（教育技术学专业论文）基于ogsa的校园网异构教学资源共享建设研究.pdf

基于0 g s a 的校园网异构教学资源共享研究 硕士学位论文 图表附录 图2 1 网格的三个层次1 2 图2 2s o l 的基本组件1 3 图2 3o g $ i 的基本框架图1 6 图2 4o g s a 、o g $ 1 和w e b 服务的关系1 7 i 图2 5 无状态服务调用过程 1 8 图2 6 有状态服务调用过程1 8 图3 1 以网格服务为基础的校园网功能逻辑图2 6 图3 2 校园网格体系结构模型2 7 图3 3 教学资源共享平台总体结构图2 9 图4 1 信息流程图3 4 图4 2 远程执行图3 5 图4 3 骼n e r 方案和w e b 服务的创建3 6 图4 4 骼l ：f 属性的修改3 7 图4 5 系统构成4 0 图4 6 服务发布4 0 图4 7 文件查询框图4 l 图4 8 注册服务类图4 z 图4 9 文件搜索网格服务4 3 图4 1 0 服务端界面4 4 图4 1 l 客户端界面“ 图4 1 2 查询结果图4 6 表2 1 邪r f 与0 g s i 功能对比图2 0 表2 2 网格服务接口2 2 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了 特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究成果。 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表示了谢 意。 作者签名：名力和日期：) 一7 j “ 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 僦嘞和一名浮嘶吼叫必 薹于o g s 的校园网异构教学资源共享研究 硕士学位论文 基于o g s a 的校园网异构教学资源共享研究 摘要 互联网的出现极大的推进了教育信息化的进程，而网格是目前网络的发展趋势，面 对新的形式，新的技术，教育资源该如何充分利用，必须从理论上进行深入的研究，从 技术上进行不断探索 教育资源的分布性和异构性是教育资源共享困难的两个原因。而网格的目标就是将 地理上分布广泛的、系统平台异构的多种资源互联起来，形成虚拟超级计算平台因此 利用网格技术将教育网上的资源有效的聚合起来，实现资源广泛充分的共享，必将为高 等院校的科学研究和资源共享提供先进的技术手段，进而推动校园网内部甚至整个区域 教育资源的发展 论文介绍了网格的概念和特点，对网格服务进行了深入研究o g s a 是一种网格体系 结构，是在网格结构的基础上，结合w e bs e r v i c e s 技术提出的，是以服务为核心的协议。 将计算机硬件设备、应用程序、数据、仪器设备等一切都抽象为服务，有利于通过统一 的标准接口来管理和共享网格上功能各异的资源。本论文主要针对小范围内的教育资源 校园网内部的教育资源的数据网格应甩进行研究 论文讨论了网格技术在校园网中的应用，论文通过对校园网教育资源共享现状的分 析，提出了在一个校园内实现各异构教学资源共享的网格模型以网格数据服务作为中 间件，对下实现对各种数据资源的操作，对上提供各种应用访问资源服务，把位于不同 地理位置、不同操作系统问的校园网内部各院系间的教学资源连接起来，实现校内间异 构教学资源的共享。由于整个系统较为庞大和复杂，本文主要对其中的教学资源的共享 进行初步研究，设计了一个基于0 g s a 的文件搜索和下载的应用系统 目前，网格技术可以应用在很多方面，但大部分还处于理论和实践阶段，本文提出 的校园网内部的教育资源共享模型，将校园网内的各种异构性教学资源连接起来，利用 网格服务实现各服务器间的数据资源共享，为进一步研究区域间的教育资源共享打下基 础。 关键词：网格o g s a 资源共享w e b 服务s r f 基于o g s a 的校园网异构教学资源共享研究硬士学位论文 t h es t u d yo fc a m p u sn e t w o r kh e t e r o g e n e i t ye d u c a t i o n a l r e c o u r s e ss h a r i n gw i t h0 g s a a b s t r a c t t h ea p p e a r i n go fn e t w o r kh a sv a s t l ya d v a n c e dt h ec o u r s eo fe d u c a t i o n a li n f o r m a t i o n a n dt h ed e v e l o p i n gt r e n do fi n t e r a c ti sg i d t h r o u g ht h en e wf o r ma n dn e wt e c h n o l o g y , at h o r o u g ht h e o r e t i c a ls t u d ya h dc o n t i n u o u st e c h n i c a lp r o b em u s tb em a d eo nh o wt om a k e f i l i iu s eo f e d u c a t i o nr e s o u r c e s t h ed i s t r i b u t i o na n d h e t e r o g e n e i t y0e d u c a t i o nr e 0 0 u r s c s a r et h et w or e a s o n so ft h ed i f f - i c u l t yi ne d u c a f i e or e s o u r c e ss h a r i n g a n dt h eg o a lo fg r i di st oc o n n e c ta l lk i n d so fg c o g r a - p h i c a l l yw i d e d i s t r i b u t e dr e s o u r c e sa n dh e t e r o g e n e i t yo ns y s t e mp l a t f o r m sw i t hh i g h - s p e e d n e t w o r kt of o r mav i r t u a ls u p e r - c u m p u t i n gp l a t f o r m ，t h u sr e a l i z i n ga no v e r a l lc o n n e c t i o no f a l li c s o u r c e so nn e t w o r k e f f e c t i v e l ya g g r e g a t i n gr e s o u r c e so f e d u c a t i o nn e t sw i t hg r i dt e c h n o l o g yi no r d e rt or e a l i z eab r o a dn e tr e s o u r c e ss h a r i n g , i tw i l ls u r e l yp r o v i d ea na d v a n c e dt c c h n i c a lm e t h o dt ot h er e s o u r c es h a r i n go fc o l l e g e sa n du n i v e r s i t i e s ，t h u sp r o m o t i n gt h ed e v - e l o p e m e n to fc a m p u sa n dr e g i o ne d u c a t i o n t h i s t r e a t i s e f i r s t m a k e s a n i n t r o d u c t i o n o f t h e c o n c e p t i o n a n d n a t l f f e o f 鲥d ，a na n a l y s i s o f 鲥d s e r v i c e s o g s a i s o p e n 朗d s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ，a n d i t i s f o c u s o n f 盥v i c e s i n c l u d e c o m p u t e r , a p p l i a n c ep r o g r a m d a t aa n d i n s t r u m e n t s t h u si tm a k e sf o rs h a r i n ga ur e s o u r c e s o i ln e t w o r kb yu s i n gs t a n d a r di n t e r f a c e i nt h i st h e s i s , i ti sa i m e da tt h er e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no f e d u c a t i o nr e s o u r c e so nd a t a 鲥da p p l i a n c e t h et h e s i st h e na na n a l y s i so ft h ec u r r e n ts t a t u so fr e g i o ns h a r i n ga ta l lw o r l d , d i s c u s s e s t h e a p p l i a n c e o f 面d i n c a m p u s n e t w o r k s a n d a c c o r d i n g t o t h e a r c h i t e c t u r e o f n a t i o n a lc d u c - a t i o n , p u t sf o i w a r dap r o g r a m o nh o wt oi m p l e m e n tr c s o u - c c ss h a r i n g a m o n gc a m p u sn e t w - o r k s t h et n e a t i s em a k e sa na n a l y s i so fc a m p u se d u c a t i o n 飘箔o ss h a r i n ga n da d v a n c e sa 鲥dm o d e lf o rr e s o u r c e ss h a r i n gb e t w e e nc o l l e g e si nau n i v e r s i t y i nt h em o d e lw et l g r i d m i d d l e ，w a r c ，i to f f e r so p e r a t i o n sd o w n w a r d sa n ds e r v i c e su p w a r d st od a t ar e s o u r c c s ，a n d c o n n e c ta l lk i n d so f e d u c a t i o n a lr e s o u r c e so f g e o g r a p h i c a l l yw i d e d i s t r i b u t e dr c s o u 嘣a n d h e t e r o g e n e i t yo ns y s t e mp l a t f o r m sw i t h 鲥d i no r d e rt os h a r i n gt h e s er e s o u r c e sa n dt e a c h e r s a n ds t u d e n t st ou s ei tf x e e l y a sm o r el a r g e ra n dc o m p l e xo f t h ew h o l es y s t e m ，t h i st h e s i so n t h es h a r i n go fi n s t r u c t i o n a lr e s o u r c e sf o ra p r e l i m i n a r ys t u d y n o w g r i dh a sb e e nu s e di nm a n yf i e l d s , b u tm o s ti si nt h e o r ya n de x p e r i m e n tp r o c e s s t h e t h e s i sa d v a n c e dap o i n to fs h a r i n gr e s o u r c e sa m o n gc o l l e g e si nc a m p u sa n dc o n n e c t e dd i f f e r - c o ti n s t i t u t i o nt o g e t h e ri nac a m p u st or e a l i z er c s o n r c e ss h a r i n gb yd a t ag r i d i ta d d sc u m m u n 一 2 基于0 g s a 的校园两异构教学资源共享研究硕士学位论文 i c a t i o nf u n c t i o no nt h eb a s eo fc a m p u sg r i d u s e r sc r nv i s i ta nl e s o u r c , e si nt h eg r i db u tt h e y n e e dn o tt ok n o wa n dc a r et h eo d u l s co ft h es e r v i c e sr e a l i z i n g , s oi tm o s t l ya d v a n c e dt h ee d u c a d o n a lr e s o u r c e ss h a r i n g k e y w o r d s ：g r i d ， q g s a ，r e s o u r c e ss h a r i n g ， w e bs e r v i c e s ，w s r f 3 第一章绪论 第1 章绪论 第1 节研究背景和意义 1 1 1 本文的研究背景及意义 大力促进和加强教育信息化，实现教育资源的共享，既是信息时代社会经济发展对 激育提出的要求，又是教育事业生存和发展的必然选择 随着互联网的飞速发展，数字化校园也在快速前进，数字化网络化使得人们的学习 和生活方式都在发生着深刻的变化。高等学校校园网在教学、科研、管理等领域发挥着 越来越重要的作用，在信息时代，具备现代网络化、智能化教学环境及教学科研资源库 是建设现代化大学的必要条件和重要标志。因此各高校内部不同院系也纷纷建设自己内 部的局域网络资源，供学生学习和参考，由于访问方式方便、速度快捷、资源能够共享 等优势，很受学生欢迎。但这仅仅限于本院系内部的共享，在校园网内各院系之间的网 络资源却没得到充分的共享。老师和学生如果想查看或访问其他院系的资源还是比较困 难的，结果就会产生各自开发购买自己所需的资源，结果出现资源的重复建设、浪费了 大量的人力物力，并没有实现真正意义上的数字化校园。当然，出现这种现象的原因 有多种，首先可能是认识的差别有的师生认为没这个必要，由于专业不同，各院系之 间所需要的资源是不同的，因此各院系之间的网络资源就没对外开放但随着边缘学科 的快速发展，跨学科的专业会越来越多，势必会需要各专业的整合。但主要的原因还在 于现在的校园网内部各网络大多是以传统的网络技术为基础来构建的，随着网上各种应 用系统的不断出现，由于各网络和操作系统的异构性，导致了不同系统之间的数据不能 充分共享，重复开发现象非常严重 网格( g r i d ) 是继i n t e r n e t 之后又一次重大的科技进步，有人将其称为下一代互联 网。它是集成的计算与资源环境，其核心是消除信息孤岛，实现资源共享传统因特网 实现了计算机硬件的连通，w e b 实现了网页的连通，使得信息的共享与获取不受时空限 制，而网格则试图实现在全球i n t e r n e t 范围按需共享和整合各种i t 资源，包括计算资源、 存储资源、通信资源、软件资源、信息资源等网格将分散在不同地理位置的各种计算 机连接在一起，为解决大型复杂计算、数据服务和海量信息处理提供了一个方便用户使 用的虚拟平台 网格现在发展的方向是w e b 服务和开放网格服务体系( o g s a ) ，即建立了以服务为 核心的网格体系结构，使得网格技术可以与万维网结合起来，形成网格服务这对网格 4 第一章绪论 在教育资源共享建设方面，又提供了很好的实践平台 目前，网格技术在各个领域中的应用还都处于探索和实验阶段，开放网格服务体系 在校园网中的应用，将会极大地改变现有校园网的应用现状。面对新的形势、新的需求， 高等学校的校园网应该如何建设，怎样利用网格技术，使得校园网的异构资源能够更大 范围内共享，是非常值得研究的课题，因此选择“基于网格的校园网教育资源共享研究” 这个课题，具有重大的理论和应用意义 1 1 2 教育资源现状分析 进入信息时代，在利用网络实现信息化教育的实施过程中，资源共享是整个系统的 一个重要组成部分，它突破了教育资源在人员、地域、时空上的多重限制，提供大量、 全面、开放的资料，为教育信息化和教育信息共享提供了必要保障 国内教育资源存在着需求大、来源广、数量大、种类多等一系列特点。教育资源种 类繁多，包括专家资源、设备资源、图书资源和教学资源等。就教学资源而言，从载体 形式上来看，有文字，图像、动画、音频、视频等；从资源的运行平台上来看，有跨平 台和专用平台资源等：从资源类别上来看，有素材、试题、课程、教案、索引目录等； 从资源结构优劣上来看，有非结构化原始资源、半结构化资源和结构化资源等然而目 前大量资源多停留在低水平的自治共享上，众多资源成为离散、孤立的。信息孤岛”， 不能进行大范围、高效率的交换共享，这是对教学资源的浪费，有必要对其进行整合。 从本质上看，整合教育资源的困难可归结于两个方面：困难之一在于资源的分布性，大 量的资源在地理位置上处于不同的区域，不利于资源整合：困难之二在于信息资源的异 构性( h e t e r o g e n e i t y ) ，所谓资源的异构性即异构信息指的是那些在媒体格式或平台环 境等方面属于不同种类的信息资源，例如图片与视频、试题与教案、i n d o w s 平台资源 与l i n u x 平台资源等 目前教育资源的整合工作仍只停留在局域网等局部范围之内，且对如何进行资源整 合也多处于一种无序的混沌认识状态。网格技术的出现成为整合区域教育资源形成共享 的关键，利用网格技术，可以将原先静态的、独占的资源流通起来，变成动态的、共享 的资源，真正实现一个区域内的资源共享 第2 节研究现状 1 2 1 国外研究现状 目前，网格的研究已经从美国和欧洲推广到了世界各地，各个国家和地区都投入了 第一章绪论 大量的资金进行网格技术研究和网格设施建设。美国是目前网格研究较前列的国家它 的多家机构都开展了与网格相关的研究工作，开发了c o n d o r ，l e g i o n ，g l o b u s 等比较有 影响的软件和工具 g l o b u s m 工具软件已经在世界范围内得到了一定程度的使用。它对全球的网格研究 开发工作起到了巨大的推动作用，成为网格领域的焦点该项目要开发一个面向科学计 算的基本软件基础设施，利用该设施，把地理位置上分布的计算资源和信息资源集成起 来。该项目研究网格计算的关键理论，开发支持网格计算的工具软件和网格应用程序， 帮助规划和组建大型的网格实验平台。工具软件是g l o b u s 最重要的成果，它的目标是能 够在各种平台上运行。 美国也有不少的商业公司加入到网格研究的行列。i b m 和g l o b u s 提出的开放网格服 务体系结构正在赢得大家的认可，对未来的网格研究将产生重大的影响。微软目前正在 开发一个名为“b i g t o p ”的网格计划”，以使开发人员能够相对快捷的创建一套松耦合 分布式操作系统组件。o r a c l e 将网格技术融入到了其最新版本的数据库中，并将其数据 库命名为0 r a c l e1 ( 3 ( 3 ，其中的g 就是代表支持网格的意思 欧洲也是网格研究和建设非常活跃的地区，已经启动了多个网格研究项目，其中的 欧洲网格和数据网格是由多个国家参与的研究项目。 1 2 2 国内研究现状 近年来，网格研究在我国也得到了迅速发展，网格研究项目主要有清华大学的先进 计算基础设施a c i 和以中科院计算所为主的国家高性能计算环境n h p c e 。国家高性能计算 环境和清华a c i 系统，被媒体称为“我国网格计算的最高成就” 国家高性能计算环境项目的目标是建立一个分布式环境下支持异构平台的计算网 格示范系统，它把我国的8 个高性能计算中心通过互联网连接起来，进行统一的资源管 理，信息管理和用户管理，并在此基础上开发了多个计算型的网格应用系统，取得了一 系列研究成果 中国教育科研网格c h i n a g r i d ”计划是教育部“十五”2 1 1 t 程公共服务体系建设的 重大专项，受国家高技术研究发展计划项目支持它是由政府推出的最宏大的网格工程， 该项目由1 2 所大学联合推出，到网格建成时，它将在教育科研网上把全国1 0 0 所2 1 1 t 程 建设大学的资源广泛贡献。中国教育科研网格的目标是将广泛分布在中国教育科研网和 高校中的异构海量资源集成起来，实现c e r n e t 环境下资源的有效共享，消除信息孤岛， 提供有效的服务，形成为国家科研教学服务的大平台 6 第一章绪论 2 0 0 2 年，上海市宣布将投入两个亿，建设e 一研究院e 一研究院是一个以信息网格为 平台，全新的具有可变性、超大容量的虚拟研究机构其中，“上海高校网格”建设将 把上海多所高校用网格整合起来，协同教学科研。 另外，全国还有几十所大学和研究机构已经开展各种网格研究。 由此可见，目前国内外在网格计算方面的研究十分活跃，研究范围跨度很大目前 呈现出这样的趋势：一是网格计算标准化的呼声越来越高，目的就是为了规范和统一现 在大量的网格计算研究，g l o b u s 在一定程度上已经成为事实上的标准；二是专业网格的 研究与开发成为一个重要的方向，因为网格是面向具体问题的应用的，而专业网格在这 方面具有独特的优势，可以为通用网格技术提出最具体的需求；三是开发面i 自l w e b 服务 的框架结构，以及与工商界应用相结合也是网格技术研究的一个重要趋势，原来的网格 计算主要集中在科学计算等学术领域，而目前正走向使用，并和市场接轨，直接服务于 生产和各种商业活动。 1 2 3 现有校园网资源共享的解决方案 1 、传统c s 、b s 的解决方案 传统方案的资源共享系统，属于“内容位于中心”的存储模式数据资源都集中存 放在性能较高的服务器中，客户端要得到其上的文件，则要通过网络访问服务器，由服 务器将所需的文件传输到客户端的本地硬盘，并且客户机之间不具有交互能力。若服务 器s 要同时为u s e l 、u s e 2 、u s e 3 三位用户提供数据，所占用链路的带宽扩大到单个数据 流的三倍。s 的负载也增长为单个数据流服务的三倍，s 的负载也增长为单个数据流服务 的三倍资源的更新完全依赖于服务器段的数据更新，服务器管理者工作强度加大，需 不断整理服务器中原有的和用户近来上传到服务器上的数据，并要寻找用户关心的各类 数据，将其存放在硬盘中，以便客户端访问，因此就需要超大容量的硬盘才能存储各式 各样的资源文件，满足不同类型用户的访问对于用户上传到服务器的文件，还存在利 用率不高的情况，严重浪费服务器硬盘的空间，对于访问量超大的共享系统，还需配置 集群式服务器，必然导致系统成本的加倍上升 2 、微软操作系统的网上邻居 “网上邻居”采用的是p 2 p 模式，p 2 p ( p e e r - t o - p e e r ) 就是通过系统之间的直接互 连，来共享计算机资源与服务。这让传统意义上将要共享的资源上传到服务器的概念被 消弱了然而用户在使用“网上邻居”实现资源共享时，需要记住每个计算机名及共享 名称，同时，需要在“网上邻居”中进行多次查找或映射。用户自己的资源只有自己“共 第一章绪论 享”，其他用户无法获知，也难于寻找到，不能便于其他用户顺利共享，网内用户使用 的某种资源，可能存放于多台共享的计算机上，若该用户想要将其收集完整时，则需要 对这多台计算机一一映射，逐个下载，当共享名称改变时，还需要重新一一映射另外， 对于不同操作系统之间的共享，用网邻居则完全不能进行共享 通过对目前校园网内部资源共享的方法分析来看，利用网格技术和w e b 服务技术特 征相结合，用于实现校园网资源共享，与目前的共享模型相比是一种便利的模型。它能 t 够不花费大量的人力、物力建设服务器，同时使用广泛接受的w e b 服务器的特征，将资 源查找和文件所在地的传输统一在w e b 服务器上实现，并充分利用了分散于各节点上的 计算、存储能力，高效的实现系统间互操作、标准化等服务的集成及资源的维护、更新 等自治 第3 节本文主要研究工作 如前所述，网格可以在多个实体之间创建共享资源的虚拟机构，利用网格可以搭建 一个具有整合、开放、自主和虚拟特性的运行环境而目前高校校园网内部各院系都建 立了各自的教学资源，各资源问存在平台异构、无法充分共享、大量资源重复建设等问 题，本文正是利用了网格良好的异构环境封装能力和资源的整合能力等优点来解决校园 网中资源共享遇到的问题利用网格最新的船r f 标准和基于n e t 的解决方案w s p , f n e t 把现有的硬件设备、各种教学资源虚拟成w e b 服务资源，实现校园网内部异构教学资源 的有效整合和利用。 论文主要研究了如何对目前高校校园网内部各院系部门间各种异构性资源进行充 分共享的问题，通过利用网格技术和w e b 服务技术相结合的o g s a 技术，利用o g s a 技术提 出了基于校园网的异构教学资源共享平台的模型一方面，希望能够尝试性的构建一个 便捷、高效的校园网教学资源共享平台，方便教师和学生获取他们所需的信息、共享他 们愿意与他人分享的信息，实现教学资源的最大程度的共享以减少教育资源的重复建 设和浪费另一方面，促进网格技术的相关应用，为真正的大范围的网格的建立奠定基 础。 本文主要包括以下几个部分： 第一部分是引言，包括问题的提出、国内外研究现状、研究意义及研究的目标 第二部分介绍了网格的相关理论，包括网格的概念、面向服务的结构体系、开放网 格服务体系( o g s a ) 基础设施 第一章绪论 第三部分主要介绍了校园网的应用现状，提出了校园网格的服务体系，设计了一个 基于0 g s a 的校园网资源共享模型。 第四部分主要根据提出的校园网资源共享模型，结合实际情况，利用w s 限n e t 技术 和网络开发工具实现一个异构资源的查找与下载的校园网格应用实例，对校园网格的应 用做出相关验证。 第五部分对笔者的研究工作进行了总结，并对今后的工作进行了展望和规划。 9 第二章网格和开放网格服务体系 2 1 1 网格的概念 第2 章网格和开放网格服务体系 第1 节网格的概念与特点 网格是继万维网之后出现的一种新型网格计算平台，目的是为用户提供一种全面共 享包括网页在内的各种资源的基础设施网格技术目前正处在萌芽后的发展阶段，有入 把现在的网格比喻为一个婴儿，这个婴儿需要不断吸取营养，才能逐渐长大，最终成为 一个健壮的人 网格是把地理位置上分散的资源集成起来的一种基础设施。通过这种基础设施，用 户不需要了解这个基础设施上的具体细节就可以使用自己需要的资源。分布式资源和通 信网络是网格的物理基础，网格上的资源包括计算机、仪器、设备、传感器、存储设备、 数据、软件等实体。网格：一种未来计算基础设施蓝图一书中把网格描述为：“网 格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、计算机、数据库、传感器等融 为一体，为科技人员和普通百姓提供更多的资源、功能和服务。互联网主要为人们提供 e - m a i l 、网页浏览等通信功能，而网格则能提供更多更强的功能，它能让人们共享计算 资源、存储资源和其他资源”网格把用通信手段连接起来的资源无缝集成为一个有机 的整体。它给用户提供一种基于互联网的新型计算平台，在这个平台上对来自客户的情 趣和提供资源的能力之间进行合理的匹配，为用户的请求选择合适的资源服务，可实现 广域范围的资源共享。 同其他系统一样，网格中也包含主体和客体两种实体。网格主体是网格活动的驱动 者，是网格中具有自主活动能力的实体，网格中的活动指令都是由网格主体发出的网 格客体是网格中不能自主活动的实体，是网格活动进行的场所，操作实现的工具等。网 格客体需要网格主体的驱动才能进行相应的动作，根据请求内容为请求者提供相应的功 能。除了网格主体和客体之外，网格系统中还包含表示网格主体和网格客体之间关系的 网格策略，网格策略描述。哪个主体，在什么时候，对哪个客体进行什么操作一 2 1 2 网格的特点 除了通常的信息与设备资源共享外，计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合与 广泛共享是网格区分于以往共享技术的本质特征 网格是一个地理位置上广泛分布的基础设施，用户数量巨大，资源千差万别，需求 1 0 第二章阿格和开放网格服务体系 种类繁多，应用功能各异网格要给用户、资源提供畅通的聚道，提供安全、高效、高 质量的服务，必须具备如下基本特点： 1 虚拟性网格中的资源和用户都要经过抽象，把实际的用户和资源虚拟化为网 格用户和网格资源。网格用户使用标准、开放、通用的协议和界面，可以访问网格中的 各种资源，但实际的用户和物理资源是相互看不见的，资源对外提供的只是一个虚拟化 的接口 t 2 共享性。网格中的各种资源都能被共享使用，网格是一个提供资源共享的场所 网格中的多个用户不仅能够共同使用网格中的一个资源，网格中的一个用户也可以同时 使用多个网格资源 3 集成性网格把地理位置上分布的各种资源集成在一起，成为一个有机的整体， 协调分散在不同地理位置的资源使用者用户不仅可以使用单个资源提供的功能，而且 能够联合使用多个资源的合成功能。网格可以集成来自不同管理域、不同管理平台、具 有不同能力的资源。 网格是一个开放、标准的系统开放是指网格系统面向所有的设备开放，只要遵守 网格规则，任何设备都可以加入网格网格设备小到个人计算机，大到超级计算机；简 单到手提电话，复杂到灾难预警系统。标准指网格提供的接口是标准的。网格接口不依 赖于接入设备的具体情况，不管它使用什么管理系统，采用什么样的内部协议，都提供 统一的标准接口。从目前的发展趋势看，大家比较看好用可扩展标记语言来定义网格的 接口 2 1 3 网格体系结构 体系结构的英文是。a r c h i t e c t u r e ”，其含义是。建筑术”、“结构”的意思网 格是一个大系统，不仅建设者数量巨大，网格中的资源和用户数量也巨大。因此需要细 心规划，建立起网格的体系结构，按照规划进行建设，最后才能建成满足要求的网格旧 网格体系结构”1 是构建网格系统的基础，它重要是研究网格系统的基本功能结构及 各功能实体问的接口关系，是对各专业网格系统的抽象与概括。 目前，网格体系结构从形式上讲有四种主要形式：抽象层次结构、积木块结构、概 念空间结构及混合结构啊。 网格可以简单的划分为分布式资源、网格系统、网格用户三个层次0 1 ，如图2 一i 所 示，网格系统处在分布式资源和用户中间，作为用户和资源之间的一个桥梁，主要作用 是把用户和资源联系起来，提供用户对资源的透明使用，支持全方位的资源共享网格 第二章同格和开放网格服务体系 底层是网格的物理层，都在这一层实现，该层的需求就是网格系统要提供的功能，它直 接影响着网格要达到的目的 匝j 三堕互 l ；应用层一网格用乒，一l l 7 | j 。， t ( 包括个人计算机用户、服务器、电视、电话等) iiii ( 包 围z 1 舟格的三个层次 种资源) 网格体系结构可以说是一个“分”与“合”的统一体。所谓的“分”是指网格体系 结构必须能够标识出网格的基本组成成分，能够清楚地说明网格整体是由哪些关键部分 结合在一起而形成的，还能够对各部分的功能、目的和特点等进行清晰地描述在“分” 的基础上，网格体系结构还要进一步描述“合”的功能，即在充分了解网格的各个部分 的作用机理、作用方式的基础上，将这些部分按照一定的方式进行组织和集成，形成一 个具有特定功能的整体，对外提供服务网格体系结构发展到目前为止，比较重要的有 两个，一个是i a nf o s t e r 等专家在早些时候提出的五层漏沙结构o ；另一个是在以i 胧 为代表的工业界的影响下，专家考虑到w e b 技术的发展和影响后，结合w e bs e r v i c e 提出 的开放网格服务体系( o g s a ) 五层漏沙结构“”最重要的思想是以“协议”为中心，也十分强调服务与应用编程接 口( a p i ，a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 和软件开发工具包“( s d k ，s o f t w a r e d e v e l o p m e n tk i t ) 的重要性。 五层漏沙结构根据该结构中备组成部分与共享资源的距离，将对共享资源进行操 作、管理和使用的功能分散在五个不同的层次，由底向上分别是构造层，连接层，资源 层、汇聚层和应用层“”。越向下层就越接近于物理的共享资源，越向上层就越接近于抽 象资源的表示 五层漏沙结构虽然简单，但人们在研究中发现，在许多情况下，复杂的服务或应用 第二章丹格和开放同格服务体系 很难分解为标准而低级的基本协议，而且人们在解决问题时也不习惯于按照协议的方式 来进行鉴于五层结构的不足，一种新的结合w e b 服务技术提出了一种新的网格体系结 构一开放网格服务体系结构( o g s a ) “” 由于本文主要采用o g s a 结构来进行工作，因此在后面的章节将会详细介绍它。 第2 节面向服务的体系结构与w e b 服务 面向服务的体系结构( s o a ) 是一种由相互独立，分布和协作的服务组件构成系统 的体系结构方法这种服务可以分布在组织的物理边界和安全域之内或之外，可以存在 于不同的平台上，也可以由不同的编程语言实现。 s o a 的关键是服务所实现的功能使用标准的接口描述语言暴露给外部，实现细节则 被隐藏在服务内部，外部应用通过其暴露的接口来调用其功能。w e b 服务是一种实现s o a 的方式。 2 2 1 $ o a 的基本组件 s o a 的基本组件事元素和服务之间的操作，如图2 2 所示 田毛28 0 的基本组件 三个关键元素：服务提供者、服务请求者、服务注册蜩 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 负责创建有用的服务，为这个服务生成服务描述 并将之发布到一个或多个服务注册器，接收一个或多个服务请求者的服务调用消息 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t e r ) 负责从一个或多个服务注册器中查找服务描述， 使用服务描述来绑定和调用服务提供者提供的服务，一个服务的任何消费者都可以被认 为是一个服务请求者。 服务注册器( s e r v i c er e g i s t e r ) 负责发布服务提供者登记的服务描述，并接受服 务请求者查找特定的服务描述一旦服务注册器提供了一个匹配的服务描述，服务提供 第二章网格和开放网格服务体系 者和服务请求者之问的交互不在需要服务注册器的参与 一个应用组件可以是以上的任何角色。注意的是，一个应用组件可以充当多个角色， 比如一个游客在计划进行一次旅游时，可以请求订票服务进行订票，而该订票服务则是 一个上层的服务，需要调用下面的飞机票预定、火车票预定等服务在此过程中，订票 服务开始作为的是服务提供者，在其后则作为服务请求者 操作由以上所述的元素之间的约定所定义主要有三种类型的操作：发布 ( p u b l i s h ) ，查找( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 。 发布是服务提供者和服务注册器之间的约定。服务提供者使用注册操作将它提供的 服务接口注册到服务注册器一旦发布，服务提供者所提供的服务就能够被服务请求者 使用。 查找是服务请求者和服务注册器之问的约定。服务请求者使用查找操作来获取一个 满足其需要的服务提供者列表在查找操作中，服务请求者可能指定一个或多个查找标 准，比如期望的可用性和性能等服务注册器在其所注册的所有服务提供者中进行查找， 并返回适当的信息 绑定是服务请求者和服务提供者之间的约定，它允许在调用发生之前服务请求者连 接服务提供者。绑定可以是动态的，也可以是静态的在动态过程中，服务请求者在服 务调用时基于从服务注册器中获取的服务描述产生客户端的代理。在静态过程中，在应 用的开发过程中生成服务请求者的客户端代理。 2 2 2w e b 服务 w e b 服务技术推动了s o a 的设计理念和软件开发策略在实践中的应用，w e b 服务很难 定义，但有一种严肃的说法：w e bs e r v i c e s 是通过i n t e r n e t 标准可访问的应用逻辑w e b 服务的关键在于使用某种基于x m l 的描述机制进行描述，只需提供该应用程序接口的 髂d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e bs e r v i c e s 描述语言) 描述，就可以 成为完全符合定义的w e b 服务反之，通过h t t p 发送s o a p 消息但不提供w s d l 描述的应用 程序不能称为w e b 服务 w e b 服务具有以下特征“”： 1 互操作性互操作性通常是人们对w e b 服务产生兴趣的原因例如，w e b 服务可 以让一个p e r l 开发人员与微软的w i n d o w s2 0 0 0 系统上的c + + 开发人员进行互操作，而后 者又能m a co s 系统上的a p p l e s c r i p t 程序员进行互操作，而不必采用与其相同的平台 2 松耦合性。w e b 服务的另一个强大特征，就是它可以非常容易的构建松耦合的系 第二章网格和开放同格服务体系 统。松耦合( 1 0 0 s e l yc o u p l e d ) 一般是指一个系统表现出实现的独立性和无折损版本 管理如果想在机器a 上实现与机器b 同样的w e b 服务，即使机器a 是一个j a v a u n i x 程序， 而机器b 是一个c w i n d o w s 程序，实现不会有什么麻烦，这就是实现的独立性。 总之，使用w e b ) 报务技术的分布式应用能够方便的实现平台无关性，并能支持系统 异构性、动态性和管理自主性等技术特征。 第3 节开放网格服务体系结构 2 3 1o 蠲漶 开放网格服务体系结构( o g s a ) 1 把g l o b u s 标准与面向商业应用的万维网服务结合 起来，把网格计算从科学与工程计算应用扩展到更广泛的以分布式系统服务集成为主要 特征的商业应用领域，建立网格服务的基本概念。o g s a 采用了万维网服务的w s d l 和s o a p 规范。遵循o g s a 标准的系统都可以连在一起，用户可以很容易的集成、共享各种系统提 供的功能，可以节省用户的开发成本，提高开发效率。 0 g s a 以服务为中心，把一切都抽象为服务“”，服务既包括计算机设备、应用程序、 数据，也包括仪器、设备等。将一切抽象为服务有利于通过统一的标准接口来管理和共 享网格上功能各异的资源。 o g s a 将整个网格看作是网格服务的集合，即可以表示为网格= 网格服务 这个集 合的动态性很强，不是一成不变的，是可以扩展的，体现了网格的动态特征。o g s a 把网 格中的所有资源都包装成服务，把网格中的各种资源的异构性隐藏起来，用服务这种统 一的实体提供共享接口。为了和人们常用的服务概念加以区别，网格服务规范定义了网 格服务的概念，符合网格服务规范定义的万维网服务就是网格服务网格服务通过定义 接口来完成不同的功能，服务数据是关于网格服务实例的信息，因此网格服务可以简单 的表示为。网格服务= 接d 行为+ 服务数据” 以网格服务为中心的模型具有如下优势： 1 由于网格环境中所有的组件都是虚拟化，因此，通过提供一组相对统一的核心 接口，所有的网格服务都基于这些接口实现，就可以很容易的构造出具有层次结构的、 更高级别的服务，这些服务可以跨越不同的抽象层次，以一种统一