（教育技术学专业论文）基于web的网格系统的研究与实现.pdf

摘要 基于w e b 的网格系统的研究与实现 摘要 “网络就是计算机”，这是网格的核心观念。网格是继传统互联网、w e b 之 后的第三个大浪潮，可以称之为第三代互联网应用。网格计算实际上是构筑在 i n t e r n e t 上的一组新兴技术，其目标是在动态变化的，广域分布的异构虚拟组 织间实现协同资源共享，多领域的科学和工程的问题求解。 本论文首先概要地分析了网格研究的背景、网格技术研究和发展的现状及发 展趋势，并针对目前网格技术研究的现状，结合w e b 技术，构建了一个基于b 的网格系统。 论文对系统的理论依据、设计思想、功能特点等方面作了较详尽的阐述，并 且在研究了网格系统的要求、关键技术和体系结构下，提出了一种新的网格系统。 该网格系统就如何对整个网格中的资源进行管理，对用户作业进行调度运行及与 此相关的安全、容错技术进行了描述。另外，本系统采用了基于w e b 的作业提交 方式及作业监控。而且，在该系统中提出了网格资源分级管理与全局调度的思想。 论文论述的基于w e b 的网格系统由网格客户端、信息服务器、网格资源请求 代理和网格服务端四部分组成。由于在这四部分中采用了比较先进的技术，该系 统具有使用方便、容错性和安全性的特点 布式 x 独创性声明 本人声明所早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利致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得盘洼躯范盘鲎或其它教育机构的学位或证停而使用过的 材料。与我一同上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 缝金塾日 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：! 叁垒丝导师签名： 期： 第1 章绪论 3 迅速发展阶段：2 0 0 2 年以来，出现了大量的应用社团和项目，主要是基础 设施的开发和使用，工业界对网格计算的兴趣在增长，比如1 b m 、p 1 a t f o r m 、 m i c r o s o f t 、s u n 、c o m p a q 等重要的公司。同时也出现了一些比较显著的技术基础， 比如g l o b u st 0 0 1 k i t ，形成了具有相当规模和世界影响的g g f 组织，它大概有5 0 0 个人，共有2 0 多个国家参加。 目前，网格的研究主要在美国和欧洲。英国政府已投资l 亿英镑，用来研制 “英国国家网格( n kn a t i o n a lg r i d ) ”。美国政府用于网格技术基础研究经费则 已达5 亿美元。美国军方正规划实旖一个宏大的网格计划，叫做“全球信息网格 ( g 1 0 b a li n f o r m 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 国海军陆战部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。就像随处可得的电源一样，网格可使得许多行业具有挑战性 的问题得以完成和实现。各种科研机构( 如t h eg 1 0 b u sa n dl e g i o np r o j e c t ) 、 商业机构( 如a v a k i 和p l a t f o r mc 鲫p u t i n g ) 等早已意识到了网格的重要性并在此 作了很大投入。相互合作是提升网格的必备条件，因此标准化的努力，如“g 1 0 b a l g r i df o r u m ”和“n e wp r o d u c t i v i t yi n i t i a t i v e ”等标准化机构已变得越来越 重要了。以知名企业c o m p a q 、i b m 、s u n 、h p 、a v a i ( i 和p 1 a t f o 姗为代表的跨国公 司都已成为其会员。 最近，企业也预感到了网格潜藏着巨大市场，所以也纷纷加入了网格开发的 队伍。美国微软公司已经决定支援g 1 0 b u s 计划，日本的软库( s o f t b a n k ) 公司也向 从事网格计算研究的新兴企业u n i t e dd e v i c e s 投资。除此以外，辉瑞( p f i z e r ) 制药公司以及飞机制造商波音公司等大公司，都已开始进行有关网格计算的实 验。目前它们实验的目标主要着眼于将其应用于大规模的科学仿真。i b m 公司在 2 0 0 1 年8 月2 日宣布，它将为网格计算投资约4 0 亿美元。i b m 公司近日宣布，它正 在研制一种能被多家科研单位和众多科学家同时使用的超级计算机网格，预计它 将在2 0 0 2 年第三季度建成。其设计运算速度为每秒1 3 6 万亿次，比1 9 9 7 年战胜国 际象棋特级大师卡斯帕罗夫的“深蓝”超级计算机速度快1 0 0 0 倍，其存储能力 将达6 0 0 万亿字节。它采用l i n u x 系统组合，网格的服务器装有英特尔公司生产的 代号为m c k i n l e y 的新一代i t a n ii u m 微处理器。据称，这个网格的功能将是目前全 球同类系统中最强的。由此不难预测，网格将成为生物工程、气候模拟、能源探 第1 章绪论 索、航空航天、数字地球等重要科技领域的重要工具。与此同时，网格技术也将 有效地为电子商务提供内容服务、计算服务、存储服务和交易服务等。 我国也极为重视网格技术，网格的研究与应用已于2002年被列为“863计划” 的一个专项。“十五”期间我国将研制具有每秒4力i亿次运算能力、面向网格的高 性能计算机；建设“中国国家网格”；开发一套具有自主知识产权的网格软件； 建设若干个科学研究、经济建设、社会发展和国防建设急需的重要应用网格；形 成若干网格技术的国家标准，参与制定国际标准。通过这些努力，使我国在网格 技术方面达到世界先进水平。 目前国内网格技术应用的一个主要特点是，很多行业已经在使用网格的相关 技术，但尚未使用网格的名称。例如，在银行界叫“业务集中”，航空、船舶、 汽车行业叫“广域虚拟设计环境”，资源环境领域叫“单一数据源”，电子商务和 电子政务中叫“资源共享”与“协同工作”。 1 3 网格技术的发展趋势1 标准趋向开放、统一 国际上网格技术的研究基本上采用了因特网的开放标准路线，以层次化开放 式为基础，在多个层次上建立横向技术标准和平台，以满足不同层次资源和应用 集成的需要。这些标准中最主要的是globus和ogsa。平台化也是网格的一个重要 特征。虽然ggf、omg、w3c以及g10bus等诸多团体都试图争夺网格标准的制定权。但目前大多数网格项目都是基于globustookit所提供的协议及服务建设的，例如美国的物理网格griphyn、欧洲的数据网格datagrid、荷兰的集群计算机网格das一2、美国能源部的科学网格和discom网格、美国学术界的teragrid，等等。迄今为止，基于ogsa的globust001kit已经成为事实上的网格标准。ogsa是在网格计算技术的基础上，结合最新的webservice技术提出来的。以服务为中心是ogsa的基本思想，在ogsa中一切都是服务，在原来webservice服务概念的基础上，提出了“网格服务(gridservice)”的概念，用于解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题。0gsa是 第2 章基于w 曲的网格系统开发的技术基础 2 1 5w e b 基本技术 w e b 技术包括u r l 技术、h r m l 技术、m i m e 技术、m t p 技术以及c g i 技术等。 ( 1 ) 标识服务器及服务器上的信息的u r l 技 x 第2 章基于w c b 的网格系统开发的技术基础 h t m 删y p e n e x tm a r k e dl 丑n g u a g c ) ，即超文本标记语言，是一种用来制作超 文本文档的简单标记语言。用h t m l 编写的超文本文档称为h 1 m l 文档，它能 独立于各种操作系统平台( 如u n i x ，w i n d 0 w s 等) 。自1 9 9 0 年以来m m l 就一直被用作w o r l dw i d ew 曲的信息表示语言，用于描述h o m e p a g e 的格式设 计和它与w w w 上其它h o m 印a g e 的连结信息。使用 r l 语言描述的文件， 需要通过w w w 浏览器显示出效果。 超文本文档分文档头和文档体两部分，在文档头里，对这个文档进行了一些 必要的定义，文档体中才是要显示的各种文档信息。 h t m l 文档的基本结构如下： 头部信息 文档主体，正文部分 o d c a t a ij n ah o m e 、b i n 3 s e v j c e b a ti n s t a l l 第4 章基于w 曲的网格系统 4 修改d ：、g l o b u s 、j a k a r t a t o m c a t 一5 o 2 8 、c o n o m c a t - u s e r s x m l 如下 一t o m c a t - u s e r s 5 n e ts t a n “瑚c a t 5 6 访问h t t p ：仉o c a l h o s t ：8 0 8 0 测试t o m c a t 第七步、安装g l o b u s 1 _ u i l z i po g s a 一3 2 1t o g l o b u s - l o c a t i o n 2 c d g l o b u s l 0 ( l t i o n 3 a n ts e t u p 4 a n t - d t o r n c a t d i r = c a t a ij n ah o m e d e p l o y t 0 m c a t 5 n e ts t 叩t o m c a t 5 6 n e ts t a r tt o m c a t 5 7 a n tg u i 图4 2 是g j o b u st o o l k i t4 o 在u n u x 系统下安装成功后的界面。 3 8 第4 章基予w 出器瓣格系统 作为信息基础设施的一部分，m d s 采用动态可扩展的框架来管理网格计算 繇境中各静资源( 诗募、爨终、存继、仪器) 戆静态聋珏动态绩悫。疆兹醒d s _ 露 提供如下服务信息： 网格环境中存在的资源 网揍诗葵琢境豹状森信息 基于强前的网格计髀环境的网格成用盼优化信息 在实现上，m d s 主要使用u 蛐卫作为网格信息访问与存储的统一界面。m d s 瓣基本跨薤包蘩数据生戏、数据分毒、数攘存疆、数撵搜索、数据纛谗彝数据显 示等。m d s 撼供了一个可配置的信息提供者( i 埘 o n n a t i o np r o v i d e r ) 组件，称为 g r i s ( g r i dr e s o u r c ei n f o h n a t i o ns e r v “。c ) 和一个可酉已臀的集合目蒙组件，称为 g l 瑟( g 菇d 氆d 撼琢f o 潍鲑 雠s e 并i c e ) 。巍然完整豹醚玢s 选虿疆搜繁秘发毒萋予 蕊它协议的倍感，如s n m p 、n i s 、n w s 等，其简要逻辑结构如图4 3 所示。 黼4 - 3m d s 简要遂辑结梅鬻 ( 2 ) 轻量目录访问协议l d a p 轻量耳录访阿捺议一胁谨( 班曲柳e i 醇td i e c l o r y a e c e s sp r o t o c 0 1 ) 是一个独 立于厂家和平螽的开放霜络协议标准。l 歉谨是甭来访闯存储在信意目录( 也就 是u ) a p 目泶) 中的信息的协议。更为确切和正式的说法应该是：“通过使用 l 妇a p ，可殴盔信息羁录熟嚣! 确位置读取( 或存储) 数搬”。它在对x 5 0 0 标准进 行简化的基硪上，基于p 羽i p 定义了一个目录服务标准，主要毽攒懿下几个部 分； l d a p 信息模型：怒义了强录中数援弱类塑 u ) a p 命名模型：定义了目录的缀织方式。 第4 章基于、v c b 的网格系统 剐户a 鞠b 赢援绣 图4 4 用户访问g r l s 和g i i s 的情况 f 1 1 网格资源信息服务g r i s m d s 包括一个标准的、可配置的信息提供者框架，称之为网格资源信息服 务一g r i s 。g r i s 是通过o p e n i d a p 实现的，并且加入了特定的信息源和模式。 某个m d s 资源可运行一个本地的g r i s 。在缺省情况下，一个g r i s 服务可自动配 置，且在网络端口号2 1 3 5 上进行监听。 g r i s 可响应网格计算环境中其它系统的信息查询请求，且可配置成自身为 聚集目录服务( 如g s ) ，这样可抗接收其它g r i s 上的资源信息。一个g r i s 对 信息查询请求进行安全鉴别和解析后，根据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，并返回给 信息查询请求者。网络有效执行查询处理，可根据查询的范围对查询过程进行裁 减。 g r i s 与信息提供者之