（机械制造及其自动化专业论文）asp服务平台实时监控系统研究与开发.pdf

摘要 摘要 随着信息技术的发展及其广泛应用，制造业信息化工程受到前所未有的重视。面向 网络化制造的a s p 服务是面向中小企业信息化推广应用的重要手段，而a s p 服务平台 的管理和维护工作是一个关键。文章依托o g s a ，将网格技术和实时中间件技术相结合， 提出了基于o g s a 的a s p 服务平台监控系统技术框架，详细阐述了该框架的体系结构 和实现的关键技术，最后基于该框架进行了a s p 服务平台监控系统原型开发。本文的 主要工作包括： 1 、介绍了面向网络化制造的a s p 模式，指出基于该模式的服务平台需要更高要求 的监控管理系统，分析了a s p 服务平台监控系统的功能、特点以及需要解决的技术问 题，并提出了系统的开发策略。 2 、对实时中间件的相关概念进行了阐述，简要介绍了c o r b a 体系的关键模块及 r t c o r b a 扩展。基于r t c o r b a 规范进行r o m 中间件设计，并就其体系结构和主要 功能模块进行了详细设计，包括o r b 内核、网络连接管理、优先级管理、线程管理、 优先级队列管理、对象适配器和i d l 框架等模块。最后分析了r o m 的运行机制。 3 、简要介绍了o g s i n e t 宿主环境和网格服务体系。基于微软n e t 框架，将r o m 中间件与网格服务体系进行集成，开展了基于o g s a 的a s p 服务平台监控系统技术框 架研究，并详细设计了该框架的层次结构，主要包括服务注册管理层、服务请求层、 r o m 层、网格服务服务层和服务汇集层。最后介绍了该框架的运行机制。 4 、研究了a s p 服务平台监控系统中部分主要功能的实现，包括服务器物理资源监 控实现、收费系统实现、在线人数统计实现、服务调度实现及实时数据处理等部分。其 中给出了部分实现算法和运行实例。 5 、对全文的研究工作进行了总结，并指出了今后的研究方向。 关键词：网络化制造，制造业信息化，a s p ，监控系统，w m i ， 网格服务，实时中间 件，o g s a ，实时c o r b a ，服务调度 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h em a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i o ns y s t e mi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep e r v a s i v e t h ep a p e rf i r s ti n t r o d u c e dt h ea s p p l a t f o r ma n di t sf u n c t i o n a l i t y t h e n ，t h eo g s a - b a s e da r c h i t e c t u r e ，w h i c hc o m b i n e sr e a l t i m e m i d d l e w a r et e c h n o l o g i e sw i t hg r i dt e c h n o l o g i e s ，w a sp r e s e n t e dt om a n a g ea p p l i c a t i o n sw i t h s e v e r a la s ps e r v e r s a tl a s t ，ap r o t o t y p eo f t h em o n i t o rs y s t e mo fa s pp l a t f o r mb a s e do nt h i s a r c h i t e c t u r ew a sd e v e l o p e d t h ed i s s e r t a t i o na i m e da tm a k i n gs u c hc o n t r i b u t i o n s ： i n t r o d u c e ds o m eb a s i cc o n c e p t sr e l a t e dt ot h ea s pp l a t f o r mf i r s t l y p o i n t e do u tt h a tt h e m o n i t o rs y s t e mo f t h ep l a t e f o r ms h o u l db em o r ep e r f e c t ，a n a l y z e dt h ec h a r a c t e ro f t h em o n i t o r s y s t e m ，a n dt h e na d v a n c e dt h ew a y t od e v e l o pt h em o n i t o rs y s t e m i n t r o d u c e ds o m ec o n c e p t sr e l a t e dt or e a l t i m em i d d l e w a r e ，c o r b aa n dr t c o r b a b r i e f l y t h e nd e s i g n e dt h er o mm i d d l e w a r eb a s e do nr t c o r b a ，i n c l u d i n gt h eo r b c o r e ， t h en e t w o r kc o n n e c t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ，t h ep r i o r i t ym a n a g e m e n tm o d u l e ，t h et h r e a d m a n a g e m e n tm o d u l e ，t h eq u e u em a n a g e m e n tm o d u l e ，t h eo b j e c ta d a p t e ra n dt h ei d l s k e l e t o n a l s oa n a l y z e di t sn m n i n gm e c h a n i s md e t a i l e d l y p r e s e n t e ds o m ea s p e c t so fo g s i n e ta n d 鲥ds e r v i c e t h e ni n t e g r a t e dt h er o m m i d d l e w a r ew i t ho g s a ，d e v e l o p e dt h ea r c h i t e c t u r eo ft h em o n i t o rs y s t e mb a s e do n n e t p l a t f o r m a l s oi n t r o d u c e dt h el a y e r e ds t r u c t u r ea n dt h er t m n i n gm e c h a n i s m o f t h ea r c h i t e c t u r e d i s c u s s e dt h er e a l i z a t i o no fs o m ek e yt e c h n o l o g i e so ft h em o n i t o rs y s t e mi n c l u d i n g m o n i t o r i n gp h y s i c a lr e s o u r c e so ft h es e r v e r , c h a r g i n gc l i e n t s ，g e t t i n gt h en u m b e ro fo n l i n e p e o p l e ，a t t e m p e r i n gs e r v i c e sa n dr e a l - t i m ed e a l s op r e s e n t e ds o m ea l g o r i t h m sa n di n s t a n c e s - s u m m a r i z e da l la c h i e v e m e n t so f t h et h e s i sa n ds k e t c h e do u tt h ef u t u r er e s e a r c hw o r k k c y w o r d s ：n e t w o r km a n u f a c t u r i n g ，m i e ，a s p , m o n i t o rs y s t e m ，w m i ，g r i ds e r v i c e ， r e a l t i m em i d d l e w a r e ，o g s a ，r e a l - t i m ec o r b a ，s e r v i c es c h e d u l e i i 本论文受国家8 6 3 c i m s 基金资助 1 ，“基于w e b 的设计资源共享系统研究( 2 0 0 2 a a 4 1 4 0 5 0 ) ” 2 ，“面向网络化制造的a s p 公共服务平台研究( 2 0 0 3 a a 4 1 4 0 1 3 ) ” 一v i 第一章网络化制墙a s p 服务甲台及其监控系统概述 第一章网络化制造a s p 服务平台及其监控系统概述 1 1 面向网络化制造的a s p 模式 当今社会是一个信息社会，信息技术的发展加快了科学技术转化为产品的速度，提 高了企业的创新能力，使市场竞争进入了一个新的阶段，我国的传统制造业面临着更加 严峻的挑战。如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的点，就是加快企业的信息 化进程【2 1 。随着我国加入世界贸易组织和全球化经济的发展，推进制造业信息化【3 】已经 成为制造业企业生存和发展的必由之路。 信息化是指利用计算机技术和信息技术来获取、使用及管理各种信息1 1 1 。信息化是 在计算机和网络技术大行其道，对人类社会的方方面面产生深刻影响的背景下产生的。 信息化是科学技术发展的必然结果，它具有管理高效、调度科学的特点，能够帮助我们 对瞬息万变的客观环境做出实时的、有效的反应，为科学决策提供可靠依据。在我国， 制造业信息化工程作为以信息化带动工业化战略的重要组成部分，其目标是：在“九五” 期间计算机辅助设计( c a d ) 应用工程和计算机集成制造系统( c l m s ) 应用示范工程 成果的基础上，实现企业管理的信息化、生产过程的自动化以及装备的现代化。为实现 这个目标，科技部已启动作为“十五”国家重点科技攻关计划的“制造业信息化关键技术 及应用工程”项目。 传统的企业信息化建设过程，主要采用内部建设的方式，其典型流程为：采购网络 设备、服务器设备，系统集成企业内部的信息系统基本架构，而后针对具体业务内容， 自行开发或采用独立软件开发商( m d 印e n d e n ts o f t w a r ev e n d o r ，i s v ) 的c l i e n t s e r v e r 结构应用软件，部署类似e r p 、s c m 、c r m 类的应用系统。这种传统的企业信息化建 设过程存在着许多不足之处： 1 ) 企业需要购买大量的网络设备、服务器设备和存储设备。 2 ) 企业需要保持一定数量的i t 技术人员进行开发、维护、升级、管理，整体拥有 成本( t c o ) 费用较高。 3 ) 企业信息系统的应用人员需要进行相应的培训。 4 ) 大型企业信息系统建设项目论证、系统设计、项目实施周期较长。 5 ) 对于大量的同样需要信息系统的中小企业，无法承担如此高的费用。 从商业的角度来讲，信息系统的建设可以提高企业的业务运作效率、节约成本、规 第一章网络化书造a s p 服务甲台及其临控系统概述 范管理，但信息系统的建设并非企业的核心业务，因此将信息系统的建设与维护进行资 源外包成为必然的趋势。 企业电子商务的发展推动了基于i n t e m e t 的企业信息系统的发展，导致了a s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，应用服务供应 商) 1 4 1 5 1 应用模式的诞生。a s p 通过i n t e m e t 向企业用户提供业务应用系统，由a s p 负责系 统的建设、维护、管理与升级，企业以租赁的 方式获得应用系统的使用权。面向网络化制造 的a s p 服务平台提供了一种公共服务及其数 据的访问模式，使得广大中小企业不用再开发 和购买自己独占的应用系统，而只需登录到远 端的应用服务器，按照一定的权限，在本地使 用c a d 、c r m 、e r p 、s c m 等通用的应用系 统。这无疑将节省用户的一次投入费用以及使 用和维护费用，极大地推动企业信息化工程的 发展。如图1 1 所示为一般的a s p 的体系结 构。 图1 一la s p 平台体系结构 a s p 应用模式 6 1 可以简单地概括为“软件变服务，服务走网络”。与常见的资源外 包方式所不同的是，a s p 模式的系统建设、维护、管理与升级主要集中在a s p 服务平 台一端，而常见的资源外包方式中，以上工作主要还是集中在企业内部。a s p 模式具有 以下特点 6 1 7 1 嗍： 1 1企业不仅实现了自己应用系统建设与维护业务的外包，而且将自己的信息系 统运行平台托管给a s p 。 2 )企业的信息系统运行平台放置在a s p 服务平台内部，而不是在企业自身内 部：所有的软硬件设施，以及相关应用系统均由a s p 配置及维护。 3 )用户不拥有相关的软硬件设施及应用平台，只是集中于其内部业务的流程资 源管理所需要的应用系统的使用；而用户所使用的应用系统，都由a s p 根据 其业务的具体需要提供。 4 )应用服务的产品化：a s p 所拥有的产品不再是具体的、单一的软硬件产品， 而是根据不同行业用户而开发及实施的软、硬件业务系统平台，及其为用户 所提供的各项技术支持及相关服务。 5 )a s p 的主要业务集中于：根据相关行业的业务范围、业务流程以及资源管理 需求，制订先进的系统方案，采用领先的软硬件技术，开发并实旌应用环境 第一章网络化制造a s p 服务平台及兑监控系统概述 及应用系统，提供给行业用户一个业务运行的标准系统平台。 6 )除提供标准业务运行平台之外，a s p 还可根据不同用户的具体需求进行定 制，使得各用户的业务运行及系统应用在统一的标准平台实现“私有化”。 7 )根据用户规模及其对企业内部i t 环境和应用系统的要求，a s p 还可为用户 提供相关的技术支持( u s e rh e l p d e s k ) ，相当于用户原有的内部i t 维护部门 的职能。 8 )在i t 应用服务外包模式中，企业的信息系统运行是由承担外包业务的专业 i t 公司派出业务人员到其现场进行应用与维护服务，而a s p 模式则是由a s p 业务人员集中在a s p 内部，为其众多的用户提供服务器与数据维护服务，并 尽可能通过远程通讯提供桌面应用、网络与运行维护服务。 a s p 不再试图通过i n t e m e t 提供传统的客户机服务器服务，而是创建适合i n t e m e t 传送的应用。因此它能够更好地提供可伸缩和定制的应用，更容易与其他系统集成。目 前国外有观点认为，a s p 最适合的应用领域是财务、电子商务和客户关系管理；国内专 家则认为，在人力资源管理上a s p 也可以有所发挥【”。此外，新的信息传输技术的应用 也为a s p 弥补了i n t e m e t 带来的一些不足，比如v p n 可以保证数据的安全性，有利于 吸引一些对安全性有更高要求的用户；以第二代因特网t p v 6 为典型的宽带技术的发展 则使更快的速度和更丰富的功能成为可能。随着电子商务时代的来临，企业经营的制 胜关键在于强调速度和品质，如何善用信息系统获取即时管理信息以协助决策，将从订 单到出货的业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) 全部自动化，a s p 提供了一种新的模式。如图 1 2 为提供b 2 b 交易的a s p 模式。 库存管理信息 战略客户信息 完整的供应链 一1 、 补货与定购信息 制造商l i 经销商a s p b 2 b 交易 a s p 充当客户、经销商 和制造商之间信息交 流的信息基础设施 图1 - - 2a s p 应用示例 客户 客户 客户 客户 第一章网络化捌造a s p 服务平台披其监控系统概述 1 2a s p 服务平台监控系统 a s p 模式代表了制造业信息化发展的一个主要趋势。基于这种模式，a s p 服务平 台通过i n t e m e t 向企业用户提供各种业务应用系统。对于服务器端的应用服务提供商来 说，为了很好地向众多不同的用户提供各种各样的应用服务，不仅需要有一个安全可靠 的网络环境和计算机软硬件环境，而且要对部署在多个服务器上的多个应用系统进行实 时的运行调度管理。a s p 服务平台监控管理系统面临着新的挑战。 1 2 1a s p 服务平台监控系统的特点 在信息化时代，计算机技术和网络通讯技术高速发展，计算资源和信息资源被分布 在网络的各个节点上，这使得计算模式由原来的主机系统向客户服务器模式发展，分 布计算成为计算机技术发展的趋势【9 】。a s p 服务平台便是一个典型的分布式多服务器应 用系统，它包括多个有自治能力的组成部分，涉及复杂的调度机制，具有很强的分布、 异构特性，有很强的互联和互操作需求。相应地，a s p 服务平台监控系统在实际的应用 中呈现出局部化、小规模化、分散化的特点。系统的某一部分可能需要对服务器的运行 状况进行实时监控，另一部分可能需要根据监控数据对部署的应用系统实旌调度，其他 部分还可能需要对用户进行管理。 在a s p 服务平台上，多个应用系统被部署在分散的多个服务器上。我们既要对每 个应用系统的调用情况进行管理，又要对每个服务器的运行状态进行实时监控，整个监 控系统具有高度的分布性。同时，a s p 服务平台又是一个动态系统，随着应用规模的逐 渐扩大，将会有更多的服务器和应用系统投入运行。一旦有新的服务器或应用系统加入 a s p 服务平台，面向这些新对象的监控子系统必须能够和原有的监控系统进行无缝地集 成。这就要求平台的监控系统能够动态地扩充其中的监控子系统，并且不会干扰已经运 作的系统环节。 另一方面，面向a s p 服务平台的监控系统需要对多个管理对象进行监控。在每一 时亥，系统都要传输和处理大量的数据信息，而其中对某些数据的传输和处理必须在一 定的时间内完成，有相对严格的时间要求，否则可能会导致灾难性的后果。比如，当某 台服务器受到致命病毒攻击时，为了及时防止病毒传播或系统崩溃，监控系统必须能够 保证优先处理该信息。a s p 服务平台监控系统必须提供实时机制。 通过以上分析，我们认为a s p 服务平台监控系统应具备的主要特点有：实时化， 从系统结构上采用实时性更好的构建结构，提高整个系统的实时性：网络化，实现系统 的广域网功能，解决广域分布化与复杂化的要求；动态化，支持管理对象的动态扩充， 新的监控子系统能够方便地与原有系统集成。a s p 服务平台监控系统必须充分应用现代 第一章网络化制地a s p 服务平台及其监控系统概述 网络技术、现代信息技术和计算机技术，使之更加适用于a s p 服务平台的要求。 1 。2 2a s p 服务平台监控系统需要解决的技术问题 从卜i 面的分析可以看出，随着信息时代的到来，分布式应用系统对监控系统的功能 和结构有了更高的要求；另一方面，随着企业信息化的推广，a s p 服务平台将会越来越 来复杂，迫切需要综合化、系统化的技术以解决监控系统面临的技术难题。目前，虽然 有较多的常规监控系统得到了实际应用，但这些系统都是功能单一的独立系统，一些具 有共性的、关键性的技术难题尚未得到有效解决，不能满足a s p 服务平台的需求。因 此，必须系统、全面地研究这些关键技术，才能提高监控系统的技术水平，真正实现传 输方式网络化的分布式实时监控系统。 1 2 2 1 计算机技术在a s p 服务平台监控系统中的应用 计算机技术在a s p 服务平台监控系统中的应用主要包括以下几个方面： 计算机系统结构。目前广泛采用的是集中式结构和客户朋匪务器结构。对于a s p 服 务平台监控系统而言，集中式的体系结构己不能满足系统动态变化和扩展的要求，而当 前的客户服务器结构又存在着系统负荷过于集中在服务器方等问题。因此，研究适合 于a s p 服务平台监控系统的体系结构，以满足系统动态扩展的要求是一项重大课题。 系统设计方法学。过去系统设计大多采用自顶向下的方法，包括结构化设计和面向 对象设计等方法。这些方法都假定在设计阶段系统的结构、规模和功能是确定的。因而， 系统的扩展和变化，必将引起整个系统的变化，可谓“牵发动全身”。对于a s p 服务 平台而言，不可能一次设计、一次建成，需要分阶段地设计和实施。相应地，采用自底 向上，由监控子系统逐步构成整个监控系统的系统设计方法学势在必行。 系统容错技术( 可靠性) 。目前的双机或多机冗余备用技术从根本上讲是一种防错技 术，能有效防止错误的发生。但在实际应用中，存在着成本高、结构复杂等问题。针对 监控系统的特点，研究开发低成本的、实现真正意义上的容错技术是必要的。 软件组件技术。软件组件技术实质上是软件组件之间相互操作和通信的“软件总线” 标准。目前，有d c o m 、c o r b a 1 1 1 、j a 、，a 等规范。基于d c o m 的o p c ( o l ef o rp r o c e s s c o n t r 0 1 ) 标准和基于c o r b a 的i i o p 引擎技术【1 3 1 在监控系统中得到了一定范围的应 用。另外，r t c o r b a 和嵌入式c o r b a 在实时性方面有了一定的提高。 系统集成技术。采用t c p i p 等标准的通信协议，可以实现不同操作系统、不同硬 件平台计算机间的集成和互操作。但对于信息系统和控制系统等属性完全不同的系统 ( 应用级的异构系统) ，如何在保护系统的自律性的前提下，实现增值集成是殛待解决 第一章网络化制睹a s p 服务平台及其监控系统概述 的技术课题。 1 2 ，2 ，2 网络通讯技术在a s p 服务平台监控系统中的应用 网络通信技术的发展是信息化时代实现的技术基础，从最早的点对点方式，到客户 服务器模式，再到现在广为应用的发布定购模式，网络通信技术经历了一个不断进步 的过程。网络通信技术根据应用范围又可以分为局域网技术和广域网技术两种。 以以太网为代表的局域网技术在监控系统中得到了广泛的应用。但不同网络的适用 范围尚不明确，不同网络的互连、互操作技术尚未确立，因此不能满足a s p 服务平台 监控系统的网络化要求，需要进一步进行深入研究。 以因特网为代表的广域网技术开始在监控系统中得到应用。但如何确保a s p 服务 平台监控系统的数据的安全性( 如数据的真实性，保密性，一致性等) 、数据的实时性 等技术问题需要认真研究解决。 总之，为满足a s p 服务平台监控系统的需要，与之相关的信息技术、计算机技术、 网络通信技术还有很多急待解决的技术问题，需要从理论上进行深入研究，从技术上进 行进一步的完善。 1 2 3 开发a s p 服务平台监控系统的策略 a s p 服务平台监控系统的技术研究将以上述监控系统的新需求和新特征为出发点， 以计算机技术和网络通讯技术为基础，以二者的有机融合为目标，进行关键技术的应用 集成研究和开发。开发a s p 服务平台监控系统必须遵循新的开发策略。 1 2 3 1 采用组件技术实现系统的实时性 a s p 服务平台监控系统是一个实时系统，如何实现系统的实时性呢? 我们知道，实 时操作系统和实时中间件i l w 都是实时应用的支撑平台。与实时操作系统相比，实时中间 件具有明显的分布特性，能够处理异构平台的差异，以提供统一的访问、控制和调度方 式。而a s p 服务平台监控系统同样是一个分布式系统，因此将实时中间件技术引进a s p 服务平台监控系统的开发，是实现系统实时性的基础。同时，使用中间件技术还提高了 监控系统的开放性和互操作性。 1 2 3 2 采用自律分布系统技术实现系统的动态扩展性 自律分布系统( a u t o n o m o u sd e c e n t r a l i z e ds y s t e m ，a d s ) 采用自律分布通信机 第一章网络化制睹a s p 服务平台及其监控系统概述 制支持一对多和多对多实时自律分布( r t p s ：r e a lt i m ep u b l i s h s u b s c r i b e ) 。构成自律 分布系统的首要条件是子系统的存在性。整个a d s 系统是不能事先定义的，只能笼统 地定义为若干子系统的集成。a d s 系统最关键的特点就是子系统的自我控制和自我协 调的能力： 自我控制表现在一旦某个子系统出现故障、进行维修或刚刚加入，其它子系统可以 不受t - 扰地管理和运行自己的功能；自我协调是指一旦某个子系统出现故障、进行维修 或刚刚加入，其它子系统能够在它们内部协调处理完成各自的任务。 正是子系统的这两个特点保证了整个系统的在线扩展、在线维护和容错。因此根据 a d s 思路设计的监控系统体现了以下优点： 首先，它是由若干子系统构成。各个子系统之间是相互平等的，不存在依附关系， 可以自主运作，但这并不表明它们不与外界交换信息。实际上，各个子系统不断向外界 以广播方式发送信息，同时又根据各自需求接收来自外界的信息以为自己服务。这样一 来，c s 模式中服务器端的过重负担被有限地分散了，而且加快了子系统间信息的交换 速度。这对于信息就是效益的应用领域不能不称得上是一个好的选择。 不仅如此，基于a d s 的监控系统还很好地解决了自身的扩充问题。对于大型的应 用系统来说，监控系统的组建可随着应用系统的建设一步步完成。有多少应用系统投入 运行，与之相应的监控子系统就可先行自主并协调地运行。随着应用规模的逐渐扩大， 可以在线地扩充监控子系统且不会干扰已经运作的系统环节。一旦新加入的监控子系统 调试通过，它可以和原有的系统无缝地集成成更大系统，共同实现整个应用系统的各项 任务。可以看出，这种监控系统是一种动态的系统，与以往的监控系统相比具有更大的 灵活性。 a d s 系统不仅在子系统的层次上可做到在线扩展和更新，而且在每个系统内部软 件层次上也使用了平等自治的机制，各个软件模块之间的耦合关系较为松散，可实现在 线更新、升级。因而基于这一概念的监控系统可按照应用系统的变化要求进行硬件更换， 软件的更新、调整，从而使其适应新的监控要求。综上所述，自律分布系统对解决目前 监控系统所面临的技术难题提供了很好的思路和解决方案。 需要注意的是，随着微型计算机的普及应用和软件、硬件技术的进步，特别是与监 控系统相关的技术标准的相继制定，将会不断出现新的开发策略。把最先进的技术应用 到监控系统中是最基本的开发原则。本章以下内容将对我们在a s p 服务平台监控系统 实现中使用的基本技术作简要介绍。 第一章网络化制造a s p 服务平台及其监控系统概述 1 3w i n d o w s 组件w m 1 3 1 概述 w i n d o w s 组件w m i ( w i n d o w sm a n a g e m e n ti n s t r u m e n t a t i o n ) 集成于w i n d o w s 操作 系统，为多种信息的获取和管理提供了一系列标准【1 5 】【1 6 。w m i 基于w b e m ( w e b b a s e d e n t e r p r i s em a n a g e m e n t ，基于网络的企业管理) 和c i m ( c o m m o ni n f o r m a t i o nm o d e l ， 公共信息模型) 技术，并对c 1 m 模型进行了扩展【1 7 】。 w m i 是可伸缩的系统管理结构，它采用统一的、基于标准的、可扩展的面向对象 接口，为应用开发人员提供与系统管理信息和基础w m ia p i 交互的标准方法。运用 w m i 组件开发人员不仅可以获取和设置计算机系统、应用程序、网络以及其他组件的 详细信息，同时，w m i 为开发者提供了多种形式的编程接口 5 8 1 ：c + + 、o d b c 、v i s u a 】 b a s i c 、c # 以及h t m l ，这使得我们可以开 发出多种形式的事件监控应用程序，以便能 够密切地监视系统活动。例如，可以使用 w m i 开发一个应用程序，用于在w e b 服 务器崩溃时呼叫管理员。 1 3 2 洲l 体系结构 w m i 的体系结构 1 9 l 如图l 一3 所示。 数据提供者、c i m 对象管理器、管理应用 程序分别代表其中的三个模块。这种三层体 系结构使得各层之间的界限非常清楚，它们 在整个体系中扮演着不同的角色。 1 3 2 1 数据提供者( p r o v i d e r ) 图l 一3w m i 体系结构 数据提供者是一些c o m 对象，是管理对象与c i m 对象管理器之间的代理商。它 们监控管理对象，从不同的管理接口提取管理信息，并将这些管理信息和接口映射成对 象类，最后再通过c o m a p i 提供给c i m 对象管理器以响应管理应用程序的请求。同时， 当管理对象出现异常时，数据提供者可将错误或警告信息写入事件日志。部分w m i p r o v i d e r 如表1 1 所示。 第一章网绑化制造a s p 服务甲台及其监控系统概述 1 3 2 2c i m 对象管理器( c i m o m ) c i m 对象管理器本身 带有一个数据库( 该数据 库存储从不同的数据提供 者传递来的数据信息) ，起 着传递和保存管理对象信 息的作用。它是数据提供 者和管理应用程序之间的 桥梁。c i m 对象管理器通 表1 1l l d i 数据提供者列表 数据提供者描述 性能计数器提供者 提供原始性能数据 s n k l p 提供者实现s n m p 对象到w m i 类的映射 w d m 提供者实现对w d m 硬件驱动器的访问 w i n 3 2 提供者从w i n d o w s 系统访问数据 会话提供者管理网络会话及网络连接 安全提供者获取或设置安全策略 过c o m 接口与管理应用程序相交互。当应用程序通过该接口发出管理请求时，c i m 对 象管理器首先判断该请求所访问的是静态数据还是动态数据。如果是静态数据( 如：管 理对象的名字) ，c i m 对象管理器将直接从其本身的数据库中读取数据；如果是动态数 据( 如：管理对象当前占用的内存) ，c i m 对象管理器就把该请求发送给对应的数据提 供者。该数据提供者进而处理该请求，并将处理结果通过一系列c o m 接口返回到c i m 对象管理器。然后，c i m 对象管理器再通过c o m 接口将该结果发送到管理应用程序。 在这个过程中，c i m 对象管理器知道把请求发送到哪些数据提供者，是因为它能够获 知数据提供者提供了哪些对象类( 这些类都在c i m 数据库中进行了定义) 。以及哪一个 数据提供者能提供这些对象类的实例。因而当应用程序发出信息请求时，c i m o m 通过 分析该请求，即可判断哪些数据提供者具有对应的信息，进而将该请求发送到这些数据 提供者。w m i 的这种机制极大地方便了管理系统的开发，它使得顶层管理应用程序只 需发出信息请求，而不必了解哪些数据源能提供这些信息，以及这些信息是如何从底层 a p i 中提取出来的。 1 3 2 3 管理应用程序 管理应用程序位于w m i 体系结构的最上层，它负责处理、显示从管理对象获取的 数据信息，并可通过c i m 对象管理器向管理对象发出指令以改变管理对象的状态。正 如上面所述，管理应用程序发出信息请求时，它只需调用数据提供者提供的对象类，而 不必了解信息读取的细节。这样，管理应用程序即可通过一个公共的a p i 来获取计算 机、操作系统、网络、应用软件以及驱动程序的大量信息数据。通过分析这些获取的数 据，应用程序即可获知管理对象的状态，从而作出进一步的处理，如发出警报、生成曰 志报表等。 第一章网2 化制造a s p 服务平台及其监控系统概述 1 4 开放网格服务体系结构 网格是一种关系科研、经济、社会、国防的重要国家基础设施，有人称之为下一代 的i n t e r n e t ，在国内外都引起了广泛的关注f 2 ，是目前越来越重要的研究领域。网格的 发展经历了三个阶段：第一阶段是网格的萌芽阶段，丌始于9 0 年代早期，研究内容是 关于u t j 兆网试验床以及一些元计算方面的工作；第二阶段是些早期的试验，时间大概 从9 0 年代中期到晚期，出现了一些比较重要的开创性和奠基性的研究项目，比如 1 - w a y ，g l o b u s ，l e g i o n 等；目前是网格计算的迅速发展阶段，关于网格的研究、开发 和应用项目大量出现，出现了影响很大的组织一一全球网格论坛g g f ( g l o b a lg r i d f o r u m ) ，同时网格计算也不再仅仅局限于科学研究，工业界与学术界联盟，正致力于 使网格计算在更广泛的领域得到推广和应用。 简单地讲，网格是一个集成的计算与资源环境。它能够充分集成网络通信能力、数 据资料、硬件设备等各种相关的计算资源，并将这些资源虚拟化以实现分布式计算和资 源管理，从而为最终用户提供与地理位置无关、与具体的计算设施无关的通用的计算能 力。其组成示意图如图l 一4 所示。 网格计算是一门前景 光明的新兴技术，业内人 士对它的关注程度与日俱 增，而它与软件行业的关 系更是越来越密切【2 l l 【2 2 】。 学术与商业组织都正在开 发利用网格技术的应用程 序。网格计算的定义有很 多种，但网格的本质是计 图1 4 网格组成示意图 算资源的联合加上这些资源的虚拟化，从而达到加速应用程序处理的目的f 2 3 1 2 4 1 2 5 1 。网 格的全部核心就是分布式计算与资源管理。一大批异构的资源组成了一个网格，重要的 是，这些资源以众所周知并且一致的方式进行交互和运转。正是这种交互以及不同资源 所提供的组件之间的互操作性，才是开放标准的需要，并因此促进了开放网格服务体系 结构( o p e ng r i ds e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ，o g s a ) 瞄“的出现。 o g s a 被称为是下一代的网格体系结构，它是在原来“五层沙漏结构”的基础上，结 合最新的w e bs e r v i c e 技术提出来的。w e bs e r v i c e 提供了一种基于服务的框架结构，但 是，w e bs e r v i c e 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，比如一个计算任务的执行等。考虑到网格环境的具体特点，o g s a 在原来 w e bs e r v i c e 概念的基础上，提出了“网格服务( g r i ds e r v i c e ) ”的概念，用于解决服务 第一章刚络化制造a s p 服务平台及其监控系统概述 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f 2 4 l 。在o g s a 里， 一切都是服务网格服务( g r i ds e r v i c e ) ，包括计算资源、存储资源、网络、程序、 数据库以及其它类似资源。网格服务是一个提供良定义接口的w e bs e r v i c e ，并且接口 还都服从一定的协定。接口服务包括发现、动态服务的建立、生存期的管理、通告和可 操控性：协定包括命名和升级。网格服务也包括授权和并存控制。o g s a 网格服务包括 数据和不同的接口，通过运行产生实例，可运行在不同的运行环境上。 o g s a 将网格技术和w e bs e r v i c e 技术充分结合起来，这使得o g s a 不仅具有网格 计算的优势，还具有w e bs e r v i c e 在分布式应用中所有的优点【2 6 i 。我们认为如果将o g s a 网格体系结构引入面向分布式应用的监控系统，必将大大增强监控系统的数据采集及数 据处理能力。 1 5c o r b a 及实时c o r b a 通用对象请求代理体系结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 是o m g 组织在1 9 9 1 年提出的一个分布对象计算规范，用于对不同对象系统进行集成， 并提供灵活的对象调用与功能实现【3 3 】。c o r b a 对象请求代理( o 巧e c tr e q u e s tb r o k e r , o r b ) 使得客户端能够方便地调用各分布对象实现的操作，并且具有可互操作性、平台 无关性、程序设计语言独立性等优点3 4 1 。 为了满足分布实时应用对对象技术的需求，对象管理组织o m g 在1 9 9 6 年成立了 r t s i g ( r e a l - t i m es p e c i a li n t e r e s tg r o u p ) 。同年，r t s i g 发布了关于实时c o r b a ( r e a l t i m ec o r b a ，r t c o r b a ) 的白皮书，并制定了实时c o r b a 规范【2 9 1 。实时 c o r b a 规范的全称是固定优先级系统的实时c o r b a 规范( r e a l t i m ef o rf i x e d p r i o r i t y s y s t e m ) 。所谓固定优先级c o r b a 系统是指c o r b a 对象( 操作) 的优先级由应用本身 指定，而不是由o r b 指定，o r b 仅负责按照优先级调度对象( 操作) 。实时c o r b a1 0 规范主要是为c o r b a 操作的端到端的可预测性制定o r b 资源的控制接口f 3 “。在固定优 先级中，端到端的预测性指解决c o r b a 调用处理过程中的资源竞争时的c l i e n t s e r v e r 间 线程的优先级问题：在端到端的处理过程中限制线程的优先级翻转和限制操作调用的延 迟。 实时c o r b a 规范定义了一组标准的接口和策略，以供系统开发人员控制和配置系 统的各种资源，为分布式应用提供实时机制。本文在第二章将对c o r b a 体系结构及实 时c o r b a 扩展作进一步的研究，并进行基于实时c o r b a 规范的实时中间件设计。 第一章网络化制造a s p 服务甲台及其监控系统概述 1 6 论文的研究背景及组织 本人在研究生期间参加了两项国家8 6 3 项目的研究和开发工作。一项是“基于w e b 的设计资源共享系统研究”；另一项是“面向网络化制造的a s p 公共服务平台研究”。 两项目均为国家高技术研究发展计划( 即8 6 3 计划) 先进制造与自动化技术领域现代集成 制造系统技术主题项目。在后一个项目中本人做的主要工作是开发a s p 服务平台的 监控管理系统。 正如前面所述，a s p 服务平台监控系统是一个分布式应用系统，具有实时化、网络 化和动态化的特点。 网格技术在分布式计算和资源管理方面具有巨大的优势【2 2 】 2 3 1 。它突破了使用资源 时对位置的限制，能够实现不同体系结构的计算机系统及类别不同的资源之间的通讯和 互操作。另一方面，o g s a 继承了w e b 服务体系的协议的通用性、完全的平台、语言 独立性等优点，突破了传统的分布式计算模型在通信、应用范围等方面的限制，为分布 式监控系统的开发提供了新的模式。 更重要的是，由o g s i n e t l 2 8 】体系结构( 详见第三章) 可知，o g s i n e t 容器进程 由应用程序域( a p p d o m a i n ) 的集合组成，每个服务实例( s e r v i c ei n s t a n c e ) 都在其自 身的应用程序域内执行，它们之间是相互独立的，每一个服务实例的创建、更新和销毁 都不影响其它实例的正常运行。这与a s p 服务平台监控系统的动态性要求不谋而合。 我们把对每一个管理对象( 服务器或应用系统) 的监控操作都用一个服务实例来实现， 这样整个监控系统就有多个监控子系统组成，而且这些子系统之间都是相互独立的。当 需要添加新的监控子系统时，只需在原来的系统中添加对应的网格服务工厂类，即可创 建新的服务实例来实现该子系统的功能，并不影响其它的监控单元。这为实现监控系统 的自律分布要求提供了一种先进的机制。 在实时性方面，实时c o r b a 规范1 2 9 1 为我们提供了开发实时中间件的策略。 鉴于以上原因，我们依托o g s a ，将网格技术和实时中间件技术相结合，提出了基 于o g s a 的a s p 服务平台监控系统技术框架，实现j - a s p 服务平台的实时监控。本论 文的组织结构见图1 - - 5 ： 第一章首先介绍了面向网络化制造的a s p 模式，指出基于该模式的服务平台需要 更高要求的监控管理系统，接着分析了a s p 服务平台监控系统的功能、特点以及需要 解决的技术问题，并提出了系统的开发策略，最后引出了本论文的研究意义以及论文的 研究背景，并给出了课题的实施方案。 第二章首先对实时中间件的相关概念进行了阐述，接着简要介绍了c o r b a 体系的 第一章网络化制造a s p 服务平台及其监控系统概述 关键模块及r t c o r b a 扩展。 然后基于r t c o r b a 规范进