（计算机应用技术专业论文）基于多agent技术的网格资源拍卖定价研究.pdf

ab s tr a c t -一-一一一-一，一-一-，-， ab s t r a c t t h e i n it i a l a im o f c o m p u t in g g r i d i s t o b e c o n n e c t s u p e r c o m p u te rs w it h i n t e rn e t , t o re s u l t t h e m o s t c o m p l e x s c ie n ti f i c p ro b l e m . b u t n o w , c o m p u t i n g g r i d w i ll g a t h e r a l l k i n d s o f re s o u r c e o n t h e i n t e rn e t a n d p ro v i d e c o m p u ti n g p o w e r t o c u s t o m e r s w i t h g r id t o o l- g l o b u s t o o l k it . h o w t o re fl e c t t h e t r u e 州c e o f g r id r e s o u r c e w i l l b e t h e u r g e n t p r o b l e m fo r a d v a n c 吨 t h e b u s i n e s s d e v e l o p m e n t o f g r id c o m p u t in g , b e c a u s e t h e p r o v i d e rs a n d u s e r s o f g r i d r e s o u r c e w i l l b e n e f i t fr o m t h e t r u e p r ic e . i n t h i s t h e s i s , i in t r o d u c e re s o u r c e a l l o c a t i o n o n g r i d a r c h it e c t u r e f o r c o m p u t a ti o n a l e c o n o m y a n d re s e a r c h g r i d r e s o u r c e 州c i n g . t h e p a p e r u s e t h e r e s e a r c h re s u lt o f e x p e r i m e n t a l e c o n o m i c a n d d o u b l e a u c t i o n , u s e a g e n t s t o s im u la t e d o u b l e a u c t i o n a b o u t g r i d r e s o u r c e o n j a d e . e x p e r im e n t s p r o v e t h a t t h e p r i c e o f g r i d r e s o u r c e n e g o t ia t e d b y d o u b l e a u c t i o n s h o w s t h e tr u e 州c e o f g r i d r e s o u r c e . ke y w o r d s : c o mp u t in g g r id , o g s a , o g s i , g r a c e , mu l ti - a g e n t , d o u b l e a u c t i o n , j a d e 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、 保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印 刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印 刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印 件和电 子版; 在不以 赢利为目 的的前 提下，学校可以适当 复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 卿峰 知乙年 ， ， 月3 0 日 经指导教师同意， 本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名: 钊 a 学位论文作者签名: a 3 牛 解密时间:!年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部5 年 ( 最长5 年，可少于5年) 秘密*1 0 年 ( 最长 1 0年，可少于 1 0年) 机密*2 0 年 ( 最长 2 0年，可少于2 0年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文，是本人在导师指导 下，进行研究工作 所取得的 成果。除文中己 经注明引用的内 容外，本学位论文的研究成果不包含 任何他人创作的、己 公开发表或者没有公开发表的作品的内 容。对本论文所涉 及的 研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明 确方式标明。本学 位论文原创性声明的 法律责任由 本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 、 卑咔 ， ， 年i i 月 3 。 日 第一童引论 第一章 引论 第一节 本文的研究对象、目的和意义 网格是从电力网格 ( p o w e r g r i d )概念中借鉴过来的，目的是能够象使用 电力一样方便地使用分布在网络上的强大的计算力。网格计算是计算机领域的 一个主要研究领域，其中网格资源如何定价将直接影响网格计算的商用化。 本文的研究对象 是计算网 格的资源定 价问 题。 具体而言， 可以 进一步将计 算网 格的资源定价问 题分为两个子问 题: 一是采用a g e n t 代表网 格资源的使用 方和提供方， 对网 格资源的 价格进 行 a g e n t 之间的讨价 还价。 二是采用双向拍 卖的 竞价方法， 在数量较少的智能a g e n t 的参与下，能准 确反 映网 格资源供需 关系的价格。 研究的目 的和意 义:网 格资 源的定价 是推动网 格计算市场化的关键一环。 如何真实反映网格资源的价格的定价方案是研究的主要目的。 第二节 问题的 提出和选题背景 网 格是利用网 络把地理上广 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) ， 为解决特定问题而形成的虚拟组织， 在这个虚拟环境下进行资源共享 和协同工作，彻底消除了资源 “ 孤岛”的问题.网格如同人的 “ 肢体” ，为虚拟 组织 提供结构、工具 和应用程序; 而代理 ( a g e n t ) 具有自 主解决问 题的能 力， 这类似于人的 “ 大脑” ，能灵活地处理周围不确定的动态环境。由于资源是稀缺 的，资源提供者并不愿意将资源免费提供，而资源消费者也不想无条件地接受 提供者定制的价格，所以双方需要对资源的价格进行商定，代理和网格的一个 典范的 合作 ( 大脑 和四 肢的 合作) 就是 用于资源价格的谈 判。 最初研究机构中的专用网格的使用，是在不涉及资源价格的前提下最大化 使用资 源， 但随着应用 领域的 扩大，这种方 式不能适用于市场环境下的应用， 而且阻碍了网格计算实用化的进程。这就需要将网格资源作为商品，进行合理 第 一 章引 论 定价，通过市场的供需机制反映其价值。 第三节 本文的研究方法和主要创新点 本文涉及到计算机领域和经济领域的理论和结论。在计算机领域，主要有 网 格计 算的结 构和业界标准、多a g e n t 系统和设计方法、 机器学习、 a g e n t 的 开发平台的选择;在经济领域有实验经济学的研究结论、双向拍卖等。基于以 上的知 识和结 论， 在a g e n t 开发平台j a d e上 模拟a g e n t 对网 格资源进行双向 拍卖来实现定价。 主要创新之处: 采用实 验经济学的结论 和a g e n t 的设 计方法设计多a g e n t 双向 拍卖。 在j a d e 上模 拟多a g e n t 采用双向 拍卖形式 来产生资源价格。 : 第四 节 论文结构 本文共分八章，各章安排如下: 第一章 引论 第二章 网格计算概述 第 三章网 格计 算技术 研究 第四章网 格架 构下的计算经 济 ( g r a c e ) 第五章a g e n t 技术 第六章相关的技术 第七章算法与实现 第八章 结论 第二章网络计算概述 第二章网格计算概述 第一节 网格概述、结构 2 . 1 . 1 网格的概念 网格概念最早于9 0 年代中期提出， 用于表述在高端科学和工程上分布式计 算的 一种基础构造形式. 网 格之父美国阿贡( 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i a n f o s t e r 曾在1 9 9 8 年出版的 网格: 2 1 世纪信息技 术 基 础 设施的 蓝图 i t 一 书中 这样 描 述网 格: “ 网 格是 构 筑在 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 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 1 年， i a n f o s t e r 在 网 格的 剖析2 l 这篇论文中把网格进一步描述为 “ 在动态变化的多个虚拟组织间共享资源和协 同解决问题。2 0 0 2 年7 月，i a n f o s t e r 在 什么是网格? 判断网格的三个标准 3 一文中，限 定网 格必须同时 满 足 三个条件: ( 1 ) 在非集中 控制的 环 境中 协同 使用资源;( 2 )使用标准的、开放的和通用的协议和接口;( 3 )提供特别的服 务。从此看出，网格的定义随着研究的深入不断趋于完善。 2 . 1 .2 网格的结构 网格结构有以下三方面的特性: 1 . 异构性: 网格由分布在广域网 上不同管理域的各种计算资源组成， 实现 异构机器间的合作和数据转换是首要问题。 2 . 可扩展性: 要在网 格资源规模不断扩大、 应用不断增长的情况下， 能够 扩展并且不降低性能。 3 . 动态自 适应性: 在网 格计算中， 某一资源出 现故障或失败的 可能性较高， 资源管理必须能动态监视和管理网 格资源，从可利用的资源中 选取最佳的资源 服务。 第二章网格计算概述 当前比 较重要的网格体系结构有三个:一个是f o s t e r 等在早些时候提出的 五层沙 漏结 构图2 . 1 14 1 : 另 一 个是以i b m为代 表的 工 业界的 影响 下， 在考 虑到 we b 技术的发展与影响后， f o s te r 等结合we b s e r v i c e 提出的开放式网格服务结 构o g s a ( o p e n g r id s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ) ;第三个是由g l o b u s 联盟、 i b m和 h p 在2 0 0 4 年共同提出的ws r f ( we b s e r v i c e r e s o u r c e f r a m e w o r k . w e b 服务 资源框架) 。下面主要介绍前两个结构。 应用层 工具与应用 汇聚层 目 录代理诊 断与监控等 资源层 资 源与服务的 安全访问 各种资汤，如: 构造层 机、存储介质、 计算 网 络、传感器等 图2 . 1五层沙漏体系结构 在五层沙漏结构中，一个重要的思想就是以“ 协议”为中心，强调服务与 a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n g i n t e r f a c e s ) 和s d k ( s o ft w a r e d e v e l o p m e n t k i t s ) 的重要性。自 底向上分为构造层、连接层、资源层、汇聚层、应用层，各层的 结构功能如下所示: . 网格构造层的基本功能就是控制局部的资源，包括查询机制、控制服务质 量的资源管理能力等，并向上提供访问这些资源的接口。 . 连接层基本功能就是实现相互的通信。定义用于网格的网络事务处理的通 信和认证协议。 . 资源层主要实现对单个资源的共享。 建立在连接层的通信和认证协议之上， 定义的 协议 ( a p i 和s d k ) 包括安全的 连接、 初始化、监视、 控制、 审计 等。 . 汇聚层不仅仅和某种特定的资源交互，而是协调多种资源的共享。其协议 与服务描述的是资源的共性，包括目 录服务、协同分配和调度以及代理服 务、监控和诊断服务等。 第二章网格计算概 述 . 应用层是在虚拟组织环境中存在的。从应用程序员的观点来看网格结构， 应用是根据在任一层次上定义的服务来构造的。 开放网格服务结构o g s a ( o p e n g ri d s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ) 是g l o b a l g r i d f o r u m 4的重要标准，是继五层沙漏结构之后最重要的， 也是目 前应用最广泛 的一种网格体系结构，被称为下一代以“ 服务”为中心的网格结构，下一章作 重点介绍。 第二节 网格的发展趋势 2 . 2 . 1网格的发展趋势 网格与计算机、网络的发展息息相关，图2 .2展示了计算、通信中里程碑 式的发展结果， 其中 包括g r i d 的 发展成果 15 1 .ma 如 创旧me s 0作 卜r r d 翻 b川 出 u们 u 拢n c 的s e 1 9 5 5 1 8 7 0 1 8 7 5 1 9 8 0 1 9 8 5 1 9 9 0 1 9 8 5 2 0 0 0 2 0 0 5 .w e b翻 封 喇o e a .日 创1 图2 .2计算和网络通信发展的近代史 第二章网格计算概述 出 现于2 1 世纪初的w e b 服务，现在已 成为 存取网 络应用的框架和标准。 而在此后， 网 格提出以“ 服务” 为中 心也是 基于 这一标准的 成熟。 从2 0 0 3 年以 后， 网 格的 标准化和无所不在的 计算预示了网 格计算商 用化梦想成真。 图2 . 3 展 示了网格技术的未来演化路径。 p . d o n n e n o e l e n d o d s i一 一 ， 一一 一”g l o t 月 .刀 怕 e a r l y一s e c on d t hi r d s t a ge s t a ge s t a ge ， 侧 扣.e血 2 0 0 0 s mid 2 0 0 0 s目.2 0 0 0 s 图2 .3网格的演化路径 第三章网格计算技术研究 第三章 网格计算技术研究 第一节 开放式网格服务体系 ( o g s a ) 3 . 1 . 1 o g s a产生的背景 全球网 格论坛( g g f ) 于2 0 0 2 年6 月公布了 开放式网 格服务体系( o p e n g r i d s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e . o g s a ) 。 这是一组基于现有开放标准的技术规格和标准， 旨 在为世界各地的网格提供一个公共的技术平台。o g s a产生的背景主要有以 下三方面因素。 1 .网格技术需要转向商业应用 网格计算在科学计算领域证明是可行的，作为一种规律，高端技术通常会 转移到商业应用中。 2 .企业计算的演化过程需要网格技术的支持 基于 分 布资 源的电 子商务活 动必 须 提供一 定 的服务 质量( q o s ) ， 企 业内 部 高度集成的信息基础设施转变为由不同企业管理的多个异构、 分离的系统，需 要将这些资源有效的集成。同时，企业需要健壮及可扩展的信息基础设施来应 对电子商务活动中难以预测和不断增加的风险和业务。 3 .网格技术提出的问题也正是w e b 服务的目 标所在 企业界和研究界共同推动网格技术与w e b 服务技术的融合。 o g s a中的网 格服务概念体现了w e b 服务技术与网格技术的融合。 本质上是按照w e b 服务的 标准重新实现网格技术，提供相应的 “ 服务气 3 . 1 .2 og s a的设计原理 o g s a的设计原理包括以下几部分: 1 .开放的思想 基于开放标准， 包括s o a p ( s im p l e o b j e c t a c c e s s p r o t o c o l ， 简单对象访问 协议) 、 x m l ( e x t e n s i b l e m a r k u p l a n g u a g e ， 可扩展的标记语言) ，w s d l ( w e b s e rv i c e d e s c r i p t i o n l a n g u a g e . w e b 服务描述语言) . u d d i ( u n i v e r s a l d e s c r i p t i o n . 第三章网格计算技术研究 d i s c o v e ry . 市场机制通过价格浮动反映资源供需状况的动态变化，通过供需均衡 实现优化分配; . 关于市场机制的经济学理论为计算网格资源的分配提供了理论基础; 围 绕着计算经济为基础的网格资源管理机制，出 现了 不同的管理方法网 ， 如表4 . 1 0 系统名称经济模式平台特点 ma r 卜s a ( u c b e r k e l e y ) 基于贷款和历史信息 来投标定价 分布式数据 库 支持基于预算的查 询处理和存储管理 mw. ( u n i v e r s 衍 o f n e w s o ul 山wal e s ) 商品市场 ( 通过租用 存储空间增加有效空 间，迫使用户释放不 需要的空间) 存储服务器 支持基于银行账户 的存储对象， 通过租 用这些存储对象来 使用 n i m r o d 心( m o n a s h u n i v e r s i t y ) 支持商品市场、合同 网等定价机制的经济 模式 分布计算的 网格环境 支持期限和预算受 限的调度算法， 在分 布资源上根据资源 的费用、 计算能力和 有效性以及需要服 务的用户数量来分 配资源 p o p c o r n ( h e b r e w u n i v e rs i ty ) 拍卖 ( 出价最高的获 取资源，相关费用从 买方账户转到卖方账 户) we b 浏览器 ( p o p c o r n并 行代 码 在提 供 c p u 片段 的卖主浏览 基于 a p i的并行应 用需要为每个模块 的处理指定预算 第四章网 格架构下的计算经w g r a c e ) 器上运行) j a v a m a r k e t( j o h n s h o p k i n s u n i v e rs i t y ) 基于服务质量的计算 市场 we b 浏览器 ( 运 行 于标 准 的 a v a a p p l e t 平台) 通过基于 j a v a浏览 器的门户网站销售 c p u周期 e n h a nce d mos i x (he b r e w u n i v e r s it y l s t a e l ) 商品 市场 ( 确定每个 节点 上的资 源成本) 集群 ( l i m n s p c s ) 支持处理迁移 j a ws ( u n i v e r s i t y o f c r e t e )投标方式we b浏览器类似于p o p c o r n x e n o s e rv e r s(u n iv e r s 妙 o f c 叨 山 r i d g e ) 投标方式 ( 部分资源 共享)- 单独 的计算 机 对未认证的代码采 用账户予以执行 d a g e n t s ( d a r t m o u t h c o l le g e ) 投标方式 ( 部分资源 共享) 单独 的计算 机或移动代 理 代理根据获取利益 的比例出价 r e x e c / a n e m o n e ( u c b e r k e l e y ) 投标 啪卖方式( 部分 资源共享) 集群 ( 基于市 场 的集群批 处理系统) 用户指定应用的效 用值， 系统按比 例分 配资源 m可 o n a ti o n ( a u t o n o m o u s z o ne 加 由 a s tr i e s , c a ) 基于信用的 合伙模式 或实物交换模式 ( 贡 献者通过共享存储获 取信用) 网络存储 内容共享的社区网 络， 包括市场和文件 / 资源共享的实物交 换方法 s p a w n ( x e ro x p a r c ) 第二价格拍卖 ( 采用 赞助模式对每个任务 予以资助) 由工作站搭 建的网络， 每 个工作站每 个时间片执 行 一个 单一 任务。 支持并发程序的执 行 s u p e r c o m p u t i n g c e n t r e ( u n i v e r s i t y o f ma n c h e s t e r ) 商品市场和基于优先 级的模式 ( 对c p u , 内存、存储等设备进 行交易) mp p s . c r a y s . 集群、 存储服 务器 根据用户的优先级 和调度机制按比例 分配服务质量( q o s ) 表4 . 1基于计算经济的资源管理系统 第四章 网 格架构下的计算经济( g r a c e ) 第二节 网格经济学框架 ( g r a c e ) 澳大利亚m o n a s h 大学的b u y y a 基于市 场 机制 在分布式 系统中的 应用研究 成果，深入探讨了网格环境中的基于经济学的分布式资源管理和调度问 题，并 基于一系列应用组件构造了一个网格经济学框架g r a c e ( g 了 i d a r c h i t e c t u r e f o r c o m p u t a t i o n a l e c o n o m y ) h l . g r a c e是一个基于多 种经济学模型之上的分布式的、 可计算的经济学体 系框架，用于在网格环境中进行资源管理和交易。由于目 前的一些网格系统如 g l o b u s , l e g i o n 等已 经提供了 大量的、 成熟的、 可重用的中间件， 例如资 源协 同分配服务d u r o c， 认证和安全服务g s i 等等， 所以g r a c e并没有重新搭 建一个网格平台， 而是在g l o b u s 之上进行了 扩展， 补充了一些负责资源交易的 中间件，例如网格市场目 录g md 、网格交易服务器g t s 和用于电子支付的网 格银行 ( g b a n k )等等。 图4 . 1 g r a c e 的 基本 结构 由图4 . 1 可以看到，g r a c e架构中定义了一个网格资源代理层 ( g r b ) , 负责资源发现、 资源选择、 资源绑定等关键任务。 其中作业控制代理( j o b c o n t r o l a g e n t ) 负责 接收 用户 作业并 规范 化: 网 格浏览 器 ( g r i d e x p lo r e r ) 和资 源调 度 器 ( s c h e d u l e a d v i s o r ) 用于资 源发 现和选择: 交易 管理器 ( t r a d e m a n a g e r ) 负 第四 章 网格架构下的计算经激g r a c e ) 责与每个网格服务的提供者进行资源价格协商;部署代理 ( d e p l o y m e n t a g e n t ) 则将作业绑定到实际资源上。 网格中间件层提供认证、服务质量保障等基本服务， 可以 直接使用g l o b u s 或其他网格系统的相关中间件来提供这些功能。网格市场目 录g iv i d类似于公 告板，网格资源提供者可以 在上面发布自己的资 源相关信息，使得网格资源代 理g r b可以进行资源查找和选择，网格银行 ( g b a n k ) 则提供电子支付的一种 方法。 第三节 n i m r o d - g资源代理 4 . 3 . 1目的 n i r n r o d - g是基于计算经济的网格框架g r a c e ，动态地与资源拥有者代理 进行交易的调度代理， n i m r o d - g采用层次型的、 可计算的市场模型架构， 使用 g lo b u s 或者l e g io n 提 供的 中 间 件 作为 底 层 架 构. 在 基 于 计 算 经 济的 网 格中， 用 户按照服务质量 ( q o s )的要求 ( 最后期限限制和计算经费预算限制) 来选择 资源，由于网格环境中的资源具有分布、异构、共享特性，并且被不同的组织 根据不同的策略和计费机制拥有， 所以 很难用传统的调度算法来满足用户q o s 要求。同时，由于调度算法需要适应变化的负载和网格中资源的可利用环境来 完成一个执行，同时还要符合最后期限 和预算限 制， 于是n i m r o d - g提出了 两 种适应算法用于最后期限和预算限制调度: 在时间和预算限制范围内的时间优先调度。 在时间和预算限制范围内的价格优先调度。 : n i m r o d - g 提供了 一 个持久的 可 编程的t a s k - f a rm i n g 引擎( t f e ) ， 可以 把用 户定义的调度程序和定制的 应用程序或者问 题解决环境( 如a c t i v e s h e e t s ) 作为 缺省组件。 t a s k - f a r m in g 引 擎是一 个进行资源交易、 调度， 数据和可 执行的程序 分段传输， 以及远程执行和结果收集进程的协调点。 n i m r o d - g系统为了给最终 用户提 供可 测的q o s 采用了 经济学 原理，自 动来 分配资 源和调 度 应用程序。 第四章网格架构下的计算经济( g r a c e ) 4 . 3 . 2 休系 n i m r o d - g模块和分层体系如图 4 .2所示，它利用了网格中间件系统如 g l o b u s 提供的服务，以及g r a c e交易机制。中间件系统提供了一系列低层次 的协议来完成对远程资源的安全一致的访问，及访问远程资源信息和存储管理 的服务。 n i m r o d 一体系遵循了沙漏型的设计模型， 得以在其他中间件系统上面 实现，并可以使多用户/ 应用程序使用它的服务。 lepcy appluanoas 日 医 至 _p -tools (gci scnpt steeong pastels(pasameta_modelog) m 。 山 让 川 口 也 翻 目 ， 皿 f 切 翻 七 c u s t o m i s e d a p p s ( a c u v e s l e a ) 。 二 y 、 、 me 切一 c h e d u e rme s a - 到豁 explorer f a l 刀 刀 刀 . e n a t a e . resources i ai ” 改 通 d 呀 1 翅 竺1 1 、， pro g 七 1 . e 硕d “ma mg e s n e n sp r o p -a m m a b l e e n t i t i e s 3 f a 交 七 e d 目口 a山1 瓣 卜卜 。 ，。 jo ， i t c l a n n e lsj o b s ，山 1 i i cdd e 即肠 “f t r a d i n g 3 肠1 功5 闪t c b 仃改立 c 1卫 oy r 叮 l e p oo- a c on d or -a p 2 t -. g lob e s l ep ou c on d or 匣 . 工互 习巨互 区 巫 刃 1 二 、。 图4 .2 n i m r o d - g的层次结构 由图可见， n i m r o d - g系统关键组件有: n i m r o d - g客户机程序 ( n i m r o d - g c l i e n t s ) ，可以是: 创建参数模块型应用的工具; 操纵与控制监控程序; 用户的定制应用程序 ( 如a c ti v e s h e e t s ) 第四 章 网格架构下的计算经济( g r a c e ) n i m r o d - g资源代理 ( n i m r o d - g b r o k e r )包括: . 一个t a s k f a n n i n g 引擎 ( t f e ) ; . 一个实现资源发现、交易、 调度的 程序; . 一个分配和激活程序，管理在资源上执行任务的代理; . n i m r o d - g代理体系利用了其他底层的网格中间件的服务， 进而完 成资源发现、交易和在网格资源上部署任务. 4 3 3 n i m r o d - g网格资源代理工作流程 n i m r o d 一资源代理负责确定一个应用程序的 具体要求， 完成资源发现、 调度、 分配任务给远程网格节点，开始并管理任务的执行，收集结果返回给用户节点。 资 源代 理的 子 模 块 有t a s k f a r m i n g 引 擎， 包 含一 个 发 现资 源的 网 格 浏览 器的 调 度 程 序( d i s p a t c h e r ) ， 还包 含 调 度算 法的 调 度顾问 程 序( s c h e d u l e r ) ， 以 及管 理 在网 格 资源上执行任务的 代理( a g e n t ) . n im r o d - g实时 运行组 件与网 格服务 之间的 交互 如图4 .3 所示。 运行代理的机器称为根节点，面对网 格资 源并且把用户任务传递 给 排队 系 统 ( q u e u i n g s y s t e m ) 执行的 机 器 ( 如 集 群的m a s t e r 节点) 看门 节 点，执行用户任务的机器 ( 如集群的w o r k e r 节点)称为计算节点。 万ow ulngsyetrm 1 f i 抽鱿c . ， .: u 翻 时 p r o c 创比 ro o t n o d e g a t e k e e p e r n o d ec o mp u t a t i o n a l n o d e 图4 . 3 n i m r o d - g实时环境的工作流程 n i m r o d - g的t a s k - f a r m i n g 引擎 m e ) 是一 个工作控制代理，负责管理和 第四 章网格架构下的计算经激g r a c e ) 控制整个工作。 f a r m i n g e n g i n e 负责管理应用程序的执行，工作地创建， 工作 状态 地维护， 为 客 户、 调 度顾问 程序( s c h e d u l e a d v i s o r s ) 和调度程序( d i s p a t c h e r ) 提供交互接口， 其中调度顾问 程序与t f e 交互， 把工作映像到资源上， 调度程 序安排工作在资 源上运行。也就是， t f e在调度顾问程序的帮助下，指示调度 程序将工作在选择的资源上运行。t f e维护整个工作的状态，并将信息记录下 来，以保证对工作的整个过程记录跟踪。这样己 经开始的工作即使在分配资源 失败的情况下， 也可以 重新开始。 调度顾问 程序 ( s c h e d u l e r ) 负责资源的发现、 交易、选择和工作的支配。资源发现算法和g lo b u s 中的md s 提供的信息服务 交互，获取授权的可用资源列表、对资源存取费用进行交易， 对资源的 状态进 行跟踪。调度程序使用网 格资 源上的a g e n t 触发相关地执行机构，并将工作指 派到相关的资源执行。调度顾问程序为用户的工作创建了整个运行安排，调度 程序则根据负载和可用的空余 c p u的情况来周期性安排工作。 n i m r o d - g的 a g e n t 根据调 度 顾问 程 序的 指 令 在运行期间 动 态使 用网 格的 资 源。 它作为 一个 工作提交到资源处理服务器 ( 例如g l o b u s 中的g r a m看门人) ，资源处理服务 器再 将a g e n t 提 交 给本 地的资 源管理 者 运行， a g e n t 在本地的资 源上 创建工 作 的运行环境，向本地资源的机器传送代码和数据， 在指定的资源上执行任务， 并将结果传回t f e 。 因为a g e n t 在中间 件提供的资 源管理组件的“ 远端” 运行， 需要提供用户工作的错误检测情况， 将工作终止的状态信息传回t f e . 由 此可见， n i m r o d - g网 格资源代理是该系统的最关键部分。 而在资源代理 模块中， 至关 重要的 是 交易 管 理程 序( t r a d 吨 m a n a g e r ) 和调度程序( s c h e d u l e a d v i s o r ) ,如图4 . 2 0 第四节 g r a c e需要进一步探讨的问题 1 . g r a c e 给出了基于经济学的网格资源管理体系结构，综述了 用于网格 资源管理的各种经济模型，比 如商品市场模式、 明码标价模式、 讨价还价模式、 投标/ 合同网模式、 拍卖模式、 基于标书的部分资源共享模式以及垄断和供大于 求的模式。但对于具体的资源定价方法没有具体的论证和实验。 2 ，尽管商品经济模式被认为是资源定价的主要模式， n i m r o d - g目 前不支 持资源的价格在小范围内的动态变化。这就需要调度策略和算法不仅能从历史 中学习而且能随着市场的需要动态变化。另外，虽然有g r a c e框架， 但是需 第四章 网 格架构下的计算经济 ( g r a c e ) 要建立一个面向市场的编程框架，否则程序员需要对不同的任务和出价开发相 应的预算分配策略，这样会造成应用开发很难而且时间耗费很多。所以需要开 发相应的工具能自 动根据用户帐户的情况自 动采用不同的预算分配策略和经济 模式。 3 ，在g r a c e模型中，用户的资源代理r e s o u r c e b r o k e r 实际上还是用户， 它只是实现了一定的资源管理的功能，方便网格应用的开发。它与商业中的代 理是两回事，它不是一个经济实体。而模型中的网 格市场目 录也只是用来存储 资源信息， 没有起到市场的作用。所以，资源交易实际上是在用户和资源提供 者之间的点对点地进行。 所以 ， 我们希望用a g e n t 代替资 源的提供方和使用方进行资源的讨价还价， 以期达到资源合理定价，从而促进资源分配的合理和最有效率。 第五章 彻e n t 技术 第五章 a g e n t 技术 a g e n t 技术的诞生和发展是人工智能技术和网 络技术发展的必然结果。 其 概念在7 0 年代就己 提出 来了， 但其真正发展是在2 0 世纪9 0 年代。 a g e n t 技术 为解决复杂、动态、分布式的智能应用提供了一种新的手段，现在正迅速向计 算机领域的各方面渗透。 第一节技术特性分析 5 . 1 . 1 a g e n t 基本理论 j a c q u e s f e r b e r 认为， a g e n t 是一 个自 然的 或者是 虚拟的 实体， ( 按某 种 特定 的方 式) 行为 和观察周围 的 环 境，自 主并 有能 力 达到自 己 的目 标it i 。 它 具 有如 下基本特性: 1 .自 主性 a g e n t 具有属于其自 身的计算资源和行为控制机制， 能够在没有外界直接 操纵的情况下， 根据其内 部状态和感知到的环境信息， 决定和控制自 身的行为。 2 .交互性 a g e n t 能 够与 人和其 他a g e n t ， 用通 信语言实 施灵 活多 样的 交互， 能 够 有效 地与 其 他a g e n t 协同 工 作。 3 .反应性 a g e n t 能 够感知 所处 的 环境 ( 周围 环境、 用 户，以 及其 他a g e n t 等) ， 并 对 相关事件做出适时反应。 4 .主动性 a g e n t 能 够遵循 承诺， 采取主 动行动， 表现出 面向目 标的 行为。 5 .，社会性 拥有其它a g e n t 的 信息和知识. 并能通过某种a g e n t 通讯语言( 例如 a c l )与它a g e n t 进行交互、 协同 和合作。 在上述5 个特性中，前3 个是基本的。人们也称具有上述前3 个特性的计 第五章 a g e n t 技术 算实 体为反 应式a g e n t 。 在 经典的 客户 服务 器计算 模型中， 服务 器 就是 一 种典 型的反 应式a g e n t . 5 . 1 .2 a g e n t 技术特性 与 传 统 的 分 布 式 计 算 相比 ， a g e n t 具 有 如 下 技 术 特性 : 1 .动态响应变化 a g e n t 可以 通 过 检查自 身的 执行 环 境， 动 态 响 应环 境的 变 化， 表 现出目 标 驱 动 性。 如 果a g e n t 在 本 地 找 不 到 所需 服 务， 它 就会 与 其 它资 源 或a g e n t 交 互 信息，还可以迁移到网络中其它主机上继续执行。 2 .支持容错计算 动态响 应环境 变化使a g e n t 更容易 构建 健壮、容错的 分布式 系 统。 通过向 一个或多个结点分配任务可以实现动态和并行的计算，并允许连接中断和弱客 户计 算. 当 某项 服务 突 然 终 止时 ， a g e n t 可以 选择另 一 服务 来 接替 它. a g e n t 这 种响应异常事件的能力，使系统更加稳定高效。 3 .节省网络通信开销 由 于a g e n t 只将最终结果传回给客户端避免了中间数据的 传输开销， 节省 了计算时间和通信带宽，如图5 . 1 所示。 客户端 服务器 图5 . 1 gs 体系结构与a g e n t 计算模式的比 较 4 . 方便实现服务定制 a g e n t 可作为系统的 用户服务定制器。 通过对现有服务的再配置， 充分利 用现有系统中的功能，满足用户的特定需求。 5 .移植性 a g e n t 可以 封装多种网 络协议并可以 添加新的协议、它有能力识别和使用 第五章 a g e n t 技术 它驻留站点上的指定资 源，能屏蔽系统异构性。 a g e n t 还可以 利用已 经存在的 各种应用程序，包括利用已 有的对象服务模型， 可以用来解决新旧应用程序集 成共存的问题。 6 .缓解服务器端的计算压力 移动a g e n t 可以 从 一台主 机 迁移到另一台 主 机， 而且无 需安 装就能 运行。 这一能力便于实现负载均衡，充分利用系统资源，有效缓解服务器压力。 5 . 1 3 a g e n t 与对象的区 别 对象是一个软件模块，它具有状态 ( 属性) 和行为，对象的状态通过对象 域的取值来表示，对象的行为通过对象的方法来实现。 对象没有主动行为能力，如现实世界中的桌子、凳子等。这类实体是被操 作者或被处理者。它们被别的对象被动地调用或者只是简单的响应消息和事件 并执行相应的方法: a g e n t 是行为的主体，可以 采用主动和自 发的行为。它对 某些外界事件做出响应， 能够从事某些活动， 进行状态转换或者产生新的事件。 对象的基本特征是“ 封装” ， 但对象只封装了内 部状态， 没有封装行为。 对 于一个对象封装了 方法m . m被指定为可以被其它对象激活， 对象对m什么时 候 被 激活 没 有自 主 权. 在a g e n t 系 统中 ， 即 使 用 户 或 者 其 它的a g e n t 可以 激 发 a g e n t ， 执行和不执行的 控制权还是 在a g e n t 自 身。 对象结 构主要由 属性和方法组成，a g e n t 则具有信念、目 标、 规则和承诺 等虚拟的人化理念。 对 象 之间 的 通 讯 是 通 过各 种 各 样的 消 息， 没 有 一 种结 构 化的 形 式， 而a g e n t 之间的 通讯则 采用 统一的a g e n t 通 讯语言， 如k q m l ， 且 具 有结构 化的 形 式和 丰富的语义信息。 5 . 1 . 4 b d i 代理人架构 r a o 符号能进一步扩展和提炼;开发过程更易细化和测 试;更加关注执行的设计。 ing e n i a s 采用组织、代理、 任务/ 目 标、 交互和环境这五种元模式分别从 不同 的 角 度 对 多a g e n t 系 统 进 行了 描 述。 组 织 视 角 ( o r g a n iz a t i o n vi e w p o i n t ) ， 描 述了 代 理、 资 源、 任 务 和目 标共 存的框架，通过结构、功能和社会关系等角度来定义。从结构的角度，组织是 一组具有 聚合 和继承的 实 体组成， 对多a g e n t 系统从团体 ( g r o u p ) 和工作流 ( w o r k fl o w s ) 两方面进行了 分解。 如图5 .4 。 其中团体可以包括代理 ( a g e n t ) . 角 色 ( r o le ) 、 资 源 ( r e s o u r c e ) 或 应用 ( a