（通信与信息系统专业论文）基于ogsadai数据库访问服务的应用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 互联网技术的迅猛发展带动了网格技术迅速的发展，网格的目标是通过互 联网将分布在世界各地的各种不同的资源以合理的方式联合起来，形成高度集 成的有机整体，对外界提供强大的计算能力。网格能将异构的，动态的，地理 上分布的资源虚拟为一个大型的计算系统，以使服务具有高质量，这些资源包 括计算资源，存储资源，数据资源，信息资源，设备资源等等。 由于结构化数据在网格应用中的使用，使得数据库系统成为网格必不可少 的部分，数据库网格是以数据库为最主要资源的数据网格环境，是对现有数据 库的网格化，是基于o g s a 提供网格数据库服务，使网格用户或其他网格服务 可通过数据库网格服务访问网格中的异构数据库。本文主要研究了数据网格服 务的o g s a d a i ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e d a t aa c c e s sa n di n t e g r a t i o n ) 中间 件技术，在g l o b u st o o l k i t4 中部署后， 入分析了o g s a d a i 的内部工作机制， 之间的交互方式。 并通过一个访问数据库服务的例子，深 解释了这些机制之间，以及与用户程序 根据实际应用，以o g s a - d a i 技术为基础，在j 2 e e 中的核心组件e j b 中 实现应用，使用o g s a d a i 技术代替e j b 中的实体b e a n ，实现企业级应用中持 久层业务的功能。在提出了系统模型后，以一个实例来说明o g s a d a i 技术的 应用，在一个应用内有2 个不同的数据库系统，本来数据库里的数据在业务上 是有所关联的，但是各个系统是用不同工具开发，运行于不同平台，数据格式 也不一样，导致它们之间的信息不能很好的共享，使办公的效率降低，通过 o g s a d a i 把这2 个不同的数据库联接起来，使这种分散的数据资源能整合成 一个集中的数据资源，为系统提供统一访问的接口，为用户提供高质量的服务。 最后在性能分析中发现不同的数据库之间的性能差别和数据库的 d b m s ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 有关，通过o g s a d a i 访问数据库的速度 也不是很理想，所以提出了系统优化方案，通过实验证明能显著提高系统的响 应速度。 关键字：数据库网格，g l o b u st o o l k i t 4 ，o g s a d a i 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t g r i dc o m p u t e rd e v e l o p sr a p i d l ya n ds t e a d i l y , i ta l s ob o o s mt h ei n t e m e t t e c h n o l o g y a sw ek n o w ，t h ep u r p o s eo fg r i di st ou n i t ed i f f e r e n tr e s o u r c e sl o g i c a l l y a l lo v e rt h ew o r l dt h r o u g hi n t e r n e t ，m a k ei tah i g h l yi n t e g r a t i o na n do r g a n i cc o l l e c t i v e ， s u p p l yap o w e r f u lc o m p u t i n ga b i l i t yt oo u t s i d e g r i dc a nm a k et h ed i f f e r e n t ，d y n a m i c ， d i s t r i b u t er e s o u r c e st oag r e a tc o m p u t i n gs y s t e m ，t h e s er e s o u r c ei n c l u d ec o m p u t i n g ， s t o r a g e ，d a t a , i n f o r m a t i o n , e q u i p m e n te t c b e c a u s eo fs t r u c t u r a ld a t aa p p l y i n gi ng r i d ，d a t a b a s e sa r en e c e s s a r yi ng r i d d a t a b a s eg r i di sah n do fd a t a 鲥d ，i t 酊dt h ed a t a b a s e ，a n ds u p p l y 鲥dd a t a b a s e s e r v i c eb a s eo no g s a ，m a k eg r i du s e r sa n do t h e r 酣ds e r v i c ev i s i td i f f e r e n t 鲥d d a t a b a s et h r o u g hd a t a b a s e 鲥ds e r v i c e ，w h i c hc o m p o s e db yd a t a b a s es y s t e m s t h i s p a p e r r e s e a r c h sam i d d l e w a r e t e c h n o l o g y i n d a t a 鲥ds e r v i c e ，n a m e d o g s a d a i ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e d a t aa c c e s sa n di n t e g r a t i o n ) ，i ta n a l y s e s o g s a si n s i d em e c h a n i s m st h r o u g hae x a m p l eo fv i s i t i n gd a t a b a s es e r v i c e ，a n d e x p l a i n st ou sh o wp r o g r a m sa n dc l i e n t si n t e r a c t b a s eo no g s a d a i ，ia p p l yi ne j bw h i c hi sac o r em o d u l ei nj 2 e e ，t h ea r t i c l e d e t a i l e dd i s c u s s e sh o wt ou s eo g s a d a i r e p l a c ee j b se n t i t yb e a n ，a c h i e v et h ed a t a p e r s i s t e n tl a y e rf u n c t i o ni ne n t e r p r i s e sa p p l i c a t i o n a f t e ri n t r o d u c i n gt h es y s t e m m o d e l ，iu s eae x a m p l et oe x p l a i nh o wt h eo g s a - d a lw o r k ，i naa p p l i c a t i o nt h e r e a r et w od i f f e r e n td a t a b a s es y s t e m ，d a t a si nt h et w od a t a b a s es y s t e mm a yh a v as o m e r e l a t i o n s h i p ，b u te v e r ys y s t e mi sd e s i g n e db yd i f f e r e n tt o o l s ，f u l lo nd i f f e r e n tp l a t f o r m ， a n dt h ed a t a sf o r ma r ea l s od i f f e r e n t , t h i sr e s u l ti np o o r e rs h a r e ，l o w e re f f i c i e n c y t o l i n kt h e s et w od i f f e r e n td a t a b a s et h r o u g ho g s a d a i ，i ta s s e m b l e ss e p a r a t er e s o u r c e t oad a t ar e s o u r c ee n t i t y , s u p p l y ss y s t e mau n i f yv i s i t i n gi n t e r f a c ea n dh i g hq u a l i t yt o c l i e n t s a tl a s t ，if i n do u tt h a tp e r f o r m a n c e so fv i s i t i n gd a t a b a s ea r e r e l a t e d t o d i f f e r e n td a t a b a s e sd b m s ( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) ，a n dv i s i t i n gd a t a b a s e t h r o u g ho g s a - d a ih a v eal o ws p e e d ，s oio p t i m i z et h es y s t e m ，i tc a nr e m a r k a b l e i m p r o v er e s p o n s es p e e d k e yw o r d s ：d a t a b a s eg r i d ，g i o b u st o o l k i t 4 ，o g s a - d a i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 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：籴必锯日期：2 略r ，盟 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 棼必锈 导师签名： 、 二 翻z 厂 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 项目来源 第1 章绪论 本课题来源于国家自然科学基金国际合作与交流项目“以网络为基础的数 字制造环境的新理论和新技术研究”( 5 0 6 2 0 1 3 0 4 4 1 ) 。本项目的目标是利用网络 技术将地理上位置不同的制造设施、计算与存储设备、控制与检测仪器仪表等 集成在一起，建立面向网络制造服务的通用基础支撑环境，实现i n t e m e t 上产品 全生命周期的制造资源、设计资源和服务资源的有效聚合和广泛共享，从而建 立一个能够实现设计区域或全球合作和协作的虚拟制造科研和实验环境，支持 以区域网络制造和全球网络制造为特征的数字制造活动。 1 2 本课题的研究背景和意义 传统的企业内部有大量基于各种数据库技术的应用系统。企业各部门在业 务上是肯定有所关联的，但运行于各部门的应用系统是使用不同工具开发，运 行于不同平台，数据格式也各不一样，导致部门之间数据不能共享，信息不能 联动，在企业内部形成了一个个信息孤岛，资源孤岛，使企业不能高效办公， 很好的做出决策。然而这些企业不可能将他们原来的应用系统全部放弃，如果 开发新的，势必会浪费人力，财力，那是不合算的【l 】。另外如果一个企业有新的 部门成立，在新的部门下开发应用系统肯定会用到当前最新最流行的技术，如 何与原来的老系统兼容，实现整体的集成，也是每个企业必须面对的。 网格是利用互联网把地理上广泛分布的各种资源( 包括计算资源、存储资源、 带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等) 连成一个逻辑整体， 就像一台超级计算机一样，为用户提供一体化信息和应用服务( 计算、存储、访 问等) ，虚拟组织最终实现在这个虚拟环境下进行资源共享和协同工作，彻底消 除资源“孤岛”，最充分的实现信息共享【2 j 。 网格具有以下几种特点【3 j ： ( 1 ) 资源共享，消除资源孤岛：网格能够提供资源共享，它能消除信息孤岛、 武汉理工大学硕士学位论文 实现应用程序的互连互通。网格与计算机网络不同，计算机网络实现的是一种 硬件的连通，而网格能实现应用层面的连通。 ( 2 ) 协同工作：网格第二个特点是协同工作，很多网格结点可以共同处理一 个项目。 ( 3 ) 通用开放标准，非集中控制，非平凡服务质量：这是i a nf o s t e r 最近提 出的网格检验标准。网格是基于国际的开放技术标准，这跟以前很多行业，部 门或者公司推出的软件产品不一样。 ( 4 ) 动态功能，高度可扩展性：网格可以提供动态的服务，能够适应变化。 同时网格并非限制性的，它实现了高度的可扩展性。 g l o b u s 是一种用于构建计算网格的开放体系结构、开放标准的项目。g l o b u s t o o l k i t 工具包来源于g l o b u s 项目是一个开放源码的网格的基础平台，基于开 放结构、开放服务资源和软件库，并支持网格和网格应用，目的是为构建网格 应用提供中间件服务和程序库。g l o b u st o o l k i t 具有较为统一的国际标准，有利 于整合现有资源，也易于维护和升级换代。现在，一些重要的公司，包括i b m 和微软等都公开宣布支持g l o b u st o o l k i t 。目前大多数网格项目都是采用基于 g l o b u s t o o l k i t 所提供的协议及服务建设的。g l o b u s 对资源管理，安全、信息服 务及数据管理等网格计算的关键理论进行研究并提供了基本的机制和接口。该 项目早已开发出了能在各种平台上运行的网格计算工具软件( t o o l k i t ) ，支持网格 计算和网格应用的一套服务和软件库。帮助规划和组建大型的网格试验平台， 开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。目前，g l o b u s 工具包机制已经被 应用于全球数百个站点和几十个主要的网格计算项目：n a s a 网格( n a s ai p g ) 、 欧洲数据网格( d a t a g r i d ) 和美国国家技术网格( n t g ) 等。 如何利用g l o b u st o o l k i t 和o g s a d a i 技术整和企业内部的各个数据资源， 消除企业内部的资源孤岛是本文研究的课题。 1 3 网格及相关领域的国内外研究现状 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( n f s ) 资助的 网格项目n c s a ，n p a c i 和t e r a g r i d ，美国宇航管理局( n a s a ) 构造的网格计划 i p g ( i n f o r m a t i o np o w e rg r i d ) ，美国国防部( d o d ) 的h p c m p 网格，美国能源部 ( d o e ) 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( l l n l ，l a n l ，s n l ) 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 n f 等，都是有影响的网格研究计划。 2 武汉理工大学硕士学位论文 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 l o b a lg r i df o r u m ) 是目前主要的合作组织( h t t p ：w w w 鲥d f o m m o r g ) 。 g l o b u s 是最有影响的网格研究计划，主要成员是美国a r g o n n e 国家实验室、 芝加哥大学、南加州大学。i b m 公司现在也参与其中。主要研究任务分4 个方 面：网格基础理论和关键技术研究；软件及工具的开发；试验平台的建立：网 格应用的开发。g l o b u st o o l k i t ( 工具包) 是其最重要的成果，提出了开放网格服 务体系结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 的详细框架。o g s a 将提交 g g f 讨论、细化，并最终成为网格标准。 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 i g ( g l o b a l i 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l 亿英镑，用来研制“英国国家网格叫k n a t i o n 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 、i b m 、m i c r o s o f t 、s u n 等公司最近取得共识，支 持x m l 、s o a p 、u d d i 等万维网标准，从而更有利于开发新一代的网格应用。 其目的是将因特网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，i b 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。它将该公司 分布在世界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 售的最快速的全数字化服务。 国内方面，从1 9 9 9 , - 、一2 0 0 0 年，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，共同承担了8 6 3 重点项目国家高性能计算环境( n h p c e ) ” 的研发任务。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i n t e r n 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“先进计算基础设 施( a s i ) ”也进行了部门内的网格计算试验。 本文所关注的数据库网格服务是属于数据网格领域的，最近几年，数据网 3 武汉理工大学硕士学位论文 格的研究发展的很快，科学数据网格的建设以中国科学院科学数据库为主要基 础。中国科学院科学数据库是从1 9 8 3 年开始建设的一个大型综合性数据库群， 是目前国内信息量最大、学科专业最广、服务层次最高、综合性最强的科技信 息服务系统。“十五”期间，在中国科学院信息化建设专项的支持下，科学数据库 的发展进入一个新的阶段。目前已有4 5 个建库单位( 中科院的研究所) ，专业数 据库5 0 3 个，总数据量1 6 6 t b 。“科学数据网格”项目是由8 6 3 支持的“高性能计 算机与核心软件”重大专项的应用网格项目。2 0 0 4 年，项目获得滚动支持。本课 题的研究目标就是在科学数据库数据资源的基础上，联接中国科学院分布在全 国的四十多个研究所，通过网格计算的相关技术，特别是数据网格技术，实现 对科学数据库中大量分布式异构数据资源的有效共享，并开发天文、高能物理、 中医药等三个学科的应用系统。 科学数据网格的主要研究内容有【4 】： ( 1 ) 构造科学数据网格的系统平台。 这项工作包括：( a ) 科学数据资源的整合和集成，特别是根据网格环境的要 求对数据资源做必要的加工；( b ) 建设科学数据网格中相应的硬件资源，如海量 存储设备、数据服务器等；( c ) 以中国科学院为基础构造一个全国性的科学数据 网格应用环境。 ( 2 ) 开发科学数据网格所必需的中间件软件。 科学数据网格是以中科院科学数据库的数据资源为基础，并针对科学研究 中的特定领域需求而建设的。因此，在网格系统软件的基础上，还必需开发一 套中间件软件以适应科学数据网格的应用需求。这些中间件的主要功能是( a ) 为 分布式异构数据资源提供统一的访问接口，以方便数据资源的共享和开发利用； 他) 对网格中的数据资源提供统一的信息服务，其中包括数据资源的属性信息、 状态信息，还有数据资源特有的元数据信息等，通过这种信息服务可以实现资 源描述和资源发现等功能；( c ) 提供科学数据网格中统一的安全体系和相应服务， 这些服务主要是在网格系统软件提供的单一登录等功能的基础上实现数据资源 访问所特有的认证和记账服务。 ( 3 ) 开发科学数据网格的示范应用系统虚拟天文台。 虚拟天文台的基本原理就是利用可视化工具和天文望远镜观测得到的数据 把所观测天体再现出来，形成一个数字虚拟天空，使天文学家能够以前所未有 的方式高效、方便地获得所需要的数据，并且能够利用先进的计算工具对大量 4 武汉理工大学硕士学位论文 数据进行深度的分析和处理。 ( 4 ) 开发高能物理学科的应用系统宇宙线数据预处理系统。 西藏羊八井宇宙线观测站是从事宇宙线与高能天体物理研究的重要实验基 地，在全球具有得天独厚的优势，目前主要装备有a s g 阵列、地毯式全覆盖阵 歹：i j ( a r g o ) 和宇宙线强度检测装置等。宇宙线实验数据预处理系统的主要研究内 容有：( a ) 开通从羊八井到北京的高速网络连接，建立以高能所和科学数据中心 为基地的数据处理基础设施，包括海量存储系统和数据分析系统；( b ) 开发、部 署相应的数据预处理软件和数据分析软件；( c ) 建立宇宙线数据库，将预处理产 生的宇宙线数据纳入数据库管理；( d ) 在科学数据网格系统平台之上开发包含宇 宙线数据库的高能物理数据库网络服务系统，为国内外的研究合作者提供智能 化的检索、提取、传输功能，部分自由共享数据向全社会开放访问，部分供内 部使用和合作单位共享的数据可进行授权访问。 ( 5 ) 开发中医药领域的应用系统中医药虚拟研究院。 以分布在全国各地的、由国家中医药管理局中国中医药文献检索中心及其 分中心研制的中医药科技信息数据库群为基础，以中医个体化诊疗临床决策支 持和中药创新开发为背景，采用网格技术实现中医药科技信息数据库群的互联 互用、中医药信息资源高度共享，提高中医药行业信息资源的整体利用能力， 推进中医药现代化进程。 ( 6 ) 在前述研究工作成果的基础上，提出一种科学研究领域的网格应用框 架，争取成为领域内的网格应用标准。 通过对科学数据网格的研究，探索和解决以下问题： ( 1 ) 通过开发科学数据网格的中间件，解决大规模、分布式、异构科学数据 的统一访问问题，方便科学数据资源的共享，提高共享的效率和数据的利用率。 ( 2 ) 通过元数据技术探索异构数据库的集成和整合问题，并通过网格信息服 务的方式实现相关信息的共享和服务。而且，通过综合这些数据资源信息以及 元数据信息，使得基于网格思想和技术的先进应用系统成为可能。 ( 3 ) 通过开发虚拟天文台示范应用系统，提出科学研究领域的网格应用框 架，探索解决科学研究领域中推广网格应用的主要技术难点和问题，并初步形 成一个领域内的网格应用标准。 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 本文的主要研究工作和结构组织 本文首先探讨了网格的体系结构和w s r f 规范，并用g l o b u st o o l k i t4 和 o g s a d a i 成功部署了一个访问数据库中表的服务，最后在实际应用中，将网 格技术引入企业数据层访问中，用o g s a d a i 代替e j b 的实体b e a n 完成数据持 久层的功能，并对通过o g s a d a i 访问数据库的性能进行了分析，最后给出了 优化策略。 全文共分为5 章： 第1 章绪论。对当前国内外网格及相关领域的研究现状做了一个简单的概 述，阐述了本文研究的目的和意义。 第2 章基于g l o b u s 的数据库网格服务。简要介绍了网格的体系结构，g l o b u s t o o l k i t4 和w s r f 规范，并详细介绍了o g s a d a i 中间件技术和如何部署到 g l o b u st o o l k i t 中。 第3 章基于o g s a d a i 数据库访问的实现。成功利用o g s a d a i 技术在 g l o b u st o o l k i t4 中部署了访问数据库的服务，并深入剖析了o g s a d a i 的内部 工作机制。 第4 章企业数据层访问的o g s a d a i 应用。结合本人的实际项目经验，将 o g s a d a i 应用到企业数据层访问中，代替e j b 的实体b e a n 完成数据持久层功 能，并对通过o g s a d a i 访问数据库的性能进行了分析，最后给出了优化策略。 第5 章对全文工作进行了总结和展望。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于o g s a d a i 的数据库网格服务的研究 本章介绍了网格的基本概念，并阐述了数据库网格的定义，g l o b u st o o l k i t 是一种构建计算网格的开放体系结构，开放标准的项目，而w s r f 标准是一组 w e b 服务规范，也是w e b 服务资源框架，o g s a d a i 中间件技术是构建数据库 网格的工具，最后演示了如何将o g s a d a i 部署到g l o b u st o o l k i t4 中。 2 1 网格 2 1 1 网格概述 网格有如下几种定义1 5 j ： ( 1 ) 网格是下一代i n t e r a c t ，这是一种非常简洁的定义方式，但是它没有对网 格到底是什么给出直接的说明，这只给出了网格的重要性和意义。 ( 2 ) 网格计算就是在动态变化的，拥有多个部门或团体的复杂虚拟组织内， 灵活，安全的协同资源共享与问题求解，所谓虚拟组织，就是一些个人，组织 或资源的动态组合，网格必须具备动态，协同资源共享的特点。 ( 3 ) 网格就是方便资源管理，有效支持广域分布的，多领域的科学与工程问 题求解的中间件系统。这一定义强调的是中间件系统在网格中的作用，正是因 为中间件的存在，所以才使网格表现出与以往系统不同的特点，实现资源的充 分共享，网格的功能是在中间件的支持个管理下完成的。 ( 4 ) 网格是建造分布式科学计算环境的一种一体化的集成方法，这一环境包 括计算，数据管理，科学仪器以及人类的协作。这一定义强调的是主要用于科 学计算网格所应该具备的特点。 ( 5 ) 网格是一种无缝的，集成的计算与协作环境。这种定义强调的是网格的 集成化特点，说明网格是由各种不同的资源组成的，但是这些资源的集成是无 缝的。 ( 6 ) 网格是基于硬件支持的各种服务和功能的提供者，网格可以提供以前不 能得到的特有功能，而且是无法通过其他方式得到的。 其实这些定义都是对的，说明了定义者看问题的角度以及侧重点不同，也 7 武汉理工大学硕士学位论文 就是说网格具有多方面的特点，网格具有多功能性，其次网格是面向问题的， 网格所面临的问题的不同，对网格的要求就不同，因此不同求解者对网格的看 法是不同的，还有网格正处于快速发展阶段，还没有定型。 综合以上观点，可以对网格下一个简单，通俗易懂的定义：网格试图实现 互联网上所有资源的全面连通，其中包括计算资源，存储资源，通信资源，软 件资源，信息资源，知识资源等。 2 1 2 网格的体系结构 网格的体系结构就是关于如何建造网格技术。它给出了网格的基本组成和 与功能，描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方法和方式，刻画了支 持网格有效运转的方式。 ( 1 ) 五层沙漏模型6 如图2 1 所示，在五层沙漏模型中，最底层是构造层( f a b r i c ) ，构造层面对的 是一个个具体的物理资源，它通过对这写资源的局部管理，向上层提供对这些 资源的管理和控制界面。构造层上面的是连接层，主要是为下层的物理资源提 供安全的数据通信能力，这是资源间进行互操作的前提，连接层使得孤立的单 个资源之间建立了联系。连接层上面的是资源层，它反映的是抽象的局部资源 的特征，而资源层上面的汇聚层完成的功能是如何将下面以单个资源形式表现 出来的资源集中起来，协调解决多个资源之间的问题。最上面的应用层和资源 的距离最远，它关心的是有什么样的资源可以由下面提供给给虚拟组织，解决 不同虚拟组织的具体问题。 汇聚层：目录代理、 诊断与监控等 资源层与连接层： 资源与服务的安全 访问 构造层：各种资源，例 如计算机、存储介质、 网络传感器等 图2 - 1 五层沙漏模型 8 武汉理工大学硕士学位论文 为了便于理解，该结构还将这5 层与广为使用的t c p i p 网络协议进行了粗 略的比，如图2 2 所示： 蒌垂三二 臣亟受回 图2 - 2 网格与i n t e m e t 协议架构 五层沙漏结构的内在含义是各部分的协议数量是不同的，对于其最核心的 部分，要能够实现上层各种协议向核心协议的映射，同时实现核心协议向下层 其他各种协议的映射，核心协议在所有支持网格计算的地点都应该得到支持， 因此核心协议的数量不应该太多，这样核心协议就成了协议层次的结构中的一 个瓶颈，在五层结构中，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈部分。 ( 2 ) o g s a 模型【8 , 9 , 1 0 1 开放网格服务结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 是g l o b a lg r i d f o r u m 的重要标准建议，也是目前最新的一种网格体系结构，被称为是下一代的 网格结构。 服务数据的访阿 显式撤销 软状态生命周期 绑定特性 可靠激话 认迁 c m d s 疵e ( 必需的) 其它接口 标准接口t ( 可选的) 4 1 - - 通知 圆圆圆 实现 一授杈 服务创建 - 服务注册 管理 - 井发 + 面向特别应用的接 口 器 武汉理工大学硕士学位论文 如果说五层沙漏模型是以协议为中心的“协议结构”，o g s a 则就是以服务为中 心的“服务结构”。旨在集成存在于分布式异构环境中的各种独立资源，以求在动态 的虚拟组织中做到资源的共享和协同处理。网格服务的简单描述如图2 3 所示。 在o g s a 中，各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，都被 看作是服务。简言而之，一切都是服务。五层沙漏模型试图实现的是对资源的 共享，而在o g s a 中，实现的是服务的共享。将资源、信息、数据等统一起来， 有利于一个灵活的、致的、动态的共享机制的实现，使得分布式系统管理有 了标准的接口和行为。o g s a 定义了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 的概念。网格服务是 一种w e bs e r v i c e ，用来解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理、通知等 问题。 o g s a 架构如图2 4 所示： o g s al l0 g s ai | o g s a | |o g s ai | o g s a e ni |o g s a i e n a b l e dl i e n a b l e d| | e n a b l e d | le n 曲i e df i l e l | a b l e d i | e n a b l e d f 塾! 坚盟i l 燮q 喹墅旦! | i 旦型箜! l i墨z ! ! ! 堂l id 础r y 1 坚箜! 望i 坠墨i 图2 4o g s a 架构 ( 1 ) 物理和逻辑资源层大体来说，资源是o g s a 和网格计算的核心，并不 限制于处理器。物理资源包括服务器、存储器和网络物理资源之上是逻辑资源， 依靠虚拟的物理层的集合来提供额外的功能。诸如安全、工作流、数据库、文 件系统、目录服务和消息服务等通常意义上的中间件在物理网格之上提供抽象 的服务。 ( 2 ) w e bs e r v i c e 层：o g s a 的一个重要原则就是，所有的网格资源一包括逻 辑的和物理的一都被看成为服务。o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c e si n f r a s t r u c t u r e ，开放 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 网格基础设施) 规范规定网格服务是一种基于w e bs e r v i c e 的技术，构建在w e b s e r v i c e 之上。o g s i 利用x m l ，w s d l 等w e bs e r v i c e 的技术来指明网格资源之 间的标准接口、行为和的互交。o g s i 扩展了w e bs e r v i c e 的定义，提供动态的、 有状态的、可管理的w e bs e r v i c e 的能力，来创建网格资源的模型。 ( 3 ) o g s a 层：o g s a 层依赖于w e bs e r v i c e 层和o g s i 扩展所提供的基础架 构。g g f 在程序执行、数据服务和核心服务等领域定义了众多的规范。o g s a 将成为一个更为强大的架构。 ( 4 ) 网格应用层随着时间的推移，一些构建于o g s a 之上的网格应用将越来 越丰富。这些应用构成了网格应用层。 2 1 3 网格的支撑技术 o g s a 有两大支撑技术，g l o b u s 和w 曲s e r v i c e 1 1 , 1 2 , 1 3 】 g l o b u s 是已经被科学和工程计算领域广泛接受的网格技术解决方案。它是 一种基于社团的、开放结构、开放源码的服务的集合，也是支持网格和网格应 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、 错误监测以及可移植等问题。与o g s a 关系密切的g l o b u s 组件是g r a m 网格 资源分配与管理协议和f - 卫( g a t ek e e p e r ) 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，g s i ( g r i ds e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e 网格安全架构) 支持单一登陆点、代理 和信任映射。这些功能提供了面向服务结构的必要元素，但是比o g s a 中的通 用性要小。 w e bs e r v i c e 是一种标准的存取网络应用的框架。x m l 协议相关的工作是 w 曲s e r v i c e 的基础。w r e bs e r v i c e 中几个比较重要的协议标准是s o a p 1 4 l ( s i m p l e o b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 、w s d l t ”l ( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，w 曲服务描述语言) 、w s i n s p e c t i o n 、u d d i 1 6 l ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ， d i s c o v e r y & i n t e g r a t i o n ，统一的描述、发现与集成) 。s o a p 是基于x m l 的 r p c ( r e m o t ep r o c e s sc a l l ，远程进程调用) 协议，用于描述通用的w s d l 目标。 通过将s o a p 进行扩展支持w r e bs e r v i c e 框架的安全性。w s d l 用于描述服务， 包括接口和访问的方法，复杂的服务可以由几个服务组成，它是w e bs e r v i c e 的 接口定义语言。w s i n s p e c t i o n 给出了一种定义服务描述的惯例，包括一种简单 的x m l 语言和相关的管理，用于定位服务提供者公布的服务。而u d d i 则定义 武汉理工大学硕士学位论文 了w 曲s e r v i c e 的目录结构。 o g s a 符合标准的w e bs e r v i c e 框架。w e bs e r v i c e 解决了发现和激活永久服 务的问题，但是在网格中有大量的临时服务，因此o g s a 对w e bs e r v i c e 进行了 扩展，提出了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 的概念，使得它可以支持临时服务实例，并 且能够动态创建和删除。 表2 1 列出了网格服务的接口，其中只有g r i d s e r v i c e 接口是必须的，而其 他的接口都是可选的。每个接口定义了一些操作，这些操作通过交换定义好的 一系列消息来激活。网格服务接口和w s d l 的p o r t t y p e s 相对应，网格服务提供 p o r t t y p e s 的集合，包括一些与版本有关的附加信息，在网格服务中用s e r v i c e t y p e 来描述，s e r v i c e t y p e 是o g s a 定义的w s d l 的扩展元素。 表2 1网格服务的接口 p o r t t y p e操作 描述 查询网格服务实例的各种 f i n d s e r v i c e d a t a 信息 g r i d s e r v i c e 设置并得到网格服务实例 s e t t e r m i n a t i o n t i m e 的终止时间 d e s t r o y 终止网格服务实例 s u b s c r i b e t o n o t i f i c a t i o n t o p i c 相关通知的发送者登记 n o t i f i c a t i o n s o u r c e u n s u b s c r i b e t o n o t i f i c a t i o n t o p i c 取消登记 n o t i f i c a t i o n s i n kd e l i v e r n o t i f i c a t i o n 异步发送消息 r e g i s t e r s e r v i c e 网格服务的软注册 r e g i s t r y u n r e g i s t e r s e r v i c e 取消注册的网格服务句柄 f a c t o r y c r e a t e s e r v i c e创建新网格服务实例 f i n d b y p r i m a r y k e y 返回根据特定键值创建的 网格服务句柄 p r i m a r y k e y 撤消特定键值创建的网格 d e s t r o y b y p r i m a r y k e y 服务实例 返回与网格服务句柄相联 h a n d l e m a pf i n d b y h a n d l e 系网格服务实例 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 4 数据库网格 由于结构化数据在网格应用中的使用，使得数据库系统成为网格必不可少 的部分。全球网格论坛( g g f ) 标准化了网格系统各个组件之间的接v i ，并拥有像 g l o b u st o o l k i t 这样的开放源码实现。目前，在网格领域中进行数据处理的一个 正在演进的标准是数据存取和集成标准( d a i s ) ，其主要研究内容是如何将数据 库运用到网格中。 数据库网格是以数据库为最主要资源的数据网格环境。研究的主要内容是 如何利用中间件技术把分布异构的数据库有效地集成到网格环境中，使其能够 共享数据库的数据和能力。并在此基础上在中间件上为用户提供更高层次，更 强功能的服务。 将数据库运用到网格中，面临的主要问题包括【1 。7 】 ( 1 ) 网格建立在服务的基础上，在网格中存取数据库必须符合网格的标准， 换句话说，数据库应该成为网格中的一种资源并且提供相应的服务； ( 2 ) 数据库有不同的种类( 如面向对象的数据库、关系数据库) ，而且属于同 一种类的数据库产品在功能和接口上也有很大的不同( 如o r a c l e 、d b 2 ) ，在集成 各种数据库到网格中时必须减少重复劳动，同时又要尽可能保留被集成的数据 库的全部功能； ( 3 ) 网格鼓励数据共享，而数据来自于不同的研究者和组织机构，有着各自 的数据库模式和数据库设计，因此提供一个中间件来完成异构数据的集成是很 重要的； ( 4 ) 最后要注意到网格中不仅包含结构化的数据，也包含半结构化的数据和 无结构的数据。 数据库网格的理想目标是对用户实现若干层次的透明性【l 引，以方便用户的 使用，实际的数据库网格环境需要实现哪些透明性，则视具体的需求而定。 ( 1 ) 分布的透明性：使用户感觉不到数据库是分布在各处的。 ( 2 ) 异构的透明性：使用户感觉不到数据库的异构性。这种异构包括了数据 存储方式的不同，数据格式的不同，管理数据的系统的不同等。 ( 3 ) 数据位置透明：用户无需了解数据源的位置。比如存储数据机器的口 地址，域名，数据的物理目录等。 ( 4 ) 数据访问方式透明：不同的数据库其数据的访问方式不同，有的访问方 法还比较复杂，这里要为用户提供统一的访问方法，让用户用