（计算机应用技术专业论文）网格技术及在远程教学系统中的应用.pdf

中文摘要 网格是集成的计算与资源环境，其核心是消除信息孤岛，实现资源共享，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。目前， i n t e r n e t 的发展虽然极大地促进了以其作为基础平台的远程教育的发展，实现了 教育资源的自治与共享、学习活动的合作等。但因整个互联网的异构性( 从硬件 到软件系统) ，导致了教育资源不能共享充分，而且重复开发现象非常严重。把 网格技术应用到远程教育领域，将会极大地改变现有远程教育的现状。 本文全面和系统地讨论了网格的体系结构，对各种不同的网格体系和开发系 统，进行了比较，分析了它们在基本结构和体系结构方面的差别和优劣。因为网 格是以服务为核心的框架，实现网格应用的关键就是怎样建立服务体系。为此论 文还研究了网格服务的建立问题。在此基础上，本文给出了一个高校网格环境中 远程教学系统的设计方案，并给出了部分实现细节。论文还以天津职业大学经管 学院课件资源应用为例，搭建了一个实例。 具体在以下几个方面作了一些工作：( 1 ) 介绍远程教育的现状、存在的问 题，并阐述了本课题的研究内容和现实意义等； ( 2 ) 介绍网格的概念，研究和 分析网格体系结构、网格相关技术及其远程教育应用、校园网格的建立； ( 3 ) 研究和分析高校网格环境中远程教学系统的设计及网格开发工具g l o b u s t o o l k i t ；( 4 ) 在高校网格的基础上进行网格远程教学的实际应用研究。 关键词：网格远程教育x m l g l o b u sw e bs e r v i c e s a b s t r a c t g r i di sa ni n t e g r a t e dc o m p u t i n ga n dr e s o u r c ee n v i r o n m e n t ，w h o s e c o r ei st oe l i m i n a t ei s o l a t e di n f o r m a t i o ni s l a n da n dr e a l i z er e s o u r c e s h a r i n g ，i n c l u d i n gc o m p u t i n gr e s o u r c e ，s t o r i n gr e s o u r c e ，c o m m u n i c a t i o n r e s o u r c e ，s o f t w a r er e s o u r c e ，i n f o r m a t i o nr e s o u r c e ，k n o w l e d g er e s o u r c e ， a n ds oo n a tp r e s e n t ，i n t e m e t ，a st h eb a s e d p l a t f o r m , h a sg r e a t l y p r o m o t e dt h ed i s t a n tl e a r n i n g ，r e a l i z i n gt h eg o v e r n a n c ea n ds h a r i n go f e d u c a t i o nr e s o u r c e sa n dc o o p e r a t i v e l e a r n i n g b u t ，b e c a u s eo ft h e h e t e r o g e n e i t y o fi n t e m e t ( b o t ho ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e ) ，t h e e d u c a t i o nr e s o u r c e sc a n n o tb es h a r e ds u f f i c i e n t l y , a n dl o t so ft h e ma r e r e d e v e l o p e d a p p l y i n gg r i dt e c h n o l o g yt oe d u c a t i o nf i e l dw i l lg r e a t l y i m p r o v e t h ec o n d i t i o n so fd i s t a n tl e a r n i n g t h i sp a p e rh a df u l l ya n ds y s t e m i c a l l yd i s c u s s e dt h es y s t e ms t r u c t u r e o f 鲥d ，c o m p a r e da l l k i n d so fd i f f e r e n tg r i ds y s t e ma n dd e v e l o p m e n t s y s t e ma n ds u m m a r i z e dt h ed i f f e r e n c e sa n ds t r e n g t h sa tt h ef u n d a m e n t a l s t r u c t u r ea n ds y s t e ms t r u c t u r e b e c a u s es e r v i c ei st h ec o r eo f 鲥d ，t h ek e y o ft h e 面da p p l i c a t i o ni sh o wt oe s t a b l i s h t h es e r v i c es y s t e m f o rt h i s r e a s o nt h i sp a p e rs t u d i e dt h ee s t a b l i s h m e n to f 鲥ds e r v i c e i nt h i sw a yt h e p a p e rp r o p o s e dad e s i g ns c h e m ef o r t h ed i s t a n tl e a r n i n gs y s t e mo f g r a d u a t es c h o o lg r i de n v i r o n m e n ta n dp r o v i d e dp a r to fi m p l e m e n t a t i o n d e t a i l t h i sp a p e ra l s og a v ea nr e a lc a s eo ft e a c h i n gr e s o u r c e so f e c o n o m i c sa n dm a n a g e m e n ts c h o o lo f t i a n j i np r o f e s s i o n a lc o l l e g e t h i sp a p e ri sc o n s i s t e do ft h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：( 1 ) t h ei n t r o d u c t i o n o ft h ec u r r e n td i s t a n c e l e a r n i n g s t a t u sa n di t s e x i s t i n gp r o b l e m s ， d e s c r i b i n gt h i sr e s e a r c h sc o n t e n t sa n dr e l a t e dm e a n i n g ；( 2 ) i n t r o d u c i n g t h ec o n c e p to fg r i d ，i t sr e s e a r c hf r a m e w o r ka n dr e l a t e dt e c h n o l o g ya n d a p p l i c a t i o ni n t h ee d u c a t i o nf i e l d ；( 3 ) s t u d y i n gt h ed e s i g na n dg r i d d e v e l o p m e n tt o o l ss u c ha sg l o b u st o o l k i ti nt h eg r i de n v i r o n m e n to f s c h o o l ；( 4 ) t h er e a la p p l i c a t i o no f g r i dt e c h n o l o g yi nd i s t a n c el e a r n i n g k e yw o r d s ：g r i d d i s t a n c el e a r n i n gx m lg l o b u sw e bs e r v i c e 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，也不包含为获得盘鲞盘堂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已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：移芯签字日期：p 鲫年月刁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫生盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫洼盘堂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) 学位论文作者签名：每秒 签字日期：卿辞多月7 - 7 l e t 导师签名：祭蚜 签字日期：上嘭年多月刁日 第一章绪论 1 1 选题背景和意义 第一章绪论 网格是集成的计算与资源环境，其核心是消除信息孤岛，实现资源共享( 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) ，有人 将其称为下一代互联网。目前，i n t e r n e t 的发展虽然极大地促进了以其作为基础 平台的远程教育的发展，实现了教育资源的自治与共享、学习活动的合作等。但 因整个互联网的异构性( 从硬件到软件系统) ，导致了教育资源不能共享充分，而 且重复开发现象非常严重。把网格技术应用到远程教育领域，将会极大地改变现 有远程教育的现状。 1 1 1 因特网的发展促进了远程教育的飞速发展 随着信息技术的发展，自二十世纪后期，因特网开始成为教学传递的一种手 段，随之网上教学逐渐成为教育领域中最受关注、发展最快的一种新的教学传递 模式。而远程教育技术的关键足教育资源的开发、组织与管理。 ( 1 ) 中国自1 9 9 8 年9 月教育部批准清华大学、浙江大学、湖南大学和北京 邮电大学试点现代远程教育至今，全国已有6 7 所普通高等院校建立了网络教育学 院。中国广播电视大学被认为是世界上规模最大，同时也是最成功地实施远程教 育开放教育的巨型文学。经过2 0 年的发展，中国广播电视大学已经形成了一个由 中央电大、4 4 所省级电人、8 1 4 所地市级电大分校和1 7 4 2 所县级电大分校以及 1 7 0 7 6 个教学点( 班) 组成的学科齐全、功能完备、特色突出、面向基层的远程 教育系统。 ( 2 ) 美国从7 0 年代开始，美国学校每年购置远样教育设备的费用都超过4 5 亿美元。美国政府要求在2 0 0 0 年以前把信息高速公路通向每一所学校、教室和图 书馆，通向每一个儿章。要使美国每一个儿奄8 岁就能够独立阅读网上信息，1 2 岁能借助嘲络学习，1 8 岁能够上大学。 ( 3 ) 日本日本文部省1 9 9 4 年制定了一项5 年计划，到1 9 9 9 年，日本公立小 学两个人拥有一台训岸机。至u 2 0 0 1 年所有的中学，2 0 0 3 勺：所有的小学将全部上 i n t e r n e t 网。1 9 9 6 年，文部省又提出了2 1 世纪媒体技术的发展报告，要求在大的 第一章绪论 研究机构充实网络和远程教育设备。目前，日本已经拥有2 0 的光纤网络，到2 0 1 0 年，1 0 0 的日本家庭都将可阻访问高速、高效的多媒体业务。 当今，远程教育形成了i 拿：球化趋势远程教育的国际竞争和院校合作正在加 强。一些著名的远程教育系统已经实行了全球教学，如法国国家远程教育中心 1 9 9 9 年已在1 9 0 个国家拥有了3 万名学生。 1 1 2 远程教育飞速发展的同时，存在许多需要解决的问题 远程教育在全球范围内，有着急速发展的趋势，正因如此也带来了许多需要 解决的问题，在这儿主要说明两个方面的问题。 ( 1 ) 缺乏广泛的资源合作 现代远程教育的核心和精髓是教育资源的共享，这种资源包括师资、教学内 容和教学思想等。尽管传统的网络教学系统或者基于网络韵远程教学系统都强调 共享，但这种共享还是处于相对较低的水平上。从教学资源上来看，形式多样。 格式不统一，无法进行统一有效的协调和管理：从硬件和操作系统来看，各种异 构系统并存，许多远程教学系统无法在不同的平台上运行：从实现的方式上来讲， 大多是静态或动态( 用a s p 或j s p 实现) 的骶b 页面，没有体现服务的概念。而阿格 远张教学系统通过为用户提供统一的服务接口，实现更高层次的共享，这种共享 不仅仅体现在教学盗源上，而且包括各种埂件资源的共享。 ( 2 ) 存在大量的异构系统 计算机网络是典型的异构系统。不同的机型，不同的操作系统，不同的计算 机编程语言，运行在吾式各样机型、操作系统卜的应用软件等等，使得开发分布 式系统软件十分时难。当一个远程教育系统移植到另外一个网络平台的时候。可 能会发现，该系统与其硬件平台或者操作系统不兼容，导致应用系统的重新丌发， 另外，目前许多的远程教育系统，教学资源不能在不同的操作系统和硬件平台上 移植，导毁b 大的重复劳动。如何解决此类问题，国际上著名的软件公司，技术 组织和厂商都在寻求解决方案。比如：j a v a ，x m l ( e x t e n s i b i em a r k u pl a n g u a g e ) 、 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 、嘲格( g r i d ) 等技术的 出现。都是在不同层次和角度来解决异构问题。但由于技术相对比较复杂，综合 运用返些技术比较困难，使得这些技术的运用并币普及。在刚络上，太量存存的 还是h t m i ，格式的信息，真正采用卜述技术进行远程教育系统开发的并不多见。 1 1 3 网格将改变未来远程教育的模式 第一章绪论 网格( 6 r i dc o m p u t i n g ) 被誉为继i n t e r n e t 之后的又一次网络革命，具有与 i n t e r n e t 一样改变整个世界运行方式的能力。网格的目标就是提供给人们随取即 用的资源，通过一定的方式整合节点，在已有的i t 架构之上，实现c p u 、存储和 数据库等计算资源的动态共享。 目前，网格的研究主要在美国和欧洲。英国政府已投资1 亿英镑，用来研制 “英国国家网格”。美国军方正规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信息 网格”，预计在2 0 2 0 年完成。随着网格研究在学术界的加速，信息产业界的大公 司也相继公布了与网络目标一致的研究开发计划。惠普、i b m 、微软，s u n 等公司 已经取得共识，支持x m l 、s o a p 、u d d i 等w e b 标准，从而更有利于开发新代的网 络应用，b p w e b 服务。 在我国，网格基础设施建设和网格技术研究工作也在紧张进行。我国的科学 研究、国民经济和社会发展也已对网格技术提出了很多需求，只是使用了不同的 术语。比如，在银行界叫“业务集中”，航空、船舶、汽车行业叫“广域虚拟设 计环境”，资源环境领域叫“单一数据源”，电子商务和电子政务中则称为“资 源共享”与“协同工作”。网格技术就是这样应运而生的。 互联网曾经改变了人们的生活方式和学习方式，而网格技术作为下一代的 n t e r n e t 。将会对人类生活的各个方面产生重大影响。当然，网格技术进入教育 领域，也会极大地改变远程教育的模式。在理想的教育网格环境中，学习者只需 要提出自己的学习( 服务) 要求，网格系统就可以为你提供相应的学习资源和知 识。对学习者来讲，服务是透明的，不必关心学习资源是谁来提供和怎样提供的， 整个网络可以看成一个超级的计算机，计算资源、存储资源、数据资源、信息资 源、知识资源、专家资源等可以得到全面共享。 1 1 4 本课题研究的意义 随着我国计算机网络技术和科学研究的不断发展，校内各服务站点的数据以 及应用程序其享，也越来越受到人们的关注。怎么样消除信息孤岛，使各信息站 点能够共享资源( 各类资源) ，进行统一有效的协调和管理，是摆在人们面前的重 要课题。而网格的一个很重要的特征就是能够最大限度的信息共享。 对于提供教育资源的服务器来讲，茛能力总是有限的，而从网格的概念来讲， 整个网络可以看成是一台虚拟的超级计算机，用户只需要通过网格门户，就可以 透明地访问整个网络上的资源。它突破了以往强加于网络资源之上的种种限制。 使人们可以以一种全新的史自由更方便的方式使用网络资源。刚格可以提供强大 的教育资源服务能力。 第一章绪论 网格打破了传统的共享协作模式。传统上对资源的共享往往停留在数据或者 文件传输的层次上，大多是静态或动态的w e b 页面，而网格资源的共享则可以做 到对资源的直接控制。 人们往往把教育资源和特定的有形的计算机联系起来，而网格则是去除了各 种资源外在的形式，将其内在的资源抽象出来，形成了统一协调资源的能力。 它可以使人们改变观念和理念，在另一个高度来认识这个世界。 1 2 论文工作 本文重点从以下几个方面研究了网格技术，及在远程教学系统的应用： ( 1 ) 网格体系结构研究与网格结构分析、网格服务实现等。 全面和系统地分析了网格的体系结构，特别是从应用角度进行了深入的探 讨。包括：对网格的体系结构进行分析；网格的主要组成部分，各部分具有的功 能，网格的运行机制等等。网格是以服务为核心的框架。因此实现网格应用的关 键就是怎样建立服务体系。为此本文重点研究了网格服务的建立和发布；网格应 用开发工具。 ( 2 ) 基于高校网格的远程教学系统设计。 主要研究适合高校校园网条件和远程教学应用的网格体系设计方案。 ( 3 ) 高校网格远程教学应用研究。 采用“原有的w e b 教学环境+ 网格技术”的工作模式搭建一个网格应用实例， 即，天津职业大学经管学院的远程教育网格节点，侧重了基于网格的课件资源开 发。 1 3 本文的组织结构 本论文由五章组成，第一章为“绪论”，介绍了远程教育的现状、存在的问 题，并阐述了本课题的研究内容和现实意义等；在第二章中讨论了网格的基本概 念、网格体系结构分析、网格相关技术及其远程教育应用以及校园网格的建芷； 在第三章研究了网格环境中远程教学系统的结构及设计，网格开发工具g l o b u s t o o l k i t ；第四章给出了作者应用上述技术完成的一个网格应用实例，即，天津 职业人学经管学院的远程教育网格节点的实现，该实现侧重了在网格环境下课件 资源的开发；第五章为全文“结束语”。 4 第二章网格及其在远程教育中的应用 2 1 网格概念 第二章网格及其在远程教育中的应用 网格( g r i d ) 是近年来国际上兴起的一种重要信息技术，能利用互联网将分散 在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，是高性能计算机、数 据源、互联网三种技术的有机组合和发展。它不是突然出现的，是现有理论和技 术的发展。网格不是要取代现有的东西，它的目的是如何使现有的东西能够更加 完美的协同工作。 2 1 1 网格定义 网格一词最早出现在2 0 世纪9 0 年代中期，而网格计算的概念在1 9 9 5 年的 i w a y 项目中被提出。现在网格计算已经是计算机领域研究的焦点之一，对网格 的定义也有很多种，常见的如下： ( 1 ) 网格是下一代的i n t e r n e t 。 ( 2 ) 网格是建造分布式科学计算环境的一种一体化的集成方法，这一环境包 括计算、数据管理、科学仪器以及人的协作。 ( 3 ) 网格就是方便资源管理、有效地支持广域分布的、多领域的科学与工程 问题解决的中间件系统。 ( 4 ) 网格是基于硬件支持的各种服务和功能的提供者。 ( 5 ) 网格计算就是在动态变化的，拥有多个部门或者团体的复杂虚拟组织内， 灵活、安全的协同资源共享与问题求解。 上述网格的不同定义代表了人们对网格的不同理解，也是不同领域对网格做 出的解释。对于网格，实际上现在还没有一个普遍被人们接受的定义。 2 1 2 网格的特点 一般而言网格计算系统具有以下几个特征： ( 1 ) 分布与共享分布性是网格的一个最主要的特点。嘲格设备( 具有唯一 i p 网络地址的硬件) 是地理i 二分布的，网格资源( 可以网格寻址的抽象) 也是分布 在不同的嘲格设备上的。虽然网格资源存在分布性，但网格资源也是可以充分共 享的，冈为网格设计的原始动机就是要把物理上分散的资源整合、协调工作的， 第二章网格及其在远程教育中的应用 即网格上的任何资源可以提供给网格上的任何用户。 ( 2 ) 系统多层次的异构性：构成网格计算系统的超级计算机有多种类型， 不同类型的超级计算机在体系结构、操作系统及应用软件等多个层次上具有不同 的结构。 ( 3 ) 多级管理域：由于构成网格计算系统的超级计算机资源通常属于不同 的机构或组织并且使用不同的安全机制，因此需要各个机构或组织共同参与解决 多级管理域的问题。 ( 4 ) 结构的不可预测性：与一般的局域网系统和单机的结构不同，网格计 算系统由于其地域分布和系统的复杂使其整体结构经常发生变化。 ( 5 ) 网格是协同工作的，很多网格节点可以共同处理一个项目。 ( 6 ) 高服务质量，包括响应时问、流量、可用性和安全性。 2 1 3 网格的应用 随着网格计算技术的迅猛发展，网格的外延大大延伸，从高性能计算领域逐 渐扩展到商业应用领域。 ( 1 ) 在科学计算领域中的应用 分白式超级计算 能将分布式的超级计算机集中起来，协调工作，解决复杂的大规模的问题。 其应用领域包括大规模军事仿真和天文学模拟等。 高吞吐率计算 主要解决那些数据量巨大、但对求解时间不太敏感的问题。其应用领域包括 芯片设计、参数化研究、加密算法问题等。 数据密集型计算 主要指那些数据的采集、存放、分析、处理比较分散的问题，其问题的求解 往往同时会产牛很大的通信和计算需求，气象预测、数字化天空扫描等是比较典 型的数据密集计算问题。 按需i 算 可满足不能在本地找剑划算或方便的资源，例如计算、软件、数据仓库和专 业传感嚣时的短期需求。 协同计算 考虑的是如何支持和加强人与人之间的交互，以克服地理位置、交互能力和 共享对象等诸多条f ，l 的限制。 ( 2 ) 在社会经济生活领域中应用 第二章网格及其在远程教育中的应用 更广泛的共享 与现在的i n t e r n e t 相比，网格提供的共享范围更广：除了i n t e r n e t 支持的文 档资料、软件、多媒体信息等文件传输共享以外，还可以实现硬盘、c p u 、各种 计算机外设以及其它贵重仪器等硬件的共享甚至直接控制。 电子商务 网格的应用将改变目前电子商务中集中服务的模式，实现互联网上所有资源 的互连互通。专家预测，网格将推动电子商务的下一次浪潮。 2 2 网格体系结构分析 网格计算目前比较重要的体系结构是i a nf o s t e r 等提出的5 层沙漏体系结构 和结合w e bs e r v i c e 的开放网格体系结构o g s a 。w s r f 草案规范于2 0 0 4 年年初推 出，可以看作是o g s a 的进一步发展，但目前对其标准的讨论仍存在一些争议。 2 2 1 网格的五层架构 网格的五层沙漏结构是一种影响十分广泛的结构，根据各组成部分与共享资 源的距离，将对共享资源进行操作、管理和使用的功能分散在五个不同的层次， 强调以“协议”为中心，主要侧重于定性的描述。其结构如图2 1 所示： l应用层 叵圭 资源层 连接层 l 构造层 f 罔2 1 嘲格的五层沙漏结构示意罔 五层结构的另外一个重要特点就是沙漏形状。其含义就是因为各邡分协议的 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计算的 地点都应该得到支持，在五层结构中，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈 第二章网格及其在远程教育中的应用 部分。如图2 2 所示。 图2 2 沙漏形状结构示意图 下面对五层沙漏结构每层的功能作较详细的说明。 构造层：网格构造层的基本功能就是控制局部的资源，向上提供访问这 些资源的接口。它有自身的协议，来保证其自身的通信和功能。但这种协议和网 格的协议是不同的。如图2 3 所示。 图2 3 构造层资源的内部与外部协议 连接层：连接层的基本功能就是实现相互的通信。它定义了核心的通信 和认证协议用于网格的网络事务处理。如图2 4 所示。 通信协议允许在构造层资源之间交换数据，要求包括传输、路由、命名等功 能。建屯存通信服务之上的认证协议提供加密的安个机制，用于识别用户和资源。 芰 j i 弘沁j j - 议 通f 7 | j j i z 图2 4 连接层协议组成与协议关系 、l l j 第二章网格及其在远程教育中的应用 资源层：资源层建立在连接层的通信和认证协议之上，其主要功能就是 实现对单个资源的共享。它所定义的协议主要包括安全初始化、监控、审计、付 费、控制单个资源的共享操作等。资源层的协议主要由两部分组成，一部分是信 息协议，功能是得到资源的结构信息；另一部分是管理协议，主要负责访问共享 资源、提供对资源的操作等。 汇聚层：汇聚层的主要功能是协调“多种”资源的共享，其协议与服务 描述的是资源的共性，并不涉及资源的具体特征，汇聚层功能可以作为永久的服 务来实现；包括相关的协议，以及与应用相关的a p i s d k 。汇聚层的协议与服务 及其功能主要内容如表2 1 所示。 表2 1 汇聚层服务和协议 服务与功能名称描述 允许虚拟组织参加者发现存在的资源或是存在资源的特性， 目录服务 允许用户根据名字或者属件来查询资源： 协同分配、调度以及代理服允许虚拟组织参加者申请分配一个或者更多的资源，并且在 务 相应的资源上进行任务调度； 用于监视虚拟组织资源的失败，恶意的攻击，入侵检查，过 监控和诊断服务 载等等： 支持虚拟组织存储、网格与计算的管理，按照响应时间、可 数据复制服务 靠性、费用等杯准化数据访问的性能； 可以在网格中提供熟悉的编程模型，使用不问的网格服务解 网格支持下的编程系统 决资源发现、安全、资源分配以及其它的问题； 负载管理系统与协同分配工 提供描述、使用以及管理多步、异步以及多组件丁作流； 作框架 基于求解问题的参数发现和选择最好的软僻实现与执行平 软件发现服务 台： 用于潜在较大的用户社团内的协同交换信息，包括同步和异 协作服务 步两种方式。 资源层协议必须是通用的而且可以广泛使用，汇聚层协议在资源层通用目的 协议的基础上，实现更高级的应用，并能够面向特定的领域。 应用层：应用层是最高层，是在虚拟组织环境中存在的。在f 层协议的 基础上，我们可以选择一种语言，或者构建一个平台，用来进行网格服务的开发。 从应用程序员的观点看网格结构，应用是根据在任。层次上定义的服务来构造 的。在每一层，都定义了协议，以提供对相关服务的访问。在每一层，可以将a p i 定义为与执行特定活动的服务交换协议信息的具体表现。如图2 5 所示，从程序 开发的角度看五层沙漏网格结构。 第二章网格及其在远程教育中的应用 图2 5 从程序开发的角度看五层沙漏网格结构 2 2 2 开放网格服务体系 如果说五层沙漏结构是以协议为中心的“协议结构”，那么o g s a 就是以服务 为中心的“服务结构”。它把一切都抽象为服务，包括计算机、程序、文档资料、 仪器设备等。这种抽象将资源、信息、数据等统一起来，为嘲格动态共享提供了 非常好的实现机制，并且使得网格的开发和管理有了标准的接口和行为。 为了使服务的思想更加明确和具体，0 6 s a 定义了“网格服务( g r i d s e r v i c e ) ” 的概念。它是一种特殊的w e b 服务，该服务提供了一组接口，用于解决服务的发 现、动态服务的创建、服务生命周期的管理、通知等问题。 简单的说：列格服务= 接d 行为+ 服务数据。服务示意图如图2 7 所示。与五 层模型一样，在0 6 s a 中也非常重视互操作性，但是从服务的观点，0 6 s a 将互操作 性问题转化为两个子问题：定义服务的接口和识别激活特定接口的协议。o g s a 强调的是与协议相对麻的服务，侧重于实体表现出来的行为特征。 1 0 第二章网格及其在远程教育中的应用 舨嚣放葬：的l 移炎弛销 辑二k 杰l 钮垆蛳 也电 翔 一w 霄激洱 一弧歼 ( ，f i d s e ，、l 甜 f 必每册： 拄它托u 标准捷1 3 r 丁垃门j 4 1 - - 翘k - 攫收 取务到建 琢备；f 册 一管押 辩发 + l 育l 期特别廊川晌援 n 图2 7 网格服务示意图 表2 2 列出了网格服务的接口。其中只有g r i d s e r v i c e 接口是必须的，而其它 接l j 都是可选的。网格服务是由它们提供的能力来刻画的。一个网格服务实现一 个到多个接口，每个接口定义了一些操作，这些操作通过交换定义好的一系列消 息来激活。 表2 2 网格服务的接口 p o r t t y p e 操作描述 查询网格服务实例的各种信 息，包括基本的内部信息( 句 柄、引用、主键、本地旬柄映 f i n d s e r v i c e d a t a 射) ，大量的关于每个接u 的信 g r i d s e r v i c e息以及与特定服务有关的信 息。 设置( 并得到) 劂格服务实例的 s e t t e r m i n a t i o n t i m e 中止时间。 d e s t o r y 中止网格实例。 根据消息类型和感兴趣的语句 n o t j f i c a t i o n s o u r c e s u b s c r i b e t o n o t i f i c a t i o n t o p i c订阅服务相关事件的通知，允 许通过第j 方消息服务干专递。 o t l f j c a t l o n s j n kd e li v e r n o t i f j c a t i o n h 步传递通知消息。 r e g is t e r s e r v i c e 进行网格服务旬柄软状态注 r e g is t r y 册。 u n r e g i s t e r s e r v i c e 取消一个嘲格句柄的沣册。 f a c t o r y c r e a t e s e r v ic e 创建新服务实例。 h a n d l e m a p f i n d b y h a n d l e由嘲格句枘返回网格引用。 刚格服务的接口和主要功能： 必须实现的服务接k l g r i d s e r v i c e 第二章网格及其在远程教育中的应用 g r i d s e r v i c e 是0 6 s a 服务接口中唯一必须的服务，其功能是进行服务数据的 访问、显示撤销、软状态生命周期等的管理。 在0 6 s a 中，其服务实际上是由临时服务完成的，故必然会带来服务生命周期 的问题，也就是说需要决定什么时候服务应该终止，同时释放相关的资源。正常 操作下，一个临时服务实例的创建是为了完成特定的任务，可以在任务结束时终 止，也可以显示的由请求方或者请求方指定的特定服务来终止。但是通过显示请 求终止特定的服务是有问题的，因为在分布式系统中，个别组件出现故障的情况 是无法避免的，这时可能引起消息的丢失，如果服务终止的消息请求丢失，该服 务就永远看不到要求其终止的消息，其后果就是该服务永久占用相关的资源，造 成资源的浪费。另外，在有些情况下，服务的存活期也需要改变。所以，对应网 格服务来说，生命存活期是一个非常现实的问题，必须要解决好，管理好。为此， o g s a 引入了软状态( s o f ts t a t e ) ，网格服务通过维护一个内部状态来管理服务 的生命周期，该状态将一个服务实例与另一个具有相同接口的服务实例区别开 来。同时为解决这一问题，又定义了两个标准的操作：d e s t r o y 和 s e t t e r m i n a t i o n t i m e ，它们用来显式地撤销和终止网格服务的生命周期。 每个网格服务实例都有一些服务数据与之联系，这些服务数据是一些被封装 的x m l 元素的集合，包括网格服务实例的名字、类型等。怎么样来发现这些数据 元素，g r i d s e r v i c e 接口中对数据元素的表示进行了统一规范，同时提供了 f i n d s e r v e r d a t a 操作，以对服务数据进行检索和查询，并且用注册服务来管理关 于网格服务实例信息的标准接口，用于从句柄到引用的映射。 句柄映射h a n d l e m a p 网格服务是有状态的，并且可以动态创建和撤销，故每个网格服务都被赋予 一个全局唯一的名字，即网格句柄( g s h 。g r i ds e r v i c eh a n d l e ) ，与另外一个服 务区别开。由于网格服务可以在生命周期内被升级，因此g s h 不携带与特定协议 或者实例相关的信息。开放网格服务网体系将这些信息封装起来，和其他与特定 实例相关的信息一起，形成一个网格服务引( g s r ，g r i ds e r v i c er e f e r e n c e ) 的抽 象实体。 在0 6 s a 体系结构中，网格服务句柄和网格服务引用有明显的区别，实际上， 获得网格服务引用有两种疗法，如图2 8 所示：一是网格服务句柄通过句柄映射 接口( h a n d l e m a p ) 得到：二是使用诸如非常简单的h t t pg e t 操作，获得一个本 地g s r 。 1 2 第二章网格及其在远程教育中的应用 蛉定搬务的g s h侈烈务的g s r 上下 h a m l l c m a p 盔 l 本地h a n d l e m a p 的u r l奉地h a n d l e m a p 的g s r 上t h 1 1 pg e t 锹1 一 图2 8 获得g s r 示意图 注册服务r e g i s t e r 支持服务发现的网格服务叫做注册( r e g i s e r ) 硅e 册服务报包含两个方面的 内容，一是注册接口，它提供g s i t 的注册操作，二是相关的服务数据元素，它包 括注册的g s h 的信息。 创建临时服务f a c t o r y o g s a 强调的是临时服务，故o g s a 定义了一个接u ，专门用于实现创建网格服 务实例，该接口就是f a c t o r y 接口，实现该接口的服务就是f a c t o r y 。 f a c t o r y 接口的c r e a t e s e r v i c e 操作可以根据用户的请求，创建一个网格服 务，并且给用户返同其创建的网格服务句柄g s h 和初始的网格服务引用g s r 。 f a c t o r y 仅仅是一个接口定义，并不规定服务实例是如何创建的，具体的实 现要根据实际的运行平台来实现。一种常见的方案就是在具体的允许环境中实现 f a c t o r y 接口，根据运行环境提供的标准机制来创建( 并管理) 新的服务实例。 在o g s a 网格系统中，最核心的问题还是网格服务的开发与管理。图2 9 展 示了一个网格服务部署和发布示例的示意图。使用简单对象访问协议( s i m p l e o b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 的远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l1 ， r p c ) s e r v l e t 和网格服务的实际实现可以被部君到应用稃序服务器( 比如 w e b s p h e r e 或a p a c h et o m c a t ) 上。所确的调用消息郜将被s o a p r p cs e r v l e t 捕 获，它把这些消息路由到相应的网格服务。同时，可以把网格服务发布到统。描 述、发现和集成( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r y ，a n di n t e g r a t i o n ) ( u d d i ) 注册中心或w e b 服务检查语言( w e bs e r v i e e sl n s p e c t i o nl a n g u a g e ) ( w s i l ) 文档。u d d i 的设计使得我们可以在其中发靠和搜索商业伙伴的业务及他们的网 格服务。u d d i 注册中心是一个存储这种信息以及网格服务位置的中心。有两种 类型的u d d i 注册中心：公共的和私有的。您町以以应用程序开发者或服务提供 第二章网格及其在远程教育中的应用 者的身份把您的网格服务发布到i b m 、m i c r o s o f t 、h p 或s a p 掌管的公共u d d i 注册中心。如果您想发布自己的私有网格服务或机密网格服务，就应该使用私有 u d d i 注册中心。但用于测试目的或小规模集成时，将您的网格服务发布到w s i l 文档却是最容易的，因为w s i l 不需要u d d i 注册中心就能够进行网格服务发 现、部署和调用。这是因为w s i l 提供了对已存在的服务描述文档的引用进行聚 集的方法( 这些文档已经被用许多种格式编辑过了) 。然后这些检查文档在服务 提供点处被提供，或者通过可以放置在内容媒体( 比如h t m l ) 中的引用使其可 用。而且，u d d i 注册中心和w s i l 将被w s i lw s i l u d d i 数据标记紧密地关联在 一起。在w s i l 中，引用指针被用来连接到发布在u d d i 注册中心的业务或服务。 d e p l o y m e n t r e g i s t r y h 1 日睁u 州n 曲k t 帕啪 月* q l 面甲 菇* 一7 r u 4 1 d s _ 慵c 图2 9 网格服务部署与发布示意图 2 3 网格相关技术及其在远程教育应用 2 3 1 x m l 技术及其远程教育应用 x m l 的伞称足e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ( 扩展标注语言) ，足由w 3 c 组织于 1 9 9 8 年2 月制定的一种通用语言规范，具有可扩展，自描述，结构、内容和表现 分开的特点。x m l 是网格和w e bs e r v i c e s 的重要基础，离开了x m l ，现有的网格技 术就无从谈起。q ，国远程教育标准的一个非常重要的基础也是x m l 技术，闪此研 究远程教育也离不开x m l 技术。 x m l 的主要优点归纳如下： ( 1 ) 适丁异构应用系统问的数据共享x m l 的灵活性和扩展性使其可以对不 瓤国 国吼 税圆 第二章网格及其在远程教育中的应用 同应用，甚至是差异很大的应用问的数据进行描述。另外，x m l 具有自我描述 的特性，可使得数据在不同的应用问交换与处理。 ( 2 ) 便于信息的快速检索和查询x m l 属于元标记语言，用户只要在x m l 的 文档类型定义文件中定义一系列有意义的标记，即可按照任意的条件查询和检 索。而相应的检索引擎可以是通用的，而不必局限于具体的应用。 ( 3 ) 实现数据的分布式处理x m l 作为一种计算机语言，其文档由d t d 和x m l 文本组成，所谓d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ) 简单的说就是一组标记符的 语法规则，表明x m l 文本是怎么样组织的。x m l 中共有六种标记：元素 ( e l e m e n t s ) 、属性( a t t r i b u t e s ) 、实体引用( e n t i t yr e f e r e n c e s ) 、注释 ( c o m m e n t s ) 、处理指令( p r o c e s s i n gi n s t r u c t i o n s ) 和c d a t a 段( c d a t a s e c t i o n s ) 。其中，元素是标记的最常见的形式，由尖括号分隔。大多数元素 标识它所包含的内容的性质。如程序2 3 1 所示。 l 序2 3 11 x m l ? x m lv e r s i o n = 1 0 e n c o d i n g = 。g b 2 3 1 2 ? 英语学习 高泰 4 2 o o 英语语法 ( 作者 马五 3 0 0 0 参考资料 说明：第一行 是同定的格式； e n c o d in g = g b 2 3 1 2 4 7 用于表明支持中文简体字符集。 程序2 3 1 在i e 浏览器中的显示结果如图2 1 0 所示，是和源文件一致的树形 结构，显示效果比较单调，通过c s s ( c a s c a d i n gs t y es h e e t ) 和x s l ( e x t e n s i b l e s t y l e 。l a n g u a g e ) 叮以为x m l 文档加上显示样式。详细内容请参照相关资料。 第二章网格及其在远程教育中的应用 图z 1 0x m l 文档显不结果 x m l 与h t m l 最大