（通信与信息系统专业论文）基于gt4的网格信息服务的研究与应用.pdf

硕士学位论文 摘要 基于网格技术整合和管理网络中分布的各种资源，实现资源共享与协同工作 己成为一个研究热点。但是，在网格环境下，为了实现各种应用系统的统一部署、 统一管理，就必须实时掌握网格资源状态信息。网格信息服务就是针对这一问题 提出。因此，针对网格信息服务的研究具有重要的应用价值。 本论文依托校园网络，深入剖析网格体系结构、网格信息服务及网格技术在 校园网的应用需求，设计一种通用的校园网格平台的总体结构。通过分析总体结 构和功能模块，表明该平台具有透明性、层次性和实时性的特征。 在此基础上，本文尝试采用开源的网格基础平台g l o b u s t 0 0 1 k i t 4 ( g t 4 ) 构 建校园网格平台。通过研究g t 4 的信息服务组件m d s 4 的结构、功能以及网格 信息服务的模型，提出一种基于g t 4 的网格信息服务的结构。该结构采用面向 服务的体系结构，支持虚拟组织内对资源信息的动态监控与发现，重点解决实现 网格信息服务所涉及的关键技术，包括信息的注册机制、信息的组织与存储、信 息的收集以及安全机制。然后，从组织结构、聚合数据两方面分析如何来实现信 息服务的框架。 最后，采用w 曲服务接口将各种网格实体封装为网格服务，屏蔽网格实体 的具体实现，对外呈现统一的接口，从而满足用户按需调用服务。构建基于p c 的网格试验环境，结合一个实例模拟网格服务的实现过程。为用户提供了统一入 口，实现了“一次登录，处处执行”目标。 关键词：x m l ：w s r f ；监控与发现；聚合框架；g l o b u s t o o i l 【i t4 ( g t 4 ) 网格信息服务；校园网格： 基于g t 4 的网格信息服务的研究与应用 a b s t r a c t t o i n t e g r a t ea n dm a n a g ea i l d i s t r i b u t e dr e s o u r c e sb a s e do ng r i d t e c h n 0 1 0 9 ya n di m p l e m e n tr e s o u r c es h a r i n g a n dc o o p e r a t i v ew o r ki sa n i s s u e h o w e v e r ， w em u s to b t a i ni n f o r m a t i o no f鐾r i dr e s o u r c es t a t u s r e a l t i m e l yi no r d e rt oi m p l e m e n tu n i f i e dd e p l o y m e n ta n dm a n a g e m e n to f a p p l i c a t i o ns y s t e m g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c ec a ns o l v e t h e s ep r o b l e m m e n t i o n e da b o v e s oi ti sv e r vv a l u a b l et or e s e a r c ht h ea p p l i c a t i o no ft h e g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e t h i sp a p e rd e s i g n sag e n e r a if t a m e w or ko fc a m p usg r i dp l a t f o r mr e i i e d o nc a m p u sn e t w or ka n da n a i y z e sg r i da r c h i t e c t u r e ，g r i di n f or m a t i o ns e r v i c e a n da p p h c a t i o nd e m a n dt h ep l a t f o r m is t r a n s p a r e n t ， h i e r a r c h i c a la n d r e a l t i m eb ya n a l y z i n gt h ef r a m e w o r ka n de v e r yf u n c t i o nm o d u l e w ea d o p tg 1 0 b u st o o l k i t 4 ( g t 4 ) 一o p e ns o u r c eg r i dp l a t f o r mt ob u i i d c a m p u sg r i dp l a t f o r m w ep r e s e n tas t r u c t u r eo fc a m p u sg r i di n f o r m a t i o n s e r v i c eb a s e do ng t 4b v r es e a r c h i n gt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o no f i n f o r m a t i o nc o m p o n e n t m d s 4a n dt h em o d e lo fg r i di n f or m a t i o ns e r v i c e t h i ss t r u c t u r e ，w h i c hiss o a ， c a nd y n a m i c a l l ym o n i t o ra n dd i s c o v e r r e s o u r c ei n f o r m a t i o ni nv 0t h i s p a p e f f o c u s e so n s o l v i n gt h ek e y t e c h n o l o g yt h a tr e i a t e dt ot h ei m p l e m e n to fg r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e ，w h i c h i n c l u d est h em e c h a n i s mo fi n f o r m a t i o nr e g i s t e r ，i n f or m a t i o n so r g a n i z a t i o n a n ds t or e ，i n f o r m a t i o n sc o l l e c t i o na n ds e c u r i t ypr o b i e mt h e n ，w ea n a l y z e o r g a n i z a t i o n s t r u c t u r ea n dd a t a a g g r e g a t i o n t o i m p l e m e n t i n f o r m a t i o n s e r v i c ef r a m e w or k ( r i de n t i t yi s e n v e l o p e da sg r i ds e r v i c eb yw e b s e r v i c ei n t e r f a c e s ， w h i c hs h i e l d st h eg r i de n t i t y sc o n c r e t ei m p l e m e n t ，s h o w su n i f or mi n t e r f a c e t oo u t s i d ea n df h i f i i lsi n v o k i n gs e r v i c eo nd e m a n dt h i sp a p e rb u i l d sag r i d t e s te n v i r o n m e n tb a s e do np ca n ds i m u l a t e st h ei m p l e m e n tpr o c e s so fg r i d s e r v i c et h r o u 曲a ni n s t a n c et h i ss ys t e ms u p p l i esau n i f o r me n t r a n c et o c u s t o m e r sa n di m p l e m e n t s “1 0 9 9 i n go n c e ，e x e c u t i n ge v e r y w h e r e ” k e yw o r d s ：x m l ；w s r f ；m d s 4 ；a g g r e g a t i o nf r a m e w o r k ；g t 4 ； g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e ；c a m p u sg r i d i i 硕士学位论文 插图索引 图2l面向服务体系结构的概念模型一 图22服务消费者和服务提供者之间的通信过程 图23g l o b u st o o l k i t 4 体系结构 图3lm d s 的层次体系结构 图3 2m d s 4 “协议沙漏”模型 图33m d s 4 信息流 图4 1校园网格平台总体架构 图4 2信息源模型。 图4 3校园网格信息服务系统结构一 图4 4索引层次结构 图4 5用户访问网格服务的过程 6墙m加”弛” 基于g t 4 的网格信息服务的研究与应用 表31 表32 表33 表5 1 附表索引 网格信息服务模型对比 标准的聚合接收器 标准的聚合源 网格试验环境配置说明 2 0 2 2 2 2 3 9 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：jp 写日期：切# 年占月牙日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：1 惕 l 导师签名： 日期：如年6 月牙日 日期：伽莎年占月扩曰 硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 因特网标准使得w e b 成为可能，促成了对网页内容的访问和共享。开放的 网格技术将对各种技术、应用及其任何的计算资源、存储资源、设备仪器等进行 有机的整合。同时，这些资源通过虚拟化向用户屏蔽其底层细节，用户只需关注 自己想要做什么，而不必关心实现过程。 网格是把分布的资源整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资 源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源的全面共享和协同。 然而，现实中的网格并非如此功能全面和规模巨大，也可以构造区域性的网格， 如企事业内部网格、局域网网格、甚至家庭网格和个人网格。这是因为网格的根 本特征并不一定在于它的规模的大小，而主要在于资源共享，消除资源孤岛的本 质m 】。 目前，校园网内分布的各种计算资源和信息资源，基本上以资源的相互分散 居于主导地位，院系之间即使有资源共享和协同的需求，也缺少可行性方法。由 于各院系都在一定程度上受到经济能力制约，难以在最新的计算资源及仪器设备 上大量投入。同时，校园网络中心或计算中心对各院系的现有资源缺乏有效的整 合和管理，使得各种单一的资源利用率相对较低，从而很难实现校园网内的资源 共享与协同工作。 如何利用网格技术，将校园网内分布的现有计算、数据及各种教育资源集成 到无缝的环境中用于学术研究和教育是我们面临巨大挑战。以此作为研究背景， 整合和管理校园网内分布的资源，同时将用户工作负载映射到多个地点的计算资 源上，从而提高各种单一资源的利用率，满足用户按需访问资源的需求，实现校 园网内的资源共享与协同工作。同时，为了避免对现有各种教育资源浪费和重复 建设，实现对资源合理利用和充分共享的目的。 论文选题依托校园网内资源，解决在分布式资源环境下实现对资源信息的发 现、分类、聚合及监控等基本功能。为了实现设计目标，校园网格信息服务系统 采用基于w s r f 的网格体系结构，集中研究网格信息服务系统中有关服务发现 和资源状态信息的监控，从而为网格系统的容错和故障诊断服务。网格信息服务 在网格环境中承担着对网格资源的发现和属性的描述，对动态变化的资源状态进 行监控，提供有关网格资源信息的统一访问接口。在网格系统中，为了降低用户 的复杂性一旦客户端发现和监控可共享的资源，信息服务将会帮助客户端计划资 源的使用，同时调整客户端以适应应用行为【3 j 。因此，信息服务是网格系统的重 基 一g t 4 的网格信息服务的研究与应崩 要组成部分，它为整个系统提供行动的依据，是保证分布资源共享与协同工作的 基础。 1 2 网格及其研究现状 1 2 1 网格概述 网格这一术语于2 0 世纪9 0 年代中期提出的，用来表述一种适用于高端科学 和工程的分布式计算的体系结构。网格作为一种新型的网络计算平台，提供了共 享和协调使用各种资源的机制，能够将异构的、动态的、地理上分布的计算资源 创建为一个虚拟计算系统，以获得理想的服务质量阳】。美国g l o b u s 项目的领 导人i a nf o s t e r 在什么是网格? 判断是否是网格的三个标准一文中，网格必 须同时满足三个条件【6 j ： 1 协调分布的资源 网格集成和协调存在于不同控制域内的资源和用，“，例如，用户的桌面计算 和集中计算，同一公司的不同管理单元，或是不同的公司的不同管理单元。并且 嘲格处理在协调分布资源场景中出现的问题，如安全、策略、付费和成员资格等。 2 使用标准的、开放的和通用的协议和接口 网格建立在多目标协议和接口之上。这些协议和接口用来处理这些基本问 题，如认证、授权、资源发现和资源访问。 3 提供最好的服务质量 网格允许协调使用它的组成资源，以便提供各种服务质量，如响应时间、吞 吐量、可用性和安全性。网格还可能需要协同分配多种资源类型来满足复杂用户 的需求，这样的组合系统效用远大于它的各个部分效用之和。 1 2 2 网格与w 曲的融合 网格被誉为继i n t e r n e t 和w 曲之后的第三次信息技术浪潮。网格有别于w e b 的基本特征就在于服务的形式。目前，w 曲要创建应用环境，还要依靠开发人 员按照w e b 协议开发，而网格是在更高层次上对这些应用提供的一种服务形式。 因此，将来的应用系统所基于的平台，应该是网格所提供的基本服务。而这种服 务的本身，又会不断动态地加入到网格当中，使得网格服务内容不断丰富。 目前，网格计算技术之所以能够引起社会如此广泛的讨论，主要原因是网格 能够通过网络利用众多闲置的c p u 资源形成高性能的计算能力。但是遇到的问 题是，现有的大量商业应用软件和数据库软件都不支持网格技术，这就是现实与 理想的差距。 对网格计算的发展来说，目前相当熏要的一项工作就是建立一个通用的网格 服务标准规范，把网格计算与目前的w e b 服务能够很好地融合。 硕十学位论文 2 0 0 2 年2 月，在加拿大多伦多市召开的全球网格论坛g g f 会议上，g i o b u s 项目组和i b m 共同倡议了一个全新的网格标准o g s a 。o g s a 是开放网格服务 体系，它把g l o b u s 标准与以商用为主的w e bs e r v i c e s 的标准结合起来，网格服 务统一以服务的方式对外界提供。2 0 0 3 年符合0 g s a 规范的g l o b u st o o l k i t3 o ( g t 3 ) 发布，这标志着o g s a 已经从一种理念、一种体系结构，走到付诸实践 的阶段1 7 弗j 。 虽然o g s i 作为o g s a 的核心概念，其自身存在一些缺陷，需要一些新的结 构来解决这些问题。所以采用新的结构代替o g s i 是有必要的，通过转变可以获 得网络服务强有力的支持。2 0 0 4 年1 月，美国a k a m a it e c h n o l o g i e s 、美国t h e g l o b u sa l l i a n c e 、惠普、i b m 、美国s o n i cs o f t w a r e 和美国t i b c 0s o f t w a r e 六公 司公布了统一网格计算和w 曲服务的新标准w s n o t i f i c a t i o n 和w s r e s o u r c e f r a m e w o r k 。w e b 服务资源框架( w s r f ) 是o g s i 的重构和发展，利用新的w e b 服务标准。w s r f 基本保留了o g s i 中的所有功能，同时更改了一些语法，并且 还在其表示中采用了不同的技术。w 曲服务通知【9 j ( w s n ) 为w e b 服务提供基 于消息发布和预定能力。w s r f 和w s n 都是建立在己存在的w e b 服务定义和技 术基础上的，帮助实现了网格计算、系统管理和w e b 服务的统一。 1 2 _ 3 国内发展状况 在我国，网格研究已经列入“8 6 3 ”计划。从1 9 9 9 年底到2 0 0 1 年初，中科 院计算所联合十几家科研单位，承担了8 6 3 重点项目“国家高性能计算环境” 的研发任务。该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i n 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计算型的网格应用系统， 取得了一系列研究成果。由中科院提出的织女星网格【l0 j 计划，该计划包括从低 到高的网格操作系统、信息网格、知识网格三个层次。与国内其它网格研究项目 相比，织女星网格的最大特点是“服务网格”的概念。 2 0 0 2 年底，上海市宣布将投入两个多亿，建设e 。i n s t i t u t e ，其中网格作为重 点，它将把上海交大、复旦、华东理工等多所重点高校用网格整合起来，共享资 源，协同教学科研。2 0 0 5 年1 1 月2 2 日，国家8 6 3 计划“超级计算网格节点建设” 项目顺利通过验收，标志着中国国家网格北方主节点建设完成了其“十五”期间的 建设任务，所取得的重要阶段性成就为国家网格在“十一五”的持续发展奠定了坚 实的基础。到目前为止，国内己形成中国“五大网格 是： 1 8 6 3 中国国家网格c h i n a n a t i o n a lg r i d 2 国家自然科学基金委c h i n as c i e n c eg r i d 3 9 7 3 语义网格c h i n as e m a n t i cg r i d 4 中国教育科研网格c h i n a g “d 基rg 丁4 的网格信息服务的研究与应心 5 上海网格s h a n g h a i g r i d 1 3 本文主要的研究工作 本论文依托校园网络，深入剖析网格体系结构、网格信息服务及网格技术在 校园网的应用需求，设计一种通用的校园网格平台的总体结构。通过分析总体结 构和功能模块，表明该平台具有透明性、层次性和实时性的特征。 论文采用开源的网格基础平台g 1 0 b u s t o o i “t 4 构建校园网格信息服务系统。 当用户提交一个任务，校园网格信息服务系统需要根据所提交任务的具体情况找 到一个合适的节点来执行这个任务。而节点的选择要考虑多方面的因素，诸如机 器的系统结构、已有的软件、机器的性能、访问策略以及用户的可用性等。因此 只有解决在分布式资源环境下对资源信息的发现、分类、聚合及监控等基本问题， 校园网格才能选择合适的节点来执行任务。 研究工作紧密的围绕g l o b u s t 0 0 1 k i t 4 ( g t 4 ) 展开。因此，需要熟悉并掌握 g t 4 组件的构成以及功能。在校园网络中，以网格中问件作为联系分布式资源 和网格应用之间的桥梁。校园网格信息服务系统采用面向服务的体系结构，支持 虚拟组织内对资源信息的动态监控与发现，充分协调分布的资源服务器，实现资 源信息由“点”到“网”汇聚，并为上层提供一致的信息访问的接口。 解决校园网格信息服务系统的关键技术，包括信息注册机制、信息组织与存 储、信息收集机制以及安全机制。从组织结构、数据的动态聚合两个方面分析 如何实现信息服务的框架并且实现校园网格信息服务系统的部署。 最后，采用w e b 服务接口将各种网格实体封装为网格服务，屏蔽网格实体 的具体实现，对外呈现统一的接口，从而满足用户按需调用服务。构建基于p c 的网格试验环境，结合一个实例模拟网格服务的实现过程。为用户提供了统一入 口，实现了“一次登录，处处执行”日标。 1 4 本文的组织结构 本论文分为五章，具体的内容组织结构如下： 第1 章绪论 本章主要叙述了课题的研究背景、网格及其研究现状，并介绍论文的主要研 究工作和组织结构。 第2 章基于w s r f 的网格体系结构 本章首先介绍面向服务的体系结构，接着介绍w e b 服务的特征和w e b 服务 协议，最后详细阐述w e b 服务资源框架( w s r f ) 以及基于w s r f 的网格基础 开发平台g l o b u st 0 0 1 k i t 4 组件构成和功能说明。 第3 章网格信息服务 4 硕士学位论文 本章首先介绍网格信息服务的概念、基本功能及刚格信息服务模型，然后详 细阐述g l o b u st o o i k i t 4 信息服务组件一一监控和发现系统( m d s 4 ) 的服务类型 以及构建聚合服务的聚合框架。 第4 章校园网格信息服务系统 本章首先设计一种通用的校园网格信息平台的总体架构，阐述该系统的设计 考虑、基本概念、信息源模型以及信息的表示和查询，接着提出一种基于g t 4 的校园网格信息服务系统结构，然后依次分析有关网格信息服务系统的关键技 术，如信息注册机制、信息组织与存储、信息收集机制及安全机制等。最后， 从组织结构、数据的动态聚合两个方面分析如何实现信息服务的框架并且实现校 园网格信息服务系统的部署。 第5 章校园网格信息服务的实现 本章首先介绍网格资源的描述与封装及w e b 服务的封装，然后说明网格服 务的开发环境和开发步骤，最后构建基于p c 机的网格试验环境，分别说明实现 流程、网格门户、校园网格资源的共享机制以及校园网格平台的技术特征。 基rg t 4 的网格信息服务的研究与应，【 j 第2 章基于w s r f 的网格体系结构 2 1 面向服务的体系结构 面向服务的体系结构【12 j ( s o a ) 是目前解决应用的分布性、平台的异构性一 种非常可行的方案。s o a 采用面向服务的软件封装技术，“服务”的基本逻辑视 图以服务接口( s e r v i c ei n t e r f a c e ) 和服务实现( s e r v i c ei m p l e m e n t a t i o n ) 的方式 呈现【l “。服务接口是消费该服务所需的操作与方法的集合，是对消费者和服务 之问进行交互所需要遵从的契约实现。服务接口可以进行组合，它设计的关键是 把应用系统的业务逻辑和具体实现充分解耦。服务实现是对数据以及具体服务功 能的封装，s o a 不规定设计和实现服务的技术和工具。 s o a 的三个基本要素是服务描述、服务发现和服务调用。图2 1 中给出了基 本的模型。模型中定义了三种角色( 服务提供者、服务注册中心和服务消费者) 、 三种基本的操作( 发布、发现和绑定) 及其相互关系。服务提供者和服务消费者 的划分是逻辑意义上的，很多情况下特定服务实体可同时充当两种角色。基本标 准和基本规范是：w s d l 【1 ”、u d d i 【15 1 和s o a p 【1 “。 图2 1面向服务体系结构的概念模型 2 1 1 三种角色 1 服务提供者 服务提供者是一个可通过网络寻址的实体，它接收和执行来自使用者的请 求。它主要负责将自己的服务和接口契约发布到服务注册中心，以便服务的请求 者可以发现和访问服务。在服务请求者和服务提供者之间，服务提供者相当于 c s 模型中的服务器。然而，在网格服务中服务提供者和服务请求者之问的界限 硕十学位论文 不是绝对的，有时服务提供者也充当服务请求者。 2 服务请求者 服务请求者主要负责发起对服务注册中心内的服务的查询，通过传输绑定服 务，并且执行服务功能。服务请求者根据接口契约来执行服务。网格服务的任何 消费者都是服务请求者，服务请求者相当于c s 模型中的客户端。 3 服务注册中心 服务注册中心通常由数据库构成，展现整个网格系统的单一映像。服务注册 中心是服务发现的支持者。它包含一个可用服务的存储库，并允许感兴趣的服务 的请求者查找服务提供者的接口。服务提供者可以在注册处发布服务描述，服务 注册处负责为其通告，并允许服务请求者搜索服务注册处所包含的全部服务描 述。服务注册中心实际上是服务请求者和服务提供者之间的中介，负责为服务请 求者匹配服务提供者。 2 1 2 三种操作 1 发布 为了使服务可访问，需要发布服务描述以使服务请求者可以查找它。发布服 务时，使用u d d i 协议的a p i 。 2 发现 发现操作是服务请求者定位服务的手段，查询服务注册中心并找到满足其标 准的服务。发现操作需要同时使用u d d i 和w s d l 。 3 绑定 当服务描述搜索完毕之后，服务请求者继续根据服务描述中的信息来绑定和 调用服务。服务请求者绑定到服务提供者的地址，并执行其请求服务。绑定操作 是基于w s d l 和s 0 a p 协议。服务请求者绑定到w e b 服务的通用标准应用协议 是s o a p ，因为不管使用哪种操作系统，不管使用什么语言或对象模型，都可以 使用s o a p 在应用程序之间交换信息。 2 1 3 服务过程 在基于s 0 a 架构的典型应用场景中，服务提供者首先给出该服务的具体实 现，它定义了服务接口的基本w s d l 描述，并将其发布到服务注册中心。该服 务接口描述可以被遵从u d d i 规范的服务消费者通过发现操作将其发现，此后， 服务消费者发送发现请求就可以从注册中心获得关于服务的描述，接着使用该描 述文件的服务绑定信息与服务提供者建立绑定关系并调用相应的服务，通过 s o a p 协议与服务实现之间进行消息交互。服务消费者通过注册中心查找到服务 提供者后，作为客户端调用w c b 服务并与服务提供者之间进行消息交互 17 1 。图 2 2 表示服务消费者与服务提供者之间的通信过程 基j g t 4 的网格信息服务的研究与应用 阶段1 黧：l ，i 消息i s o a p 响应ii 消息 反序列化 一o 一。” l 一 阶段2 反序列化 趟严翟 服务提供者 阶段3 序列化 图2 2 服务消费者和服务提供者之间的通信过程 按照s o a 基本模型设计的应用系统具有平台无关性和松散耦合的特点。 s o a 的基本协议基于x m l 语法，接口描述、消息传输均基于x m l 规范，这使 得s o a 应用系统容易实现平台无关性。s o a 对业务过程采用面向服务的封装技 术，基于s 0 a 的应用系统拥有充分的松散耦合特性。首先，服务接口与服务实 现的充分解耦使得服务提供者在发布服务时，不必关心服务消费的种类、目的以 及所处的上下文环境等；其次，分布在各节点上的业务软件可以通过服务的方式 进行组合和编排，并且与业务软件所使用的具体实现技术无关，唯一要求是遵从 一致的服务交互契约。总之，s o a 能够降低软件开发复杂度，便于应用系统集 成，并提高系统灵活性、t 叮用性、可靠性和可扩展性，因此，它也成为实现网格 计算的一种重要软件系统应用模式。 2 2w e b 服务 w 曲服务是由u r i 标识的软件应用程序，其接口和绑定可以通过x m l 构 件进行定义、描述和发现，w e b 服务支持通过基于i n t e m e t 的协议使用x m l 的 消息与其他应用软件程序直接进行交互。 2 2 1w e b 服务的特征 1 基于标准的描述语言和协议 w e b 服务使用w s d l 标准进行接口描述，使用s o a p 协议交换消息，使用 硕士学位论文 u d d i 规范完成服务注册与发现，服务组合也有相应的标准，因此，w e b 服务更 容易实现互操作，具有更多的工具支撑，从而有利于推广应用。 2 松耦合与平台无关性 服务请求者不必知道技术的实现细节，服务请求通过消息调用而不是使用应 用接口和文件格式 3 w 曲服务的自描述性 w 曲服务使用符合x m l 标准的服务描述规范w s d l ，接口描述包含了服务 请求者需要提供的消息及其格式化，服务请求者根据服务提供者的w s d l 可以 将构造请求消息的过程自动化。 2 2 2w e b 服务协议 1 w s d l w s d l 是一种用于描述网络服务的语言。它本身是基于x m l 格式，描述了 可以执行哪些操作以及使用什么样的消息。操作和消息都是用抽象术语描述的， 然后通过将它们绑定到适合的网络协议和消息格式上来实现。 w s d l 通过将网络服务看作为对消息的一组终点处理操作，被处理的消息 中包含面向文档或面向过程的消息。w s d l 首先对访问的操作和访问时使用的 请求响应消息进行抽象描述，然后绑定到特定的传输协议以及消息格式，以最 终定义具体部署的服务访问点。相关的具体部署的服务访问点通过组合就成为抽 象的w 曲服务。 w s d l 文档将w e b 服务定义为服务访问点或端口的集合。在w s d l 中，由 于服务访问点和消息的抽象定义己从具体的服务部署或数据的绑定中分离出来， 因此可以对抽象定义进行再次使用。用于特定端口类型的具体协议和数据格式规 范构成了可以再次使用的绑定。将w 曲访问地址与可以再次使用的绑定相关联， 可以定义一个端口，而端口的集合则定义为服务。因此，w s d l 文档在w e b 服 务的定义中使用下列元素： 1 ) 类型( t y p e ) ：数据类型定义的容器，它使用某种类型系统( 一般地使用 x m ls c h e m a 中的类型系统) 。 2 ) 消息( m e s s a g e ) ：通信消息的数据结构的抽象类型化定义。使用类型所定 义的类型来定义整个消息的数据结构。 3 ) 操作( o p e r a t i o n ) ：对服务中所支持的操作的抽象描述，一般单个操作描 述了一个访问入口的请求响应消息对。 4 ) 绑定( b i n d i n g ) ：特定端口类型的具体协议和数据格式规范的绑定。 5 ) 端口( p o r t ) ：定义为协议数据格式绑定与具体w e b 访问地址组合的单个 服务访问点。 6 ) 服务( s e r v i c e ) ：相关服务访问点的集合。 9 基于g t 4 的网格信息服务的研究与应用 2 u d d l u d d i 是w e b 服务架构下的描述、发现和集成协议。它是个用于分布式网 络环境下w e b 服务的信息注册的规范。w e b 允许可编程的实体基于w e b 站点并 发布实施分布行为，而u d d i 的注册作用就是用于促进对这些w e b 服务的发现。 也就是说，通过u d d i ，某程序可以发现并与其他公司发布的w 曲服务进行交互。 3 s o a p s o a p 是简单对象访问协议，它为在一个松散的、分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化和类型化的信息提供了一个简单且轻量级地机制。s o a p 本身 并不定义任何应用语义，只是定义了一种简单地机制，通过一个模块化地包装模 型和对模块中特定格式编码的数据的重编码机制来表示应用语义。 由于s o a p 定义了一种消息交互机制，描述了如何使x m l 对信息进行编码， 因此s 0 a p 的出现为解决异构平台之间的互连提供一种理想技术。此时，x m l 已得到广泛的应用，通过使用x m l 重新描述和包装各自的远程组件访问协议， 以使得各种组件平台得远程访问协议都能通过同一个标准的消息进行传输。 s o a p 基本组成包括四个部分： 1 ) s o a p 信封( e n v e l o p ) ：定义了描述消息中的内容，谁应当接收并处理， 以及是町选的还是强制的。 2 ) s 0 a p 编码规则( e n c o d i n gr u l e s ) ：用于表示应用程序需要使用的数据类 型，并可用于交换应用程序定义的数据类型所产生的实例。 3 ) s o a pr p c 表示( r p cr e p r e s e n t a t i o n ) ：定义了一个用于表示远程过程调 用和响应的协定。 4 ) s o a p 绑定( s o a pb i n d i n g ) ：定义了一个使用底层传输协议来完成节点 交换s o a p 信封的约定。 2 3 网格体系结构 随着网格技术的发展f _ j 趋成熟，如何拓展网格的用途，为科学计算和工业应 用提供一种通用的基础设施服务，已经成为了网格研究的一种发展趋势。开放式 网格服务体系结构( o g s a ) 的理念，试图实现网格体系结构的标准化，采用标 准、通用的“服务”模式，对各种类型应用提供统一的支持。但是，经过近一两年 的实践证明，以o g s a 规范提出的开放网格服务基础架构o g s i 存在明显的不 足。其过分强调嘲格服务和w 曲服务的差别，导致了两者之间不能更好地融合 在一起。由于o g s i 单个规范中的内容太多，所有接l 和操作都与服务数据有关， 缺乏通用性，而且o g s i 规范没有对资源和服务进行区分。为了解决o g s i 和 w e b 服务之间存在的矛盾，w 曲服务资源框架被提出来。 硕1 ：学位论文 2 3 1w e b 服务资源框架( w s r f ) w e b 服务接口常常向用户提供访问和处理状态。w e b 服务所实现的消息交 换能够对有状态的资源的访问。然而，w 曲服务的实现所遵循的有状态资源的 概念在接口定义中并不清楚。所以，w 曲服务资源框架目的是为了如何把“有 状态”加入到w e b 服务中，并且标准化了w e b 服务的这种能力。 w e b 服务资源框架【”j ( w s r e s o u r c ef r a m e w o r k ) 通过规定的w c b 服务机 制，使w e b 服务资源可以被声明、创建、访问、监控变化和销毁，但是不需要 w 曲服务资源的w 曲服务组件( 它提供对相关联的有状态资源的访问) 被作 为有状态资源处理器来实现。w e b 服务资源框架是个具有五个技术规范的集 合，它们根据特定的w 曲服务消息交换和相关的x m l 定义了w e b 服务资源 方法的标准化描述。 1 w s r e s o u r c e p r o p e r t i e s 资源属性规范了w e b 服务资源状态组件的类型和值。服务的请求者可以对 w e b 服务接口查看和修改。主要思想 1 9 如下： 1 ) w 曲服务资源是具有一个使用x m ls c h e m a 定义的x m l 资源属性文 档( x m lr e s o u r c ep r o p e r t yd o c u m e n t ) 。 2 ) 服务请求者可以通过标准的方法搜索w s d lp o r tt y p e 定义来确定w e b 服务资源的类型。 3 ) 服务请求者可以使用w e b 服务消息交换来阅读、修改和查询表示w e b 服务资源状态的x m l 文档。 2 w s r e s o u r c e l i f e t i m e 生命周期规范是针对w e b 服务资源定义了创建与销毁之间的时间间隔，主 要考虑以下因素：即创建( c r e a t i o n ) 、销毁( d e s t r u c t i o n ) 和资源标识符( i d e n t i t y ) 。 1 ) w e b 服务资源工厂( w s r e s o u r c ef a c t o r y ) 是任何能够产生一个或者多个 w e b 服务资源的w e b 服务。工厂模式( f a c t o r yp a t t e m ) 是常用的创建w e b 服 务资源模式。典型地，w e b 服务资源工厂操作的响应信息至少包括一个到新的 w e b 服务资源的端点引用，尽管工厂可能通过其他的方式来传送新的w e b 服 务资源的引用，例如将w e b 服务资源限定的端点引用放置在注册中心以备稍后 检索。 2 ) w e b 服务资源销毁( w s r e s o u r c ed e s t r u c t i o n ) 定义销毁有状态资源以及 刷新系统资源的方法。典型地，w 曲服务资源工厂创建新的w e b 服务资源， w 曲服务的请求者只在限定的生命周期内关注新创建的w 曲服务资源。当生命 周期结束以后，就要销毁w 曲服务资源，但这种销毁与它相关联的系统或者应 用程序有关，通常有两种方式用于销毁w e b 服务生存管理：立即销毁和调度销 毁。 基j 二g t 4 的网格信息服务的研究与应用 3 ) 有状态资源至少必须有一个资源标以符。该标谚 符是作为端点引用的一部 分返回的，可用于分布式系统中的其他w e b 服务。 3 w s s e r v i c e g r o u p 服务组规范【2 0 1 定义一种方法通过引用来表示和管理异构w e b 服务集合。这 个规范可以被用来组织w 曲服务集合，例如用来构建注册中心，或者用来构建 能够执行一组w e b 服务资源的共同的操作的服务。服务组规范可以使用w e b 服务资源属性模型来表示服务组成员资格规则、成员资格约束以及分类。它可以 被定义为满足通过资源属性所描述的小组约束的一组成员，也应该定义管理服务 组成员资格的接口。 4 w s r e n e w a b i e r e f e r e n c e s 规范定义一些机制用来更新已经无效的端点引用。这些机制可应用于任何的 端点引用，但是对于指向w 曲服务资源的端点引用尤为有用，因为它能够提供 持久的、稳定的w 曲服务资源的引用，能够允许同一状态随着时间的推移被重 复访问。而且它要与w e b 服务寻址( w s a d d r e s s i n g ) 规范相结合也就是说， 当端点引用变的无效的时候，使用这种机制用来检索最新版本信息，以便对w e b 服务寻址端点引用的补充。w 曲服务寻址端点引用不仅可以包含寻址，而且还 可以包含关于和服务交互的策略信息。 5 w s b a s e f a u l t s 基本错误规范定义一个当，e b 服务消息交换返回错误的时候所使用的基 本错误类型。虽然在这个规范中没有对w e b 服务资源提出特殊要求，但是其他 所有的w e b 服务资源框架规范都使用它才能保证这些规范中的操作所返回的 错误的一致性，包括涉及w e b 服务资源定义和使用的错误的一致的报告。 2 4g l o b u st o o l k j t 4 g l o b u st o o l k i t 4 【2 1 ，2 2 1 它是一个开放架构、开放源码的工具集合，简称g t 4 。 它是基于w e b 服务资源框架实现的网格开发基础平台，提供a p i 来构建有状态 的w e b 服务，其目标是建立分布式异构计算环境。 g t 4 体系结构由五类组件构成，分别是安全( s e c u r i t y ) 管理、数据管理( d a t a m a n a g e m e n t ) 、执行管理( e x e c u t i o nm a n a g e m e n t ) 、信息服务( i n f o r m a t i o n s e r v i c e s ) 和公共运行时环境( c o m m o nr u n t i m e ) 。 硕士学位论文 g i o b u st 0 0 1 k i 【4o 组件 医画厩一i 厂 厂 厂厂一一 委托服务 5 o g s “一。m i ：銎藿iw 曲n & 内核l j 旧蹦卜】器i 棼鬻| | w e b 牌内核i w 曲服务组十 w e b 服务鬻o 州f t p库i i 资源 i i 。掣_ ：i ：= ：? 、 c 公共库 非w e b服务 l 授权认证l分配与管理 | 、， 协管理l 协粼务f 输蕊库| 件 安全数据管理执行管理信息服务 l 公共运行时环境l 图2 3g l o b u st o o l k i t 4 体系结构 1 安全( s e c u r i t y ) 管理 w 曲服务授权认证分为消息级安全和授权框架，取代原来的g s i 。消息级安 全实现w s s e c u r i t y 和w s s e c u r e c o n v e r s a t i o n 提供的s o a p 消息加密、完整性 和重放保护。授权框架用于处理多授权机制，例如网格映射文件、访问控制列表 ( a c l ) 以及通过安全性断言标记语言( s a m l ) 处理用户授权。虚拟授权服务 ( c a s ) 允许虚拟组织对分布在一定数量节点上的资源管理策略进行描述。 2 数据管理( d a t am a n a g e m e n t ) 负责数据传送和复制。从底层到高层有网格文件传输协议g r i d f t p ，实现高 带宽、广域网环境下高性能传输，复制定位服务r l s 允许数据副本的注册和发 现。可靠文件传输r f t ，它是使