（计算机应用技术专业论文）基于wsrf的auction系统的研究与应用.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 简单地讲，未来的互联网技术网格把互联网上的众多计算资源整合成 一台虚拟的超级计算机，实现各种资源的全面共享，消除了资源孤岛。随着网 格计算研究的深入，人们越来越发现网格体系结构的重要。只有建立合理的网 格体系结构，才能够使网格有效地发挥作用。在以m m 为代表的工业界的影响 下，在考虑到w c b 技术的发展与影响后，i a n f o s t e r 等结合w c b s e r v i c e s 提出了 开放网格服务的体系结构o g s a 。o g s a 提出后，g g f 开始着手研究开放网格 服务基础设施o g s i 草案，由于o g s i 规范过分强调网格服务和w e b 服务的差 别，而且没有对资源和服务进行区分，导致了两者之间不能更好地融合在一起。 为了解决o g s i 和w c b 服务之间存在的矛盾，m m 、b e a 与微软联合发布 了w s - a d d r e s s i n g 协议。基于该协议规范，g l o b u s 联盟和i b m 迅速推出了w e b 服务资源框架w s r f 。w s r f 定义了使用w c b 服务来访问有状态资源的一系列 规范。它包括w e b 服务资源生命周期，w e b 服务可更新引用，w e b 服务资源属 性，w 曲服务服务组和w e b 服务基本错误规范。 虽然w c b 服务实现在它们交互的过程中并不维护状态信息，但是它们的交 互必须经常性地为状态操作考虑。也就是说，数据的值通过w e b 服务交互得以 持久化，并且作为w c b 服务交互的结果而保存。这也是w s r f 这一规范的主要 目的，将w e b 服务与有状态相结合。w s r f 采用了与网络服务完全不同的定义， 它规定资源是有状态的，服务是无状态的，提出了w e b 服务资源的概念。 本论文首先简要介绍了网格基础概念、o g s a 、w s r f 等；接着详细介绍了 w s r f 中有状态服务的具体实现步骤，以及部署发布，这正是w s r f 规范中强 调的有状态资源与无状态服务相结合的实现；最后作为w s r f 规范的实际应用， 本论文中设计的a u c t i o n 系统将会实现w s r f 规范中所含的部分，分别为a u c t i o n 资源的创建、a u c t i o n 资源属性的访问与修改、资源的销毁以及状态改变的监听。 通过本论文的学习研究，作者对网格知识的认识更加深刻。当网格真正成为下 一代网络而普及时，w s r f 方面的研究将会更加有用。 关键词：网格，开放网格服务架构，网络服务资源框架，网络服务资源，有状态 的，无状态的 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s i m p l ys p e a k i n g , t h ef u t u r e i n t e r a c t t e c h n o l o g y - - g r i di n t e g r a t e sn u m e r o u s c o m p u t e rr e s o u r c e si ni n t e m e tt o g e t h e rt ob ea v i r t u a ls u p e rc o m p u t e r , w h i c hr e a l i z e s t h ef u h s c a l es h a r i n go fa l lk i n d so fr e s o u r c e s ，e l i m i n a t e st h ei s l a n d sw h i c ha r el a c k o fr e s o u r c e s p e o p l ef o u n dt h ei m p o r t a n c eo fg r i da r c h i t e c t u r ew h e n t h e yd i dr e s e a r c h o n 鲥dc o m p u t i n g o n l ya f t e rt h er e a s o n a b l eg r i da r c h i t e c t u r ew a sc o n s t r u c t e d ，鲥d 啪p l a yi t sr o l ee f f i c i e n t l y w i t ht h ei n f l u e n c eo fi n d u s t r yw h i c hi sr e p r e s e n t e db y m a nf o s t e ra n do t h e r sp r o p o s e dt h eo p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ( o g s a ) a f t e r t h e yc o n s i d e r e dt h ed e v e l o p m e n ta n di n f l u e n c eo fw e bt e c h n i q u e a f t e rt h ep r o p o s a l o fo g s a , g g fb e g a nt or e s e a r c ho nt h ed r a f to fo p e n 鲥ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ( o g s o o g s ic r i t e r i o n sp l a yg r e a te m p h a s i so nt h ed i f f e r e n c eb e t w e e n 班ds e r v i c e a n dw e bs e r v i c e ，a n dt h e yd o n td i s c r i m i n a t er e s o u r c ea n ds e r v i c e ，a sar e s u l t ，鲥d s e r v i c ea n dw e bs e r v i c ec a n tc o m b i n ew i t h e a c ho t h e rb e t t e rt h a nb e f o r e i no r d e rt or e s o l v et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e no g s ia n dw e bs e r v i c e ，m m ，b e a a n dm i c r o s o f td i s t r i b u t e dw s - a d d r e s s i n gp r o t o c o lt o g e t h e r t ieg l o b u sa l l i a n c ea n d l mp r o p o s e dw e bs e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ( w s r f ) b a s e do nw s - a d d r e s s i n g p r o t o c o lq u i c k l y w s r fd e f i n e sa s e r i e so fc r i t e r i aw h i c ha r ea b o u ta c c e s s i n gs t a t u s r e s o u r c eb yu s i n gw e bs e r v i c e w s r fi n c l u d e st h el i f ec y c l eo fw e bs e r v i c er e s o u r c e ， n p d a t a b l ec i t a t i o no f w e bs e r v i c e ，a t t r i b u t e so fw e bs e r v i c er e s o u r c e s ，s e r v i c eg r o u p o f w e bs e r v i c e ，a n db a s i ce r r o rc r i t e r i ao f w e bs e r v i c e a l t h o u g hw e bs e r v i c e sd on o tm a i n t a i nt h es t a t u si n f o r m a t i o nd u r i n gt h e i r i n t e r a c t i o n , t h e i ri n t e r a c t i o nn e e d st oc o n s i d e rs t a t u so p e r a t i o n sf r e q u e n t l y t h a t st o s a y , t h ev a l u eo fd a t ak e e p sp e r s i s t e n tt h r o u g hw e bs e r v i c ei n t e r a c t i o n ，a n ds a v e sa s t h er e s u l to fw e bs e r v i c ei n t e r a c t i o n t h i si st h em a i no b j e c t i v eo fw s r fc r i t e r i a , c o m b i n i n gw e bs e r v i c ea n ds t a t u s w s r fa d o p t st h ed e f i n i t i o nw h i c hi sd i f f e r e n t f r o mw e bs e r v i c e ，i nt h i sd e f i n i t i o n ，r e s o u r c ei sw i t hs t a t u s ，w h i l es e r v i c ei sw i t h o u t i i 武汉理工大学硕士学位论文 s t a t u s ，a n dt h ed e f i n i t i o np r o p o s e st h ec o n c e p to fw e bs e r v i c er e s o u r c e t h i st h e s i si n t r o d u c e st h eb a s i cc o n c e p t so fg r i 正a n di n t r o d u c e so g s aa n d w s r fi ng e n e r a lf i r s t l y , t h e ni ti n t r o d u c e st h er e a l i z a t i o ns t e p s ，d e p l o y m e n ta n d d i s t r i b u t i o no fw s r fs t a t u ss e r v i c e si nd e t a i l s ，w h i c hi st h er e a l i z a t i o no fs t a t u s s e r v i c e sa n dn o n - s t a t u ss e r v i c e sc o m b i n e dt o g e t h e re m p h a s i z e db yw s r fc r i t e r i a f i n a l l y , a u c t i o nd e s i g n e da st h es i m p l ea p p l i c a t i o no fw s r fc r i t e r i o n s ，r e a l i z e sp a r t o fw s r fc r i t e r i a a n dt h e ya r er e s o u r c e s c r e a t i o n ，a u c t i o nq u o t ep r i c e ，d e s t r u c t i o no f r e s o u l c c sa n dt h ed e t e c t i o no fs t a t u sc h a n g e s t h ea u t h o rg o td e e pu n d e r s t a n d i n g a b o u t 鲥dk n o w l e d g et h r o u g ht h es t u d ya n dr e s e a r c hw o r k i nt h i st h e s i s w h e n 鲥di s w i d e l yu s e da st h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ki nt h ef u t u r e ，r e s e 缸c ho nw s r f w i l lb e m o r ev a l u a b l et h a nb e f o r e i i i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题的背景 第1 章绪论 随着网络技术的飞速发展，科学人士已经开始把研究领域发展到了新的高 度，网格的出现使得研究有了更多的闪光点。网格是把整个互联网整合成一台 巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资 源、专家资源的全面共享1 1 1 。当然，也可以构造地区性的网格( 如某大学校园网 格) 、企事业内部网格、局域网网格、甚至家庭网格和个人网格。网格的根本 特征并不一定是它的规模，而是资源共享，消除了资源孤岛。中国科学院计算 所所长李国杰院士认为，网格实际上是继传统互联网、w e b 之后的第三个大浪 潮，可以称之为第三代互联网应用。简单地讲，传统互联网实现了计算机硬件 的连通，w e b 实现了网页的连通，而网格试图实现互联网上所有资源的全面连 通，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 等【2 l 。 目前，包括m m 、微软、p l a t f o r m 等2 0 0 个成员的全球网格论坛g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 中的g l o b u s 组织，已经推出了一组开放源代码的标准协 议和标准中间件g l o b u s 。它提供了一种通用语言去远程访问超级计算机、数据 收集设施和科学计算数据库。g l o b u s 包括一组工具，可以自动定位所需要的软 硬件资源、认证网格用户合法性、把计算任务打包分发给空闲的处理设备。并 且m m 与g l o b u s 在多伦多联合发布开放性网格服务架构o g s a ( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) ，把g l o b u s 标准与支持商用的w e bs e r v i c e s 的标准结合 起来，让网格能够支持w e bs e r v i c e s l 3 1 。p l a t f o r m 、a v a k i 、e n t r o p i a 和微软 等公司都支持o g s a 。如今，基于新标准的w s r f 的网格平台g l o b u st o o l k i t4 0 已经面世，w s r f 的定义意味着网格和w c b 服务团体在一个共同的基础上前进。 服务网格旨在通过对服务资源的抽象描述、组织、管理以及服务的动态组 合，支持开放环境下对虚拟组织的应用，以及在虚拟组织上灵活、高效的共享 资源和实现业务级协同。它所关心的问题是如何构造和组织大颗粒度的业务级 服务，如何能让最终业务用户自行组装出符合需求的面向服务应用，从而更好、 武汉理工大学硕士学位论文 更灵活地构造出个性化的、能适应业务变化和满足即时需求的网络应用。所以， 服务网格逐渐成为一个非常重要的网格研究领域。 1 2 课题研究的目的、意义及内容 1 2 1 课题研究的目的、意义 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，服务网格的研究开始走上了正确的轨道。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架构( o 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。它提出了网格服务的 概念，并针对网格服务定义了一套标准化的接口。 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 e b 服务的差别，导致了两者之间不能更好地融合在一起。由于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 l 规范没有对资源和服务进行区分。o g s l 使用目前的w e b 服务和x m l 工具不能 良好工作，其过于采用x m l 模式，比如x s d ：a n y 基本用法、属性等，这种性质 可能造成移植性差的问题1 4 l 。 对应开放网格服务基础架构o g s i1 0 版的推出，并试图解决o g s i 和w c b 服务之间存在的矛盾，w e b 服务资源框架( w s r f ) 被提了出来。m m 、b e a 与微软联合发布了w s - a d d r e s s i n g 协议。基于该协议规范，g l o b u s 联盟和i b m 迅速推出了w c b 服务资源框架w s r f 。w s r f 采用了与网格服务完全不同的定 义：资源是有状态的，服务是无状态的。为了充分兼容现有的w 西服务，w s r f 使用w s d l1 1 定义o g s i 中的各项能力，避免对扩展工具的要求。w s r f 推出 的目的在于，定义出一个通用而且开放的架构，利用w e b 服务对具有状态属性 的资源进行存取，并包含描述状态属性的机制，另外也包含如何将其机制延伸 至w e b 服务中的方式1 5 l 。 本课题研究的目的在于通过该课题的研究掌握w s r f 在实际项目中的应用， 了解它是如何将网格与w e b 相结合的。从电子商务发展角度来看，w e b 服务提 供基于x m l 的组件式开放标准化软件，而网格计算则满足了海量商业数据分析 所需的c p u 资源要求。因此，w e b 服务技术与网格计算技术的融合，是把i n t e r n c t 2 武汉理工大学硕士学位论文 作为商业计算平台，推进电子商务进一步发展的利器，将极大地改变传统电子 商务开发和运营模式。 在本课题中将设计一个基于g l o b u s 平台w s r f 框架的a u c t i o n 系统，掌握 对w s r e s o u r c e 的理解，知道如何创建和销毁它，并获得和设置其资源属性， 从而完成网上的竟价。通过该系统的设计不仅可以学习在w s r f 框架和j a v a 等 标准平台下开发部署程序，同时可以进一步研究具体如何将网格和w e b 服务相 结合，如何将其应用到电子商务等方面。 1 2 2 研究内容 通过该课题研究网格与w e b 服务结合的具体应用，设计一个a u c t i o n 系统， 完成对g l o b u s 平台和w s r f 框架的研究与应用。研究内如主要包括 1 运用g t 4 的一个组件来构建一个a u c t i o n 系统，它创建一个a u c t i o n 资 源作为w s r e s o u r c e ，并获得和设置资源属性 2 还要创建一个与a u c t i o n 资源交互的w e b 服务，使我们可以读取状态 消息和做出报价 3 服务的组合是w s r e s o u r c e ，每个服务可以与多个资源交互，从而创建 多个w s r e s o u r c e s 4 w s - r e s o u r c e s 如何被创建和销毁 5 了解网格和w e b 如何相融合，掌握w s r f 具体的实现方式 6 解决a u c t i o n 程序中对资源状态的跟踪与修改 1 3 国内外研究现状 网格是当今的研究热点，国际上已经涌现出一大批网格研究项目，其中有 很多知名的比较有影响的大型网格项目。例如，美国有g l o b u s 、l e g i o n 和c o n d o r 等，欧洲有c e r nd a t a g r i d 、u n i c o r e 、m o l 和e s c i e n c e 等，澳大利亚有 n i m r o d g 、e c o g r i d 等，日本有n i n f 、b r i c k s 等。 从1 9 9 9 年底到2 0 0 1 年初，中科院计算所联合国内十几家科研单位，共同 承担了“8 6 3 ”重点项目“国家高性能计算环境( n a t i o n a l h i g l l p e r f o r m a n c e c o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ，简称n f i p c e ) ”的研发任务。该项目的目标是建立一 3 武汉理工大学硕士学位论文 个计算资源广域分布、支持异构特性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 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需要高性能计算能力的网格应用系统，取得了一 系列研究成果。中科院计算所的“织女星网格”( v e g a g r i d ) 的研究也取得了一 定的成果1 6 】。 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。一般意义上 网格的概念在于将不同的网络和包括数据、计算能力、存储等在内的计算资源 发展成为无缝整合的计算环境，研究方向更多的集中在科研领域，譬如应用于 石油勘探以及生命科学领域的高性能计算网格和存储网格。然而众多的商业性 公司已经注意到网格技术带来的创新潜力和强大功能。网格技术更可以作为一 种进化的r r 架构来帮助一个公司、组织或行业改进其业务平台来实现应用的网 格化。 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，把网格计算与目前的w c b 服务 能够很好她融合。服务网格( s e r v i c eg r i d ) 结合了w e b 服务技术和网格技术，代 表了应用网格的发展方向。网格系统以后会基于标准的网格服务和技术来实现。 这可以让网格的兼容性和可移植性尽可能地高。由于它是基于w e b 服务领域中 的不同标准的，因此应该可以与将来的网格服务保持兼容。 为了使服务的思想更加明确和具体，o g s a 定义了“网格服务”( g 瑚s e r v i c e ) 的概念。网格服务是一种w c bs e r v i c e ，该服务提供了一组接口，这些接口的定 义明确并且遵守特定的惯例，解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理、 通知等问题。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架构 ( 0 g s i ) 草案。由于o g s i 的种种不足，并试图解决o g s i 和w c b 服务之间存 在的矛盾，w c b 服务资源框架w s r f 被提了出来。 o g s a 和w s r f 目前都处于不断的发展变化之中。对于w s r f 本身而言， 由于其提出不久，其规范还有待在实践中得到进一步应用证明，并逐步得到完 善。作为w s r f 的基础支撑协议w s a d d r e s s i n g ，也得到了万维网联盟( w 3 c ) 的承认，并成立了w 3 cw s - a d d r e s s i n g 工作组。目前，国内外都处于应用研究 阶段，希望找到网格和w e b 服务的具体结合点，以实现网格服务。网格有别于 4 武汉理工大学硕士学位论文 w c b 的基本特征就在于服务的形式。目前，w 曲要创建应用环境，还要靠开发 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m 。 1 4 论文的结构 本论文内容的章节安排如下： 第1 章引言部分简介本课题的研究目的、意义以及内容，同时还介绍了本 课题相关的当前研究现状。 第2 章对网格的基础概念、特点、应用、意义做了简单的介绍，另外还介 绍了开发网格服务体系架构，最后说明了下网格与w e b s e r v i c e 的区别。 第3 章首先简介w s r f 规范的概念，以及几个重要的组成部分，最后介绍 了g l o b u s t o o l k i t 4 工具包。 第4 章介绍了w s r f 中有状态a u c t i o n 资源的具体实现、部署和发布的步 骤，以及与w s r f 有关的几个重要部分的实现。 第5 章将上一章实现的有状态的a u c t i o n 网格服务应用于a u c t i o n 系统中。 该系统分为a u c t i o n 系统以及a u c t i o n 系统后台维护中心两部分，实现商家提供 商品的展示、介绍，买家进行拍卖购买。 第6 章结论部分对论文工作作了总结。 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章网格概述 2 1 网格的定义、特点及应用 2 1 1 网格的概念 网格的概念在2 0 世纪9 0 年代被提出，由于在科学计算以及经济生活领域 有着广泛的应用前景，网格技术受到了高度重视，取得了快速的发展。然而， 作为一组构建在i n t e r a c t 上的新兴技术，网格还在不断的发展变化之中，其概念 仍然存在着分歧和争议。 全球网格研究的领军人物、美国a r g o n n e 国际实验室的资深科学家、美国 g 1 0 b u s 项目的领导人i a nf o s t e r 曾经在“t h eg r i d ：b l u e p r i n tf o ran e wc o m p u t i n g i n f r a n s t m c t u r e ”一书中对网格进行了如下的描述：网格是构建在互联网上的一组 新兴技术，它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备 等融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和交互性。互联 网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能。而网格功能则更多更强， 让人们透明地使用计算、存储等其他资源。 。 2 0 0 0 年，i n nf o s t e r 又进一步将网格描述为“在动态变化的多个虚拟机构间 共享资源和协同解决问题”。 2 0 0 2 年7 月，l a nf o s t e r 毛e ( w h a ti st h eg r i d ? at h r e ep o i n tc h e c k l i s t ) 一文中， 限定网格必须同时满足三个条件： 在非集中控制的环境中协同使用资源； 使用标准的、开发的和通用的协议和接口； 提供非平凡的服务。 许多人认为，i a nf o s t e r 所支持的网格定义是一种狭义的网格观，而广义的 网格应该包括计算网格、数据网格、信息网格、知识网格、商业网格，还包括 一些已有的网络计算模式，如p 2 p 等。 中科院计算所的李国杰院士认为，网格是第三代i n t e m e t ，其主要特点是不 仅仅包括计算机和网页，而且包括各种信息资源，例如数据库、软件以及各种 信息获取设备等，它们都连接成一个整体，整个网络如同一台巨大无比的计算 机，向每个用户提供一体化的服务。 6 武汉理工大学硕士学位论文 虽然对网格概念存在多种定义，但是网格的本质是通过网络技术将网络上 的各种资源连接起来成为一台具有超级计算能力的“虚拟计算机”，从而实现 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、 专家资源等的全面共享 8 1 1 9 1 1 1 0 1 1 ”。 2 1 ，2 网格的特点 网格作为一种新出现的重要的基础性设施，具有如下特点： ( 1 ) 分布与共享 分布性是网格最主要的特点。在网格环境中的所有资源都是分布的，即组 成网格的计算能力的不同计算机，各种类型的数据库，各种仪器设备与资源等 等都分布在地理位置互不相同的多个地方。这个特性也决定了基于网格的计算 和处理一定是分布式的，因此在网格这一分布式的环境下，需要解决资源与任 务分配调度，安全通信传输等问题。尽管网格资源是分布的，但是他们却是可 以充分共享的。即网格上的任何资源都可以根据所设置的权限提供给网格上的 用户使用。 ( 2 ) 自相似性 网格的局部和整体之间存在着一定的相似性，局部往往在许多地方具有全 局的某些特征，而全局的特征在局部也有一定的体现。 ( 3 ) 动态性与多样性 网格中的资源是不断变化的。例如，原来可用的资源在下一时刻可能会因 出现故障变成不可用，而也可能随着时间的推移会有新的资源加入到网格中来。 网格的动态性就要求网格能够对网格资源的动态减少或出现的故障进行及时的 处理，实现任务的自动迁移，减少用户的损失。另外，网格中的资源是异构和 多样的。在网格环境中，可以有不同体系结构的计算机系统、不同的数据库系 统、不同的仪器设备等等。这就要求网格系统必须能够解决不同结构类别资源 之间的通信和互操作问题。 ( 4 ) 自治性和管理的多重性 网格上的资源是网格上所有用户共享的，接受网格的统一管理，这样才能 保证不同资源之间能够建立相互的联系，实现共享和互操作。但是它也是属于 某一个组织或者个人的，因此网格资源的拥有者对该资源具有最高级别的自主 管理能力。因此，网格允许网格资源拥有者对网格资源的自主的管理，又要求 网格资源接受网格的统一管理。 7 武汉理工大学硕士学位论文 网格技术的以上特点，决定了它能为分布式应用环境下的资源共享提供一 个灵活有效的基础设旎，从而成为分布式存储系统的支撵技术。 2 1 3 网格的应用 按照i a nf o s t 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。下面具体看看这 四种类型的应用实例。 ( 1 ) 分布式超级计算 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，形成比单 台超级计算机强大得多的计算平台。 在分布式超级计算方面，有两个成功的项目：第一个是军事仿真项目 ( s f e ) ( p r e s s ) ，将大型军事仿真任务分解到分布式环境中运行，从而在规模 上创下了该领域的世界纪录；另外一个就是数字相对论，利用网格求解爱因斯 坦相对论方程并模拟出天体的运动规律。该项目在2 0 0 1 年超级计算会议 ( s u p e r c o m p u t i n 9 2 0 0 1 ) 获得t g o r d o n b e l l 奖。这两个项目使用的平台分别是 g l o b u s 和c a c t u s ( 仙人掌) 平台。 ( 2 ) 分布式仪器系统 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 ) 是指使用网格管理分 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 数据密集型计算与一般的并行计算不同，侧重于数据的存储、传输和处理。 在这方面比较著名的有欧洲的d a t a g r i d ，该项目由欧洲原子能研究机构c e r n 带 头，d a t a g r i d 对海量数据进行分解。c e r n 计算机中心负责将这些数据通过高速 网络分配给欧洲、北美、日本等国的区域中心，后者再将任务作进一步分解， 到物理学家的桌面时，这时数据量只有1 m b s ，可以很方便地进行处理。 ( 4 ) 远程沉浸 远程沉浸的术语最早由伊利诺州大学芝加哥分校的电子可视化实验室e v l ( e l e c t r o n i cv i s u a l z a t i o nl a b o r a t o r y ) 提出，是一种特殊的网络化虚拟现实环境， 各地的参与者通过网络聚在同一个虚拟空间里，既可以随意漫游，又可以相互 沟通，还可以与虚拟环境交互，使之发生改变。远程沉浸可以理解是一部观众 8 武汉理工大学硕士学位论文 可以进入其中的科幻电影。远程沉浸可以广泛应用于交互式科学可视化、教育、 训练、艺术、娱乐、工业设计、信息可视化等许多领域。 2 2 开放网格服务体系结构o g s a 随着网格计算研究的深入，人们越来越发现网格体系结构的重要。网格体 系结构是关于如何建造网格的技术，包括对网格基本组成部分和各部分功能的 定义和描述，网格各部分相互关系与集成方法的规定，网格有效运行机制的刻 画。显然，网格体系结构是网格的骨架和灵魂，是网格最核心的技术，只有建 立合理的网格体系结构，才能够设计和建造好网格，才能够使网格有效地发挥 作用。 早些时候l a nf o s t e r 等提出了五层沙漏结构，它的主要特点就是简单，主要 侧重于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。后 来，在以m m 为代表的工业界的影响下，在考虑到w c b 技术的发展与影响后， i a nf o s t e r 等结合w e bs e r v i c e s 提出了开放网格服务的体系结构o g s a 。 下面几小节将介绍o g s a 的体系结构组成和基本思想这几个方面的内容。 2 2 10 g s a 的结构 图2 - 1o g s a 架构 5 1 如图2 - 1 所示，o g s a 架构的四个层次从下往上依次为：资源层，w e b 服务 9 武汉理工大学硕士学位论文 层，网格服务层，应用层。 资源层：该层位于o g s a 架构的最底层。在该层中，服务器、存储设备 和网络都可以看作物理资源。紧挨着物理资源之上的是逻辑资源，通常是一组 中间件应用程序的集合，包括数据库、文件系统、工作流管理器等等。基本上 来说，这一层中包含了能够帮助网格使用和聚合可用物理资源的工具。 w e b 服务层：在这一层中，所有的资源( 包括逻辑资源与物理资源) 都被抽 象为服务。例如，将服务器的可用c p u 周期看作是服务，还可以将服务器上部 署的软件系统抽象为服务。w e b 服务层为支持服务提供了坚实的基础。 网格服务层：在这一层中可以找到数据提取、程序执行、监视以及其他 一些核心服务。 应用层：该层由基于o g s a 的应用程序组成。 2 2 20 g s a 的基本思想 o g s a 最突出的思想就是以服务为中心，o g s a 框架中的所有硬件资源或者 软件资源都被抽象为服务，例如硬盘、c p u 、应用程序、数据库等。这种面向服 务的观念，有利于通过统一的标准接口来对网格进行管理和使用。o g s a 中规定 所有的网格服务都基于一组相对统一的核心接口实现，这样就可以很容易地构 造出具有层次结构地、更高级别地服务，这些服务可以跨越不同的抽象层次， 用一种统一的方式来看待。此外，以服务为中心可以构建一个虚拟组织，在这 样的环境下，多个逻辑资源实例可以映射到相同的物理资源上，在对服务进行 组合时不必考虑该资源的具体位置，使得虚拟组织可以更加有效地对资源进行 管理。 o g s a 另外一个基本思想就是符合w c bs e r v i c e s 框架。w e bs e r v i c e s 提供了 一种基于服务的框架结构，正好满足于o g s a 以服务为中心地思想。但是， w c b s c r v i c e s 中一般都是永久服务，而在网格环境中，一般都是临时服务，具有 动态性和短暂性等特点。o g s a 在具体实现时考虑到网格环境的这些特点，因此 规定在w e bs e r v i c e s 服务概念的基础上，提出了“网格服务”的概念，用于解 决对临时服务地发现、动态创建、服务生命周期管理等问题。总结起来，o g s a 采用w e bs e r v i c e s 框架的主要有两点好处：一方面，网格环境需要支持对服务 的动态发现和管理，为了在异构的环境里实现这一点，就需要一些必须的机制 来用于描述服务以及注册和发现服务，而w e bs e r v i c e s 中的协议可以用来实现 l o 武汉理工大学硕士学位论文 这些功能；另一方面，w e bs e r v i c e s 机制已经被业界广泛接受，这意味着基于 w e bs e r v i c e s 这一框架可以开发大量的工具和服务。 2 3 网格* l w e bs e r v i c e 的区别 网格的核心结构o g s a 、o g s i 和网格开发工具都是架构在标准w e b s e r v i c e 技术上的。但是网格又在标准w e bs e r v i c e 上有以下本质改进，那就是 网格具有保持状态和瞬时服务的特性。 当某用户调用标准的w e bs e r v i c e ，w e bs e r v i c e 无法为每位用户保存当前 状态，这个保存状态的功能必须要交给客户端处理，并且客户端还不能够保存 所有的服务器状态的数据。所以传统的w e bs e r v i c e 不能够适用于大规模的数 据处理，因为大规模的数据处理需要大量的时间，将产生大量的中间数据，并且 在长时间的运算过程中有可能会出现各种异常情况。所以当异常出现时，可能 要产生很多中间数据需要转移到另一个合适的计算资源上去。 如果每一次子运算的中间数据都需要传递回客户端进行保存，在下一个子运 算开始调用时由客户端传递到服务器上，那么将极大的增加网络负载和对客户 端软件处理能力的要求。 网格可以为整个计算过程保存所有的中间数据和状态，这样从用户角度看 来，整个计算是透明的，不用关心具体的过程，对客户端的计算和网络能力的 要求也就不需要很高。 正是因为网格要保存状态，所以要区分各个客户端当前不同的计算状态。所 以网格使用i n s t a n c e f a c t o r y 为每个客户端生成一个i n s t a n c e 或者让一个 i n s t a n c e 由多个客户端共享，各个i n s t a n c e 将为各个客户保存起相关的上下文 信息，以提供给客户个性化的服务。关于l n s t a c e 的创建和注销可以由服务器自 动执行或者由客户端发出请求。这个机制把生命周期引入了网格，当i n s t a n c e 的 生命周期到了，而客户端还没有发出类似于保持生命的请求延续的消息时，这 个i n s t a n c e 的资源将被回收，这样做的好处是有利于网格环境的管理。 2 4 本章小结 本章介绍了网格的定义、特点以及应用。然后，介绍了开放网格服务体系结 构o g s a 的结构组成以及特点，最后说明了网格与w e b s e r v i e e 的区别。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章w s r f 规范与g t 4 t 具包概述 3 1 提出w s r f 的背景 g l o b u s 联盟在全球网格论坛g g f 上提出了开放网格服务体系结构o g s a 的思想，面向服务的网格研究开始走上了正确的轨道。o g s a 是面向服务的体系 结构，提出的目的主要为了实现网格体系结构的标准化。o g s a 中的服务可以看 作是在网络支持下通过信息交换能够为用户提供某种能力的实体。o g s a 中的操 作都是信息交换的结果，它将服务操作封装在一个面向消息的公共接口中，从 而实现服务的位置与服务实现细节的分离。o g s a 也作为工业标准的网格计算蓝 本，它为一个组织中的多个不同部门之间，或者使用不同厂家产品的组织之间 的信息和资源共享指明了方向。 ， 0 g s a 提出后，g g f 开始着手研究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，并于2 0 0 3 年7 月正式 发布了o g s i 规范的1 o 版本。o g s i 规范通过扩展w e b 服务定义语言w s d l 和 x m ls c h e m a 的使用，来解决具有状态属性的w c b 服务的问题。它提出了网格 服务的概念，并针对网格服务定义了一套标准化的接口，主要包括：服务实例 的创建、命名和生命期管理，服务状态数据的声明和查看，服务数据的异步通 知，服务实例集合的表达和管理，以及一般的服务调用错误的处理等。但在应 用o g s i 的过程中，该规范的缺陷逐渐显露出来。o g s i 规范过分强调网格服务 和w e b 服务的差别，而且没有对资源和服务进行区分，导致了两者之间不能更 好地融合在一起。o g s i 通过封装资源的状态将具有状态的资源建模为w c b 服 务，但这与w e b 服务的无状态性产生矛盾，同时多数已经实现了的w c b 服务无 法完成网格中对服务的动态创建和销毁这一要求。此外，网格服务的定义语言 g w s d l 不能作为w c b 服务描述语言w s d l1 1 的功能扩展。 为了解决o g s i 和w e b 服务之间存在的矛盾，m m ，、b e a 与微软联合发布 了w s a d d r e s s i n g 协议。基于该协议规范，g l o b u s 联盟和i b m 迅速推出了w e b 服务资源框架w s r f 。w s r f 采用了与网络服务完全不同的定义，它规定资源是 有状态的，服务是无状态的。w s r f 简化了o g s i 的说明规范，并考虑到w e b 武汉理工大学硕士学位论文 服务生成的相关对象的特性，使用w s d li i 定义o g s i