（计算机应用技术专业论文）基于globus存储网格传输服务的研究与实现.pdf

摘要 摘要：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，从而为用户提供一体化信息和应用服务。对 网格的研究始于美国，纵观网格相关组织的各个网格项目，g l o b u s 是最有影响力 的一项网格研究计划，它力图实现计算网格结构，来提供对高性能远程计算资源 普遍的、可靠的、一致性的访问。 在网格的所有服务当中，对于数据的传输服务处于很重要的地位，一切的存 储和计算都需要传输服务的支持，在此基础上的网格环境也需要一种快速、安全、 有效并可靠的传输机制。网格项目在通盘考虑了当前可用的协议与技术和已经实 现的一些原型基础上，确定以f t p 协议为基础，并对f r p 协议进行了必要的扩展， 增加了一些网格计算必要的功能，从而提出了g r i d f t p 协议。在f t p 协议的基础 上，g f i d f t p 协议和基于其上的工具集为网格数据传输提供了一些其他特征，支持 第三方控制的数据传输，支持并行数据传输，支持带状数据传输等。 本论文重点研究g l o b u s 网格平台下的网格数据传输机制，从g f i d f t p 协议的 概念、原理、传输功能以及安全性和新的传输机制到其实现，同时对网格的基本 概念以及研究所基于的g l o b u st o o l k i t 4 平台进行了介绍，包括其体系结构以及相 关组件。本文还对g r i d f f p 协议的进一步集成进行了论述并提出有待增强的地方。 关键词：存储网格，g l o b u s ，w s r f ，g r i d f r p ，m o l i z a 分类号：t p 3 1 5 j e 塞銮亟盔堂亟堂缱监塞垦s ! b ! a b s t r a c i ：g r i dc o n n e c ts om a n yr e s o n c e sw h i c ha r ef a r - r a n g i n gd i s t r i b u t i n g g e o g r a p h i c a l l yt oal o g i c a lw h o l e ，( i n c l u d i n gc o m p u t er e s o u r c e ，s t o r a g er e s o u r c e ， b a n d w i d t hr e s o u r c e ，s o f t w a r er e s o u r c e ，d a t ar e s o u r c e ，i n f o r m a t i o nr e s o u r c ea n d k n o w l e d g er e s o u r c e ) j u s tl i k eas u p e rc o m p u t e r , o f f e r i n gi n c o r p o r a t ei n f o r m a t i o na n d a p p l i c a t i o ns e r v i c e t h e 鲥dr e s e a r c hi sf r o ma m e r i c a , r e v i e wt h e s e 鲥dp r o j e c t sw h i c h b e l o n gt ot h o s er e l a t e do r g a n i z a t i o n s ，t h em o s tf a m o u s 鲥dr e s e a r c hp l a n i st h e g l o b u s ，i ts t r i v e st oi m p l e m e n tc o m p u t eg i i ds t r u c t u r e ，g i v i n gu n i v e r s a l ，r e f i a b l ea n d c o n s i s t e n ta c c e s s i n gt oh i g h p o w e r e dr e m o t ec o m p u t er e s o u r c e t h ed a t at r a n s f e ri sa ta l la d v a n t a g es t a t u si na l lt h eg r i ds e r v i c e s a l lt h es t o r a g e a n dc o m p u t en e e dt h es u p p o r to ft r a n s f e r g r i dc i r c u m s t a n c en e e dae x p r e s s ，s e c u r e ， e f f e c t i v ea n dr e l i a b l et r a n s f e rm e c h a n i s m g r i dp r o j e c t sa l l a r o u n dc o n s i d e rt h ep r o t o c o l a n dt e c h n o | o g yw h i c ha l ea v a i l a b l ea tp r e s e n ta n ds o m ep r o t o t y p eb a s e sw h i c ha l r e a d y c o m et r u e m a k ec e r t a i nu s et h ef 1 限p r o t o c o la sf o u n d a t i o na n de x t e n dt h ef 1 曙 p r o t o c o l ，a d ds o m ee s s e n t i a lf u n c t i o no fg r i dc o m p u t e ，t h eg r i d f i pp r o t o c o lb r i n g s f o r w a r dc o n s e q u e n t l y d e p e n d i n go nt h ef r p p r o t o c 0 1 t h eg r i d f f pp r o t o c o la n dt o o l s b a s eo ni tp r o v i d es o m eo t h e rc h a r a c t e r sf o rg r i dd a t at r a n s f e r , s u c ha st h i r d - p a r t y t r a n s f e r , p a r a l l e lt r a n s f e ra n dt r i p p e dt r a n s f e ra n ds oo r t h er e s e a r c he m p h a s e si nt h i sp a p e ri st h eg r i dd a t at r a n s f e rm e c h a n i s mb a s e do n g l o b u s ，f r o mt h ec o n c e p to fg r i d f i pp r o t o c o l ，p r i n c i p l e ，t r a n s f e rf u n c t i o n ，s e c u r i t ya n d n e wt r a n s f e rm e c h a n i s mt or e a l i z a t i o n ，a n dt h e ni n t r o d u c et h eg l o b u st o o l k i t4p l a t f o r m ， i n c l u d i n ga r c h i t e c t u r ea n dr e l a t e dm o d u l e s a tl a s tw ed i s c u s st h ef u r t h e ri n t e g r a t i o no f t h eg r i d f r pp r o t o c o la n dp u tf o r w a r ds o m ep l a c e st h a tn e e db es t r e n g t h e n e d k e y w o r d s ：g r i d ，g l o b u s ，w s r f ，g r i d f r p ，m o l i z a c l a s s n 0 ：1 甲3 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 导师签名； 签字日期： 少i p 月哆日 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和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学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己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者繇江顿签字眺明年阿月沙日 致谢 从本科开始就在这所美丽的大学就读，现在又有近三年的研究生学习生涯， 对这里的一切，我都有着深深的感情，在这里，我得到了很多老师和同学的指导 和帮助。在我论文的最后，我首先要衷心感谢我的指导老师罗四维教授。他在我 的整个学习期间和毕业设计期间自始至终给予了无微不至的悉心指导和关怀。罗 老师渊博的知识、严谨的治学态度和平易近人的作风让我深深的敬佩，同时也为 我做出了榜样。而且，他在解决实际问题时敏锐的洞察以及对专业发展方向上的 准确的把握也使我获益良多。 同时我非常感谢我的那些同实验室的兄弟姐妹们，他们在我学习和毕业设计 期间经常与我一起讨论技术问题，分享各自学习的心得体会。可以说，是集体的 力量帮助我顺利完成了这次的毕业设计，在此我向所有给予我支持的人表示衷心 的感谢。 1 绪论 1 1 研究背景 随着网络技术飞跃发展，我们可以看到计算节点的处理能力越来越强，网络 带宽越来越大，而这为网格理论与网格技术的产生发展和实际意义的应用提供了 前提保障。 实际上，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”。 对网格的研究始于美国，纵观网格相关组织的各个网格项目，g l o b u s 是最有影 响力的一项网格研究计划，主要成员是美国加舯n n e 国家实验室、芝加哥大学、南 加州大学、m m 公司等。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 s t o o l k i t 是其最重 要的研究成果，目前最新的版本是g t 4 。提出了开放网格服务体系结构o g s a ( o p e n g r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ) 的详细框架，并提交给全球网格论坛g g f ( g l o b a lg r i d f o m m ) i - j 论、细化，最终成为网格标准。 g i o b u s 项目是一个多机构的研究工作，它旨在为计算网格创建基本的基础设施 并提供高级服务。g l o b u s 现在已经发展成为在不同种类的虚拟组织间进行资源共享 ( 硬件、软件以及应用等) 的基础设施。通过尽可能地增加的重要应用的病菌和峰值 计算性能，这些网格在无需考虑资源和用户双方的空间分布的情况下仍体现出很 高的创造性。g l o b u s 平台为分散的科学试验的工具包括超级计算机，智能仪器等提 供强有力的技术支持，并为分布的大型计算提供兼容合作的环境。g l o b u s 可通过中 间件服务并管理大量分布在各地组织所拥有的计算资源，为应用开发人员提供了 一个开发平台。 1 2 研究内容以及目标 在深入研究了g l o b u s 的体系结构和实现技术之后发现，它目前还仅限于提供 了一个开发平台，就像只提供了应用编程接口和一些简单命令接1 2 的操作系统一 样，需要大量的开发人员努力工作，对其进行充分合理的组织，为用户提供满足 需要的实际应用。很遗憾，到目前为止，基于实际应用的开发成果非常少。 网格体系研究与应用开发课题是由北京交通大学计算机系罗四维博士生导师 的网格实验小组共同进行。该课题建立了一个网格的原型，它包括：1 、网格底层 基础设施；2 、g t 4 中间件技术应用；3 、系统的基础安全以及管理监控：4 、建立 一个操作界面或平台。并在网格基础上实现了一个资源共享的演示系统。 该课题的理论研究和应用开发主要基于g l o b u st o o l k i t4 进行，g l o b u s 网格服 务体系结构以及具体编程实现是研究的重点。研究小组中作者主要负责网格的传 输服务以及g r i d f r p 内部传输协议的研究，并在此基础上实现g l o b e s 网格演示系 统。 1 3 论文结构 本文根据其内容分为七章： 第一章是绪论。对课题的研究背景进行简单的介绍，提出了所要研究的内容 以及需要完成的目标，对论文的结构进行了简要描述。 第二章是网格概述。对网格的基本概念、体系结构以及国内外网格的研究应 用现状进行了概述。 第三章是g l o b u st o o l k i t 4 平台介绍。对本论文研究所基于的g l o b u st o o l k i t 4 平台进行了介绍，包括其体系结构以及相关组件，最后对g t 4 容器进行了介绍。 第四章是网格数据传输机制的研究。对g r i d f t p 协议的概念、原理、传输功 能以及安全性和新的传输机制进行了详尽的阐述。 第五章是系统设计与实现。从我们网格实验小组设计实现的基于g l o b u s 的资 源共享系统出发，介绍了环境的搭建，g d d f t p 命令行的实现，以及系统的总体设 计和其中作者负责的数据传输服务部分的实现。 第六章是集成g d d f t p 协议的进一步了解。对将g r i d f r p 协议集成到浏览器 中的现存设计和实现进行了简要地了解和研究。 第七章是总结。 j e 夏奎煎态堂亟堂焦途塞 圈搔攫姿 2 网格概述 这一章中主要描述传统意义上的网格以及存储网格的一些定义和特点，然后 详细讲述了网格的体系结构，网格的具体应用以及国内外网格的研究现状，最后， 介绍了网格和其他技术的区别。 2 1网格基本概念 2 1 1 什么是网格 1 9 9 8 年，全球网格研究的领军人物、美国a r g o n n e 国家实验室的资深科学家、 g l o b u s 项目的领导人f a nf o s t e r 在网格：一种新的计算基础设施蓝图一书这样 描述网格：“一个计算网格是个硬件和软件基础设施，此基础设施提供对高端计 算能力可靠的、一致的、普遍的和不昂贵接入。” 2 0 0 0 年，f a nf o s t e r e 网格剖析这篇论文中进一步精化网格定义为：“在 动态的，多机构的虚拟组织中协调资源共享和协同解决问题”。其核心概念是： 在一组参与节点( 资源提供者和消费者) 中协商资源共享管理的能力，利用协商 得到的资源池共同解决一些问题。 2 0 0 2 年7 月，l a nf o s t e r 在什么是网格? 判断是否网格的三个标准一文中讲 述了协议标准化作为使异构系统间交互操作和公共基础设旅成为可能的重要性。 规定了是否为网格的三个指标： 1 协调非集中控制资源。 2 使用标准，开放，通用的协议和界面。 3 得到非平凡的服务质量。 与之相对的是一种更为广泛的定义：一切具有分布、共享、协同特征的网络 计算系统均可称为网格。 今天，面对网格世界，虽然人们的认识有待统一，但越来越清晰地认识到网 格就是下一代软件技术，并且我们已取得较好进展。在标准方面，我们有影响与 日俱增的全球网格论坛。在实践方面，我们已经产生了一个被广泛使用的事实上 的标准丌放资源g l o b u st o o l k i t 。 3 2 i 2 网格的分类 就网格的应用特征来分类，网格主要包括：计算网格( c o m p u t i n gg r i d ) 、信 息网格( i n f o r m a t i o ng r i d ) 、数据网格( d a t ag r i d ) 等。 计算网格聚合网络上分布的各种同构与异构的计算机、工作站、机群( n o w ) 、 群集( c o w ) 、数据库、高级仪器和存储设备等，形成对用户相对透明的、虚拟的 高性能计算环境。计算网格被定义为一个广域范围内的一体化的集成与协同计算 环境。它的主要目标是利用网络中现有的软硬件资源，实现高性能计算环境的有 效聚合，支持广域分布的高性能协同计算，解决大规模的科学计算问题。 信息网格是在计算网格的基础上，利用数据挖掘、信息融合和搜索引擎等技 术而构建的。信息网格主要研制一体化的智能信息处理平台，消除信息孤岛，方 便用户发布、处理和获取信息。信息网格包含计算网格的全部功能，重点拓展了 厂域信息共享服务。信息网格的目标是数据与信息的聚合，通过数据挖掘、信息 融合和资源引擎等技术完成网络资源的搜集与共享，并利用单一映像技术完成信 息的单一映像和有效融合，便于使用网格引擎来实现资源的获取。 数据网格在网格基本功能的基础上扩充数据管理功能提供与信息有关的各种 服务其最核心的技术是元数据目录和存储资源代理元数据目录将异构的各种存 储资源有机地结合起来，并提供一体化信息服务。 2 1 3 网格的特点 网格作为一种新兴的将在未来起重要基础作用的技术，拥有复杂的内在机制 和实现方法，它相对于现在的网络技术有其鲜明的技术特点，比如分布性、自相 似性，动态性以及管理的多重性等许多方面。 2 2网格体系结构 什么是体系结构? 体系结构是关于计算机或者计算机系统中各部分组织与集 成的方式。 什么是网格体系结构? l a n f o s t e r 将网格体系结构定义为“划分系统基本组件， 指定系统组件的目的与功能，说明组件之间如何相互作用的技术”。这一定义强调 的是组件与组件之间的相互作用，而我们还要说明各个部分如何集成为一个整体 以及通过何种机制实现整体的功能。因此我们定义，网格体系结构就是关于如何 建造网格的技术，它给出了网格的基本组成与功能，描述了网格各组成部分的关 4 系以及他们集成的方式或方法，刻画了网格有效运转的机制。 2 2 1 五层沙漏模型 五层沙漏结构是一种影响十分广泛的结构，它的主要特点就是简单，主要侧 重与定性的描述而不是具体的协议定义，因此很容易从整体上进行理解。在五层 沙漏结构中，一个最重要的思想就是以“协议”为中心，也十分强调服务与a p i 和s d k 的重要性。 白底向上分别是构造层、连接层、资源层、汇聚层、应用层。构造层连接底 层的本地资源和上层，主要是用来为上层访问本地资源提供统一接口，屏蔽各地 资源的异构性；连接层定义了核心网格事务处理所需的通信和认证协议，提供了 加密的安全机制，用于识别用户和资源：资源层的协议调用构造层的功能以访问 和控制本地资源；汇聚层建立在资源层和连接层形成的协议瓶颈之上，主要负责 多种资源的共享；应用层存在于虚拟组织中，是根据任一层次定义的服务构造的。 每一层的a p i 都可以看作与特定服务交换协议信息的实现，应用可以调用更高层 的框架和a p i 库。 为了便于理解，将这五层于t ( 珊口网络协议结构进行了粗略的对比，如图2 1 所示。 l 应用层 i i 汇聚层l 资源层 l l 连接层 l 图2 1 网络分层体系结构与i n t e r a c t 协议体系结构的关系 f i g u r e2 - 1n e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n di n t e m e tp r o t o c o la r c h i l e t u r e 五层结构的另外一个重要特点就是沙漏形状。其内在含义就是因为各部分协 议的数量是不同的，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，同叫实现核心协议向下层其它各种协议的映射，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 议就形成了协议层次结构中的一个瓶颈，在五层结构中，资源层和连接层共同组 5 成这一核心的瓶颈部分。如图2 2 所示。 丁= 具与应用 一一t 一一一一一一一1 ： 应用层 ： r 疆量磋= 7 一1 - 一i 磊一1 i诊断与监控锌 ； 扎罪屠 ： ：l 资源与服务，f 资源与 ： ； 的安全访问、 i连接层 ! i 琵滋薯l i i i i 如计算机存储 构造层 ：介质、网络传感器； ： 图2 - - 2 沙漏形状的五层结构 f i g u r e2 - 2f i v el e v e l ss t r u c t u r eo f s a n d # a s ss h a p e 为了加深对五层结构理解，因此与g l o b u st o o l k i t 的功能进行了对应，如图2 - - 3 所示。 & e 绐栩 心g i o b u s1 ，刀娩，“ lf 川嚆f i 们均衄k ：钏? f 4 j 文- 上j ：l j 议，群i ) 2 皿求戈0 小扎d 必复n 由j h k ：f j 乃g l o b m 二：性傲够什的坷毵。 均边层3 g a r a7 g 托黝j - p u f p e a r c l f i t e c 自m e f o r r e s e n - a f i o u a n d 卫o c a t i ，t 配j 二= ：抛o ：插擒管婵，j 1 ：上持这蕊j j 竹瓷渊堤a ：填棵腑约柏加 缸 1 g l o b u s 他1 1 ) 壮j 允留j 的g s it g r i ds 舢酊1 1 1 丘a s 廿1 蚓啊e 、协议j j 坂 r _ ；臣l ：k 护一眨篓f ：上妊。，小i - e 宜个力寮的粲咙，f j 占i j | jj 的 连接联 忙r 讥刮；他川x5 0 9 陆c 以淡剜i ：r 忙， 2i i f d j i 三i = = 爰仪i 儿t 4 束p 践援杈e 允i 1 燮弹翔仃厅姬迸 o a a ( c 嗽u ：t i c a m h o d z a t i o u a n d a c c e s s ) 挣艇晔一鳞s l 垃 = ；跚们麓壕。 1o l o b u s fl 二配震川n 协i 上fe a k g l p ，a g r i d l 娃s o n l c e l a f o r m a t i o a p 撇o i ，g r r p g r i d r a a i r c c r e r a t i o n p r o f o a o l ， b ) 垠j 。h | t p g r a m tg r i dr 髑删口ea c c e s sa n dm a n a g e m e n tj 协 汉h jj 。钎艇：对受“：川i ，t h 韫五l j o 恕毡哆凌探i 柏行钟亍| = 为， 受粼圮 c j g 一面_ r p 彀垫：访n 0 瞥恶阶i 卫。 由l d a 纠l 求瞬n 1 啡泌。 2g l o b u s 七曳r 彳5 = r = 这屹脚- 卫的c ；l l a v a a p bo ，s d k s g l o o m kl j 坚仉i 吼斡t j 迭l l 协议。ns d k l 嗽， n 茁唧! _ = 二抚：o r l s - r e s o t n c e i n f o r m a t i o n s e n i c e l 0 s s7 g 蛐碰cs e c u r m s e r v i c e s ，a p i i 几| 求帷务m d sj m e t ad k e c t o d s e v c i c e 。t _ ；i 三匕- jao s ? g 脚 l m o r n m t i o n i n d e x s 玎r e r sj 七上j ：p 也瓷；j ，：j j 啦m i ， ；j ：襞e2i i j 止世：。：i i m ：t _ 一i ，e ， i l il 上j ： j ；j j 恒一1 一柏敖戥傲世：群篷。 3 吐l j t r ik 再j f ，：f i i 址o ：07 n 4 d u r o c - ，| i i7 ，1 l 1 ，；i ：k i t i “；，1 l l l ! s d kz i a f i i 川i ；：r1 7 力g l o l x t s 址川j 。上o h r l ：，川z ij 垃，1 0 1 ：一j l4 ，址i 4 r i 川) 图2 3 五层结构与o l o b u s 各部分功能对应关系 f i g u r e2 - 3f i v el e v e l ss t r u c t u r ea n dg l o b u sf u n c t i o n s 五层沙漏结构虽然简单，但人们在研究中发现，在许多情况下，复杂的服务 或应用很难分解为标准而低级的基本协议。因此，在w e b 服务技术基础上的一种 新的网格体系结构开放网格服务体系结构( o o s a ) 诞生了。 6 2 2 2 开放网格服务体系结构( o g s a ) 开放网格服务架构f 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 ，o g s a ) 定义了网格计算的 架构，被称为是下一代的网格体系结构，由g l o b a lg r i df o r u m ( g g f ) 的o p e ng r i d s e r v i c e si n f r a s t r u c t u r e ( o g s l ) t 作小组于2 0 0 2 年6 月制定的，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，g l o b a l t o o l k i t 3 ( g t 3 ) 是o g s a 标准的第一个主要实现。它致力于实现以下目标：跨分布式异构平台管理 资源；交付无缝的服务质量( q u a l i t y o f s e r v i c e ，o o s ) ；为自治管理解决方案提供公 共基础：定义开放的、已公布的接口；利用行业标准的集成技术。 o g s a 包括两大关键技术即网格技术和w e bs e r v i c e 技术。它描述并定义了基 于w 曲服务和g l o b u s 的网格服务体系结构。规定了如何创建、命名和发现瞬时网格 服务实例；提供了捆绑在网格服务上的协议；并且支持与本地平台设施的集成。 根据网络服务描述语言w s d l ( w e bs e r v i c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 接口以及相关协 议，o g s a 定义了建立和组成复杂分布系统的机制，包括生周期管理、状态管理以 及通知等。服务绑定可以支持可靠的请求、身份验证、授权以及委托等。 o g s a 从下到上可以分为四层：物理层、资源层，w 曲服务层、网格应用程序 层，具体如图2 4 所示。相对于五层沙漏结构，o g s a 更侧重从网格服务层面上由 低到高对网格进行层次分解。但在其具体实现中，o g s a 要利用五层沙漏结构提供 的协议分层来对功能进行划分，提供更好的代码重用和服务接口等特性。事实上， 每一层都需要协议来提供对相关服务的访问，包括资源管理、数据存取、资源发 现等。 图2 4 开放网格服务体系结构o g s a f i g u r e2 - 4o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r eo g s a 7 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”，如图 2 5 所示。在o g s a 中，可以基于简单的基本的服务，形成更复杂、更高级、更 抽象的服务。比如一个复杂的计算问题所需要的服务，包括网络、存储、数据查 询、计算资源等各方面的服务，可以将这些基本的服务组织起来，形成一个高级 的抽象服务，方便地为应用提供支持。 跟嚣敬槲的访问g d d t 证e 娃，撒 f j - ( 必需的j 软状岳生盘周甥 绑定特性 一可静激活 - 认证 茸它接口 标准楼u ： 可建的 + 娜知 一授权 一服务创建 - 氍务i 上册 管理 - 片发 图2 - - 5 网格服务组成 f i g u r e2 - 5g r i ds e r v i c ec o m p o n e n t + 埘向特荆戍h j 的接n 开放网格体系结构o g s a 的意义，就在于它将网格从以科学与工程计算为中心 的学术研究领域，扩展到更广泛的以分布式系统服务集成为主要特征的社会经济 活动领域。 2 2 3 开放网格服务基础设施( o g s i ) o g s a 是一个抽象的东西，是一个框架。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 ) 是作为o g s a 核心规范提出的，它对o g s a 的主要方面具体化、规范化。2 0 0 3 年7 月发布的o g s i1 0 定义了一套使用w s d l 和x m l s c h e m a 的惯例和扩展来支持有状 态的w e b 服务。它引进了有状态的w e b 服务的概念，并定义了创建、命名和管理 服务实例的方法，定义了声明和检查服务状态数据的方法，定义了异步的通知服 务状态的变化的方法，定义了表示和管理服务实例集合的方法，定义了服务调用 错误的共同处理办法。o g s i 定义了客户如何和网格服务交互。 o g s i 为软件开发人员提供了一种统一的建模和与网格服务进行交互的方式。 o g s i 中包含如何管理任务、分配任务以及如何描述服务提供者和网格服务的规范。 8 j e 塞銮重盔堂亟堂焦监塞 匿揸拯述 w 曲服务，尤其是简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 和w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l ) 是这个规范的重要部分。 w e b 服务组件有助于在整个网格内分配和管理任务。因为w c b 服务为主机之间的通 信提供了一种透明的方法，所以不论采用的是何种底层语言和平台，都可以使用 w e b 服务方便地传输任务、描述资源、配置信息、通信和分发网格信息。w s d l 为 支持网格应用的w e b 服务提供了一种简单的描述和发布方法。第一个o g s i 实现是 g l o b u s t o o l k i t3 0 。为理解o g s a 、o g s i 、g l o b u s t o o l k i t 3 0 之间关系，可以将0 g s a 比作设计者，将o g s i 比作把设计变成技术规范的工程师，而g l o b u s 充当的角色则 是实际制造的人。它们之间的关系如图2 6 所示。 图2 6o g s a 、o g s i 和g t 3 之间的关系 h g u r e 2 - 6r e l a t i o no f o g s a 、o g s ! a n dg t 3 o g s i 的核心是网格服务。网格服务就是种w e b 服务，它为了服务生命期管 理、检查以及服务状态变化通知等目的而遵从一组约定。网格服务为分布式应用 中普遍需要的分布的并且经常长期生存的状态进行了控制的管理。 2 2 4 网络服务资源框架( w s r f ) 开放式网格服务体系结构( o g s a ) 的理念，采用标准、通用的“服务”模式， 9 对各种类型应用提供统一的支持，但经过实践证明o g s i 存在明显的不足。其过分 强调网格服务和w e b 服务的差别，而且o g s i 单个规范中的内容太多，所有接口 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 e b 服务资源框架被提出来。 随着w s r f 的成熟和发展，在o g s a 的结构中，将取代原来o g s i 的位置， 作为一种新的基础设施，为基于w e b 服务的o g s a 提供更广泛而强大的支持。第 一个完全基于w s r f 规范的网格开发软件平台g l o b u st o o l l d t 4 0 已经在2 0 0 5 年4 月份发布，将会有越来越多的网格应用构建在w s r f 之上。o g s a 、g t 4 、w s r f 和w e bs e r v i c e 的关系如图2 7 所示。 图2 7o g s a 、g t 4 、w s r f 和w e bs e r v i c e 的关系 f i g u r e 2 - 7 r e l a t i o n o f o g s a 、g t 4 、w s r f a n d w e b s e r v i c e w s r f 对于o g s i 有两个优势：个是，它更好地利用了已有的x m l 标准以 及j 下在出现的w e b 服务标准，例如w s a d d r e s s i n g ；另一个优势是，易于教学。 1 0 韭塞 窑煎友堂硒主 堂 焦监塞囝揸援述 2 3网格的国内外应用研究现状 按照i a n f o s i e r 和g l o b u s 项目组的观点，网格应用领域目前主要有四类：分布式 超级计算、分布式仪器系统、数据密集型计算和远程沉浸。我国研究网格起步相 对较晚，所以在应用上还不如国外完成的网格研究项目多。下面主要介绍这些应 用领域中有代表性的项目以及介绍网格信息集成应用。 2 3 1 国外领域 1 分布式超级计算( d i s t r i b u t e ds u p e r c o m p u t i n g ) 是指将分布在不同地点的超级 计算机用高速网络连接起来，并用网格中间件软件“粘合”起来。事实上，g l o b u s 正是从这类应用起家的。 2 分布式仪器系统( d i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e m ) 是指用网格管理分布 在各地的贵重仪器系统，提供远程访问仪器设备的手段，提高仪器的利用率，大 大方便用户的使用。 3 数据密集型计算0 ) a t ai n t e n s i v ec o m p u t i n g ) 的应用好像要比计算密集型应用 多得多。它对应的数据网格更侧重于数据的存贮、传输和处理。 4 远程沉浸( t e l e i m m e r s i o n ) 这个术语是在1 9 9 6 年1 0 月，由伊利诺州大学芝 加哥分校的电子可视化实验室e v i 最早提出来的。远程沉浸是一种特殊的网络化 虚拟现实环境。这个环境可以是对现实或历史的逼真反映，可以是对高性能计算 结果或数据库的可视化，也可以是个纯粹虚构的空间。 2 3 2 国内领域 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 l ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a ll n f r a s t m c t u 呐和以中科院计算为主的国家高性能计 算环境n h p c e ( n a t i o n a lh i g i lp 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 0 。 目前正在进行的网格研究项目有： 8 6 3 计划支持的“中国网格( c h i n ag r i d ) ”建设，有多家单位参加。 “上海教育科研网格”，多所上海的大学参加。 “仿真网格”的研究，由航天二院和清华大学共同丌展。 “织女星网格”，由中科院计算所领衔开发。 另外，全国还有几十所大学和研究机构已经丌展各种网格研究。可以看出， 网格研究正在迅速展开。 1 l 3g l o b u st o o l k i t4 平台介绍 g l o b u s 是一个多研究机构联合开发的项目，它力图实现计算网格结构，来提 供对高性能远程计算资源普遍的、可靠的、一致性的访问。在2 0 0 5 年4 月3 0 日， g l o b u s a l l i a n c e 正式向开发社区发布了最新的g l o b u st o o l k i t4 0 版本。与g t 以前 的版本相比，g t 4 包括很多w e b 服务和标准。i a nf o s t e r 在一次访谈中说：“g t 4 是g l o b u s 进化的一个延续，其重要之处在于，这是我们第一次觉得可以告诉其他 组织，代码质量足以满足企业需求了。” 3 1g l o b u st o o l k i t4 体系结构 我们已经知道了什么是o g s a 和w s r f ，那么我们看一看图3 1 ，看看g t 4 是怎么融合进去的。 幽3 1 g t 4 和i o g s a 、w s r f 的关系 f i g u r e3 - 1r e l a t i o nb e t w e e ng t 4 a n do g s a 、w s r f g l o b u st o o l k i t4 0 对一组w e b 服务进行打包，这些服务提供了一个面向服务 的基础设施。g t 4 最重大的改进在于w s r f 和w 曲s e r v i c e sn o t i f i c a t i o n ( w s n ) 这 两个新标准的实现，从而在建立对有状态资源进行访问的w e b 服务时，不再需要 像o g s i 那样对w e b 服务进行扩展，而是以通用的标准来实现，更有利于网格应 用的发布与使用。此外，所有的g t 4 组件( 包括w s 和n o n - w s ) 都支持x 5 0 9 端点 实体证书和代理证书，因此，客户端可以使用相同的信任状与g t 4w s 组件或者 n o n - w s 组件进行身份验证。 g t 4 的体系结构如图3 2 所示，它由许多不同的组件组成，这些组件基于功 能来分类可以分为5 个不同的方面：安全，数据管理，执行管理，信息服务和公 共运行时环境。从图中可以看到，g t 4 致力于把服务构建在w e b 服务之上，但也 有一些服务不是基于w e b 服务的，比如g f i d f t p 、r l s 、x i o 等。 g l o b u s t o o 1 k i t v e r s i o n4 ( g t 4 ) ：c o m m u n i t y s c h e d u l e rl i f ：! 型l 国霉黉曰豳 日翳豳日困 国圜圆圈固 + w s n p f 岫 国囤固萤国 i n o n - w 弓 c o m l t m m m t l ； 囤国囤 口c o c o g tc o m 删肚f 嘶删r e i e b e s te f f o r ts u p 口o f l i i ic o n f b m b 析e c h p ，o v p 她! i c i n t e r k m c m a y c h a 柏o b 曲忱i n c m m e n t a l 椭n 蝴 ：d e p r a t c dc o 呷啪螂l n o ts u p p o r t o d ；锄4 瞻咖p p o d 衲。m 删蛆 图3 2 g t 4 体系结构 f i g u r e3 - 2g t 4a r c l a i t e e t u r e 3 2g l o b u st o o l k i t4 组件介绍 3 2 1 公共运行时( c o m m o nr u n t i m e ) 公共运行时( c o m m o nr u n t i m e ) 组件是g t 4 的基础，它提供了一组程序库和工 具来支持w e b 服务和非w e b 服务的创建和部署，支持最新的w s r f 和 w s n o t i f i c a t i o n 规范。它主要包括e x t e n s i b l e i o ( x l o ) ，cc o m m o nl i b r a r i e s , j a v aw s c o r e ，cw sc o r e ，p y p h o nw sc o r e 等。 3 2 2 安全( s e c u r i t y ) 网格安全基础设施( g s l ) 采用公钥密码体系作为网格安全体系的基础，它在消 息层和传输层上都提供可靠的安全服务。通过支持w s - s e c u r i t y 标准和w s s e c u r e c o n v e r s a t i o n 规范实现对s o a p 消息的保护；通过支持t l s 规范实现在传输 层基于x 5 0 9 代理证书