CM CM圖1企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)所有開發(fā)在Linux操作系統(tǒng)下基于C/C+語言，采用GNU C/C+工具鏈完成。主要由RM模塊、TM模塊、CM模塊、消息中心等多個模塊組成，協同工作，在不影響接入該系統(tǒng)的用戶正常使用自己系統(tǒng)的同時，將閑散資源收集起來供其他任務使用，在宿主用戶需要更多資源時，該系統(tǒng)可以在宿主用戶沒有感覺的情況下把資源釋放出來供其使用。這其中需要研究的主要內容如下：(1) CM(collect management)模塊能夠將該軟件方便的部署到

9、接入ESR系統(tǒng)的機器上面；與消息中心通過發(fā)送特定包的形式建立心跳以確定接入ESR的主機存活；通過它可以定時將目標機器上面的CPU、MEM、NET等各類資源匯總信息、已使用各類資源匯總信息和ESR系統(tǒng)使用的匯總信息收集起來匯報到消息中心存儲；每隔幾毫秒重新收集各類資源信息并更新消息中心的內容。(2)消息中心（message center）模塊中間層是消息中心，主要負責對CM模塊、TM模塊和RM模塊傳來的數據進行保存，收集實時信息，供各模塊使用。(3)TM(task management)模塊TM模塊可以對正在ESR系統(tǒng)上運行的任務進行job列表和group列表的劃分，每個分組下面必須包括job列

10、表所有項并且每項至少有一個，才能使該分組進入準備狀態(tài)。當TM模塊收到有機器(machine)上線的情況時，在內存創(chuàng)建機器節(jié)點，設置狀態(tài)為init；獲取到機器id后，經過處理狀態(tài)變?yōu)閞eady；TM模塊收到次改變后將其發(fā)布到某group上去；等此group滿足上面的條件后執(zhí)行，知道該機器節(jié)點下線或者任務運行完成。(4)RM(resource management)模塊RM模塊從消息中心讀取目標機器的資源信息和現有任務所占用的資源信息以及用戶提交的任務分組、資源需求信息，通過資源調度算法以及進線程的調度策略，實現對用戶提交的任務進行分配資源，從任務等待狀態(tài)轉換為執(zhí)行狀態(tài)，并將信息通過消息中心及時與

11、TM模塊溝通實時更改任務的狀態(tài)信息。(5)國際化處理 在該系統(tǒng)實現過程中，嚴格按照國際化標準來實施編寫開發(fā)，將阻礙國際化的可能情況消滅在代碼編寫時。2.1.2關鍵技術研究：(1)CM模塊實時收集目標機器的資源信息收集目標機器總體資源信息，各個資源實時剩余信息，以及接入ESR系統(tǒng)后，ESR系統(tǒng)所使用的資源信息的收集。(2)消息中心的設計消息中心，既可以實現存儲從各個模塊收集來的信息，還需要與各個模塊及時通信，得到實時的變化信息，以方便其他模塊對信息的需求。(3)資源調度算法和任務調度策略TM模塊從任務注冊到該系統(tǒng)，到插入就緒隊列，再到調入該系統(tǒng)執(zhí)行以及當有高優(yōu)先級任務到來時優(yōu)先執(zhí)行進行統(tǒng)一管理；

12、RM模塊從資源隊列的選擇到資源的分配，以及任務收尾時資源的調整，根據資源分配信息得到最終的資源調度表；對資源的調度我們采用：預算分配，低保資源分配，正常資源分配的方式進行。(4)各種異常情況的處理例如任務啟動時占用較多資源，但是執(zhí)行到結尾時ESR系統(tǒng)不能自動回收其資源，造成這部分資源的浪費等問題。(5)國際化工作將所有面向用戶的提示信息和顯示文字，都做好國際化工作，可以簡便的轉換為不同國家的語言。22研究的技術路線和實施方案：基于Linux操作系統(tǒng)的系統(tǒng)解析和認證；采用登錄安全口令的登錄方式登錄系統(tǒng)，用戶和管理員的權限嚴格分離；具有簡潔的圖形用戶界面，任務執(zhí)行過程所用資源的監(jiān)控以及執(zhí)行過程中日

13、志文件的提取，當任務出現異常時用戶可通過此界面和日志文件進行查詢定位問題所在。ESR系統(tǒng)與接入它的機器的聯系方式；系統(tǒng)所使用的各項資源的匯總；高IO操作的任務的監(jiān)控，避免影響目標機器的正常使用。所提交的任務的調度策略和資源調度算法（調度順序：1.預算分配2.低保分配即提前批分配3.自由分配即正常批分配）的設計與實現。實現各個模塊功能后進行聯調測試，之后對各數據進行分析工作，確定無誤后發(fā)布使用。三、研究目標和成果：通過后臺設計實現由哪些機器資源執(zhí)行哪些任務，通過前臺可以實現任務的啟、停和改變任務的優(yōu)先級，來管理任務的執(zhí)行，形成一個可以高效管理機器資源的軟件系統(tǒng)?？梢允蛊髽I(yè)中加入該系統(tǒng)的機器都可以

14、方便的使用和提供機器資源，解決企業(yè)內部資源忙閑不均以及提高各類資源的利用率。本項目最后的目標和研究成果形式是形成一個可以自動處理提交的任務的系統(tǒng)以及觀察和控制任務的前端頁面，根據任務的優(yōu)先級和友好方便的操作介面，可以由OP方便的管理任務的執(zhí)行。多數任務都可由系統(tǒng)自動完成，工作人員只需要根據前端頁面進行監(jiān)控和處理系統(tǒng)報警即可，方便實用。設計好的該應用程序主要針對Linux PC機和服務器系統(tǒng)運行，CM模塊形成可以安裝的二進制可執(zhí)行文件形式和源碼安裝形式，TM和RM模塊主要由OP負責管理。四、研究實驗環(huán)境和平臺：ESR系統(tǒng)是應用C+開發(fā)的，可以對硬件直接操作，處理速度快。其運行和開發(fā)環(huán)境為：操作系

15、統(tǒng)：Red Hat Enterprise Linux 所用語言：C+開發(fā)平臺：GCC學位論文工作計劃表論文題目：企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)設計與實現論文工作起止日期：2012年10月-2013年3月工作項目工作內容計劃完成日期文獻閱讀 和科學調研調研課題主要內容、閱讀主要文獻資料1、 軟件涉及到的各模塊相關技術文章以及幫助文檔，列出常用到方法和技巧，供下一步驗證；2、 對使用到的算法進行研究；3、 結合實際使用，運用所學的相關知識對界面和功能進行優(yōu)化處理；4、 在實際的項目過程中總結歸納經驗，將相關的方法進行系統(tǒng)性的梳理。2012年11月方案論證課題的應用價值與可行性針對幾個關鍵技術點進行方法論證：

16、1、 將對相關調度算法進行對比研究，確定要使用的算法；2、 搭建開發(fā)環(huán)境和編譯環(huán)境，對各模塊進行代碼實現；3、 對各模塊整合后進行整體功能測試；4、 對結果進行分析，對要達到的功能進行驗證。2012年12月設計或研究階段研究方法、技術路線、實驗方案1、 根據需求方提出的需求，設計需求分析 2、 對整個軟件進行功能劃分，將軟件功能模塊化；3、 確定各模塊開發(fā)要用到的開發(fā)語言和開發(fā)工具；4、 配置開發(fā)環(huán)境和編譯運行環(huán)境；5、 對各功能模塊進行代碼開發(fā)；6、 對各模塊代碼進行白、黑盒測試；7、 對軟件功能進行整體測試。2013年2月論文撰寫1、編寫論文提綱；2、論文初稿的撰寫；3、論文初稿的修改；4

17、、論文的定稿。2013年10月課題研制條件落實情況：1、 學校圖書館提供強大的文獻、書籍和資料的支持；2、 良好的辦公環(huán)境和條件，有很好的內部數據庫，可以隨時查詢想要的信息；3、 有很好的試驗條件，包括開發(fā)計算機和公司內部共享數據中心；4、 有很好的導師在關鍵問題上給予技術上的建議和問題解答；5、 有很好的團隊成員，在包括各模塊功能、GCC、Linux、調度算法、C+等相關知識上給予幫助。課題來源（下達部門）：上海躍界科技有限公司網頁搜索部課題名稱：企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)設計與實現課題負責人： 論文類型：1）工程設計 2）產品研制報告 3）研究論文 （請打 ）導師對開題報告和論文計劃的可行性提出

18、意見：校內導師： 企業(yè)方導師：學院審批意見： 學院主管領導（簽字、蓋章）： 日期： 年 月 日電子科技大學工程碩士學位論文文獻綜述姓名：*學號：*工程領域：*綜述題目：企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)設計與實現文獻綜述（內容詳見附件）導師意見：校內導師：企業(yè)方導師：注：1、文獻綜述加頁附后，整齊裝訂。 2、紙張限用 A4（頁邊距為上、下：2.5cm, 左為2.6cm,右為2.1cm；字體為宋體小四，行間距為18磅）。 3、閱讀中外文獻不少于20篇，所閱文獻目錄清單附后。附件1企業(yè)閑散資源整合系統(tǒng)設計與實現文獻綜述摘要：根據該IT公司項目需求，開發(fā)一個可以將地域不同、功能各異的數臺閑散計算機資源組織起來，提

19、升企業(yè)現有資源的利用率、縮短任務執(zhí)行周期，降低企業(yè)成本，提高企業(yè)核心競爭力。關鍵字：C+，Linux，閑散資源，進程調度策略，資源調度算法 隨著網絡信息大爆炸時代的來臨，使得國內的IT企業(yè)也隨之崛起，在企業(yè)數據資源累計、企業(yè)人數劇增、硬件設備更新等因素的影響公司不停的買入大量的IT硬件設備，這使得在此方面的財力投入不斷加大，雖然公司采用了一些申請IT硬件設備的規(guī)定，但這樣只是治標不治本，不能解決實際問題。企業(yè)內部的機器使用情況其實我們都很清楚，只在個別時間的某些資源的利用率比較高而已，其他大部分時間資源都比較空閑，這是國內外大部分企業(yè)都存在的問題。隨著時間的推移，有些公司已經解決了這個問題，但

20、是都只是針對自身的情況，與自身企業(yè)緊緊綁定。鑒于此，該公司針對自身問題，又考慮到程序跨平臺性和可移植性，因而在設計該程序時我們做到該系統(tǒng)不依賴我公司內部的其他模塊，為以后的系統(tǒng)移植和國際化做好鋪墊。自從80年代起C+語言就占據了相當大的市場份額，直至今日她仍是不可或缺的編程語言。C+語言是一種使用非常廣泛的電腦程序設計語言。它是一種靜態(tài)數據類型檢查的，支持多范型的通用程序設計語言。C+支持過程化程序設計、數據抽象化、面向對象程序設計、泛型程序設計、基于原則設計等多種程序設計風格。相比同類型的語言她具有下列優(yōu)點:1、應用范圍廣：C+可以用于幾乎所有的應用程序，從字處理應用程序到科學應用程序，從操

21、作系統(tǒng)組件到計算機游戲等。2、面向對象：C+從C中繼承了過程編程方式的高效性，并集成了面向對象編程方式的功能。3、豐富的STL（STLC+標準模板庫）：雖然其效率可能比一般的native代碼稍低些，但是其安全性與規(guī)范性使其瑕不掩瑜。4、大量的開發(fā)文檔；C+庫支持數量眾多的操作系統(tǒng)環(huán)境等等。Linux 是一個免費的類Unix操作系統(tǒng)，最初是由芬蘭人Linus Torvalds 于1991 年開發(fā)的，目前由來自世界各地的電腦愛好者開發(fā)和維護，其中不乏所謂的電腦黑客。由于Linux 是模仿Unix的用戶界面和功能，所以請初學者記住它可并不是Unix（源代碼不一樣），但是基本上在Unix運行的軟件都可

22、移植到Linux下運行。從計算機術語角度講，Linux操作系統(tǒng)是可以運行在許多不同類型的計算機上的一種操作系統(tǒng)的“內核”。它是提供命令行或者程序與計算機硬件之間接口的軟件的核心部分。 Linux 操作系統(tǒng)內核管理以下事情：比如內存、采用什么方法以及在什么時候打開或者關閉文件、哪一個進程或者程序可以獲得計算機的中央處理單元等等。1、Linux 是Unix 克隆或Unix 風格的操作系統(tǒng),在代碼級別上兼容絕大部分Unix 標準，是一個支持多用戶,多進、線程,功能強大而穩(wěn)定的操作系統(tǒng)。2、它可以運行在x86PC,Sun Sparc,DigitalAlpha,680x0,PowerPC, MIPS等平

23、臺上,是目前運行硬件平臺最多的操作系統(tǒng)。3、它是GNU的一員,遵循公共版權許可證(GPL),秉承“自由的思想,開放的源碼”的原則,眾多電腦專家和愛好者通過互 聯網在不斷地完善并維護它。結合該公司的實際，我們平時所使用的所有實體機器、虛擬機和服務器等都有安裝的Linux操作系統(tǒng)，因而這使得我們在收集大部分閑散資源信息時使用一些命令就可檢測各類資源的總體信息、剩余資源的信息等，方便準確快捷，簡化了CM模塊的實現。綜合以上因素，我們確立了在Linux平臺下以C+實現該系統(tǒng)。進程調度策略是指：根據系統(tǒng)的資源分配策略所規(guī)定的資源分配策略主要是先來先服務調度策略和高優(yōu)先權優(yōu)先（搶占式）調度策略。先來先服務

24、（FCFS）調度策略是一種最簡單的調度策略，該策略既可用于作業(yè)調度也可用于進程調度。FCFS策略比較有利于長作業(yè)和長進程，而不利于短作業(yè)和短進程。由此可知，本策略更適合于CPU繁忙型作業(yè)，因而更符合本系統(tǒng)的要求。為了照顧緊迫性作業(yè)，使之進入系統(tǒng)后便獲得優(yōu)先處理，引入了最高優(yōu)先權優(yōu)先（FPF）調度策略，它常被用在批處理系統(tǒng)和實時系統(tǒng)中。當其用于進程調度時把處理機分配給就緒隊列中優(yōu)先權最高的進程，又可以進一步把該策略分成以下兩種：非搶占式優(yōu)先權策略和搶占式優(yōu)先權調度策略；ESR系統(tǒng)中主要采用或者。在TM模塊我們主要采用這兩種模式，結合系統(tǒng)本身的信息：我們將一個任務分成job和group兩個組成部分

25、，這兩個組成部分又分別有其子分支，往往需要將多個子Job的實例組成一個子group才能對外進行服務。其中涉及到的TM模塊對task狀態(tài)轉換的管理等問題將在論文中進行講解。RM的調度過程是不考慮歷史調度結果的，即每次都根據TM新的需求，結合當前的資源狀態(tài)產生新的調度表。調度的結果通過調整并發(fā)的方式提供給消息中心，由消息中心的特定模塊完成實際的任務啟停。RM的調度按照如下順序進行：1、預算分配2、低保分配即提前批分配3、自由分配即正常批分配這個順序也代表了任務的資源搶占級別順序。預算在RM的調度過程中具有最高優(yōu)先保證。預算是記錄在機器群體信息上的，針對特定任務設置的保證數額。當特定任務沒有啟動的時

26、候，該資源會被其他任務自由占用，但當特定任務啟動后，該資源就會強制回收并固定分配給該任務使用。在現有的調度功能設計中，為了體現誰申請的預算誰能用的原則，任務的低保（或者說核心資源）是配置在機器群體上的。但是對于部分需要特殊優(yōu)先保障的任務，需要專門提供一種針對任務的最低保證。設計通過在分配機器群體核心資源之前，即進行正式的調度分配之前加入一輪提前批次的資源分配。提前批資源分配按照任務的低保數值作為上限進行分配。這樣一方面可以保證有預算的核心資源的優(yōu)先分配。另一方面保證有特殊優(yōu)先保障的任務能夠優(yōu)先保證分配到一定量的資源（及時該任務優(yōu)先級很低）。低保在預算之后，是因為低保任務的保證數額是人為設置的，

27、針對特別重要但是又沒有自己預算的任務。能夠保證其在普通任務之前即獲得指定的保證數額。低保的分配應本著盡量滿足盡可能多的任務低保的原則進行，而非簡單的優(yōu)先級比例方式。自由分配本著公平和資源利用最大化的原則通過優(yōu)先級比例方式進行資源比例劃分。當有更高搶占級別的任務需要資源的時候，自由分配的資源會被無條件搶占。根據以上資源調度算法以及任務對相應的機器群體的喜好等因素進行相應的資源分配。該系統(tǒng)中TM模塊、RM模塊和CM模塊以及用戶提交的任務經過消息中心的中轉進行密切配合，既實現了企業(yè)內部閑散資源的充分利用，減輕了各臺機器在特定時間超負荷運轉的狀態(tài)，讓他們忙閑均衡，又實現任務的快速、準確及時的處理，為企

28、業(yè)節(jié)約了大量的人力、物力和財力，大大提升了企業(yè)工作效率，最終使得企業(yè)的競爭力不斷提高。參考文獻：1深入學習GNU C+ for Linux編程技術, 作者:(美國)( Tom Swan）著；邱仲潘、高勇 譯 , 電子工業(yè)出版社, 2000年09月2 GNU C+ for Linux, By Tom Swan， Publisher: Prentice Hall Pub, June, 19993 The C+ Standard Library: A Tutorial and Reference, By Nicolai M.Josuttis, Publisher: Addison Wesl

29、ey Longman, July 19994 Effective STL, By Scott Meyers, Publisher: Addison Wesley Longman, May 20035 Generic Programming and the STL: Using and Extending the C+ Standard Template Library， By Matthew H.Austern, Publisher: Addison Wesley Longman，2005 6 深入理解LINUX網絡技術內幕,作者：Christian Benvenuti，中國電力出版社，2009年06月7 Inside the C+ Object Model, By Stanley B. Lippman, publisher:John R. Levine, Trumansburg, New York, May 03 19968 操作系統(tǒng):精髓與設計原理(第6版)，作者：（美國）斯托林斯(William Stallings）著，陳向群、陳渝等 譯，  電子工業(yè)出版社，2010年8月1日9 Operating Systems: Internals and Design