（通信与信息系统专业论文）网格技术在远程教育系统中的应用研究.pdf

摘要 摘要 网格是集成的计算与资源环境，其核心是消除信息孤岛，实现资源共享， 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。将 网格技术应用到远程教育系统中，可以使校园网内的各种计算资源以有效的方 式动态的组织起来，隐藏其内部的异构性和动态性，形成一个可相互利用、相 互合作、对用户相对透明的高性能计算环境，为科研教学提供高效可信的协同 计算服务。 论文通过引入w e b 服务资源框架w s r f ( w 曲s e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ) 技术规范，提出了一个新型的基于开放网格服务结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ) 的网格远程教育系统模型g e m ( g r i de d u c a t i o nm o d e l ) 。然后分析 和研究了模型的基本原理、思想，及其组成结构和各部分的主要功能，并详细 地探讨了其信息服务模块中的几个关键技术问题的解决方法。最后设计出了具 有服务注册、发布与调用功能的信息服务模块，并阐明了w s ( w 曲s e r v i c e ) 资 源的编程、通知机制和信息服务等的实现过程。该系统构建在g l o b u s 最新的技 术规范w s r f 及其具体实现g t 4 ( g l o b u st o o l k i t4 ) 基础上，使其具有良好的 网格信息索引与查询性能，能动态地适应网格的变化特征，给用户提供了更为 直接、更为一致的网格信息访问接口和更加丰富、更加灵活的信息服务操作， 具有简单性、跨平台性和易扩展性等特点。 关键词：网格计算；远程教育；网格信息服务；o g s a a b s t r a e t a b s t r a c t g r i di sa ni n t e g r a t e dc o m p u t i n ga n dr e s o u r c ee n v i r o n m e n t , w h o s eg o r ei st o e l i m i n a t ei s o l a t e di n f o r m a t i o ni s l a n da n dr e a l i z er e s o u r c e s h a r i n g ，i n c l u d i n g c o m p u t i n gr e s o u r e e ，s t o r i n gr e s o u r c e ，c o m m u n i c a t i o nr e s o u r g o ，s o f t w a r er e s o u r c e ， i n f o r m a t i o nr e s o u r c e ，k n o w l e d g er e s o u r c e ，a n ds oo n a p p l y i n gg r i dt e c h n o l o g yt o r e m o t ee d u c a t i o ns y s t e mc a ni n t e g r a t ea l lk i n d so fc o m p u t i n gr e s o u r c e sb y 锄 e f f e c t i v ew a y , l l i d ei t si n t e r n a li s o m e r i s ma n dd y n a m i cc h a r a c t e rt of o r ma h i g h - p e r f o r m a n c ec o m p u t i n ge n v i r o m e n to fm u t u a lu s a g e ，m u t u a lc o l l a b o r a t i o na n d r e l a t i v e l yt r a n s p a r e n c ef o ru s e r si no r d e rt op r o v i d et h eh i g h l ye f f e c t i v ea n dc r e d i b l e c o o r d i n a t i o nc o m p u t i n gs e r v i c e i nt h i sp a p e r , t h r o u g hi n t r o d u c i n gt h ew s r f ( w e bs e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ) t e c h n o l o g ys p e c i f i c a t i o n , an e wg r i de d u c a t i o nm o d e lb a s e do nt h eo g s a ( o p e ng r i d s e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) i sp r o p o s e d t h e ni t sb a s i cp r i n c i p l e s ，s t r u c t u r ea n de a c hp a r t s m a i nf u n c t i o n sa r ea n a l y z e da n ds t u d i e d s e v e r a le s s e n t i a lt e c h n i c a lp r o b l e m s o l u t i o n so fi t si n f o r m a t i o ns e r v i c ep a r ta r ed i s e u s s o di nd e t a i l s f i n a l l y , i n f o r m a t i o n s e r v i c ep a r t 、析廿】f u n c t i o n so ft h es e r v i c er e g i s t r a t i o n , p u b l i s h m e n ta n dc a l li s d e s i g n e d ，a n dt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s s e so fw s - r e s o u r c ep r o g r a m m i n g ，t h e n o t i f i c a t i o nm e c h a n i s ma n dt h ei n f o r m a t i o ns e r v i c ea r ed e s c r i b e d t h i ss y s t e mi s e s t a b l i s h e d0 1 1t h ew s r f , t h el a t e s tg l o b u st e c h n o l o g ys p e c i f i c a t i o n , a n dt h eg t 4 ( g l o b n st o o l k i t4 ) ，ac o m p l e t ei m p l e m e n t a t i o no ft h ew s r fs p e c i f i c a t i o n , w h i c h e n a b l e si tt oh a v eg o o dp e r f o r m a n c eo ng i i di n f o r m a t i o ni n d e xa n dq u e r y , a n dc a l l a d a p tt h eg r i dc h a n g ec h a r a c t e r i s t i cd y n a m i c a l l y i tp r o v i d e sam o r ed i r e c ta n dm o r e c o n s i s t e n tg r i di n f o r m a t i o na c c e s si n t e r f a c e a n dt h em o r ef l e x i b l ei n f o r m a t i o ns e r v i c e o p e r a t i o nf o rt h eu s e r s s o ，i th a st h ef e a t u r e so fs u p p l e n e s s ，p l a t f o r m - i n d e p e n d e n c e a n de x t e n s i b i l i t y k e y w o r d s ：g r i dc o m p u t i n g ；d i s t a n c ee d u c a t i o n ；g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e s ；o g s a 学位论文独创性卢明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，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 为获得直昌盍堂或其他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 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名( 手写) ：御麓签字日期：少穸年，月菇e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌厶堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌盔堂可以将学位沦文的全 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、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：印彩导师签名：鼍f 如3 ， 一 签字日期：旧够月名日签字目期：知u ) 年j 1 月日 第1 章引言 1 1 课题背景及研究意义 第1 章引言 网格是继i n t e m e = t 之后的又一重大科技进步，它将地理上分布异构的各种高 性能计算机、数据服务器、大型检索存储系统等通过网络连接集成，对所有资 源统一调配和使用，建立面向网络服务的通用基础支撑环境，实现i n t e m e t 上计 算资源、数据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 区域或全球合作或协作的虚拟科研和实验环境，支持以大规模计算和数据处理 为特征的科学活动。随着现代高科技的发展，以网络为基础的科学活动环境已 经成为当前国内外研究的热点和前沿领域。当今全世界都密切关注的网格计算 技术正是实现基于网络的科学活动虚拟计算环境的理想平台。网格计算是一个 分布式和并行计算的支持平台，是一种无缝、集成计算和协同环境。它可以作 为虚拟的整体使用在地理上分散的计算资源中，基于i n t e r a c t 的网格计算系统不 但能使人们聚集分散的计算资源、形成超级计算的能力，而且还能使人们共享 和充分利用网络中的各种资源。 1 1 1 网格将改变未来远程教育模式 随着信息技术的发展，自二十世纪后期，因特网开始成为教学传递的一种 手段，随之网上教学逐渐成为教育领域中最受关注、发展最快的一种新的教学 传递模式。而远程教育技术的关键是教育资源的开发、组织与管理。远程教育 在全球范围内，有着急速发展的趋势，正因如此也带来了许多需要解决的问题， 在这主要说明两个方面的问题。 1 缺乏广泛的资源合作 现代远程教育的核心和精髓是教育资源的共享，这种资源包括师资、教学 内容和教学思想等。尽管传统的网络教学系统或者基于网络的远程教学系统都 强调共享，但这种共享还是处于相对较低的水平上。从教学资源上来看，形式 多样，格式不统一，无法进行统一有效的协调和管理；从硬件和操作系统来看， 各种异构系统并存，许多远程教学系统无法在不同的平台上运行；从实现的方 第1 章引言 式上来讲，大多是静态或动态的w e b 页面，没有体现服务的概念。而网格远程 教育系统通过为用户提供统一的服务接口，实现更高层次的共享，这种共享不 仅仅体现在教学资源上，而且包括各种硬件资源的共享。 2 存在大量的异构系统 计算机网络是典型的异构系统。不同的机型，不同的操作系统，不同的计 算机编程语言，运行在各式各样机型、操作系统上的应用软件等等，使得开发 分布式系统软件十分困难。当一个远程教育系统移植到另外一个网络平台的时 候，可能会发现，该系统与其硬件平台或者操作系统不兼容，导致应用系统的 重新开发。另外，目前许多的远程教育系统，教学资源不能在不同的操作系统 和硬件平台上移植，导致巨大的重复劳动。如何解决此类问题，国际上著名的 软件公司、技术组织和厂商都在寻求解决方案。比如：j a v a 、x m l ( e x t e n s i b i e m a r k u pl a n g u a g e ) 、c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 、网 格( g r i d ) 等技术的出现，都是在不同层次和角度来解决异构问题。 互联网曾经改变了人们的生活方式和学习方式，而网格技术作为下一代的 i n t e m e t ，将会对人类生活的各个方面产生重大影响。当然，网格技术进入教育 领域，也会极大地改变远程教育的模式。在理想的教育网格环境中，学习者只 需要提出自己的学习( 服务) 要求，网格系统就可以为你提供相应的学习资源 和知识。对学习者来讲，服务是透明的，不必关心学习资源是谁来提供和怎样 提供的，整个网络可以看成一个超级的计算机，计算资源、存储资源、数据资 源、信息资源、知识资源、专家资源等可以得到全面共享。 1 1 2 本课题的研究意义 随着我国计算机网络技术和科学研究的不断发展，校内各服务站点的数据 以及应用程序共享，也越来越受到人们的关注。怎么样消除信息孤岛，使各信 息站点能够共享资源( 各类资源) ，进行统一有效的协调和管理，是摆在人们面 前的重要课题。而网格的一个很重要的特征就是能够最大限度的信息共享。 对于提供教育资源的服务器来讲，其能力总是有限的，而从网格的概念来 讲，整个网络可以看成是一台虚拟的超级计算机，用户只需要通过网格门户， 就可以透明地访问整个网络上的资源。它突破了以往强加于网络资源之上的种 种限制，使人们可以以一种全新的更自由更方便的方式使用网络资源。网格可 2 第1 章引言 以提供强大的教育资源服务能力。 网格打破了传统的共享协作模式。传统上对资源的共享往往停留在数据或 者文件传输的层次上，大多是静态或动态的w e b 页面，而网格资源的共享则可 以做到对资源的直接控制。 人们往往把教育资源和特定的有形的计算机联系起来，而网格则是去除了 各种资源外在的形式，将其内在的资源抽象出来，形成了统一协调资源的能力。 它可以使人们改变观念和理念，在另一个高度来认识这个世界。 1 2 网格及其国内外研究现状 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，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【l 2 1 。美国g l o b u s 项目的 领导人l 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提到网 格必须同时满足三个条件1 3 1 ： 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户，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，或是不同公司的不同管理单元。并 且网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一些基本问 题，如认证、授权、资源发现和资源访问等。 3 提供最好的服务质量 网格允许协调使用其它的组成资源，以便提供各种服务质量，如响应时间、 吞吐量、可用性和安全性等。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。 第1 章引言 1 2 2 网格与w o b 的融合 网格被誉为继i n t e r n e t 和w e b 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 e b 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，目前相当重要的一项工作就是建立一个通用的网 格服务标准规范，使网格计算与目前的w e b 服务能够很好地融合。 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 ( g l o b u sg r i d f o r u m ) 会议上，o l 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开 放网格服务结构o g s a ( o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 。o g s a 把g l o b u s 标准 与以商用为主的w e b 服务的标准结合起来，网格服务统一以服务的方式对外界 提供。2 0 0 3 年符合o g s a 规范的g l o b u s t o o l k i t3 0 ( 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【4 ，5 1 。 开放网格服务基础设施o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) 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。因此 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 i t e c h n o l o g i e s 、美国t h e g l o b u s a 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 os o f t w a r e 六公司公布了统一网格计算和 w e b 服务的新标准w e b 服务资源框架w s r f ( w s r e s o u r c ef r a m e w o r k ) 和w e b 服务通知嘲w s n ( w s - n o t i f i c a t i o n ) 。w s r f 是o g s i 的重构和发展，利用新的 w 曲服务标准。w s r f 基本保留了0 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 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。 4 第1 章引言 1 2 3 国内外研究现状 目前，网格的研究主要发生在美国和欧洲。英国政府已投资1 亿英镑，研 制“英国国家网格”( u kn a t i o n a lg r i d ) 。美国政府用于网格技术的基础研究经 费已达五亿美元。美国军方正在规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信 息网格”( g l o 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，美国海军和海军陆战队己先期启动一个1 6 0 亿美元的八年项目，包括 系统的研制、建设、维护和升级。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，例如，i b m 最近宣布 投资4 0 亿美元启动一个全公司的“网格计算创新计划”，太阳微系统公司在 2 0 0 0 年9 月公布了它的网格引擎软件。全球网格论坛( g g f ) s l 是目前主要的 合作组织，已经成为事实上的全球性网格技术标准化组织。目前，国外已有多 个网格软件系统的实现，如研究界的g t ( g l o b u st o o l k i t ) 9 1 、l e g i o n s y s t e m ， 商业界的w e b s p h e r e ( i b m 公司) 、s u no n e ( s u n 公司) 、n e t ( 微软公司) 等。 其中最具影响力的是g t ，已经成为g g f 的主要参考标准。 在我国，已经完成的网格研究项目主要有清华大学的先进计算基础设施 a c i i l 0 j ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) 和以中科院计算所为主的国家高 性能计算环境n h p c e l ( n a t i o n a lh i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 。 2 0 0 2 年4 月5 日至6 日，科技部召开了“网格战略研讨会”，确认将网格的 研究和应用列为“8 6 3 计划”的一个专项【1 2 1 ，随即成立了专项专家组。8 6 3 网 格专项投资高达3 亿，主要任务是：研制面向网格的万亿次级高性能计算机、 具有数万亿次聚合计算能力的高性能计算环境；开发具有自主知识产权的网格 软件；建设科学研究、经济建设、社会发展和国防建设急需的重要应用网格； 制定若干与网格相关的国家标准，参与制定国际标准，使一批发明专利和软件 获得受理和登记，形成自主知识产权。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 ，其中网格是重点，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，李三立院士担任首席科学家。 另据消息，教育部也将对网格研究进行大力支持。早在2 0 0 0 年，教育部就支 持李三立院士进行a c i 的北京上海试点工程，取得了阶段性成果。据说，教育 部希望百所重点高校拥有千亿次级别的高性能计算机，以提高科研水平。在此 基础上，建设一个覆盖全国主要高校的网格是水到渠成的事。 第1 章引言 1 3 本文的主要工作 本文主要提出一种基于网格的远程教育系统模型g e m ( g r i de d u c a t i o n m o d e l ) ，并借鉴当前的网格信息服务理论研究，结合0 g s a 的研究现状和其最 新规范w s r f ，利用g t 4 和j a v a 技术设计出网格远程教育系统中具有服务发布、 注册和调用功能的信息服务模块。 在论文中作者研究的主要工作包括： 1 学习和研究o g s a 体系结构、最新规范w s r f 以及网格信息服务的概念、 理论。 2 提出一个基于网格的远程教育系统模型。该模型是一个基于网格的虚拟 教学环境，它的主要目的是为了能够更好的共享有限的教育资源。 3 深入研究和分析g t 4 信息服务体系结构和运行流程，结合x m l 技术、 网格技术和w s r f 规范技术，详细分析和阐述网格远程教育系统中信息服务模 块的组成结构和各部分的主要功能。 4 利用w e bs e r v i c e s 和网格技术的结合设计出信息服务模块，并详细分析和 说明三个关键技术问题资源信息描述、通知机制和信息服务的实现过程。 1 4 本文的组织结构 本文共分为6 章，组织结构如下： 第l 章引言。本章主要叙述了课题的研究背景及意义、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 章网格技术概述。本章详细介绍了网格技术及其相关协议，重点分析 了0 g s a 、w s r f 技术特点。 第3 章网格信息服务。本章首先介绍了网格信息服务的概念、基本功能及 网格信息服务模型，然后详细阐述了g t 4 ( g l o b u st o o l k i t4 ) 信息服务组件 监控和发现系统m d s 4 ( m o n i t o r i n ga n dd i s c o v e r i n gs y s t e m4 ) 的服务类型以及 构建聚合服务的聚合框架。 第4 章基于网格的远程教育系统模型。本章首先提出了基于网格计算的远 程教育系统模型，介绍了模型的结构组成、主要功能和工作流程，然后重点对 该模型的信息服务模块进行设计和分析，深入探讨了几个关键技术。 6 第1 章引言 第5 章远程教育系统中信息服务模块的设计与实现。本章详细说明了信息 服务模块的设计和三个关键技术问题资源描述、通知机制和信息服务的实 现过程，并给出了部分核心代码。 第6 章总结与展望。总结论文的研究成果，并提出进一步要进行的工作。 7 第2 章网格技术概述 第2 章网格技术概述 2 1w e b 服务与网格简介 w e b 服务w s ( w e bs e r v i c e s ) 是一种基于可扩展标记语言x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ) 的技术，能够统地封装信息、行为、数据及商务流程，把 应用程序改变成可重用的和柔性的组件。它通过w e b 服务描述语言w s d l ( w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 来描述，通过简单对象访问协议s o a p ( s i m p l e o b j e c t a c c e s s p r o t o c 0 1 ) 来访问，在商业注册中心一统一描述、发现和集成u d d i ( u n i v e r s a ld i s c r i 【p t i o n 。d i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 中发布，这样开发者和应用程 序可以搜索并定位到该服务。w e b 服务描述了一种全新的分布式计算方式。强 调基于x m l 来解决异构分布计算问题【l3 1 。 w e b 服务中服务的提供者将服务的各种属性向服务中介发布，服务申请者 通过中介发现服务，并绑定服务目标，其流程如图2 1 所示。其中服务可以是 由一个提供者组成，也可以是多个服务的集成。 图2 1w e b 服务的工作流程 网格是采用新型技术通过高速网络连接并集成地理上分布的、异构的各种 高性能计算机系统、软件系统、大型数据存储系统、数字化仪器设备、控制系 8 第2 章网格技术概述 统甚至是人等各种资源，并将它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的、 同时还是经济的计算能力，实现跨地域的、分布式的高性能联合、协同计算， 为用户提供一体化的高性能计算服务、信息处理服务和决策支持服务，充分发 挥网络资源的综合效能。简而言之，网格就是一个集成的计算与资源环境，或 者说是一个计算资源池【1 4 ，”】。 在网格构建平台方面，现在最有影响力的是g l o b u s ，它提供了一套构建网 格的工具包g l o b u st o o l k i t 。在g t 2 x 中对应的是五层沙漏结构，这种结构强调 的是协议，在结构的五层中存在许多协议，而其核心部分协议较少，形成一种 沙漏的形状，因此而得名。这种结构应用面较窄，有逐渐被替代的趋势。 随着互联网技术的发展，g l o b u s 的网格技术在网格操作系统中已成为广泛 接受的网格技术求解方案，而w e b 服务也成为访问网络应用时普遍采用的标准 框架。把这两条不同路线进行的研究活动归纳到一条主线上来，成为了一种新 的面向服务的网格系统结构开放网格服务结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ) 。 2 2 开放式网格服务体系结构 2 0 0 2 年6 月g l o b u s 联盟首次在全球网格论坛g g f 上提出了开放式网格服 务体系结构o g s a 的理念，这是继五层沙漏结构之后最重要，也是目前最新的 一种网格体系结构。 o g s a 的目标是使科学研究领域的网格技术和商业计算的w e b 服务技术集 成起来创建基于开放式网格服务平台的分布式系统框架1 16 】。o g s a 利用和w e b 服务同样的底层结构，例如x m l ，s o a p ，w s d l 等，并对w e b 服务进行了许 多重要的概念上和应用上的扩展来满足o g s a 的要求。遵循o g s a 标准的系统 都可以连在一起，用户可以很容易地集成、共享各种系统提供的功能，可以节 省用户的开发成本，提高开发效率。 2 2 10 6 8 a 标准接口 在o g s a 下，网格被看作是一组可动态扩展的服务，这些服务通过不同的 方法聚合在一起来满足虚拟组织的需要。网格服务提供完善的接口定义，遵循 9 第2 章网格技术概述 特定的协议。目前o g s a 定义了7 种标准接口：g r i d s e r v i e e ，n o t i f i c a t i o n s o u r c e ， n o t i f i c a t i o n s i n k ，r e g i s t r y ，f a c t o r y ，p r i m a r y k e y 和h a n d l e m a p ，如表2 1 所示。 利用这些接口及其操作，就能实现网格服务的发现、动态创建、使用期限管理、 通知等最基本的功能。除此之外，还应该定义一些附加接口来实现类似授权、 策略管理、并发控制的功甜m 。 表2 1o g s a 的标准接口及其操作描述 接口操作描述 f i n d s e r v i c e d a t a矗询刚格服务实例的再种信息 g r i d s e v r i c e s e t t e m i n a t i o n t i m e设置并得到叫格服务实例的终止时间 d e s t r o y 终止嘲格服务实例 n o t i f i c a t i o 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 向通知发送者进行登记 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 取消骨记 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 嘲格服务句柄的软状态注册 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 取消注册的刖格服务 u 柄 f a c t o r yc r e a t e s e r v i c e创建新的删格服务实例 f i n d b y p r i m a r y k e y 返叫由特定键值创建的删格服务句柄 p r i m a r y k e y d e s t o r y b y p d m a r y k e y 撒消特定键值创建的嘲格服务实例 h a n d l e m a p f i n d b y h a n d l e 返i o l j 刚格服务f u 柄相联系的实例 一个网格服务可以通过n o t i f i c a t i o n s o u r c e 把自己与需要自己信息的服务联 系起来，通过n o t i f l c a t i o n s i n k 接收其他服务发送给自己的通知。这样多个网格 服务之间就可以形成更为紧密的联系。每个网格服务接收哪些服务的什么信息， 或者把特定的信息发送给哪些服务，是通过订阅功能来实现的。 2 2 2 网格服务 o g s a 以服务为中心，把一切都抽象为服务，计算资源、存储资源、网络、 程序、数据库等都是服务。o g s a 给这些服务定义为提供一套良好定义接口和遵 循一定规范的w e b 服务，也就是网格服务。采用一个统一的面向服务的模型意 味着环境中的所有组件都是虚拟的。这种将一切都抽象为服务的观念使o g s a 有利于通过统一的标准接口和行为来管理和共享网格上功能各异的资源。 1 网格服务的组成 网格服务通过定义接口来完成不同的功能，服务数据是关于网格服务实例 1 0 第2 章网格技术概述 的信息，因此网格服务可以简单地表示为“网格服务= 接口行为+ 服务数据”【懵】。 网格服务的体系结构如图2 2 所示。 服务数据的访问 显式撤销 软状态生命周期 绑定特性 可靠激活 一认证 网格服务 ( 必需的) 其它接口 ( 可选的) 标准接口： 一通知 壤权 服务创建 一服务注册 管理 一并发 + 面向特别 应用的接口 图2 2 网格服务的体系结构 应该说，服务的概念并不陌生，如c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 和j 2 e e 中都有服务的概念。网格服务和这些服务的不同在于网格 服务没有提供一个大而完整的服务，而是提供一些具有基本行为和属性集的原 子服务，再用这些原子服务去构建其他的高级服务。这种设计保证了所有的网 格服务都有一组公共的原子的行为，可以被其他的系统基础设施服务和元服务 所操纵。 2 网格服务的基本功能 基于网格服务的概念，0 g s a 将整个网格看作是“网格服务”的集合，但是 这个集合不是一成不变的，是可以扩展的，这反映了网格的动态特性。网格服 务利用o g s a 定义的标准接口来实现五个基本功能1 9 , 2 0 l 。 ( 1 ) 动态创建服务 使用f a c t o r y 接口提供的c r e a t e s e r v i c e 操作可以创建网格服务，每个服务实 例都会被分配一个全局唯一的名字，称为网格服务句柄g s h ( g r i ds e r v i c e h a n d l e ) 。网格服务会动态变化，因此不包含任何与服务具体实现相关的信息， 这些信息被g s h 封装在网格服务参照g s r ( g r i ds e r v i c er e f e r e n c e ) 中。 第2 章网格技术概述 c r e a t e s e r v i c e 操作返回新建服务实例的g s h 和初始g s r 。 ( 2 ) 服务生命周期管理 当客户端通过f a c t o r y 接口创建服务实例时，可以指定期望使用该服务的时 间长度，f a c t o r y 负责选定一个初始使用期限返回给客户。之后客户也可以直接 通过c r r i d s e r v i c e 接口提供的s e t t e r m i n a t i o n t i m e 操作来实现同样的功能。服务 建立后，客户通过定期发送k e e p a l i v e 消息来表明自己处于活动状态，超过使用 期限或长时间未收到消息k e e p a l i v e 后，服务器可通过d e s l t o y 操作终止服务实 例。 ( 3 ) g s h 和g s r 的管理 g s h 和g s r 的管理首先要解决如何通过给定的g s h 来与对应的网格服务 建立通信。解决的方法是定义一个h a n d l e - t o r e f e r e n c e 的映射接口h a n d l e m a p ， 以实现g s h 到g s r 的映射。 为了保证操作的有效性，必须要求每个服务实例至少在一个h a n d l e m a p ( 称 之为主h a n d l e m a p ) 服务上进行注册。然后只需在g s h 中包含主h a n d l e m a p 的 u r l ，就可以通过调用h a n d l e m a p 的f i n d b y h a n d l e 操作来获取g s r 信息，以 实现g s h 到g s r 的映射。 因此，h a n d l e m a p 与f a c t o r y 接口在实现上存在着联系。f a c t o r y 响应请求时 返回的g s h 中必须包含主h a n d l e m a p 的u r l ，同时必须把g s h 到g s r 的映射 添加到服务中并不断更新其信息。实际上，f a c t o r y 和h a n d l e m a p 可由一个服务 来实现。 ( 4 ) 服务数据和服务发现 一个网格服务实例维护一个服务数据元素的集合，可以用l 元素集的形 式描述。支持服务发现的网格服务被称之为注册服务，注册服务定义了r e g i s 仃y 接口，为g s h 的注册提供相应操作( r e g i s t e r s e r v i c e ，u n r e g i s t e r s e r v i e e ) 。同时， 通过g r i d s e r v i c e 接口定义的f i n d s e r v i c e d a t a 操作，可以获取注册过的g s h 的 信息。 ( 5 ) 通知( n o t i f i c a t i o n ) 通知机制允许客户订阅自己感兴趣的通知消息，同时提供异步、单向的通 知发送功能。前者可通过n o t i f i c a t i o n s o u r c e 接口的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 操作来实现，后者可通过n o t i f i c a t i o n s i n k 接口的d e l i v e r n o t i f i c a t i o n 操作来实现。 1 2 第2 章网格技术概述 2 2 3o g s i ( o p e n ( i t i ds e r v i c oi n f r a s t r u c t u r e ) 在o g s a 刚提出不久，g g f 及时推出了开放网格服务基础设施( 0 g s i ) 草 案，并成立了o g s i 工作组，负责该草案的进一步完善和规范化。0 g s i 是作为 o g s a 核心规范提出的，它的核心就是网格服务规范，该规范在w e b 服务的基 础上定义了网格服务的标准接口和行为。o g s i 规范通过扩展w e b 服务描述语言 w s d l 和x m l 模式的使用，来解决具有状态属性的w e b 服务的问题。 但近一两年的实践证明，o g s i 存在明显的不足。其过分强调网格服务和 w 曲服务的差别，导致了两者之间不能更好地融合在一起。 2 3w e b 服务资源框架( w s - r e s o u r c ef r a m e w o r k ) w 曲服务资源框架w s i 江( w 曲s e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ) 于2 0 0 4 年初 由g l o b u s 联盟和m m 提议的，目的是利用新的w e b 服务标准，主要来说就是 w e b 服务寻址( w s a d d r e s s i n g ) ，发展基于早期实现和应用程序体验的o g s i 。 虽然o g s i 提出了网格服务的概念，但把资源和访问资源的服务代码笼统抽象为 网格服务，不仅使资源访问不够灵活，而且把w 曲服务扩展为网格服务，失去 了现有开发技术的支持【2 “。w s r f 正是在重构o g s i 的基础上发展而来，它把 w e b 服务资源清晰地划分为无状态w e b 服务和有状态资源的组合，定义了状态 资源的w 曲服务隐式资源访问模式( i m p l i e dr e s o u r c ep a t t e r n ) 【2 2 】。在该模式下 状态资源被当作w e b 服务所实现的消息交换处理过程的隐式，输入通过把状态 资源作为服务代码执行的宿主使得w 曲服务和状态资源有机地结合在了一起， 从而把网格技术和w e b 服务标准很好地融合到了一起，沿着相同的道路向前发 展。所以说，在新的o g s a 体系中，w s r f 替代了o g s i ，不同的是w s r f 完 全采用w e b 服务结构和技术。 2 3 1 髑资源 w s r f 把o g s i 的网格服务重新定义为一种运行在状态资源上的一个无状态 服务，我们称这种服务为w s 资源。w s 资源是w e b 服务和状态资源的组合嗍。 w e b 服务是一些能使端点地址( e n d p o i n t a d d r e s s ) 有效的可操作执行组件， 第2 章网格技术概述 是一种无状态但能访问状态的实现。状态资源是指系列能被x m l 文档表示的 状态数据，这种状态数据有一个能够非常容易定义的生命周期并能够被一个或 者多个w e b 服务识别。状态资源可以被创建、赋予身份和删除等，它的例子有 文件系统中的文件、关系数据库中的一行或其他状态资源的集合。w s 资源引入 了状态资源的概念，提供对逻辑状态资源的访问和操作，这些操作基于服务发 送和接受的请求完成，使无状态的w e b 服务加强可靠性和可测量性。w