（教育技术学专业论文）基于网格的服务发现研究.pdf

摘要 a tl a s t ， is u m m a r i z e dt h e 、v h o l ep a p e r 蛆dm a d eap r o s p e c to ft h em e t l l o do fs e i c e d i s c o v e r y i n t l l eg i i d k e yw o r d s ：掣i d ，s e r v i c ed i s c o v e r y ，g l o b u s ，w s d l s q a p 独创性声明 本人声明所呈交的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。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得蠢凄竖笾盘茔或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：牡日期：型 学位论文版权使用授权书 本人完全了解天津师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名： 铲 日期：丝丝：! 第委绪论霪毳| 墓垂兰妻蚕蕈墓 毒羹i 蓄 l ，冀冀器孽奄b 夜“泌鲥箭幽攀鼎螺 目= 淹开滢礓荔盔i 割9 h i 例蝴一刊矬瀣孺j 速的机器处理能虚复 i j 露础黪箩民剪瓦萎j 汛女疆【i 睡璀醴酸 i ? 强掰濠溺襟满灞国；及菲常纛昂酾巅臻碥器醅箫舔罴着我们 i i 车垡攀吐墨动錾嚣埠嚣与磐盟 二膏袖菇习强汤i 虱剖别m 蚕趟班l 剖执影转 j 掣吾蠡毯经醋掣蚕，鞠儿裂盟壤稞嘎理臻 i 二剞嚆穗嗡须臌活渤洲州啪麟确榭i 诧冁碉圜佩灌刊增塞副需翁 ! ? 鍪嚣饼剩副例刚j 獭吲灞悴；字墟丛型不网格鎏嘤趣湾穗撼；鉴蠹戳圳影。 “i 臻雌。鞋氅智。 i ，州笛烈引舒l 灞作研j 谲营矗潍浔：峨辫坦露耩 囊錾篓囊薹薹赛釜嚣羹铜鞠羹羹羹鋈蒸薹梨嚣薹 一，| 霎荤金舞动殴锁冠 锈域l 否啭霎i 刚卵蹙旦懈猎奇瑚浏研隈憾璀暾。嘴淫科鞠姓刈霉囊夔差暮唰 团丽崤j 和分 菥普葡孺l 巨。矧锹鳓刻薹! i 薹滋萋! 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机的普及程度和计算机的性能，为更大、更复杂的问题的解决提供了支持，所以 在不久的将来，机群也将会成为主流的计算形式。 网格是借鉴电力网( e 1 e c t 】i c p o w 口g r i d ) 的概念提出来的，建立网格的最终目 的是希望用户在使用网格计算能力的时候，就如同现在使用电力一样方便。用户 在使用电力的时候，不需要知道它是从哪个发电站送出来的，也不需要知道它是 通过什么样的发电机产生的，所使用的是一种统一形式的“电能”；而网格提供 给使用者的也是一种与地理位置无关、与具体的计算设施无关的通用的计算能力 第2 页 第一章绪论 1 3 目前网格应用的领域 网格对于科学技术的发展有着普遍的意义：网格是一个跨学科、跨地区的合 作平台；网格可以联合各种资源，构成一个虚拟联合机构，协调决策，大力协同； 建立网格以后，将使科研项目集中兵力作战，科研步伐将大大加快，科研完成任 务的期限，可以大大缩短。 网格应用有着非常广泛的领域：在科学计算领域，它可以在分布式计算、高 吞吐率计算和数据密集型计算等问题上发挥巨大作用；在社会经济生活领域，网 格可以使人与人的交互基于更广泛的信息共享，而且可以提供更为广泛的贸易资 源。 1 3 1 网格在军事上的应用 网格在军事上也有着重要而独特的应用。美国正在把其军事战略架构从指 挥、控制、通讯、计算机、信息、监视和侦察系统( c 4 i s r ：c o m m 趾d ，c 0 n t r 0 1 ， c o m m u n i c a t i o n s ，c o 珏l p u t e r s ，i l l t e l l i g e i l c e ，s u r v e i l l 柚c ea l l dr e c o 蚰a i s s a i l 嘲转向 全球信息网格( g i g ：g l o b a lh 6 d i m a t i 衄g 础) ，而g i g 网格是美国作战战略的基 础，也是美国国防部最为关注的信息技术项目之一，是其“网络中心战”概念的 关键部分。国防部的另一个“全球信息网络带宽扩展”项目，主要是为国防部建 立了一个基于i p 协议的快速、安全、全覆盖的光纤网络，该网络将链接全球1 0 0 个站点。利用这一网络，美军作战和分析人员可以更快地收发情报和数据。 比如，在现代海陆空作战或作战模拟的敌我对抗过程中，在对付敌方海军舰 只进攻时，我方海面舰只、潜艇、导弹和空军等分布各处的资源应构成一个虚拟 机构，协调地作战；同时，为了要对付敌方从陆基发出的巡航导弹，也要把我方 卫星侦察跟踪信息、防空系统、导弹和空军部队分布在各处的资源，构成一个虚 拟机构，协调地作战。这两者中的空军部队和导弹虽然是同一部队的，但要如何 协调地决策和行动，就需要依靠网格技术来解决。这就是网格技术发挥作用的所 存，而这些却是一般传统的分布式计算无法解决的。 第3 页 第一章绪论 1 3 2 网格在民用上的应用 网格在民用上也有独特的商用价值。比如，在华东、华北地区，有1 5 个发 电厂供应2 0 个大中城市的用电，利用网格可以动态地组合若干个发电厂的资源， 构成虚拟机构，协调计算决策，优化供应几个城市，不仅可以大大提高输配电的 效率，同时可以节省几千万吨煤。目前，世界上已经有一些类似的网格应用，美 国国家太空总署( m a s a ：n a t i a l a e m n a u t i c s 卸ds p a c ea c l m i n i s t r a t i o n ) 的网格项 目衄g ：k f 0 助a t i 衄p o w e rg r i d 调于飞机飞行途中的飞行安全；地震网格可以用 来预报和研究地震；灾害预测网格项目1 e 黜o 掰认：t o x i c o l o g y e x c e l l e n c ef o r m s k 加s c s 锄e n t ) 用于龙卷风的预测，如果能够提前2 5 分钟预报龙卷风的到来， 就可以大量减少人员和财产的损失。 1 4 网格的研究现状 1 4 1 国外网格研究的聪状 美国对网格的研究始于九十年代中期。由美国自然科学基金会资助的网格项 目n c s a 、n p ：a c i 和t c r a g r i d ，n a s a 构造的网格计划口g ，美国国防部的h p c m p 网格，美国能源部的d o es c i e n c eg r i d 网格和连接三大国家实验室的a s c ig r i d 网格，欧洲的d a t a g r i d ，日本的n i l l f 等，都是有影响的网格研究计划。 国际上的网格研究采用开放源码、公开合作的模式。全球网格论坛( g g f ： g i o b a lg r i df 0 m m 、是b 前主要的合作组织。 从各国的投资来看，美国政府用于网格技术基础研究经费则已达5 亿美元。 美国军方正规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信息网格”( g l g ：g l o b a l i n f 0 皿a t i o ng r i d ) ，预计在2 0 2 0 年完成。作为这个计划的一部分，美国海军和海 军陆战队已启动了一个耗资1 6 0 亿美元、历时8 年的项目，包括系统的研制、建 设、维护和升级。英国政府已投资1 亿英镑，用来研制“英国国家网格”m k n a t i o i l a lg r i d 、。 随着网格研究在学术界的加速，信息产业界的大公司也相继公布了与网格目 标一致的研究开发计划。h p 、m m 、m i c r o s o f t 、s u n 等公司最近取得共识，支持 一些相关的万维网标准，从而更有利于开发新一代的网格应用。其目的是将 第4 页 第一章绪论 i n t e m e t 上的资源和信息汇聚在一起，组合成企业和消费者所需要的服务。另外， m m 最近宣布，将投资4 0 亿美元，启动一个全公司的“网格计算创新计划”， 在全球建设4 0 家数据中心，其投资力度和商业计划都很惊人。从企业来讲，美 国g m 公司建设了自己的企业网格，是运行得最好的企业之一。它将该公司分 布在世晃各地的设计制造部门、营销部门都连入网格中，实现了从订单到销售的 快速的数字化服务。 1 4 2 国内网格研究的现状 目前，国内已经开展了一些网格项目的研究与初步应用。 1 9 9 9 年到2 0 0 1 年8 6 3 重点项目一“国家高性能计算环境”( n h p c e ：n a t i o n a l h i g hp e m 恤姐c ec o m p 砸n ge n v i r o 衄e n t ) 。这个项目是中科院计算所联合江南计 算所、国防科大等十几家科研单位，共同承担。该项目旨在建立一个计算资源广 域分布、支持异构特性的计算网格示范系统，把我国8 个高性能计算中心通过 h i t e m e t 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 开发了多个网格应用系统，取得了一系列研究成果。 由教育部支持、清华大学牵头的重点项目一“先进计算基础设施”也进行了 部门内的网格计算试验。2 。0 1 年6 月鉴定了清华大学一“先进计算基础设施北 京上海试点工程”、中科院计算所“织女星”工程( v 堍ag r i d ) 。 而正在建设中豹网格项目有：科技部2 0 0 2 年8 6 3 计划信息技术领域的重大 专项“高性能计算机及其核心软件”；教育部的“c h i n ag r i d ”计划；国家自然科 学基金委“e s d e n c c ”重大专项计划以及其他部门的网格规划。 国家8 6 3 计划开始启动新一轮网格研究项目，重点建设以北京、上海为中心 的网格计算系统，突出网格应用。项目包括五个予课题：战略与系统综合研究： 应用网格；网格软件；面向网格的高性能计算机；网格结点。 1 5 网格的发展前景 目前网格的发展趋势是要与应用和服务相结合，以应用和服务为驱动来推动 网格的发展。发展的趋势主要表现在以下几个方面： 专业化：网格从支持科学计算的通用型如通用的计算网格，发展到专业化 第5 页 第一章绪论 合作平台，如地震网格、高能粒子物理网格。目前国内已经筹建了一些相应的专 业网格平台，如地质网格、税务网格和公安系统的刑侦网格等。 应用需求：根据应用确定需求，否则就很难确定服务需求；没有服务需求， 也就很难做到按需服务和资源动态调度。 支持业务：网格从支持科学计算，发展到支持商业业务，如i b m ，小1 e l ， s u n ，c o m p a q ，o r a c l e 网格。 标准平台：网格的中间件进一步发展，可能会产生标准化的、与w 曲s e r v i c e 密切结合的中间件。 1 6 本课题在教育技术学中的意义 教育技术这个词自从诞生以来，关于其定义一直存在争论。美国印第安纳大 学m o l c n d a 教授和他的工作小组把教育技术界定为：e d u c a t i o n a lt e c i u l o l o g yi s t h e 啦l d y a n de 也i c a l p r a c i i c e o f f a c n i t a t i n gl e a r n i i l g 趾d i 删i n g p e r f b m a n c eb yc r e a t i n g ，u s i n g ，a n dm a n a g j n ga p p m p r i a t ct 。c h l o g i c a lp r o c c s s e s a n dr e s o u r c c s 对于该界定，我国教育技术学者彭绍东教授把其翻译为：教育技术是通过创 造、使用、管理适当的技术过程和资源，促进学习和改善绩效的研究与符合道德 规范的实践。 定义中的资源包括教学中需要的硬件和软件( 如计算机本身、图片、视频、 录音带、计算机程序、d v d 光盘等1 。在基于网络的远程教学广泛应用的今天， 由于网络资源缺乏统一的描述标准、不同网络之间的异构环境等问题，使得这些 资源在大范围内的共享还存在着很大的困难。网格技术的出现，为我们解决这些 问题带来了契机，因为网格技术的核心就是信息、资源共享。 我们研究基于网格的资源服务发现技术，可以通过信息技术手段，使得学习 者在获取共享资源与服务时更为方便，提高学习效绩：减少网络资源的重复建设 问题。该技术的实现，可以为今后基于网格的远程教育教学资源的整合，提高远 程教学的教学质量提供技术上的有力支持。 第6 页 第一章绪论 1 7 论文的主要工作 本文作者在查阅了网格领域相关文献的基础上，在天津市自然科学基金项目 一“网格计算环境下资源管理与任务调度模型研究与实现”的研究背景下，通过 对网格体系结构0 g s a 以及网格支撑平台g l o b u s 的分析，探讨了实现网格应用 的些关键性技术，尤其是网格环境下的资源与服务的发现技术。具体在以下几 个方面做了一些工作： ( 1 ) 论述了网格出现的背景、网格的基本概念、网格的国内外研究和发展 现状。 ( 2 ) 分析了当前通用的网格体系结构：五层沙漏结构和开放网格服务体系 结构o g s a 。 ( 3 ) 对网格中资源与服务发现的现有理论模型进行了全面比较，探讨了各 种模型下的优点与存在的不足。 ( 4 ) 简要介绍了g 1 0 b u s 项目及g l o b 璐支撑平台( 也称g l o b u s 工具包) ，并 就g l o b u s 支撑平台在l 抽慨环境下和w 恤d o w s 2 0 0 0 环境下的安装调试进行了详 细的探讨。 ( 5 ) 在g 1 0 b 璐平台上开发了一个服务发现的实例： r e s o u r c e d i s c o v e r y s e r v i c e ，并通过此例对网格环境中服务发现的关键技术进行了 分析，证实了网格环境中服务发现技术的可行性。 第7 页 第二章网格概述 2 1 网格的概念和特点 2 1 1 嘲格的概念 第二章网格概述 网格是一门新兴的技术，最早于9 0 年代中期提出，当时是用于表述在高端 科学和工程上分布式计算的一种基础构造形式。网格计算还在不断的发展和变化 中，没有一个统一的定义，对于阿格概念的分歧和争议也依然存在。 全球网格研究的领军人物、美国a r 9 0 衄e 国家实验室的资深科学家、美国 g l o b u s 项目的领导人h nf o s t e f 曾在1 9 9 8 年出版的1 kg r i d ：b l u e p 血tf o ran e w c o m p u t m gh l 觚t r u c n m 一书中这样描述网格：“网格是构筑在互联网上的一组 新兴技术，它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等 融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和交互性。互联网主 要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格功能则更多更强，让人们 透明地使用计算、存储等其它资源。”在2 0 0 0 年，i 锄f o s t e r 又进一步把网格描 述为“在动态变化的多个虚拟机构问共享瓷源和协同解决问题”。1 2 j 从广义的网 格而言，是指网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) 。巨大全球网格( g g g ：0 r e a tg l o b a lg r i d ) 不仅包括计算网格、数据网格、信息网格、知识网格、商业网格，还包括一些已 有的网络计算模式，例如对等计算、寄生计算等。而狭义的网格则专指计算网格 ( c 叩u t a t i o 册1g r i d ) 。 不管是狭义的还是广义的网格，其目的就是要利用互联网把分散在不同地理 位置的电脑组织成一台“虚拟的超级计算机”，实现计算资源、存储资源、数据 资源、信息资源、软件资源、通信资源、知识资源、专家资源等的全面共享。传 统的互联网实现了计算机硬件的连通，w 曲实现了网页的连通，w 曲服务实现 了程序和程序间的连通，而网格则试图实现互联网上所有资源的全面连通。 2 1 2 网格的特点 ( 1 ) 资源的物理分布和逻辑共享 第8 页 第二章网格概述 组成网格的资源一般都是地理上分布的，由于网格资源本身就不是指单一的 计算机资源，它还包括各种类型的数据库、电子图书馆以及各种设备，所以这些 资源往往分布在世界各个角落。网格的目的就是要使网格中的任何资源都可以让 网格上的任何使用者使用，网格在逻辑上又是菇享这些资源的。该种共享是一种 广义的共享。 ( 2 ) 资源的动态变化和异构 网格本身的定义决定了网格是一个始终处于变化中的网络状态，网格的资源 和它拥有的功能会动态地增加或者动态地减少。因此，网格本身的设计就要具有 很好的扩展性。由于网格资源本身的种类是多科多样的，所以网格系统必须要能 够解决不同结构、不同类别的资源之间的通信和互操作问题，以及不同体系结构 的计算机体系之间的兼容，这也决定了网格具有异构性。 2 2 网格体系结构 2 2 1 网格体系结构的发展 所谓网格体系结构就是关于如何建造网格的技术。它给出了网格的基本组成 与功能，描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法，刻画了支持 网格有效运转的机制。 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 0 s t e r 等专 家在早些时候提出的五层沙漏结构：另一个是在以m m 为代表的工业界的影响 下，i 柚f o s t e r 等专家考虑到w 曲技术的发展和影响后，结合w 曲s e r v i c e 提出 的开放网格服务体系( o g s a ：o p e n 嘣ds c i c e s 出t c c t u r e ) 【4 】。 第9 页 第二章网格概述 应用层 i 汇聚屡 资源层 连接层 图工1 五层沙漏结构的组成部分 ( 2 ) 沙漏特点 五层沙漏结构的另一个重要特点就是沙漏形状。其内在的含义就是因为各部 分协议的数量是不同的，对于其核心的部分，既要能够实现上层各种协议向核心 协议的映射，同时也要实现核心协议向下层其它各种协议的映射。核心协议在所 有支持网格计算的地点都应该得到支持，所以核心协议的数量不能剪啊；星掣到 吲刨蚓捌划酸融爿菌裂嶷矧磊f 霸谨。葫碰梨器粢备蒜笛；引掣帑瘟暾陵浏 羹蠢一翼莉骘薹鬟幕赢；讯甜i ； 割瓣两霄搿两国涵礓衙两j 闻漓甥半1 翘邕 鼢藏碰氰i 巴吲目，箔。搿峭陪抽两灞满濯篓臻鬻嚣篾酏蚝变翩眵j 一售征群决 问题蠹斓黼戳，源孺墒强猹墨瞒臌堵滋墓j 谚g ：gw 僻嘤僻臻渤 蜕浠r 翻举掣釜篓骶毛宠疆曙雕瀵；廖限嘈澎懈 j 爿臻萤：特点，如何有效 的进行资源发现是 实现高性能联合计算，共同完成重大应用问题的关键。在这样的环境中，需要一 种不依赖于集中控制的、分布式、可扩展、能适应资源动态变化并且定位性能好 的资源发现机制。 第二二章网格概述 s e r v i c e 的很好补充。 由于w 曲服务的这些优点，新的网格服务标准一开放网格譬囊囊薹囊羹篓 霎霎囊耋磊脚餐荔缨螳翻醑爨蒸樾嚣薹擎! 弛腿基氮骡嚣不士丢商题霜。 薹。霉塞；蠹羹孽目萎毫 ? ! ；i ! 警! 夥霎礓镯 蠹| 烈r p 磐冀并鏖睡基甚翻嘀孺溶嘻 j i ；渤黼泼倒灌f i ；i 壤臻燃薹 c ；撕毁 蠢鋈辎鬟? 囊雾量玉蹦；毯壤诺冀! 影蔷i 型g 函雕象瓢型斟罾主要介绍服务发现的概念模型、服务描述在服务发现中的作用和目前的 服务描述技术。o g sa 下，所有资源都是服务，因此文中资源和服务是可以互换 的概念。 ( 1 ) 服务目录请求者模型 按功能进行角色划分，服务发现系统主要包含三种角色：服务提供者、服务 请求者和服务目录。 服务提供者向外晃提供一些可访问的服务，这些服务有确定的访问点、访问 接口，有清晰的访问语义，可以被外界发现。服务目录提供了集中的服务描述信 息的组织和管理功能，主动发现或注册的服务信息可以在服务目录中得到。服务 目录一般相对固定，并且有公开的访问地址，或者作为一种特殊服务可以很容易 地被发现。服务请求者是需要使用服务的应用，通常可以移动。和常规系统最大 的不同是：请求者和提供者往往不存在固定的耦合关系，只是需要时在服务目录 的帮助下临时建立关联，因此，请求者不需要进行手工的服务配置。实现上，这 三种角色经常 表现为某种代理，服务代理提供具体访问服务的接口，请求者代理 可以代表用户查询目录、访问服务，目录代理则主动搜索服务信息及响应查询请 求。 ( 2 ) 域模型 网络被划分为若干逻辑的域，域内可能存在若干服务提供者和服务请求者， 但都包含一个服务目录。对于大规模的网络系统，域的划分是非常重要的。 和许多网络系统类似，域是由若干主机构成的逻辑可管理群体，在域内的系 统行为、管理策略往往是一致的。对于服务发现系统，域代表了集中式服务发现 第2 9 页 第= 章网格概述2 5 2 giobus系统结构 为了有效地支持网格计算环境，globus工具包的实现主要有四个方面的内 容：网格安全、网格信息获取与分布、网格资源管理和网格远程数据传输。这四 方面的技术可以使得开发网格计算环境下的应用更加方便。针对这四方面的内容，g l o b o s 项目实现有以下主要组成部分【1 1 】：网格安全基础设施( g s i ：g d d security劬ctufe)：gsi负责在广域i网络 下的安釜当龀誊裂甾群燮! 雀辑醛瞥“甾畦掣；筢嫉拦鬣韭乳鞋驻掣装篓舔蟹尉 邑察鼐酵；悯暗嘲穗摹摹目甜寨荟i 甍霎囊一蠹誊i 耄蓊霉i 麒囊l 目曩i 确；i 自j 薹攀墓黠 蕈：一埘期辩罄曩龇影拼膦烈野酬趟埋疆豸嚣。 鞠羹躐l 群黝整箝辨确霾垂蠹篓：蓖l 薹剐! 蠹? 自擎毪f 响蒌螽嚣囊斋隶嘏辨；冀j 藿蓉顾蝙 洛涝冶浠湃斑菇搿 理涉及了多种资源类型和多种访阿方式，同时分布式应用 为了改善协调分配任何所需资源，可能要事先预留某些资源，这给资源管理带来 了很多困难。为简化g r i d 资源管理，必须标准化跨资源管理者的资源属性的表 述方式。g g r d 通用模型强调所有资源请求的通用性( c 0 m m a l i t y ) ，所有g r i d 资源请求都包含有可以用一个通用形式来表达的结构信息，而且大多信息结构都 可在这些请求中共享。其优点是：提供了一种对资源和资源请求的统一描述方式， 解决不同资源管理者之间的资源描述，方便了资源的管理和调度。不足之处在于： 偏重于对计算资源和资源请求的描述，不够广泛；不能描述动态的作业信息。 gl o b u sr s l 提供描述资源通用交换恤t e f c h 锄g c ) 语言，r s l 基本就是g e n c r i cg r i d rc s o u r c ed e s c r i p t i o n 在g l o b u s 的扩展和实现。r s l 提供用于组合复杂资源的语 法，资源管理组件采用 这种通用结构，在资源管理系统中， a tt r i b u t c 起到控制组件行为参数的作用。优点：增加了对j o b 资源的描述；定义 了很多a t t 曲u t e ，应用于g l o b u s 中g 】认m 、d u r o c 等多种资源管理方式，g t 4 o 中对计算资源及其对应的本地调度系统进行了很好的描述，在其信息服务( m d s ) 中有对计算资源迸行描述的完整的s c h e m a 。缺点：偏重于对计算资源和资源请 求的描述，缺乏对其它资源的描述和管理，还需要进一步的扩展和研究。目前仅 用于g l o b u s ，还不被其他g r i d 项目所支持。 w 曲服务描述语言( 、s d l ) 是用于描述w 曲服务的一种x m l 语言，它将 w e b 服务描述为一组对消息进行操作的网络端点。一个w s d l 服务描述包含对 第二章网格溉述 路由、名字解析等功能为基础。g l o b u s 的协议分为血层：构造层、连接层、资 源层、汇集层和应用层。每层都有自己的服务、a p i 和s d k ，上层协议调用下 层协议的服务。网格内的全局应用都通过协议提供的服务调用操作系统。 构造层( f a b r i c ) ：它的功能是向上提供网格中可供共享的资源，它们是物理 或逻辑实体。常用的资源包括处理能力、存储系统、目录、网格资源、分布式文 件系统、分布式计算机池、计算机机群等。1 b o l 】【i t 中相应组件负责侦测可用的 软硬件资源的特性、当前负荷、状态等信息，并将其打包供上层协议调用。 连接层( c 0 衄e c t i v i t y ) ：它是网格中网络事务处理通信与授权控制的核心协 议。构造层提交的各种资源间的数据交换都在这一层的控制下实现。各资源间的 授权验证、安全控制也在这里实现。在1 l k i t 中，相应组件采用基于公钥的网 格安全基础协议。在此协议中提供一次登录、委托授权、局域安全方案整合、基 于用户的信任关系等功能。资源伺的数据交换通过传输、路由及名字解析实现。 资源层f r e u r o 曲：这一层的作用是对单个资源实施控制，与可用资源进行 安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数 据。在t o o l h t 中有一系列组件用来实现资源注册、资源分配和资源监视。t 0 0 l k i t 还在这一层定义了客户端的c 、j a v a 的a p i 和s d k 。 汇集层( c o l l e c c i v e k 这一层的作用是将资源层提交的受控资源汇集在一起， 供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制，汇 集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网格启动、 负荷控制、账户管理等多种功能。 应用层( a p p l i c a t i o n s ) ：这一层是网格上用户的应用程序。应用程序通过各层 的a p i 调用相应的服务，再通过服务调用网格上的资源来完成任务。应用程序 的开发涉及大量库函数。为便于网格应用程序的开发，需要构建支持网格计算的 库函数。 第2 0 页 第三章网格中现有资源与服务靛现模型的比较 请求信息的类型把查询请求分发到一个或多个本地信息提供者；然后g r i s 把信 息提供者返回的信息汇总，并过滤消除与客户不需要的信息，最后返回给信息查 询请求者。g s 提供了一种把各种g r i s 服务结合起来构成一个层次结构的简单 聚集目录框架的手段，并提供一个连贯的系统映像方便网格应用程序进行搜索和 查询；g i i s 可提供信息集合查询并支持对多个g r 】s 的有效查询。 g r i s 和g s 在实现上有很多共同之处，都依赖l 工a p 前端进行协议处理、 认证和结果过滤，所以两者也可以在一个服务器上实现。资源可通过g r i s 或直 接把其信息注册到g s 中，用户访问g r i s 和g i i s 的简单情况如图3 1 朋3 1g r 玛和g i 璐的简单情况 用户a 和b 直接通过g r i s 得到信息，用户c 通过g i i s 得到综合信息，若 g i i s 自身的缓存信息过期，可通过g r i s 获得相关更新信息。 3 2 2 织女星网格资源发现( ，i ) r d 承d ：v i r t u a li n 疗a s t n l c t i i f ef b rr c s o u r c cd i s o o v c r y ) 1 1 q 是织女星网格 e g a ) 工作组提出的解决资源发现问题的方法。织女星网格是中科院计算所正 在进行的研究项目，在织女星网格中，设计者提出了服务网格的概念和虚拟计算 机的体系结构模型图3 2 。资源发现机制面对的是封装成服务的资源，而不是各 种各样原始的物理资源，因此资源发现机制的实现更加简单【1 7 l 。 在虚拟机体系结构基础上，资源发现机制主要通过两个技术来解决资源发现 的问题：基于资源信息的路由转发的资源定位模型和三层资源表示模型。资源定 位模型主要在资源路由器上实现，是资源发现机制的核心，负责解决包括路由器 网络的生成和维护、路由更新策略、资源信息翻盟键摩四臻弹盟赣 x 第三章网格中现有资源与服务发现模型的比较 需求，它包含了各个层次上资源的表示方法和层次之间的映射。在体系结构上， 采用分层的虚拟机模型，自顶向下依次由用户层、资源路由器层和资源层三个层 次组成。 图3 2 虞拟计算机体系结构模型 ( 1 ) 资源信息在路由器网络中传播。 ( 2 1 网格用户向相邻的资源路由器发送资源请求。 ( 3 ) 资源路由器对用户的资源请求进行处理。处理的过程包括根据特定的策 略在本地路由器表中对请求进行匹配，以及请求在路由器网络内的转发。 ( 4 ) 路由器可以为资源请求找到一个能满足需要的物理资源，完成资源的定 位；或者认为资源请求不能在本网格中得到满足。 ( 5 ) 路由器将资源发现的结果返回给用户。 织女星网格的资源发现机制采用分布式定位方式，实现了基于资源属性的查 找，能够对用户屏蔽资源的位置等物理信息，并且具有较好的定位性能和可扩展 性，能够适应网格资源自主控制、动态变化的特点，可以较方便地解决请求转发 的负载平衡问题，具有一定的好用性和通用性。但是r d 基于s d r t f l 8 】算法， 如果这个资源路由机制放在整个全球网格环境中则效率较低，可能会出现要经过 很长的路径才能找到资源，还有性能问题，q o s 问题有待进一步验证。另外，织 女星网格中要求同类资源在所有的路由器上的表示是一致的，这限制了其灵活 性。 第“页 第三章网格中现有资源与服务发现模型的比较 3 2 3x e n o s e a r c h 模型 x e n o s e a r c h l l 9 】是x e n o s e n ，e r 项目建立的一个用于在分布式环境中执行资源 现的机制。它提出了服务元擎习j 茹馑猎渭涵毪澈描翟铋聪靛斡拍“戳筹妊j 黼翰辐描蛩鞫艏氅茳醚裂型鹜型；耄州b t 自| 霎| 机酬摧蒜瓣帝甫筛箍产拇疑 粱甫囊= 以芦熏囊；崩w 塑嘲蟹语言绑定的w s d l 处理器。 由于开放网格服务体系有这样一些优点，所以本文采用o g s a 作为网格平 台的体系结构。 2 4 开放网格服务体系趴 2 4 1 以服务为中心的思想 如果说五层沙漏结构是以“协议”为中心的“协议结构”，那么o g s “5 j 就 是以“服务”为中心的“服务结构”。这里的服务是指具有特定功能的网络化实 体。在o g s a 框架中，将一切都抽象为服务，包括计算机、程序、数据、仪器 设备等。这种抽象将资源、信息、数据等统一起来，十分有利于通过统一的标准 接口来管理和使用网格。 为了使服务的思想更加明确和具体，o g s a 定义了! 网格服务”的概念。网 格服务是一种w 曲s e r v i c e ，虽然w 曲s c r v i c c 提供一种基于服务的框架结构，但 是，w 曲s e n ，i c c 面对的一般都是永久服务，而在网格应用环境中，大量的是临 时性的短暂服务，所以o g s a 结合w 曲s c i 提出了网格服务，用于解决服务 的发现、动态服务的创建、服务生命周期的管理等与临时服务有关的问题【6 】。 在o g s a 中，所有一切请求和操作都可以看作是服务，因此网格就可以看 作是可扩展的网格服务的集合，即可以表示为： 第三章网格中现有资源与服务发现模型的比较 ( 5 ) 与x e n o s e n r e r s 匹配的可能的结果集合返回给用户。 ( 6 ) 用户直接查询匹配服务器，确定他们当前的状态和适用性。 这种方法与当前的c s 模式类似，网络实现简单，但往往需要大的目录服务 器的支持，并剽笙眇磐颤割鹭洲鹫i j ；! 羹薪掣l ! l 茎积朗拍科诮板豳拍 酣潞驻繇秸耄恺燥霉霭海措幔簿牒吁拐始拜鹌! 行程型；而支持与网格服 务相关的状态数据。 2 4 3 s a 两大架构技术 建造o g s a 的两大架构技术是网格技术( 比如g l o b u s 软件包) 和w 曲 s e r v i c e 。g l o b u s 是已经被科学与工程计算领域广泛接受的网格技术求解方案， w 曲s c r v i c e 是一种标准的存取网络应用的框架。 ( 1 ) g l o b u s g 1 0 b u s1 7 】作为一个软件工具集，主要是用来解抉网格环境中工具、服务和应 用开发的关键技术问题。它提供了一个模块化的服务包，实现了标准的网格协议 和a p i 。同时，它是一种基于社团的、开放结构、开发源码的服务的集合，也是 支持网格与网格应用的软件库。 该工具包解决了安全、信息发现、资源管理、数据管理、通信、错误检测以 及可移植等问题。与0 g s a 密切相关的g l o b u s 组件是网格资源分配与管理 ( g r a m ：t h eg 1 0 b u sr e s o u r c e 触l o c a t i o nm 柏a g e r ) 定义的协议和门卫服务。它们 提供了安全可靠的服务创建和管理功能，元目录服务通过软状态注册、数据模型 以及局部注册来提供信息发现功能，网格安全基础结构s i ，g 咖s e c u r i t v h 触s t mc t u r c ) 支持单一登录点、代理和信任映射。 ( 2 ) w 曲s e r v i c e w c bs e r vi c c 【8 】是一种具有下列功能的软件组件： 可以通过s o a p 【9 l 接口来进行访问 使用w sd l 文档形式描述接口 由于x m l在分布式应用之间往往被广泛用于作为信息交换的方式，所以 w e bs e n ，i c e 的基础就是关于x m l 协议方面的工作。在w e bs e r v i c e 中几个重要 的协议标准 6 页 第四章发现模式和服务描述技术 个绑定的一个网络端点规范，w s d l 是w 曲s e r v i c e 的基础。在o g s a 中，对 w s d l 进行了扩展，形成g w s d l 。g r i d 服务提供一套良好定义的接口和遵循一 定规范的w 曲服务，接口解决发现、动态服务创建、生命周期管理、通知和可 管理性等问题，同时规范解决命名和可升级能力的问题。使用w s d l 描述网格 服务的优点是：可以描述服务等复杂资源；已经形成规范；广泛的业界支持；适 用于i n t e m e t 的松耦台系统；良好的可扩展性。不足之处：互操作性、可用性、 安全性等方面有待完善。 第3 2 页 第五章基于g t 4 的网格甲台的搭建 第五章基于g t 4 的网格平台的搭建 g l o b u s 项目是一个多机构的合作研究项目，它旨在为计算网格搭建最基本 的基础设施以及高级网格服务。计算网格被定义为硬件和软件的基础设施，为了 获得高端的计算能力，它能够提供可靠的、一致的、普遍并且廉价的方法，计算 网格现在己经发展成为在不同的虚拟组织间进行资源共享( 硬件、软件以及应用 等1 的基础设施。通过尽可能的增加对重要应用的平均和峰值计算性能，提高高 性能应用和科学计算的执行性能和执行效率。 5 1g t 4 的背豢 g l o b u s1 b o l l 【i t 已经经历了版本1 ( g t l ) 、版本2 ( g 1 r 2 ) 和版本3 ( g t 3 ) ，目前到 达了版本4 ( g 1 m 。这些版本中提供的服务和协议与现有的标准协议相互融合以 实现并支持网格服务。网格服务( g r i ds e i c c s ) 是一种w 曲服务 ，c bs e i c e s ) ， w 曲服务遵守o g s i 定义的一系列特殊的约定。 构建g t 4 所使用的技术包括网格资源分配管理器( g r a m ：g f i dr e s o 眦e a l l o c a t j o nm 柚a g 啪c | 1 t ) 、跟踪与发现服务( m d s ：m o 】1 i l 响ga n dd j s c o v e r y s e r v i c e ) 和网格文件传输协议( g r i d f l 甲：g r i df i l et r 姐s f e rp m t o c 0 1 ) 。所有这些组 件在连接层上都采用网格安全体系结构( g s l ：g f i ds c c i l r i t yk f r a s t n l c t u r e ) 协议来 保证安全。 5 1 2g 1 0 b 吣4 o 版本一g t 4 g l o b u s 联盟( 1 1 l eg 1 0 b u s a i a n c e ) 为创造实现“网格”的基础技术提供研究与 开发。g l o b u st o o l k i t 是由g l o b u s 联盟开发的实现网格的一组工具。关于g t 4 执 行的主要的标准是： o g s a ( 0 p e ng r i ds e r v i c c sa f c l l i t c c t i l r e 卜开放网格服务体系结构 o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c e sh l 丘砸t n l c t u r c 卜开放网格服务基础构架 o g s i 是o g s a 基础构架的具体说明。它是中间件，是网格服务的j d k 。它 第3 3 页 第五章基于g t 4 的网格平台的搭建 们成立了一个网络服务建构小组，专门研究这个问题，其研究成果就是w s r f 。 o g s i 到w s r f ，其中的主要变化是在句法上的，也有一些有用的进展。把 o g s i 在功能上分成了六个独立的部分，用w s - a d d r e s s i n g 是一种进步，更多地运用标准的x m l s c h e m a 和w s d l 2 0 ，我们就可以用很多现成的工具。对o g s l 的分割，以及对网格基础件规范的修订与获得的好处相比，这样做是正确的么? 从纯技术角度讲，这是有争议的。但是事实上，网格基础件是一个很大的成就， 我们在网络服务界获得了强有力的支持：我们能从核心的网络服务产品中看到 wsrf支持，这对网格界来说，真是一个好消息。而且，我们不应该过分夸大变 都是必须的，我们正在试图使这样的转化更少。” 52l i n u x 下安装a o b 哪工具包( g 1 1 4 ) 【3 5 】 在我们的实验环境中，使用的操作系统是redh a t9 0 。在安装g t 4 之前， 我们需要先安装几个必需的支持工具(这里我们使用的软件都可以免费得到)。它 们包括javas d k ，a p a c h c a n t ，j u i t ，o m 以及p o s t g e s q l ( 图5 1 ) 。 5 2 1 安装前的准备工作 图5 1g l o b u s 工具包安装过程 由于g ，r 4 的底层代码是基于j a v a 的，因此在任何运行g t 4 的机器上必须安 装j a v a 支持平台。在我们的环境中，我们安装s u n 子系统的j a v a 软件