（计算机应用技术专业论文）分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现.pdf

坌塑茎盐苎主垫墼塑堡塑量笪堡塑里塞量塞望一一 a b s t r a c t s u p p o r t e db yt h et h e o r yo ff i n i t e e l e m e n ta n a l y s i sa n dc o m p u t e rs c i e n c e ，t r a d i t i o n a l f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o , w a r e st h a ta r em a i n l yu s e do nas i n g l ec o m p u t e rh a v eb e c o m ea p o w e r f u lt o o lt os o l v ec o m p l i c a t e de n g i n e e r i n gp r o b l e m s o n e o f t h e mi st h ej i f e xs o f t w a r e s y s t e m ，w h i c h i s d e v e l o p e db y t h e d e p a r t m e n t o f e n g i n e e r i n g m e c h a n i c so fd a l i a n u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y h o w e v e r ，d u et o t h el i m i to fc p u ss p e e da n dm e m o r yc a p a c i t y ， l a r g es c a l ee n g i n e e r i n ga n a l y s i sp e r f o r m e db yt h e t r a d i t i o n a lf e as o f t w a r ea l w a y sc o s t s l e n g t h yc o m p u t i n gt i m e ，a n de v e nr e s u l t si n t h ef a i l u r eo ft h ea n a l y s i s t h i sp r o b l e mh a s b e c o m et h eb o t t l e n e c ki na p p l y i n gt r a d i t i o n a lf e as o f t w a r et oe n g i n e e r i n gp r a c t i c e i no r d e r t or e m e d yt h i sd e f i c i e n c y ，ag r e a td e a lo fr e s e a r c hw o r kh a sb e e nd o n eo ni t o n eo ft h e s u c c e s s f u lr e s e a r c h e sj st oc o m b i n et h et r a d i t i o n a lf e at e c h n i q u e sw i t ht h ed i s t r i b u t e d c o m p u t i n gt h e o r ya n dt e c h n i q u e st h a tm a t u r a t eg r a d u a l l yw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e r n e t w o r kt e c h n o l o g y o no n e h a n d ，t h r o u g hc o m p u t e rn e t w o r k ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g t e c h n i q u e sc a ni n t e g r a t ei n d e p e n d e n tc o m p u t e r si n t o ac o l l a b o r a t i v ee n t i t y ，t h e r e b yg r e a t l y e n h a n c i n gt h e i rc a l c u l a t i n gs p e e da saw h o l e ，a n dt h u sc a nd e a lw i t ht h ee n o r m o u sn u m b e ro f c a l c u l a t i o nt os o m ee x t e n t o nt h eo t h e r h a n d ，d a t a - s h a r i n g m e c h a n i s mi nd i s t r i b u t e d c o m p u t i n ge n v i r o n m e n tc a ne f f e c t i v e l ya c h i e v et h es t o r a g eo fal a r g en u m b e ro fd a t at h a t e x i s t si n l a r g e s c a l e e n g i n e e r i n ga n a l y s i s b e s i d e s ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gs y s t e m s t i l l p o s s e s s e s t h em e r i t so fe x p a n s i b i l i t ya n d f l e x i b i l i t y o ft h ea r c h i t e c t u r e a sa r e s u l t ， c o m b i n i n gt h ed i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n o l o g yw i t ht h et r a d i t i o n a lf e at e c h n i q u e sa n d d e v e l o p i n gd i s t r i b u t e df e a s o f t w a r ec a nt a c k l et h ea p p l i c a t i o nb o t t l e n e c ko ft r a d i t i o n a lf e a s o f t w a r ea n de x p a n di t su s a g ei ne n g i n e e r i n ga n a l y s i s h o wt oa c c o m p l i s ht h ed a t at r a n s m i s s i o na m o n gv a r i o u sc o m p u t e r si so n eo ft h ec r i t i c a l p r o b l e m si nt h ed e v e l o p m e n t o fd i s t r i b u t e df e a s o f t w a r e ，b e c a u s ei ti st h ep r i o rc o n d i t i o no f a c h i e v i n gt h ec o n n e c t i o n ，t h em u t u a lo p e r a t i o n a n dt h e c o o p e r a t i v e w o r kb e t w e e nt h e i n d e p e n d e n tc o m p u t e r s b a s e do nd e m o n s t r a t i n gt h ef e a s i b i l i t ya n dn e c e s s i t yo fa c h i e v i n g d i s t r i b u t e df e ac o m p u t i n ga c c o r d i n gt ot h ec l i e n t s e r v e rp a t t e r n ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e sa p r o t o t y p es y s t e ma n dd e v e l o p sd a t at r a n s m i s s i o na n dm a n a g e m e n tf u n c t i o n a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ed a t ai nf e a at r a n s m i s s i o np r o t o c o li sd e f i n e dt oi m p r o v ei t se f f i c i e n c y w i t ht h eh e l po ft h es o c k e tp r o g r a m m i n g t e c h n i q u e t h a ts u p p o r t st h et c p i pp r o t o c o l ，ar e a l t i m ed a t at r a n s m i s s i o nm o d e li s p r e s e n t e dt o a d d r e s st h ed a t a s y n c h r o n i z a t i o ni s s u e s i n o r d e rt oh a n d l et h ep r o b l e me x i s t i n gi nt h es t o r a g eo fal a r g en u m b e ro f d a t a ，i n t e g r a t e dd a t a m a n a g e m e n tm e t h o d h a sb e e ni n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r t h es u c c e s s f u li m p l e m e n t a t i o nw i l l e n h a n c et h ed i s t r i b u t e dc o m p u t i n g a b i l i t yo f j i f e x k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ，f i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s ( f e a ) ，t c p i pp r o t o c o l ， d a t at r a n s m i s s i o n ，d i s t r i b u t e df es o f t w a r e 坌塑塞盐苎主盟墼塑堡塑皇篁堡盟塑塞皇壅翌 第一章绪论 1 1 引言 随着现代力学、计算数学和计算机技术等学科的发展，有限元分析作为一 个具有巩固理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，为解决复杂的工程分析 计算问题提供了有效帮助，在国民经济建设和科学技术发展中发挥重大的作 用。国际上从2 0 世纪6 0 年代开始投入大量人力和物力开发有限元分析软件， 目前功能强大的商品化软件主要有n a s t r a n 、a n s y s 、a b a q u s 、c o s m o s 、 a d i n a 等。国内大连理工大学研制开发的新一代有限元分析与结构优化软件 系统j i f e x 具有大规模工程计算能力。随着科学技术的发展，人们正在不断建 造更为快速的交通工具、更太规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发 电机组和更为精密的机械设备，其中工程结构分析是关键技术环节之一，需要 有限元分析的问题的规模也越来越大【2 儿3 1 。由于受计算机c p u 计算速度的限制 以及有限存贮空间的制约，使用传统的有限元分析软件分析这些超大规模的工 程问题，往往会造成计算时间过于漫长，甚至无法进行分析计算。这一点已成 为传统有限元分析软件在工程实践中得到更深层次应用的瓶颈问题之一【4 j 。 2 0 世纪9 0 年代，i n t e r n e t 蔓延到世界各地，成为人们沟通信息和协同工作 的有效工具，更为重要的是，i n t e r n e t 上汇集的成千上万的计算资源、数据资 源、软件资源。计算机网络技术的发展使相互独立的计算机通过网络集合成一 个相互协调的有机整体” ，基于网络的分布式计算有着巨大的计算潜力、电好 的可扩展性和灵活的体系结构，成为当今计算机技术发展的一个重要分支【6 】。 将计算机网络技术与传统有限元计算技术相结合，有效提高分析速度，解 决超大型有限元分析时间过长的问题；通过数据共享机制解决超大规模工程分 析中的海量数据的存贮问题，因此分布式有限元计算是传统有限元计算技术发 展的一条新思路 7 1 。数据传输是开发分布式有限元计算软件亟待解决的关键问 题之一，因为它是实现各独立计算实体互连、互操作和协同工作的基础【8 】【9 1 。 1 2 分布式计算 i n t e r n e t 中的各种资源存在着形态、性能、功能、以及使用和服务方式等多 方面的差异，这种多层次的异构性和系统状态的不确定性造成了用户有效使用 系统各种资源的巨大困难【1 0 】。在网络计算环境中，如何准确简便地用程序设计 语言等方式描述应用问题和资源需求，如何使软件系统能够适应异构动态变化 的环境。保证网络计算系统的可靠性，使用户能够便捷有效地开发和使用系统 聚合的效能，是实现网络计算的关键问题。回顾计算机网络的发展历史可以看 到：网络计算模式经历了七八十年代的集中式计算模式、9 0 年代的分布式计算 模式的演变历程】。 集中式计算模式包括：主机终端结构和工作站文件服务器结构，前一种 的各种计算主要集中在主机上；而后一种的各种计算主要集中在工作站上完 成。 坌塑塞盐苎主盟墼塑堡塑皇篁堡盟塑塞皇壅翌 第一章绪论 1 1 引言 随着现代力学、计算数学和计算机技术等学科的发展，有限元分析作为一 个具有巩固理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，为解决复杂的工程分析 计算问题提供了有效帮助，在国民经济建设和科学技术发展中发挥重大的作 用。国际上从2 0 世纪6 0 年代开始投入大量人力和物力开发有限元分析软件， 目前功能强大的商品化软件主要有n a s t r a n 、a n s y s 、a b a q u s 、c o s m o s 、 a d i n a 等。国内大连理工大学研制开发的新一代有限元分析与结构优化软件 系统j i f e x 具有大规模工程计算能力。随着科学技术的发展，人们正在不断建 造更为快速的交通工具、更太规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发 电机组和更为精密的机械设备，其中工程结构分析是关键技术环节之一，需要 有限元分析的问题的规模也越来越大【2 儿3 1 。由于受计算机c p u 计算速度的限制 以及有限存贮空间的制约，使用传统的有限元分析软件分析这些超大规模的工 程问题，往往会造成计算时间过于漫长，甚至无法进行分析计算。这一点已成 为传统有限元分析软件在工程实践中得到更深层次应用的瓶颈问题之一【4 j 。 2 0 世纪9 0 年代，i n t e r n e t 蔓延到世界各地，成为人们沟通信息和协同工作 的有效工具，更为重要的是，i n t e r n e t 上汇集的成千上万的计算资源、数据资 源、软件资源。计算机网络技术的发展使相互独立的计算机通过网络集合成一 个相互协调的有机整体” ，基于网络的分布式计算有着巨大的计算潜力、电好 的可扩展性和灵活的体系结构，成为当今计算机技术发展的一个重要分支【6 】。 将计算机网络技术与传统有限元计算技术相结合，有效提高分析速度，解 决超大型有限元分析时间过长的问题；通过数据共享机制解决超大规模工程分 析中的海量数据的存贮问题，因此分布式有限元计算是传统有限元计算技术发 展的一条新思路 7 1 。数据传输是开发分布式有限元计算软件亟待解决的关键问 题之一，因为它是实现各独立计算实体互连、互操作和协同工作的基础【8 】【9 1 。 1 2 分布式计算 i n t e r n e t 中的各种资源存在着形态、性能、功能、以及使用和服务方式等多 方面的差异，这种多层次的异构性和系统状态的不确定性造成了用户有效使用 系统各种资源的巨大困难【1 0 】。在网络计算环境中，如何准确简便地用程序设计 语言等方式描述应用问题和资源需求，如何使软件系统能够适应异构动态变化 的环境。保证网络计算系统的可靠性，使用户能够便捷有效地开发和使用系统 聚合的效能，是实现网络计算的关键问题。回顾计算机网络的发展历史可以看 到：网络计算模式经历了七八十年代的集中式计算模式、9 0 年代的分布式计算 模式的演变历程】。 集中式计算模式包括：主机终端结构和工作站文件服务器结构，前一种 的各种计算主要集中在主机上；而后一种的各种计算主要集中在工作站上完 成。 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 分布式计算( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ) 是指借助计算机网络将分布在不同地 点的计算实体组织在一起，进行信息处理的一种方式。分布式计算的理想目标 就是要实现分散对等的协同计算，这也是网络技术发展的一个理想目标。 分布式主要指数据分布和计算分布，数据分布是指数据可分散存储在网络 上的不同计算机中；计算分布则是把操作计算分散给不同的机器进行处理。在 物理上，分布式数据库的资源结构与分布式的组织结构( 企业单位或社会团体) 相吻合；而逻辑上的相关性，又使它们可以利用计算机网络集成为功能强大的 系统。分布式计算模式在系统可靠性、可扩展性、可用性和并行处理等方面具 有明显的优势【12 1 。分布式计算模式主要指客户机服务器结构和w e b 计算结构， 其目的是将计算工作分摊到多部计算机中，降低集中在单部计算机上运算的负 载及可能的危险。 1 3 相关领域的研究现状 国际上分布式计算应用范围比较广泛，从金融、保险、政府部门到电信、 公共设施，从零售业到医疗卫生，乃至媒体娱乐等等【13 1 ，可以说覆盖了国民经 济的各个行业，如表1 1 所示。 表i 1 分布式计算行业应用 t a b 1 id i s t r i b u t e dc o m p u t i n ga p p l yi nm a n yt r a d e s 行业用途 金融、银行和电子银行营业点自动代理资本市场赔偿处理客户自服务电子 保险商务 零售业 自动售货点( p o s ) 客户自服务零售点数据收集存货清单纵向应 用设备执行信息系统 电信 服务、调度，可编程的逻辑控制器t e m s 、路由器、p b x 系统c a l c e n t e r 网络管理，无线设备 健康家庭健康，临床记帐，药物分发自动化服务系统 公共设施分布资源管理，调度、服务政府部门政府分支机构自动稽查审 计 媒体、体育和自动服务系统事件管理 娱乐 制造业机器自动化 软件o e m具有嵌入式存储的缩小的软件应用 1 3 1 分布式计算机辅助设计研究现状 计算机集成制造( c i m s ) 是现代企业组织、管理与运行的一种理念，c i m s 则是按照计算机集成制造的思想建立的一套复杂的人机系统。计算机集成制造 系统是指以计算机为中心的现代化信息技术应用于企业管理与产品开发制造 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 分布式计算( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ) 是指借助计算机网络将分布在不同地 点的计算实体组织在一起，进行信息处理的一种方式。分布式计算的理想目标 就是要实现分散对等的协同计算，这也是网络技术发展的一个理想目标。 分布式主要指数据分布和计算分布，数据分布是指数据可分散存储在网络 上的不同计算机中；计算分布则是把操作计算分散给不同的机器进行处理。在 物理上，分布式数据库的资源结构与分布式的组织结构( 企业单位或社会团体) 相吻合；而逻辑上的相关性，又使它们可以利用计算机网络集成为功能强大的 系统。分布式计算模式在系统可靠性、可扩展性、可用性和并行处理等方面具 有明显的优势【12 1 。分布式计算模式主要指客户机服务器结构和w e b 计算结构， 其目的是将计算工作分摊到多部计算机中，降低集中在单部计算机上运算的负 载及可能的危险。 1 3 相关领域的研究现状 国际上分布式计算应用范围比较广泛，从金融、保险、政府部门到电信、 公共设施，从零售业到医疗卫生，乃至媒体娱乐等等【13 1 ，可以说覆盖了国民经 济的各个行业，如表1 1 所示。 表i 1 分布式计算行业应用 t a b 1 id i s t r i b u t e dc o m p u t i n ga p p l yi nm a n yt r a d e s 行业用途 金融、银行和电子银行营业点自动代理资本市场赔偿处理客户自服务电子 保险商务 零售业 自动售货点( p o s ) 客户自服务零售点数据收集存货清单纵向应 用设备执行信息系统 电信 服务、调度，可编程的逻辑控制器t e m s 、路由器、p b x 系统c a l c e n t e r 网络管理，无线设备 健康家庭健康，临床记帐，药物分发自动化服务系统 公共设施分布资源管理，调度、服务政府部门政府分支机构自动稽查审 计 媒体、体育和自动服务系统事件管理 娱乐 制造业机器自动化 软件o e m具有嵌入式存储的缩小的软件应用 1 3 1 分布式计算机辅助设计研究现状 计算机集成制造( c i m s ) 是现代企业组织、管理与运行的一种理念，c i m s 则是按照计算机集成制造的思想建立的一套复杂的人机系统。计算机集成制造 系统是指以计算机为中心的现代化信息技术应用于企业管理与产品开发制造 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 分布式计算( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ) 是指借助计算机网络将分布在不同地 点的计算实体组织在一起，进行信息处理的一种方式。分布式计算的理想目标 就是要实现分散对等的协同计算，这也是网络技术发展的一个理想目标。 分布式主要指数据分布和计算分布，数据分布是指数据可分散存储在网络 上的不同计算机中；计算分布则是把操作计算分散给不同的机器进行处理。在 物理上，分布式数据库的资源结构与分布式的组织结构( 企业单位或社会团体) 相吻合；而逻辑上的相关性，又使它们可以利用计算机网络集成为功能强大的 系统。分布式计算模式在系统可靠性、可扩展性、可用性和并行处理等方面具 有明显的优势【12 1 。分布式计算模式主要指客户机服务器结构和w e b 计算结构， 其目的是将计算工作分摊到多部计算机中，降低集中在单部计算机上运算的负 载及可能的危险。 1 3 相关领域的研究现状 国际上分布式计算应用范围比较广泛，从金融、保险、政府部门到电信、 公共设施，从零售业到医疗卫生，乃至媒体娱乐等等【13 1 ，可以说覆盖了国民经 济的各个行业，如表1 1 所示。 表i 1 分布式计算行业应用 t a b 1 id i s t r i b u t e dc o m p u t i n ga p p l yi nm a n yt r a d e s 行业用途 金融、银行和电子银行营业点自动代理资本市场赔偿处理客户自服务电子 保险商务 零售业 自动售货点( p o s ) 客户自服务零售点数据收集存货清单纵向应 用设备执行信息系统 电信 服务、调度，可编程的逻辑控制器t e m s 、路由器、p b x 系统c a l c e n t e r 网络管理，无线设备 健康家庭健康，临床记帐，药物分发自动化服务系统 公共设施分布资源管理，调度、服务政府部门政府分支机构自动稽查审 计 媒体、体育和自动服务系统事件管理 娱乐 制造业机器自动化 软件o e m具有嵌入式存储的缩小的软件应用 1 3 1 分布式计算机辅助设计研究现状 计算机集成制造( c i m s ) 是现代企业组织、管理与运行的一种理念，c i m s 则是按照计算机集成制造的思想建立的一套复杂的人机系统。计算机集成制造 系统是指以计算机为中心的现代化信息技术应用于企业管理与产品开发制造 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 的新一代制造系统，是c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 、p d m 、e r p 、管理与决策、 网络与数据库及质量保证系统等子系统的技术集成l l 。 计算机集成制造系统是企业级的信息集成系统，c a d 则是设计、工艺部 门的设计系统。两者之间的关系应该是包容与归属的关系。作为计算机集成制 造系统的一个子系统，c a d 可独立于计算机集成制造系统之外而运作，其目 的在于提高产品的设计质量，缩短产品设计周期。c a d 系统为计算机集成制 造系统提供必要的信息资源，而计算机集成制造系统则用于实现信息资源的共 享及流向，实现高效而通畅的信息交流和实时的信息处理。c a d 为计算机集 成制造系统所提供的信息资源，通过产品数据管理系统得以实现。产品数据管 理系统是企业设计和工艺部门的基础数据平台，各种c a x 如c a d 、c a p p 、 c a e 、c a m 的应用通过产品数据管理系统进行集成，以产品数据管理系统作 为企业设计和工艺的数据管理中心与流程控制中心。 构架在分布式计算环境上产品数据管理系统作为企业信息化的集成平台， 要求能够集成不同应用平台下的应用系统。从根本上消除企业信息化过程中的 “孤岛”现象。 诤冀鼻豫韵骁计 c o 件蓐撬蜂秭篙 囊掰“i 审 讣董囊蝻聃翻造 c m 廿群艉蝻爵芏曩 毋并c 葺 善 錾 管 蠢 p d m 垒 豁 捌 铀巷管虐 a f t r a e f f l a h a a e t ( 靖t u a i z 、u m 、w 畦潮辩翳) 数蠢痒警曩墨缱o 瑚ks 舟嘲- s q ts t 聃惴d b 2 ) 分新盛囊瑶平台( r 8 一d 0 0 m 譬落墨，擞帆、舟络设鲁 图1 1 基于产品数据管理系统的企业全局信息集成框架 f i g 1 1t h ei n t e g r a t i o nf r a m e w o r ko fe n t e r p r i s eg l o b a li n f o r m a t i o nb a s e do np d m 利用产品数据管理系统实现用户间的对象共享，所有用户均在同一产品管 理系统工作环境下工作，实现了与站点无关、与硬件无关、与操作系统无关的 全新的工作方式。 1 3 2 基于w e b 的分布式计算研究现状 i n t e r n e t 技术的发展，特别是9 0 年代中期w w w 技术的广泛应用，给分布 式计算的应用开辟了更广阔的空间。 在基于w e b 的计算模式下，人们通过浏览器把网络中心计算模式带到了 釜慧蒜 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 的新一代制造系统，是c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 、p d m 、e r p 、管理与决策、 网络与数据库及质量保证系统等子系统的技术集成l l 。 计算机集成制造系统是企业级的信息集成系统，c a d 则是设计、工艺部 门的设计系统。两者之间的关系应该是包容与归属的关系。作为计算机集成制 造系统的一个子系统，c a d 可独立于计算机集成制造系统之外而运作，其目 的在于提高产品的设计质量，缩短产品设计周期。c a d 系统为计算机集成制 造系统提供必要的信息资源，而计算机集成制造系统则用于实现信息资源的共 享及流向，实现高效而通畅的信息交流和实时的信息处理。c a d 为计算机集 成制造系统所提供的信息资源，通过产品数据管理系统得以实现。产品数据管 理系统是企业设计和工艺部门的基础数据平台，各种c a x 如c a d 、c a p p 、 c a e 、c a m 的应用通过产品数据管理系统进行集成，以产品数据管理系统作 为企业设计和工艺的数据管理中心与流程控制中心。 构架在分布式计算环境上产品数据管理系统作为企业信息化的集成平台， 要求能够集成不同应用平台下的应用系统。从根本上消除企业信息化过程中的 “孤岛”现象。 诤冀鼻豫韵骁计 c o 件蓐撬蜂秭篙 囊掰“i 审 讣董囊蝻聃翻造 c m 廿群艉蝻爵芏曩 毋并c 葺 善 錾 管 蠢 p d m 垒 豁 捌 铀巷管虐 a f t r a e f f l a h a a e t ( 靖t u a i z 、u m 、w 畦潮辩翳) 数蠢痒警曩墨缱o 瑚ks 舟嘲- s q ts t 聃惴d b 2 ) 分新盛囊瑶平台( r 8 一d 0 0 m 譬落墨，擞帆、舟络设鲁 图1 1 基于产品数据管理系统的企业全局信息集成框架 f i g 1 1t h ei n t e g r a t i o nf r a m e w o r ko fe n t e r p r i s eg l o b a li n f o r m a t i o nb a s e do np d m 利用产品数据管理系统实现用户间的对象共享，所有用户均在同一产品管 理系统工作环境下工作，实现了与站点无关、与硬件无关、与操作系统无关的 全新的工作方式。 1 3 2 基于w e b 的分布式计算研究现状 i n t e r n e t 技术的发展，特别是9 0 年代中期w w w 技术的广泛应用，给分布 式计算的应用开辟了更广阔的空间。 在基于w e b 的计算模式下，人们通过浏览器把网络中心计算模式带到了 釜慧蒜 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 任意一台p c 上，各种w e b 页面及图像事实上均来自于幕后的w e b 服务器【l “。 作为新一代的计算技术，w e b 能在不同的网络及操作系统中运行，并能方便地 扩充到外部的相关企业及最终客户。它是一种完全通用的以服务为中心的体系 结构。 由于w e b 在不同的软、硬件平台上的一致性，因此可以通过w e b 环境来 屏蔽不同软、硬件平台之间的差异。通过浏览器w e b 服务器应用服务器数据 服务器的结构来实现软件的共享，其结构原理如图1 2 所示。 圈1 2 基于w e b 的分布式计算原理图 f i g 1 2d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gb a s e do nw e b 现在是一个“以网络为中心”的计算时代，分布式计算技术正日益广泛地 应用于w e b 平台。把分布式对象计算的优点在w e b 充分体现出来，建立在分 布式对象计算技术上的对象w e b ，对推动网络集散以及e d i ( 电子数据交换) 将具有重大意义。 1 3 3 分布式计算在e r p 中应用的研究现状 e r p e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g 企业资源计划系统，是指建立在信息技 术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管 理平台。e r p 系统集中信息技术与先进的管理思想於一身，成为现代企业的运 行模式，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为 企业在信息时代生存、发展的基石【1 6 】。 应用分布式计算技术来解决e r p 产品的可扩展性和跨平台操作的问题。 把分布式计算应用在e r p 产品的开发中导出了动态e r p ( d y n a m i ce n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ) 这一新的概念。动态e r p 试图把企业业务处理过程同企业 管理应用软件、办公自动化、国际互联网集成起来。动态e r p 具有一下特征： 把制造业各种生产类型( 离散、流程、项目) 和各种制造环境( 按库 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 任意一台p c 上，各种w e b 页面及图像事实上均来自于幕后的w e b 服务器【l “。 作为新一代的计算技术，w e b 能在不同的网络及操作系统中运行，并能方便地 扩充到外部的相关企业及最终客户。它是一种完全通用的以服务为中心的体系 结构。 由于w e b 在不同的软、硬件平台上的一致性，因此可以通过w e b 环境来 屏蔽不同软、硬件平台之间的差异。通过浏览器w e b 服务器应用服务器数据 服务器的结构来实现软件的共享，其结构原理如图1 2 所示。 圈1 2 基于w e b 的分布式计算原理图 f i g 1 2d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gb a s e do nw e b 现在是一个“以网络为中心”的计算时代，分布式计算技术正日益广泛地 应用于w e b 平台。把分布式对象计算的优点在w e b 充分体现出来，建立在分 布式对象计算技术上的对象w e b ，对推动网络集散以及e d i ( 电子数据交换) 将具有重大意义。 1 3 3 分布式计算在e r p 中应用的研究现状 e r p e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g 企业资源计划系统，是指建立在信息技 术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管 理平台。e r p 系统集中信息技术与先进的管理思想於一身，成为现代企业的运 行模式，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为 企业在信息时代生存、发展的基石【1 6 】。 应用分布式计算技术来解决e r p 产品的可扩展性和跨平台操作的问题。 把分布式计算应用在e r p 产品的开发中导出了动态e r p ( d y n a m i ce n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ) 这一新的概念。动态e r p 试图把企业业务处理过程同企业 管理应用软件、办公自动化、国际互联网集成起来。动态e r p 具有一下特征： 把制造业各种生产类型( 离散、流程、项目) 和各种制造环境( 按库 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 存生产、按订单装配、按订单制造、按订单设计) 的生产经营过程集 成起来； 支持并扩大企业的供应链，超过企业的边界，扩大到任何国内、国际 的贸易伙伴； 通过专用工具把企业的业务工作流程在标准企业参考模型基础上，进 行业务流程的映射，灵活地组合成适应企业的管理信息系统。 1 4 本文研究内容及课题来源 本学位论文工作，考虑了分布式有限元原型系统的构建，研究了分布式有 限元计算软件中的数据传输与管理问题，是分布式计算在有限元计算软件领域 里应用的关键技术基础。 本文论证了以c l i e n t s e r v e r 形式实现分布式有限元计算的可行性和必要 性；采用了数据集中管理方式解决有限元计算中海量数据的存储问题；依据有 限元计算数据的特点而定义了传输协议，简化了实现传输的难度，提高了效率； 在此基础上，采用支持t c p i p 协议的s o c k e t 编程技术，实现了同构或者是异 构平台上客户机和服务器之间的网络实时通信，从而解决了部分分布式数据一 致性的问题；初步实现了服务器的多客户并发机制。主要工作有系统的理论研 究，系统的总体方案设计，子系统的方案设计以及程序实现、系统集成等。 全文共分六章。 第一章绪论。介绍了论文研究工作的背景情况、国内外研究和应用现状、 论文研究的目标任务及其工作内容。 第二章分布式计算技术概述。介绍了分布式计算发展历程、技术分类和 c l i e n t s e r v e r 模型。 第三章分布式计算中数据传输的技术特点。介绍了网络通讯技术的软硬件 基础，以及当前网络程序的主要通讯技术。 第四章分布式有限元计算的系统原型。完整地介绍了原型系统的总体结 构、实现思路以及功能划分。 第五章分布式有限元计算中数据传输的关键技术。介绍了自定义的传输协 议，有关异构平台之间实现传输的方法，访问共享资源的多线程并发处理以及 作者所考虑的提高传输效率的策略。 第六章总结与展望。总结全文，提出今后的研究方向。 课题是国家重点基础研究发展规划项目“大规模科学计算研究”课题“大规 模科学计算工程软件系统的基础理论和实施”( 编号g 1 9 9 9 0 3 2 8 0 5 ) 和国家自 然科学基金重点项目“耦合系统的多学科优化设计理论与数值方法”( 编号 1 0 0 3 2 0 3 0 ) 研究工作的一部分。 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 存生产、按订单装配、按订单制造、按订单设计) 的生产经营过程集 成起来； 支持并扩大企业的供应链，超过企业的边界，扩大到任何国内、国际 的贸易伙伴； 通过专用工具把企业的业务工作流程在标准企业参考模型基础上，进 行业务流程的映射，灵活地组合成适应企业的管理信息系统。 1 4 本文研究内容及课题来源 本学位论文工作，考虑了分布式有限元原型系统的构建，研究了分布式有 限元计算软件中的数据传输与管理问题，是分布式计算在有限元计算软件领域 里应用的关键技术基础。 本文论证了以c l i e n t s e r v e r 形式实现分布式有限元计算的可行性和必要 性；采用了数据集中管理方式解决有限元计算中海量数据的存储问题；依据有 限元计算数据的特点而定义了传输协议，简化了实现传输的难度，提高了效率； 在此基础上，采用支持t c p i p 协议的s o c k e t 编程技术，实现了同构或者是异 构平台上客户机和服务器之间的网络实时通信，从而解决了部分分布式数据一 致性的问题；初步实现了服务器的多客户并发机制。主要工作有系统的理论研 究，系统的总体方案设计，子系统的方案设计以及程序实现、系统集成等。 全文共分六章。 第一章绪论。介绍了论文研究工作的背景情况、国内外研究和应用现状、 论文研究的目标任务及其工作内容。 第二章分布式计算技术概述。介绍了分布式计算发展历程、技术分类和 c l i e n t s e r v e r 模型。 第三章分布式计算中数据传输的技术特点。介绍了网络通讯技术的软硬件 基础，以及当前网络程序的主要通讯技术。 第四章分布式有限元计算的系统原型。完整地介绍了原型系统的总体结 构、实现思路以及功能划分。 第五章分布式有限元计算中数据传输的关键技术。介绍了自定义的传输协 议，有关异构平台之间实现传输的方法，访问共享资源的多线程并发处理以及 作者所考虑的提高传输效率的策略。 第六章总结与展望。总结全文，提出今后的研究方向。 课题是国家重点基础研究发展规划项目“大规模科学计算研究”课题“大规 模科学计算工程软件系统的基础理论和实施”( 编号g 1 9 9 9 0 3 2 8 0 5 ) 和国家自 然科学基金重点项目“耦合系统的多学科优化设计理论与数值方法”( 编号 1 0 0 3 2 0 3 0 ) 研究工作的一部分。 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 第二章分布式计算技术概述 由于微处理器的性能迅速增强，新的高速网络不断出现，使得基于网络的 计算成为分布计算的主流。基于网络的计算比起传统的多处理器计算更显得具 有较好的性能和实用价值。所以，在过去的几年里，基于网络的计算对于解决 无论是大型还是小型的科学计算问题都是非常流行的方法。 对于基于网络的计算潜力，加州大学在一个题为“工作站网络( n o w ： n e t w o r k so fw o r k s t a t i o n s ) 食物链”的项目中进行了总结。个人计算机( p c s ) 和 工作站，它们是只能完成适度的计算任务、并能够迅速地提供其交互性能的系 统；服务器和小型计算机则是完成更高计算要求、有多个用户、价格相对贵的 系统：超级计算机则是为了取得顶级性能而不惜一切代价的庞大系统。由于在 计算机系统中不断引进新技术和批量生产对成本的影响，个人计算机和工作站 价格越来越便宜，而性能却越来越强。它们形成网络后，其功能更加强大。这 样使得工作站网络( n o w ) 从概念上形成了整个计算机系统的食物链。在自然界 的食物链中是大鱼吃小鱼，而在计算机系统的食物链中却是小鱼吃大鱼。个人 计算机( 小鱼) 吃掉了工作站的市场，工作站又吃掉了小型机的市场。这样延 伸下去就形成了计算机系统的食物链【1 7 】。 2 1 分布式计算的发展历程 分布式计算技术是近二十年来影响计算技术发展的最活跃因数之一。其发 展经历了两种不同的技术路线，一种是理想的技术路线，一种是现实的技术路 线【1 钔。 理想的技术路线试图在互连的计算机硬件上部署全新的分布式操作系统， 全面管理系统中各自独立的计算机，呈现给用户单一的系统视图。在2 0 世纪 8 0 年代，学术界普遍追求这一目标，尽管产生了许多技术成果和实验系统，但 却没有被用户和市场接受。面对现实情况，人们开始探讨新的解决方案。 现实的技术路线是在网络计算平台上部署分布计算环境，提供开发工具和 公共服务，支持分布式应用，实现资源共享和协同工作。在2 0 世纪9 0 年代， 工业界普遍遵循这一技术路线，产生了一系列行之有效的技术和广为用户接受 的产品【1 9 1 。 当前，人们所说的分布计算技术通常是指在网络计算平台上开发、部署、 管理和维护阻资源共享和协同工作为主要应用目标的分布式应用系统。其发展 大致可以分为三个阶段：从8 0 年代中期到9 0 年代初是第一代，第二代是9 0 年代初到2 0 0 0 年，2 0 0 0 年后为第三代( 参见表2 1 ) 。 分布式计算中的数据传输与管理的研究与实现 第二章分布式计算技术概述 由于微处理器的性能迅速增强，新的高速网络不断出现，使得基于网络的 计算成为分布计算的主流。基于网络的计算比起传统的多处理器计算更显得具 有较好的性能和实用价值。所以，在过去的几年里，基于网络的计算对于解决 无论