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基于o g s a - d ai 网格数据传输的实现 摘要 课题是国家海洋信息中心承担的国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 项目 9 基于网格的海洋环境数据共享与信息服务技术的研究( 2 0 0 6 a a 0 9 2 1 3 9 ) ”中的数 据传输模块。课题是基于开放网格服务体系结构数据访问和集成( o g s a _ d a i ，o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r ed a t aa c c e s sa n di n t e g r a t i o n ) ，采用最新发布的 g l o b u st o o l k i t4 ( g t 4 ) 工具包实现海洋环境数据的传输，为上层系统的实现 提供基本的支持。论文介绍了网格的基本概念、特点和网格的体系结构，阐述了 实现网格数据传输的关键技术o g s a - d a i ，其中包括o g s a d a i 的体系结构、端口 类型和功能，研究了o g s a 体系结构的核心实现w s r f ( w e bs e r v i c er e s o u r c e f r a m e w o r k ) ，描述了基于o g s a - d a i 网格数据传输实现使用的开发工具包g t 4 的 相关内容。论文在关键技术的基础上，根据用户的要求和待传输的数据的特点， 设计了基于o g s a - d a i 的网格数据传输系统，即数据量较小且需要实时传输，可 采用数据直接传输到客户端的方式；数据量较大时，可采用客户端与f t p 的数据 传输方式。根据传输系统的设计，论文最后实现了两种数据传输的功能。论文采 用了最新发布的g t 4 工具包实现了基于o g s a d a i 的网格数据传输的功能，因而 具有创新性和前瞻性。最后，通过课题结果的测试，实现了预期数据传输的功能。 关键词：网格技术：o g s a - d a i ；g i o b u st o o i k i t4 ；数据传输；w s r f t h er e a1 z a tio no fg ridd a t at r a n s mis s ；o n b a s e do no g s a - d al a b s t r a c t s t a t ei n f o r m a t i o nc e n t e ru n d e r t a k e st h en a t i o n a l h i g ht e c h n o l o g y r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a m ( 8 6 3 p r o g r a m ) r e s e a r c ho nt h ed a t as h a r ea n d i n f o r m a t i o ns e r v i c et e c h n i q u eo fo c e a ne n v i r o n m e n tb a s e do n 班d ( 2 0 0 6 & a 0 9 2 1 3 9 ) t h es u b j e c tu n d e r t a k e sd a t at r a n s m i s s i o nm o d u l e t h es u b j e c tb a s e so no p e n 班d s e r v i c e a r c h i t e c t u r ed a t aa c c e s sa n di n t e g r a t i o n ( o g s a - d a i ，o p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r ed a t aa c c e s sa n di n t e g r a t i o n ) ，u s i n gt h el a t e s tg l o h u st o o l k i t4 ( g t 4 ) i n o r d e rt oa c h i e v ed a t at r a n s m i s s i o no fo c e a ne n v i r o n m e n ta n dp r o v i d et h eb a s i c s u p p o r t f o r t h eu p p e rs y s t e m t h ep a p e ri n t r o d u c e sc o n c e p t ，p e c u l i a r i t ya n d a r c h i t e c t u r eo fg r i d a n di ts t a t e st h ek e yt e c h n i q u e so g s a - d a it h a ta c c o m p li s hg r i d d a t at r a n s m i s s i o n , i n c l u d i n ga r c h i t e c t u r e ，i n t e r f a c et y p e ，f u n c t i o no fo g s a - d a i i t a l s or e s e a r c h e so nt 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 ) ，w h i c hi st h ec o r e a c c o m p l i s h m e n to fo g s a a n d t h ep a p e rd e s c r i b e st h et o o l k i t sg t 4 ，a c c o m p l i s h i n g g r i dd a t at r a n s m i s s i o nb a s e do no g s a - d a i o nb a s eo ft h ek e yt e c h n i q u e s ， a c c o r d i n gt o u s e r sr e q u e s ta n dd a t ac h a r a c t e r i s t i c , t h ep a p e rd e s i g n 班dd a t a t r a n s m i s s i o ns y s t e mb a s e do no g s a - d a i v 们l l e nt h eq u a n t i 哆o fd a t ai ss m a l la n d d a t an e e d sr e a l - t i m et r a n s m i s s i o n ，a n dt h e nc a nu s et h ew a yd a t ad i r e c tt r a n s m i s s i o n t oc l i e n ts i d e w h e nt h ed a t aq u a n t i t yi s b i g ，a n dt h e n c a nu s et h ew a yd a t a t r a n s m i s s i o nb e t w e e nc l i e n ta n d 肿：a c c o r d i n gt ot r a n s m i s s i o ns y s t e m sd e s i g n ，t h e p a p e rh a sr e a l i z e dt h e s et w ok i n d so fd a t at r a n s m i s s i o nf u n c t i o nf i n a l l y t h ep a p e r u s e st h en e w e s tg t 4t o o l k i tt or e a l i z et h ef u n c t i o no fg r i dd a t at r a n s m i s s i o nb a s e do n t h eo g s a - d a i , t h u si th a st h ei n n o v a t i o na n df o r e s i g h t e d n e s s a tl a s t , f r o mt h et e s t o ft h es u b j e c t , t h er e s u l ta c c o r d st oa n t i c i p a n tf u n c t i o no fd a t at r a n s m i s s i o n k e y w o r d s ：g r i dt e c h n i q u e ：o g s a - d a l ：g i o b u st o o i k i t4 ；d a t a t r a n s m i s s i o n ： w s r f l l 独创声明 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，也不包含未获得 ( 洼；翅趁直墓丝重塞挂别岂题笪! 奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使 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。 学位论文作者签名善未帅签字日期， 年 月日 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，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 授权学校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，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文储签名：导采访 7 导师签字： 毒嘲 ， 签字e l 期：年 月 e l签字日期：年 月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 基于o g s a - d a i 网格数据传输的实现 1 绪论 1 1 课题研究背景 随着经济全球化和信息技术的深入发展，人们越来越需要在组织机构、区 域乃至全球范围内共享和交换信息。特别是在一些大型科学研究和工程领域中， 一些超大规模应用问题的解决往往需要多个机构合作和资源共享。这就需要一 种技术来将地理上分布、系统异构的多种资源通过高速网络连接起来，以获得 复杂问题的求解能力，这种技术被称为网格( g r i d ) 技术。网格对现有互联网 进行了非常好的管理，它把分散在不同地理位置的资源虚拟成为一台空前强大 的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、软件资源、 通信资源、知识资源和专家资源等的全面共享【l - 2 】。这些资源形成一个整体后， 就可以向用户提供前所未有的使用方便性和超强的计算能力。在硬件方面，网 格需要将地理上分布在不同的地方的硬件资源，如网络、计算机、数据仓库以 及可视化虚拟现实显示仪等设备有机地连接起来；在软件方面，网格的作用就 像一个操作系统，它将因特网上的各种硬件和软件资源有机地整合起来，进行 管理，以便这些分散的部件能够很好地协同地运作。与当今的因特网相比，网 格有了巨大的进步和提高。当今因特网的主要功能是将分散的信息资源互联， 以w e b 的方式将信息发布给用户；而网格的目标却远不止这些，它不仅能够使 全球范围内的资源互联与共享，更能把分散在全球各个角落的网格节点的能力 整合起来，形成一个强大的合力，来应付解决未来更难、更复杂的问题。网格 又被称为继传统互联网、w e b 之后的第三大浪潮，也就是第三代互联网【3 】。 1 2 网格国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 网格研究主要集中在数据网格( d a t ag r i d ) 、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 ) 、知识网格( k n o w l e d g eg r i d ) 。目前，在网格研究 领域，美国和欧洲处于领先地位，其研究范围和规模都比较大，其中比较著名 的是美国的多家科研机构参与研究的g l o b u s 、l e g i o n 、c o n d o r 项目。 基于0 g s a o d a i 网格数据传输的实现 g l o b u s 4 】系统主要由美国翘o n n e 国家试验室、芝加哥大学、南加州大学 和伊利诺伊大学分校联合研制。它集成、构造一套底层的开发工具，采用模块 化设计方式，可升级或替换，是一个中间系统【5 】。g l o b u s 对资源的管理、网格 安全、信息服务和数据库管理等网格计算的关键技术进行研究，提出了一整套 s d k ( s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t ) 和a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) ， 用户可以选择其中的工具模块进行高层次的应用开发。 c o n d o r n 是威斯康星一麦迪逊大学的研究项目，它是一个专用的计算密集 型负载管理系统，提供队列机制、调度策略、优先级方案、资源监控、资源管 理等功能。用户向c o n d o r 提交自己的作业后，c o n d o r 把作业放在队列中，并 根据一定的策略，选择合适的时间在合适的节点上运行用户提交的作业。作业 运行过程中，它监控作业的运行过程。作业运行结束时，通知提交作业的用户。 l e g i o n t 7 】是弗吉尼亚大学的一个基于对象的元系统软件项目，始于1 9 9 3 年。 它的目标是为用户提供单一、一致的虚拟机器模型。l e g i o n 是一个基于计算的 元系统，支持透明调度、数据管理、容错、站点自治和多种安全机制。在l e g i o n 内，所有的实体都是对象，包括硬件实体和软件实体。 另外，美国还有许多项目与网格研究和开发工作密切相关除此之外。例如 加利福尼亚大学计算机科学与工程系网格计算实验室进行的a p p l e s 项目，主要 研究面向应用层的调度；建设一个处理复杂文档环境的d o c t 项目；研究把环 球信息网变成分布式并行计算门户的国际互联网计算平台项目p t j n c h ：开发桌 面软件，提供通过国际互联网在全球范围内获得无处不在计算能力的商业网格 计算项目e n t r o p i a p c 等等。 欧洲网格致力于从网格基础设施、应用开发、基本技术三方面入手，建设 一个给用户提供安全、简单、透明、访问欧洲范围内信息资源的平台，为欧洲 的科学研究提供服务。欧洲网格研究最著名的试验系统是欧洲数据网格【8 1 项目。 欧洲数据网格( d a t ag r i d ) 的目标是以欧洲粒子中心，它拥有人类历史上 最为强大的大型强子对撞机l h c ( l a r g eh a d r o nc o l l i d e r ) 。为世界范围内分布 的科研团体提供数据分布存储、传输和计算密集型分析处理的能力，以进行科 学研究，开展面向高能物理学、地球观测、生物信息学等应用的研究工作。研 究内容主要包括：数据访问、数据副本管理、元数据管理、数据安全、查询优 2 基于o g s a - d a i 网格数据传输的实现 化、资源调度和管理等。其项目被分为以下1 2 个工作集包：网格作业调度、网 格数据管理、网格监测服务、结构管理、大规模存储管理、网络服务、高能物 理应用、地球观察应用、生物应用、分发、项目管3 1 9 1 9 - l o 。 另外，欧洲许多其他国家也开展了自己的网格研究。例如德国联邦教育和 研究部资助的u n i c o r e 1 l 】，荷兰的荷兰网格，基于虚拟组织的爱尔兰网格， 北欧四国一挪威、丹麦、瑞典、芬兰建设的n o r d u 网格，等等。 1 2 2 国内研究现状 国内对网格的研究始于1 9 9 9 年，主要集中在高校和科研院所科研实力较强的 单位。近年来，国内的网格研究发展迅速，比较有代表性的是中科院计算所联合 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 ) 项目及中科院计算所、清华大学等几家单位，共同 承担的重点项目“织女星网格一( v e g ag r i d ) 。 国家高性能计算环境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 r a c t 连接起来，进行统 一的资源管理、信息管理和用户管理。织女星网格研究的重点是网格体系结构 和网格操作系统【1 2 1 ，基本思想是把网格看成一台虚拟的、具有单一系统映像的 计算机系统。织女星网格总的特色是服务网格的思想，其概念及创新点和研究 工作所遵循的指导思想是通用服务、辅助智能、全局一体和自主控制。 1 3 研究内容 本文研究的目标是基于o g s a - d a i 结构，采用最新的g t 4 1 3 1 工具包实现网格 数据传输。为此，本文主要研究了以下几个方面的内容： ( 1 ) 阐述了网格的基本概念和特点； ( 2 ) 深入分析了开放网格服务体系数据访问和集成( o g s a _ d 越) ，w e b 服 务资源框架和g l o b u s 工具箱； ( 3 ) 阐述了基于o g s a - d a i 的两种网格数据传输的方式，完成了数据传输 到客户端模块和客户端与f t p 数据传输模块的设计，并简要描述了系统的数据； ( 4 ) 实现了两种数据传输功能； 3 基于o g s a - d a i 网格数据传输的实现 1 4 章节安排 全文共由五章组成，各部分主要内容如下： 第1 章，绪论。主要介绍课题的来源和背景、研究的内容，并阐述网格国 内外的研究现状。 第2 章，数据传输实现的关键技术。介绍了网格的基本概念、特点、发展 历程和网格的体系结构，着重介绍了实现网格数据传输的关键技术o g s a - d a i ， 其中包括o g s a - d a i 的体系结构、端口类型和功能等。深入研究了o g s a 体系 结构的核心实现w s r f ，最后介绍了基于o g s a - d a i 网格数据传输实现使用的 开发工具包g t 4 的相关内容。 第3 章，数据传输系统的设计。介绍了整个课题的概述和体系结构，阐述 了两种数据传输的方式，数据传输到客户端模块和客户端与f t p 数据传输模块 的设计，并简要描述了系统的数据。 第4 章，数据传输系统的实现。在前面理论分析的基础上，本部主要介绍 了基于o g s a - d a i 数据传输系统的实现，其中包括数据传输系统网格开发环境 的部署，详细论述了两种传输方式的具体实现。最后，演示了课题的实现结果。 第5 章，总结与展望。总结了本文的工作，指出并分析了系统尚不完善的部 分，对将来的工作进行了展望。 4 基于o g s a o d a i 网格数据传输的实现 2 网格数据传输的关键技术 2 1 网格的概述 2 1 1 网格的基本概念 随着i n t e m e t 带宽的增长，网络中接入的计算机数量日益增多。但i n t e m e t 上很多节点使用的效率并不高，大多数计算机在多数时间内处于闲置或者休眠 状态，或仅仅是完成文字处理这样简单的工作。现在拥有大型机和工作站的机 构已经不少，并且个人p c 机在世界各地也都能找到它的踪影，而这些计算资 源的利用效率有多高呢? 下面是一组来源于m m 官方网站的统计数据：， 大型机4 0 的时间空闲； u n i x 服务器9 0 的时间空闲； 大多数p c 机9 5 的时间空闲； 互联网的内容每天都在飞速增长，不可能有哪个单一的服务器或者搜索引 擎能够掌握所有资源。据有关文章分析，现在每年互联网都会增加2 x1 0 1 8 b 的 内容，但大概只有3 x1 0 1 2 b 能为公众所用，只相当于总量的0 0 0 0 1 5 ，即便是 g o o g l e 这种功能强大的搜索引擎也只能查到1 3 1 0 8b 的内容。如何充分利用 网络中的软硬件资源，充分发挥网络资源的潜能是摆在我们面前的重大任务。 网格( g r i d ) 正是为了解决这些问题而提出的一种全新的基于i n t e m e t 的应 用技术，它已经成为继传统因特网、w e b 之后的第3 次互联网浪潮，继w e b 应 用之后的信息技术革命的主角，国家信息服务的战略性基础设施。传统因特网 实现了计算机的互联，w e b 实现了网页的连通，而网格则试图实现互联网上所 有资源的全面贯通，其中包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信 息资源和知识资源等。 网格的前生是1 9 9 0 年的“元计算 ( m e t a c o m p u t i n g ) 【1 4 1 ，其目的是连接美国 境内的数个超级计算机，以整合成具有超级计算能力的元计算机。网格诞生于 1 9 9 7 年美国a r g o n n e 国家实验“b u i l d i n gac o m p u t a t i o n a lg r i d 的研讨会上。1 9 9 8 年，l a nf o s t e r 和c a r lk e s s e l m a n 在他们编著的书“t h eg r i d ：b l u e p r i n tf o ran e w c o m p u t i n gi n f r a s t r u c t u r e 【1 5 】中给出最初的网格定义：“计算网格是一个提供可 5 基于o g s a d a i 网格数据传输的实现 靠的、一致的、无所不在的便宜的硬件和软件基础结构，用来进行高端计算。 这个特别的定义来自早期的网格，它用来互联美国各个实验室和大学之间的高性 能设备。 自从网格有了这个最初的定义之后，许多人又试图给出网格的其他定义。 例如，“网格是一个提供服务层的软件构架，用来访问和管理分布式硬件和软件 资源 【1 6 j ，还有“实现高性能计算、存储数据、仪器设备的广域的分布式网格， 一个打破习惯限制的协作共享环境”【1 7 1 。m m 把网格定义为：“基于标准的应用 资源共享结构，使得它能够透明地为异地系统和应用去共享、计算和存储资源 【1 8 1 。2 0 0 1 年，f o s t e r ，k e s s e l m a n 和t u e c k e 将网格重新定义为：“协作资源共享， 在动态的多机构的虚拟结构中解决问题【1 9 】。最后的这个定义是我们今天最普 遍应用到的对网格抽象的定义。 2 1 2 网格的特点 网格是一个资源共享、协调工作的虚拟环境，能够充分吸纳各种资源，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资源。因此， 网格有五个基本方面的特点：可靠性、易访问性、统一开放性、经济性和可扩 展性。 可靠性 网格的可靠性是指网格提供的计算能力必须是保证持续、稳定和安全的， 不应该因为网格内部个别资源的变化而对网格应用造成影响，即网格内部的资 源的变动对网格应用应该是透明的。例如网格把整个计算工作的某一部分分配 给某台小型机，而这个时候出现了网络通信失败的问题，那么网格环境就应该 立即调度，保证这部分工作能够成功的分配到另外一台正常的计算机上去完成， 这样从用户的角度看来，整个工作是没有被中断的或者失败的。 易访问性 网格的易访问性是指用户可以在任何时间、任何地点以自己习惯的统一的 形式访问和使用各种网格资源。在网格上没有资源处在什么位置的概念，只有 “在网格上 或者“不在网格上 的区别。无论在什么地方，网格资源都在随 处可用。就像用电的插座一样，无论是什么电器，只要接入电网，就立即获得 6 基于o g s a - d a i 网格数据传输的实现 统一的电力。从用户的角度看，网格可以轻易的提升其对不同地理和管辖范围 的能力。在最高层次上，网格可以保证应用企业级的广泛的组织策略。 统一开放性 网格的统一开放性是指网格资源之间有一个统一的、能够相互访问的接口 或者标准协议，实现不同硬件设备、不同操作系统、不同语言平台的网络或者 计算机能够相互访问，是资源能够充分的共享和协调工作。网格对用户提供的 计算能力应该满足一定的标准，有一种统一的形式，以便访问者能够在不同时 间、地点、访问系统。网格需求的多样性，软件、硬件和人的持续非集中分布 性，使得我们迫切的需要一种高质量的接口和服务例。 经济性 网格的经济性是网格得以普遍使用和发展的前提。如果网格费用昂贵，则 提高了用户的准用门槛，那么网格资源中可利用的资源就会少，网格的各种优 势无法得以体现。网格资源通过将资源充分共享，最大限度地发挥资源的使用 价值，不仅可以将闲置资源和浪费资源收集起来，还可以避免由于地理位置限 制所带来的各种额外开销，提高网格整体优势。 可扩展性 网格的可扩展性是指网格系统能够根据实际的需要，扩展系统的规模。传 统的高性能计算机系统中，计算资源是独占的，而网格计算系统中的资源是异 构的、分布的和变化的，甚至可能会发生故障，面对这些情况，网格计算系统 应能做到动态的可适应性。与一般局域网系统和单机的结构不同，网格计算系 统由于地域分布和系统的复杂性，使得整体结构经常变化，网格计算系统必须 做到能够适应这种经常变化的结构。 2 1 3 网格的体系结构 为了动态建立虚拟组织，实现跨自治区域的虚拟组织管理和资源共享，需 要对网格体系结构进行研究。到目前为止，比较重要的网格体系结构有两个： 一个是f o s t e r 等早些时候提出的五层沙漏结构【2 1 】；另一个是在以i b m 为代表的 工业界的影响下，在考虑到w e b 技术的发展与影响后，f o s t e r 等结合w e bs e r v i c e 提出的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 e sa r c h i t e c t u r e ) 7 基于0 g s a - d a i 网格数据传输的实现 ( 1 ) 五层沙漏结构 网格体系结构( g r i da r c h i t e c t u r e ) 定义了网格系统的基本组件，还定义了 这些组件的目的及功能，并指出了这些组件的交互( f o s t e r 、k e s s e l m a n & t u e c k e ) 。 它主要关注资源提供者和用户之间的互操作性问题，以此来建立共享关系。如 图2 - 1 是五层沙漏模型，它定义了每一层的运行机制、接口、模式和协议等。 臣圈 口固 ! 堕口口田 图2 - 1 五层沙模型与i n t e r n e t 协议体系结构 基础结构层：定义本地共享的资源接口，包括计算资源、数据存储资源、 网络资源、软件模块和其它系统资源等。五层沙漏结构的一个重要特点是 呈现沙漏形状，每一层定义的协议标准的数量是不同的，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服务的地点都应该得到支持，因 此核心协议的数量不能太多，从而核心协议层形成了协议层结构中的瓶颈 部分，表现为沙漏形状。 连接层：定义基本的针对专门的网格服务的通信和认证协议。 资源层：定义了单个资源的共享操作协议，包括初始化、安全协商、监测、 控制、记账和付费等。资源层还调用基础结构层的功能实现对本地资源的 访问和控制，该层只处理单个资源，不关心资源集合池中的全局状态和原 子操作的问题。 汇聚层：负责全程资源的管理和资源的交互，使用部分资源层协议和连接 层协议实现资源的共享行为。 应用层：通过不同的协作和资源访问协议使用网格资源。 8 基于o g s a - d 舡网格数据传输的实现 ( 2 ) 开放网格体系结构0 g s a 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 e sa r c h t e c t u r e ) 是用于建 立面向服务的下一代网格系统的标准，是g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 【矧制定的 重要标准建议，是继五层沙结构之后最重要、最新的一种网格体系结构。 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。o g s a 的基本思 想是以服务为中心，在o g s a 中一切都是服务。这里的服务是指具有特定功能 的网格化实体，包括各种计算资源、存储资源、网络资源、数据资源等等。网 格服务基于w e bs e r v i c e ，提供一组接口，这些接口的定义明确并且遵守特定的 惯例。在o g s a 中，把一切都看作是服务，网格就是可扩展的网格服务的集合。 网格服务可以以不同的方式聚集起来满足虚拟组织的需要，虚拟组织自身也可 以部分地根据它们操作和共享的服务来定义。网格服务通过定义接口来完成不 同的功能，服务数据时关于网格服务实例的信息。简单的说，网格服务= 接1 2 行为+ 服务数据吲。如图2 - 2 网格应用可以通过相容的o g s a 服务来建立： 图2 - 2o g s a 体系结构 宿主环境：一个特定的执行环境，不仅阐述编程模型和语言，而且也说明 能够应于实现网格开发和调试工具。它也说明一个网格服务实现如何满足 有关网格服务语义约束。 w e b 服务：由标识的软件应用程序，其接口和绑定可以同做x m l 构建进行 定义、描述和开发，w e b 服务支持通过基于i n t e m e t 的协议使用基于x m l 的消息和其他应用软件直接进行交互。 o g s i w r s f ：w e b 服务层及其o g s i 刎扩展( 现已被w s r f 规范替代) 为 9 灌覆雾，该雾鼢 基于o g s a d a i 网格数据传输的实现 下一层提供基础设施：基于架构的网格服务。o g s 删s i 心为网格系统提供 包括描述和发现服务属性、创建服务实例、管理服务生命周期、管理服务 组以及发布和订阅服务通知等标准接口及相关行为，支持创建、管理网格 服务以及网格服务的信息交换。g g f 目前正在致力于在诸如程序执行、数 据服务和核心服务等领域中定义基于网格架构的服务。随着这些新构架的 服务开始出现，o g s a 将变成更加有用的面向服务的架构( s o a ) 。 o g s a 平台服务：基于网格的服务，该服务与用户认证和授权、容错、作 业提交、监控和数据访问有关。 面向服务的网格应用程序：基于o g s 删s r f 创建了一套标准服务，包括策 略服务、注册服务、服务级别管理以及其他网格服务，从而在构建网格系 统时可以实现代码重用和组件互操作。高层应用与服务使用底层平台的核 心组件可以构建用于资源共享与协同工作的网格应用。 2 2 开放网格服务体系数据访问和集成( o g s a - d ai ) 开放网格服务体系结构数据访问和集成( o g s a - d a i ，o p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r ed a t aa c c e s sa n di n t e g r a t i o n ) 2 5 堤一个中间技术，能方便的应用于不 同数据源访问和数据集成，诸如关系数据库、x m l 数据库和网格上的文件系统。 o g s a - d a i 包括规范和实现两个方面。作为一个规范，它定义了在网格上进行 数据访问和集成所需要的服务和接口。o g s a - d a i 的目的是允许外部数据源， 例如数据库与o g s a 框架相结合，因此可以通过标准网格服务接口来访问。通 过使用o g s a - d a i ，不同种类的全异数据资源可以统一的访问。 2 2 1o g s a - d a i 的体系结构 o g s a - d a i 体系结构图如2 - 3 图所示： 1 0 基于o g s a d a i 网格数据传输的实现 。7 ，一一r ： “ ， ， ： l 、，|，0 客户工具与应用| ， ， ：， j z 客户层，罾粤氅篓磬粤跫警霭，。，：，j 。j j ；敦据服务 ；表表现层肇：黟j _ ：；焉：。? ：，二：镧 黟：纛。- 玑，? 瑚 ，j 一 ， ” ；j 。，：一， 楱0 g s 7 - d a i ， ， 。，。、0 、| j 。 ：“二3 一 ；烙黼，匿：鬟嗣i 隧墨剃，0 。： j t m 丛口j i m i i 、 ，“ 7 敦括夹型 影雾霉鬟 ；数据层，篷蒌鼍豪翊邕羔莲荔鞫 ； 7 也数据库关系数据库 渺“ 图2 30 g s a - d a i 体系结构 数据层 它是由o g s a - d a i 进行封装的数据资源组成，能够支持： ( 1 ) x m l 数据库，例如e x i s t ，x i n d i c e 。 ( 2 ) 关系数据库，例如，m y s q l ，d b 2 ，o r a c l e 等。 ( 3 ) 特定形式的文件和目录，例如，o m i m ，s w i s s p o r - t 和e m b l 。 数据业务层到逻辑层的接口 数据业务层到逻辑层的接口通过使用数据资源访问者( d 黜d a t a r e s o u r c ea c c e s s o r ) 部件实现，用于数据层和业务逻辑层之间的信息通信。 每个数据服务资源都有自己的数据访问者用来控制数据资源的访问。 业务逻辑层 它是由数据服务资源和支持部件组成，这一层封装了o g s a d a i 的核 心功能。多个数据服务资源能够访问展示多个数据资源。一个数据资源的 作用如下： 基于o g s a - d a i 网格数据传输的实现 ( 1 ) 执行操作文档( e x e c u t i o no fp e r f o r md o c u m e n t s ) ：一个操作文档 描述一个数据服务资源要执行的动作。这些动作在0 g s a d a i 中被称为活 动。o g s a - d a l 支持许多种活动，例如数据库查询、数据转换、数据传输。 ( 2 ) 响应文档的生成：一个响应文档描述一个执行文档的执行状态； 它可能包括结果数据等。 ( 3 ) 数据资源访问：与数据资源的交互。 ( 4 ) 数据传输功能：数据能以流式形式在客户或其它数据服务资源和 该数据服务资源之间进行传输。 ( 5 ) 会话管理( s e s s i o nm a n a g e m e n t ) ：s e s s i o n 对象的创建、访问和终 止允许在对数据服务资源的多个请求之间保存状态。所有的操作文档的请 求都是在一个s e s s i o n 中处理的。同时，s e s s i o n 可以用来在数据传输过程中 保存数据流。 ( 6 ) 属性管理：就是支持对数据服务资源的相关属性的创建、访问和 删除。数据服务资源的属性通常都是用来展示元数据的，比如一个请求的 状态、底层数据资源的s c h e m a 文件。 业务逻辑层和表示层的接口 这个接口用来在业务逻辑层和表示层之间进行双向的信息交互。一方 面从表示层向业务逻辑层传输数据服务资源的名字、属性名、s e s s i o ns t r e a m 标识；客户代理证书和认证信息；操作文档和数据；数据服务资源配置信 息。另一方面从业务逻辑层到表示层传输响应文档和结果数据，一个特定 s e s s i o n 的请求处理状态，数据服务资源支持的活动的信息。 表示层 这层的功能是以w e bs e r v i c e 接口的方式向外提供数据服务资源的功 能。0 g s a - d a i 包括两种实现方式：一个是符合w s r f 规范的，另一个是 符合w s i 的。 客户层 客户层通过相应的数据服务来与数据服务资源进行交互。 基于o g s a d a i 网格数据传输的实现 2 2 20 g s a - d a i 端口类型 o g s a - d a i 提供下列端口类型定义用于数据访问和集成的网格服务。在 o g s a - d a i 中的网格服务成为网格数据服务( g d s ，g r i dd a t as e r v i c e ) 。g d s 必须实现g d s p o r t t y p c 接口。o g s a - d a i 提供下列接口： ( 1 ) o d s p o r t t y p e 端口类型 g d s p o r t t y p c 端口类型支持数据存储、集成和交互，并且所有的g d s 要实 现该端口类型。它扩展了3 个端口定义类型。一个是定义在o g s i 中的 g r i d s c r v i c c 端口类型；另外两个是o g s a - d a i 定义的d r i d d a t a p e f f o r m 端口类 型和g r i d d a t a t r a n s p o r t 端口类型。 ( 2 ) g r i d d a t a p c r f o r m 端口类型 g r i d d a t a p c r f o r m 端口类型为客户机提供了访问数据源和找回结果的方法。 如图2 - 4 所示，它支持用于数据库查询的面向文档的接口，其中查询请求时通 过使用网格数据服务执行( g d s p e r f o r m ) 文档来提交以指定数据源上的操作， 而响应是通过使用包含操作结果的网格数据服务响应( g d s r e s p o n s e ) 文档来 返回。提交给g d s 的查询文档的特征和由此产生的结果文档取决于给出的网格 服务数据源的类型。例如，关系数据库可以接收s q l 查询，而x m l 数据库可 以接收x p t h 查询。使用一个文档来描述请求允许对请求进行分析和优化。 图2 4o g s a - d a i 中数据访问 ( 3 ) g r i d d a t a t r a u s p o r t 端口类型 g r i d d a t a t r a n s p o r t 端口类型提供在o g s a - d a i 服务之间以及在o g s a - d a i 客户机和o g s a d a i 服务器之间数据传输的支持，并且提供下列方法： 1 3 基于o g s a - d a i 网格数据传输的实现 p u t f u u y ( ) 传输一个完整的数据集合。 g e t f u u y ( ) 接收一个完整的数据集合。 p u t f u u y ( ) 传输一个数据块，该数据块是使用指定块索引的操作 的一大批数据的一部分。 g e t b l o c k ( ) 接收一个数据块，该数据块是使用指定块索引的操作 的一大批数据的一部分。 ( 4 ) g r i d d a t a s e r v i c e f a c t o r y 端e l 类型 g r i d d a t a s e r v i e e f a c t o r y 端e l 类型用于实现网格数据服务工厂g d s f ，是一 个用于创建g d s 的持续网格数据服务。该端口类型扩展了3 个o g s i 端口类型： g r i d s e r v i c e 、f a c t o r y 、n o t i f i c a t i o n s o u r c e 。 ( 5 ) d a i s e r v i c e g r o u p r e g i s t r y 端口类型 d a i s e r v i c e g r o u p r e g i s t r y 端口类型用于实现d a i s e r v i c e g r o u p r e g i s t r y 一个 d a i s g r 服务能够用于注册实现一个或多个o g s a - d a i 端口类型的任意服务。 d a i s e r v i c e g r o u p r e g i s t r y 端口类型扩展了4 个o g s i 端口类型：g r i d s e r v i c e 、 s e r v i c e g r o u p 、r e g i s t r a t i o n 和n o t i f i c a t i o n s o u r c e 。 2 2 3o g s a d a i 功能 o g s a - d a i 为在网格数据访问和集成提供了下列功能： 1 g d s 实例的生命周期管理 g d s 实例是一个短暂服务。它是与数据源相联系的g d s f 创建。客 户机可以通过与g d s 交互来访闯数据源。g d s 实例可以被动态的创建和 显式的撤销。 2 服务注册取消注册 一个o g s a d a i 服务可以通过s e r v i c e g r o u p r e g i s t r a t i o n ：a d d ( ) 方法向d a i s g r 注册自己。除此之外，一个d a i s g r 也能够在另一个 d a i s g r 中注册。通过查询一个d a i s g r ，客户机可以发现提供特殊服 务或能力或管理特殊数据源的o g s a - d a i 服务。在一个d a i s g r 中注册 的服务也能够通过s e r v i c e g r o u p r e g i s t r a t i o n ：r e m o v e ( ) 方法撤销服务。 1 4 基于o g s a d a i 网格数据传输的实现 3 服务发现 一个客户机可以通过g r i d s e r v i c e ：f i n d s e r v i c e d a t a ( ) 方法查询一 个d a i s g r 以发现一个满足它需要的o g s a - d a i 服务。然后客户机可以 直接查询该o g s a - d a i 服务，并且也可查询管理o g s a d 趟服务注册的 o g s is e r v