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昆弱理工大学硕士毕业论文 尉格环境中资源查找的研究 摘要 网格技术作为网络发展的第三次浪潮，其广阔前景使得在这一领域的研究 具有重要的积极意义。 网格的重要宗旨就是用最快的速度找到合适的资源，并加以应用。网格资 源在地理上具有分布性特征，并且资源是动态变化的。它们可以自由地加入、离 开网格组织。这一切都给网格资源的发现和管理提出了更高的要求。 本论文在分析了网格系统的概念、特点和系统原理后，介绍了流行的网格 项目g l o b u s ，并研究分析了g l o b u s 中现在常见的两种资源查找方法。并在此基 础之上，提出了一种新的网格资源查找方法。这种资源查找方法涉及到元数据表 示方法，通过定义节点的元数据属性可以很快的定位网格的专业范围，使资源搜 索更加有针对性。同时为低带宽的节点提供了节点代理，使搜索效率大大提高。 并且还采用分组的方法，将节点分组，使节点分组分层管理，并且将组的概念扩 展到搜索空间。通过与以往查找方法的比较和论证，可以看出该搜索方法有着很 高的查找效率。 关键词：网格资源查找元数据分组搜索空间 垦堕堡三查堂婴主望些堡苎 堕垫堑望! 塑塑童垫塑! 堕 a b s t r a c t a st h et h i r de r ao fw e ba p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h e 鲥dt e c h n o l o g yh a s a b r o a d l yd e v e l o p i n gf u t u r e a n dt h er e s e a r c hi nt h i sa r e ah a si m p o r t a n tm e a n i n gt oo u r n e ws c i e n c et e c h n o l o g y t h ea i mo f 鲥di st of i n do u tt h ep r o p e rr e s o u r c e si nt h e s h o r t e s tt i m e ，a n dt om a k ef u l lu s eo f i t t h eg r i dr e s o u r c e sa r ed i s t r i b u t e di nt h ew o r l d ，a n dt h e ya r cd y n a m i ct oj o i no r l e a v et h ev i r t u a lg r i do r g a n i z a t i o n s a l lt h e s ef a c t o r s b r i n gf o r w a r dh i g h e rs t a n d a r dt o t h eg r i dd i s c o v e r ya n da d m i n i s t r a t i o n f i r s t , t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o n c e p t , c h a r a c t e r i s t i ca n ds y s t e me l e m e n t so f g d d s e c o n d ，t h ep a p e rt a l k sa b o u tt h em o d e m 鲥d i t e m - g l o b u s t h i r d l y , a f t e ra n a l y z i n g t h et w of a m i l i a rr e s o l t r c ed i s c o v e r ym e t h o d s ，t h ep a p e r b r i n g sf o r w a r d an e wm e t h o d o f f i n d i n gg r i dr e s o u r c e s t h i sr e s o b r c ed i s c o v e r y m e t h o di sr e l a t e dw i t ht h em e t a d a t a b ys e a r c h i n gt h em e t a d a t aa t t r i b u t eo f t h en o d e s ，w ec a nf i n dt h ep r o p e rg r i ds c o p e t h i sm a k e s 0 1 2 1 s e a r c h i n gm o r ep e r t i n e n t a n da tt h es a l n et i m e ，w ep r o v i d e t h en o d e p r o x y f o ro u rr l a r r o wb a n d w d t hn o d e s ，w h i c h g r e a t l yi m p r o v e o u r s e a r c h i n g e f f i c i e n c y a n dw ea d o p tt h eg r o u p i n gm e t h o dt o d i v i d et h en o d e si n t od i f f e r e n t g r o u p s w eh a v ee x p a n d e dt h ec o n c e p to fg r o u p i n gt os e a r c h i n gs p a c e a f t e r a p a r t i c u l a re x p a t i a t i o no f t h en e w s e a r c h i n gt h e o r y , a n db yc o m p a r i n g w i t ht h ef o r m e r r e s o u r c ed i s c o v e r ym e t h o d s ，w ec a nf i n dt h a tt h i sn e wr e s o u r c ed i s c o v e r ym e t h o dh a s ah i g h e re f f i c i e n c yt h a nf o r m e ro n e s k e yw o r d s ：g r i d ，r e s o u r c es e a r c h i n g ，m e t a d a t a ，g r o u p i n g ，s e a r c h i n gs p a c e i i 昆明理工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，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：划关冬、， 日期：渺p 年多月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：型丛论文作者签名：茎墓墨： 日 期：塑2 垒旦z 旦 昆明理 大学硕士毕业论文同格环境中资源查找的研究 1 1 网格的引入 第一章绪言 i n t e r n e t 的产生与发展，对人们的思维方式、工作模式以及生活理念都产 生了巨大的影响与冲击。以e - m a i l 为主要应用的第一代i n t e r n e t 把遍布于世界 各地的计算机用t c p i p 协议连接在起：第二代i n t e r n e t 则通过w e b 信息浏览 及电子商务应用等信息服务，实现了全球网页的连通：第三代i n t e r n e t 将“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”，这就是网格计算( g i r dc o m p u t i n g ) 。 网格计算是一种建立在网格基础设施之上，与以往不同的计算方式，它使 人们可以以一种全新的、更自由和更方便的方式使用计算资源，解决更复杂的 问题。 首先，网格计算扩展了以前十分有限的计算能力。在网格计算的支持下， 人们可以方便的使用大型机、计算机集群和并行计算机来完成许多以前无法想象 和无法完成的工作。其次，网格计算机突破了地理位置的限制，资源的提供者和 使用者完全位置无关。最后，也是非常重要的一点就是，网格打破了传统的共享 和协作的限制。过去对资源的共享往往停留在数据文件传输的层次，而网格资源 的共享允许对资源进行直接的控制。 网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的，专门针对复杂科学计算的新 型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位鼍的电脑组织成 个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整 个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格 计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能力 超强；另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。网格计算其基础设施一定是基 于i p 协议的宽带数字通信网络。它将改变传统的c l i e n t s e r v e r 和 c l i e n t c l u s t e r 结构，形成新的p e r v a s i v e g r i d 体系结构，这种体系结构将使 得用户把整个网络视为一个巨大的计算机，并从中享受一体化的、动态变化的、 可灵活控制的、智能的、协作式信息服务。目前，网格计算不仅在学术界、研究 昆明理工大学硕士毕业论文网格环境中资源查找的研究 领域进行着深入的研究与实验，同时也得到了来自产业界诸如i b m 、h p 、 m i c r o s o f t 、n t t 、i n t e l 、s g i 和s u n 等各大公司的巨资支持与商业应用开发。 1 2 网格的概念 网格就是个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。网格能 够充分吸纳各种计算资源，并讲它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同 时还是经济的计算能力。除了各种类型的计算机，这里的计算资源还包括网络通 讯能力、数据资料、仪器设备等各种相关资源。 狭义的网格一般被称为计算网格，即主要用于解决科学与工程计算问题的 网格。狭义的网格定义中的网格资源主要是指分布的计算机资源，而网格计算就 是指将分布的计算机组织起来协同解决复杂的科学与工程计算问题。实际上，网 格计算是分布式计算( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ) 的一种，如果我们说某项工作 是分布式的，那么，参与这项工作的一定不只是_ 台计算机，而是一个计算机网 络，显然这种“蚂蚁搬山”的方式将具有很强的数据处理能力。今年年中，n t t d a t a 计划与i n t e l 和s g i 联合进行一项为期三个月的网格计算试验，届时将有包括家 庭、企业和学术机构的1 0 0 万台计算机相联，其总处理能力将比现有的最快的超 级计算机还要快五倍。 根据求解问题的特点，人们又提出了多种名称的网格，比如以数据密集型问 题的处理为核心的数据网格，以解决科学问题为核心的科学网格，以全球地球系 统模型问题求解为核心的地球系统网格等等。此外还有地震网格、军事网格等等。 那种认为网格就是仅仅通过网络把计算机、人、仪器、数据等连接起来的观 点是过时的，它过分强调了物理的网络和离散的网格资源，而没有把他们作为一 个有机的统一整体来看待。另外一种观点就是把网格作为中间件系统。这种观点 也是不全面的。中间件的确在网格中占有很重要的地位，但是网格绝不仅仅只是 中间件。这两种观点都存在定的片面性，第一种观点是过分强调网格上物理资 源组成，第二种观点过分强调网格逻辑上的功能，只有将两者结合起来才是完整 的网格系统。物理资源本身和对资源的管理与逻辑上的抽象都是十分重要的，而 且两者也是密不可分的，它们是网格环境的两大核心组成要素。 昆明理工大学顿士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 1 3 网格的发展现状与前景 1 3 1 网格发展的现状 1 3 1 ，1 我国网格研究现状 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( n kn a t i o n a lg r i d ) ”。美国政府用于网络技术基础研究经费则 已达5 亿美元。美国军方正规划实旋一个宏大的网格计划，叫做“全球信息网格 ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) ”，预计在2 0 2 0 年完成。作为这个计划的一部分， 美国海军陆战部队已启动了一个耗资1 6 0 亿美元历时8 年的项目，包括系统的研 制、建设、维护和升级。 就像随处可得的电源一样，网格可使许多行业具有挑战性的问题得以完成和 实现。各种科研机构( 如t h eg l o b u sa n dl e g i o np r o j e c t ) 、商业机构( 如a v a k i 和p l a t f o r mc o m p u t i n g ) 等早已意识到了网格的重要性并在此作了很大投入。相 互合作是提升网格的必备条件，因此标准化的努力，如“g l o b a lg r i df o r u m ” 和“n e wp r o d u c t i v i t yi n i t i a t i v e ”等标准化机构已变得越来越重要了。以知 名企业c o m p a q 、i b m 、s u n 、h p 、a v _ l ( i 和p l a t f o r m 为代表的跨国公司都已成为 其会员。 2 0 0 2 年4 月5 日至6 日，科技部召开了“网格战略研讨会”，确认将网格的研 究和应用列为“8 6 3 计划”的一个专项，随即成立了专项专家组。8 6 3 网格专项 投资高达3 亿，主要任务是研制面向网格的万亿次级高性能计算机、具有数万亿 次聚合计算能力的高性能计算环境；开发具有自主知识产权的网格软件：建设科 学研究、经济建设、社会发展和国防建设急需的重要应用网格：制定若干与网格 相关的国家标准，参与制定国际标准，使一批发明专利和软件获得受理和登记， 形成自主知识产权。 2 0 0 2 年底，上海市宣布将投入两个多亿，建设e i n s t i t u t e ，其中网格是 重点，将把上海交大、复旦、华东理工等多所重点高校用网格整合起来，共享资 源，协同教学科研。清华大学教授、上海大学计算机学院院长李三立院士担任网 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 格主题的首席科学家。 另据消息，教育部也将对网格研究进行大力支持。早在2 0 0 0 年，教育部就 支持李三立院士进行先进计算基础设施a c i 北京上海试点工程，取得阶段性成果。 据说，教育部希望百所重点高校拥有千亿次级别的高性能计算机，以提高科研水 平。在这个基础上，建设一个覆盖全国主要高校的网格是水到渠成的事。 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。 “中国教育科研网格”，国内多所2 1 l 大学工程参加。 “仿真网格”的研究，由航天二院和清华大学共同开展。 “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开展各种网格研究。 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 i ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) 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 hp 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 t ) 。 1 3 1 2 国外网格研究现状 网格的重要战略意义及其广阔的应用前景使其成为当今吸引众多研究人员 和巨大资金投入的研究热点。美国政府在网格技术的基础研究上，每年投入的 经费高达5 亿美元。美国能源部d o e 支持的科学网格( s c i e n c eg r i d ) 用6 2 2 m b p s 的e s n e 网格连接了能源部的两台超级计算机，计算能力达到每秒5 万亿次存储 能力达到1 3 千万亿字节。美国国家科学基金n s f 支持的t e r a g r i d 将连接五个 不同地方的超级计算机达到每秒2 0 万亿次的计算能力，并能存储和处理近1 千 万亿字节的数据。t e r a g r i d 最大特色是连接网格的专用网络带宽将达到惊人的 4 0 g b p s 。t e r a g r i d 项目始于2 0 0 1 年8 月，由n s f 投资5 3 0 0 万美元。次年1 0 月 又追加3 5 0 0 万美元。美国物理网格g r i p h y n ( g r i dp h y s i c sn e t w o r k ) 计划建立 每秒千万亿次级别的计算平台，用于数据密集型计算。美国军方正在实施的全球 信息网格g i g ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) 预计在2 0 2 0 年完成。除此之外，英国 政府宣布投资1 亿英镑用以研发英国国家网格u k n a t i o n a lg r i d ，欧洲还有d a t a g r i du n i c o r em o l 等网格研究项目正在开展。其中，d a t a g r i d 涉及到欧盟的2 0 4 昆明理工火学硕土毕业论文 阅格环境中资源查找钓j i 究 几个国家是一种典型的大科学应用平台。日本n t t 数据公司联合i n t e ls g i 等在 2 0 0 2 年中期开展了为期6 个月的网格计算试验，试验将连接日本家庭、企业和 学术机构的1 0 0 万台p c 集合，处理能力将达到每秒6 5 万亿次浮点运算。2 0 0 2 年1 1 月本产业技术综合研究所网格计算研究中心宣布，在由多台个人电脑通过 网络连接组成网格计算环境下实现了日美之间创纪录的7 0 7 m b p s 的数据传输。 1 3 2 网格研究的前景 一、标准化趋势 就像i n t e r n e t 需要依赖t c p i p 协议一样，网格也需要依赖标准协议才能共 享和互通。目前，包括全球网格论坛g g f ( g i o b a lg r i df o r u m ) 、对象管理组织 o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 、寰球网联盟w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ) 以及g l o b u s 项目组在内的诸多团体都试图争夺网格标准的制定权。 2 0 0 2 年2 月，在加拿大多伦多市召开的全球网格论坛g g f 会议上，g l o b u s 项 目组和i b m 共同倡议了一个全新的网格标准o g s a 。o g s a f l q 做开放网格服务体系 ( o p e n g r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) ，它把g l o b u s 标准与以商用为主的w e b s e r v i c e s 的标准结合起来，网格服务统一以s e r v i c e s 的方式对外界提供。o g s a 的诞生，标志着网格已经从学术界的象牙塔延伸到了商业世界中。而且从一个封 闭的世界走向了开放的环境中。 o g s a 从一诞生，就得到业界的广泛支持，像微软、p l a t f o r mc o m p u t i n g ( 一 家分布式计算软件公司) 、a v a k i ( 商用网格解决方案提供商) 、e n t r o p i a ( 基 于p c 的分布式计算网格技术提供商) 等从一开始就宣传支持o g s a 。到目前为止， o g s a 已经广为接受，几乎所有的业界同仁都认为它就是网格的未来。由于o g s a 是 在g g f 会议上提出来的，g g f 也就顺理成章地成为0 g s a 标准化进程的领头羊。目前， g g f 有4 个研究组负责与o g s a 相关的标准制定工作：开放网格服务体系结构工作组 o g s a - w g 、开放网格服务基础设施工作组o g s i - w g 、开放网格服务体系结构安全工 作组o g s a s e c w g 和数据库访问和集成服务工作组d a i s w g 。 2 0 0 3 年1 月1 3 日，符合o g s a 规范的g l o b u st o o l k i t3 0 ( a l p h a 版) 已经 在第一届g l o b u sw o r l d 会议上发布，预计正式版在2 0 0 3 年上半年就能发布。这 标志着o g s a 己经从一种理念、一种体系结构，走到付诸实践的阶段了。 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 二、技术融合趋势 在o g s a 出现之前，已经出现很多种用于分布式计算的技术和产品。例如， 1 9 8 7 年，s u n 公司就推出了开放网络计算( o p e nn e t w o r kc o m p u t i n g ) ，1 9 8 9 年分 别出现t o s f 的d c e 和对象管理集团o m g 的c o r b a ，1 9 9 6 年微软推出了d c o m 。这些 机制互不兼容，严重到了同一家公司的产品都不兼容的程度，例如，从1 9 9 7 年 开始，微软开始推动基于x m l 的分布式计算( 通过建构在h t t p 之上的远程过程调 用r p c 实现) ，而这又与d c o m 的做法相冲突。其实，在0 g s a 出现之前，各种以填 补异构平台之间的差异为己任的网格平台，如c o n d o r 、l e g i o n 、n i n f 、g l o b u s 等， 也都是各行其道、互不兼容的。 9 0 年代末，让人扼腕叹息的混乱局面终于有望结束，因为此时基于x m l 的w e b s e r v i c e s 技术开始大行其道。w e bs e r v i c e s 之所以能够迅速走红，是因为它在 各种异构平台之上构筑了一层通用的、与平台无关的信息和服务交换设施，从而 屏蔽了互联网中干差万别的差异，使信息和服务畅通无阻地在计算机之间流动。 w e bs e r v i c e s 得到了各大公司的支持，解决方案精彩纷呈，包括：i b m 的 w e b s p h e r e 、微软的n e t 、s u n 的s u n o n e 、o r a c l e 的o r a c l e 9 i 、惠普的e s p e a k ， 等等。 g l o b u s 项目组看到了w e bs e r v i c e s 的巨大潜力，在2 0 0 2 年迅速将g l o b u s t o o l k i t 的开发转向了w e bs e r v i c e s 平台，试图用0 g s a 在网格世界一统天下。 基于o g s a 之后，网格的一切对外功能都以网格服务( g r i ds e r v i c e ) 来体现，并借 助一些现成的、与平台无关的技术，如x m l 、s o a p 、w s d l 、u d d i 、w s f l 、w s e l 等， 来实现对这些服务的描述、查找、访问和信息传输等功能。这样，一切平台及所 使用技术的异构性都被屏蔽。用户访问网格服务时，根本就无需关心该服务是 c o r b a 提供的，还是n e t 提供的。 三、大型化趋势 美国政府单在网格技术的基础研究上，每年投入的经费就高达5 亿美元。美国 能源部d o e 支持的科学网格( s c i e n c eg r i d ) 用6 2 2 m b p s 的e s n e t 网格连接了能源部 的两台超级计算机，网格计算能力达到每秒5 万亿次，存储能力达到1 3 千万亿字 节：美国国家科学基金n s f 支持的t e r a g r i d 将连接位于五个不同地方的超级计算 6 曩秘理王太擎羲圭孥鼗谂突 掰搔蓼壤孛瓷褥套拽鲢氍巍 撬，迭剿每秒2 0 嚣识次数计箕黢力，势能存锉酾处理逅1 千万亿字节蚋数据。 t e r a g r i d 最大特色怒涟接网掇弱专趸瓣络豢赛游这至l 臻入的4 0 g b p s 。t e r a g r i d 矮鬟贻- 7 = 2 0 0 1 霉8 箕，囊n s f 投资5 3 0 0 = | 5 美元；次年1 0 要又鼢n 3 5 0 0 万荑元 荚鬻 物理网格g r i p h y n ( g r i dp h y s i c sn e t w o r k ) 计划建立每秒千万亿次级别的计算平 叁，耀予数器鬻集溅诗雾。 美蹦军方正在实施的全球信息网格g i g ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) ，预计 在2 0 2 0 年完成。目前，g i g 没膏专项经旋，但焚匿国防郝每年穰信息技术上的投 资商达2 2 0 亿美元，g i g 豹经费存在于其中的各葶申项耳中。美国政麝电子信息技术 协会的位负责人预测，至u 2 0 0 6 年。g i g 有可能成为五角大楼的最大投资项目。 不仅美晷欢瘀怼掰接终了囊大投炎，公司也不彗零弱。i b m 在2 0 0 1 年8 是塞 布，将投入4 0 多亿美元进行“网格计算创新计划”( g r i d c o m p u t i n gi n i t i a t i v e ) ， 全嚣支持鼹格诗篓。i b m 这一掇基经冤效，窀誉筏藏为g l o b u s 静首席合 蕈铰倦， 还成为0 g s a 标准的制定者之一。由于掌控了制离点，i b m 已经歼始从网格研究中 取得阐报。它不仅是d o e 科学阏格的童簧承爸商，还褥掰英国黼家黼格的青睐。 葵隧政府巍布投獒l 亿英镑，瑟鞋辑发“荚餮霞家瓣捂”( u kn a t i o n a l g r i d 。除此之外，欧洲还d a t a g r i d 、u n i c o r e 、m o l 等网格研究项目正在开展。 其中，d a t a g r i d 涉及剽欧盟的2 0 几个鬻家，燕一种典漤盼“太科学”成用平台。 嗣本n t t 数据公司联会i n t e l 、s g i 等，在2 0 0 2 年中期开展了为期6 个月豹网 格计算试验。试验将连接f t 本家庭、企业和学术机构的1 0 0 万台p c ，集合处璃 毙力将遮到每秒8 5 万伍次浮淼运算。2 0 0 2 年l l 嚣，毽本产效按寒综念骚究鼹 网格计算研究中心宣布，在由多台个人电脑通过网络滤接组成网格计算环境下， 实瑗了麓美之鬻翻纪录鲍7 0 7 m b p s 静数疆健输。甚至，连露发繇磨动? 建 殳戮 家网格计划。我国也奋起直追，仅2 0 0 2 年公布的8 6 3 阔格专项，就拨出了上亿 元的资金用于c h i n ag r i d 相获的研究。 罨管网格技术还远不翔囊联阕帮w e b 技术那么威熬，覆悉经在一擅公司释 研究所进入了使用或试验阶段。美国能源部的山地亚国家实验赛最近宣布，他们 的“先进战略计算创新计划网格( a s c ig r i d ) ”主要用于核武器研究。夔国国防 部积欧洲能源枫掏等都在秀三冬煎先爱开始采黑霹据技术。i b m 公司郏濯了一令 昆明理工大学硕士毕业论文网格环境中资源查找的研究 内部研究网格，以便于分散在美国、以色列、瑞士、等地的i b m 研究人员共享计 算资源。医药、化工、通信、电子、汽车等领域的一些大公司，如辉瑞、爱立信、 日立、宝马、联合利华、葛兰素威康、史克必成等，都已经开始构造和使用内部 网格。 我国的许多行业，如能源、交通、气象、水利、农林、教育、环保等对高 性能计算网格即信息网格的需求是非常巨大的。 资源数据 国家在过去几十年已经花费了大量的财力收集各种地下、地面、大气的资源 数据，采用的手段包括地下勘探、地面人工测绘和监测、航空遥感、卫星遥感等。 但目前由于零碎地分散在不同的地方，共享困难，利用率低。将这些数据放在网 格上共享将有很多好处。 高性能计算 计算网格的建立有利于各计算中心的资源共享，充分利用硬件和软件资源， 节约成本的同时将使之在基础研究、汽车、大型水电工程、石油勘探、气象气候、 航空、交通、金融、医疗等领域发挥空前的作用。 生物信息 生物科学的信息化和全球化已成为大势所趋，我国的生命科学界对网格也有 强烈呼声。以北京大学生命学院为龙头的一些生物科研机构也已经加入了相关的 国际机构，并在网格上分享现代生物信息资源和效率。 环境保护 我国已经建立了若干数据收集网和计算机网。但没有实现统一的上网共享和 管理，使用极不方便。网格建立后，可以解决这一问题，并且可以提供新闻媒体 的缓存服务、目录服务、数据挖掘和分类服务等多种新的应用形式。 昆删理工大学硕士毕业论文网格环境中资源查找的研究 今年在各国政府部门的大力支持下，日本、韩国和中国都先后举办了网格方 面的高级国际论坛或研讨会，网格的研究和应用将轰轰烈烈地在亚太地区展开。 1 4 论文研究背景、内容及意义 目前针对网格技术的研究正在轰轰烈烈地展开，2 0 0 3 年英特尔( 中国) 有限 公司与教育部签署合作谅解备忘录，双方决定携手构建下一代国家高等教育网格 计算平台，并进一步推进面向网格计算及应用的研究与开发。 教育网格将在未来连接中国的1 0 0 所重点高校，并由英特尔安腾处理器家族 提供动力。接入新网格计算项目的各所大学将通过中国教育和科研计算机网 ( c e r n e t ) 连接到一起。教育网格的建设将分三期工程目前第一期工程的规划 已经做完，头批入选的1 2 所院校已开始构建各自的高性能计算平台。该网格计 算平台建成之后将可以实现每秒2 0 万亿次的数据运算量，从而成为全球性能最 高的网格计算系统之一。 作为实验室的重点研究项目。在u n d p 4 0 3 云南省中小学教师远程教育项目的 设计和研究过程中，同样发现如果能够把网格的理念引入进来的话，必将对远程 教育项目的持续发展起到积极作用。利用网格技术，可以实现远程教育网格，将 多家远程教育单位的资源联接起来，我们可以实现教师上课v i d e o 、课件、考试 资源等等有限资源的共享利用，互通有无，避免了重复建设，这对处在发展阶段 的远程教育将起到重要推动作用。 所有网格技术研究的根本，本文提出的基于网格环境的资源查找方法的研 究，可以说是重中之中，只有实现了高效的网格资源的查找、管理才可能实现其 它的具体网格技术模块的实现，才有可能实现网格发展的宏伟蓝图。 作者在对现有的网格查找机制作研究的基础之上，引入提出了一种新的资 源查找方法一元数据分组、搜索空间查找机制。并对这一查找方法的具体思路加 以阐述。 1 5 论文安排 具体的各章节的安排论述如下： 第一章绪言主要介绍网格的定义和国内外的发展概况和前景 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 第二章网格体系结构，主要介绍网格的重要体系结构，一个是五层沙漏结构， 另一个是o g s a 结构 第三章g l o b u s 介绍主要是对现行流行的网格系统g l o b u s 的产生、结构、以及 各主要组成部分的介绍 第四章网格资源监控与发现服务主要介绍g l o b u s 中m d s 监控与发现服务模块 的实现机制 第五章一种新的资源查找方法主要介绍新的资源查找方法的机理和实现机制 第六章总结对全部的研究工作做出总结，并对下一步工作提出展望。 第二章网格体系结构 网格的鼻祖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，但是过于注重物理上的联系，而忽视了各部分如何集 成为一个整体以及通过何种机制实现整体的功能。所以我比较赞同我国的网格体 系结构的定义，“网格体系结构就是关于如何构建网格的技术。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系以及它们集成的方法，刻画了支 持网格有效运转的机制”。 目前，比较重要的网格体系结构有两个。一个是f o s t e r 等早期提出的五层 沙漏结构，另一个是在以i b m 为代表的工业界的提议下，在考虑到w e b 技术的发展 和影响后结合w e bs e r v i c e 提出的开放网格服务结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ) 。 2 1 五层沙漏结构 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，在五 层沙漏结构中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 的重要 性。 l o 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 2 。1 1 基本思想与概念 l 、共享 五层沙漏结构强调的是被共享的物理资源，共享不只是交换文件而是更强调 对计算机、软件、数据以及其他资源的直接访问，而且这种共享还必须是高度受 控制的，它需要在资源控制者和使用者之间小心定义什么是可以共享，哪些用户 可以共享，在什么条件下共享虚拟组织，就是基于这样的一些共享规则，由一些 个人或者团体形成的集合体。共享是一种随时间变化的动态的共享，而不是静态 的共享，网格具有动态性的特点，网格资源的共享也必然满足动态性的要求。而 且这种共享是一种更广泛的共享。可以跨越不同的单位与组织的管理范围，当然 这种共享也是跨越不同的地理位置的。 这里的共享关系是非常灵活的，包括三种基本形式，即客户端与服务器 ( c s ) 的共享，端到端( p 2 p ) 的共享以及代理( p r o x y ) 共享，如图2 1 所示。 舔时帝 p 2 p 簿亭关颈 p r y 燕事哭幕 图2 1 三种基本的共享关系 2 、互操作 共享定义为对各种资源的直接访问，也就是支持互操作。虚拟组织可以动态 增加新的成员，并且可以跨越不同的平台、语言和编程环境，在这样的情况下， 如果不能够提供一种互操作机制，使之可以跨越不同的组织边界、应用策略以及 资源类型，就不能够达到共享的目的。没有互操作机制的保证，动态虚拟组织的 形成是非常困难的，而且可以形成的虚拟组织的类型也是非常有限的。 3 、协议 协议是指为了实现特定的操作而定义的分布式系统之间交互的方式，以及交 互过程中交换的信息的结构。它侧重于外部的相互之间的行为而不是内部特征。 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 五层沙漏结构首先是一个协议结构，通过协议可以实现一种机制，使得虚拟 组织的用户与资源之间可以进行资源使用的协议，建立共享关系，并可以进一步 管理和开发新的共享关系。共享需要互操作，而实现互操作需要定义协议。 因 此五层沙漏结构特别重视协议的定义，正如同w e b 通过提供统一的协议和语法 来进行信息共享，在网格中也需要标准化的协议和语法用于通用的资源共享。 4 、服务 服务是由使用的协议和实现的行为定义的( 如图2 2 ) 。标准服务，如对计 算的访问、存取数据，资源发现，协同调度，数据重复等的定义可以进一步使虚 拟组织者可以得到更多的服务，由于这些服务抽象了与资源相关的细节，所以非 常有利于虚拟组织应用的开发。 图2 2 服务定义的两个方面 5 、a p i s d k 许多建立在网格上的应用是针对虚拟组织的，而不是针对低级的互操作协 议或者服务。开发者要能够在复杂的动态执行的环境中开发高级的应用。借助 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 s ) 和s d k ( s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t s ) 就可以加速代码开发，实现代码共享，以及增强应用的移植性。a p i s d k 是附属于 协议的，而不是协议的替代。 2 1 2 结构描述 五层沙漏结构的五层从下到上分别是构造层、连接层、资源层、汇聚层以 及应用层。网格构造层的基本功能是控制局部的资源，构造层面对的是一个个具 体的物理资源，它通过对这些局部资源的管理，向上层提供对这些资源的管理和 控制界面，提供访问这些资源的接口。构造层的上面是连接层，它的基本功能是 实现下层物理资源提供安全的数据通信能力相互的通信。这是资源之间进行互操 昆明理工大学硕士毕业论文网格环境中资源查找的研究 作的前提，连接层使得孤立的单个资源之间建立了联系。连接层的上面是资源层， 它反映的是抽象的局部资源的特征。资源层上面的汇聚层完成的功能是如何将下 面的以单个资源形式表现出来的资源集中起来，协调解决多个资源的问题。最上 面的应用层和资源的距离最远，它关心的是有什么样的资源可以由下面提供给虚 拟组织，解决不同虚拟组织的具体问题。沙漏结构与t c p i p 协议的对比如下图 2 3 2 1 3 沙漏形状 图2 3 五层结构及其与t c p i p 网络协议的对比 由于各部分协议的数量是不同的，所以对于核心的部分，既要能够实现上层 各种协议向核心协议的映射，同时又要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，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成这一核心的瓶颈部分。沙漏形状的五层结构如图2 4 所示 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 工黼蚴豫 黛勰 轭聚联 、渊q 惫 援繇与 遗擒稼 一， 构造趱 图2 4 沙漏形状的五层结构 沙漏形状的核心思想可以和微内核的操作系统进行类比，即操作系统只实 现一些关键的基本功能，而把大量与特定设备有关和与应用有关的交给其它部分 完成。一个小的核心是有利于移植的，也可以比较容易地实现和得到支持。资源 是多种多样的，应用需求更是复杂多变的。因此，核心部分是非常重要的。 2 2o g s a 开放网格服务体系结构 开放网格服务结构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 ) 是继五层沙漏 结构之后最重要，也是目前最新的一种网格体系结构，被称为下一代的网格结构。 建造o g s a 的两大支撑技术是网格技术( g l o b u s 软件包) 和w e bs e r v i c e 。 o g s a 定义了网格服务实例的语义：即如何命名，如何决定生命周期的结束， 如何进行相互通讯等等。但是o g s a 并不解决如何实现编程模型、编程语言、实 现工具，执行环境等问题。通过定义服务的语义，o g s a 给出了与任何主机环境 无关的服务交互方式。 2 2 1 基本思想 1 、以服务为中心的模型 五层沙漏结构是以协议为中心的协议结构，o g s a 就是以服务为中心的服务 1 4 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 结构，在五层沙漏结构中，强调的是被共享的物理资源。在o g s a 中服务的概念 更广，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序，数据库等等，简而言之，一 切都是服务。 为了使服务的思想更加明确和具体，o g s a 定义了阚格服务( g r i ds e r v i c e ) 的概念，网格服务是一种w e bs e r v i c e ，该服务提供了一组接口，这些接口的定义 明确了服务发现、动态服务创建、生命周期管理、通知等问题，在o g s a 中，将 一切都看做是网格服务，因此网格就是可扩展的网格服务的集合。网格服务可以 以不同的方式来聚集起来满足虚拟组织的需要，网格服务结构如图2 5 所示。 月嗡敲描睁访削 o d d s m 咖 鼢糊艄- ( 蝴瀚) 簌扰卷生_ 命周瑚 巍粼 - 那罅擞蒲 - 认进 簿t 艘口 # 镕嗽肌 糊4 - 硒翻 一提枫 一服舞制础 - 黔 - 曾鲤 - 毙麓 + 嘲内删应用雌 l ：= i 图2 5 网格服务结构 以网格服务为中心的模型有如下好处：( 1 ) 由于网格环境中所有的组件都 是虚拟的，因此，通过提供一组相对统一的核心接口，所有的网格服务都基于这 些接口实现，就可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别的服务，如图 2 6 所示；( 2 ) 虚拟化也使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上成为 可能，在对服务进行组合时不必考虑具体的实现，可以以底层资源组成为基础， 在虚拟组织中进行资源管理。通过网格服务的虚拟化，可以将通用的服务语义和 行为，无缝映射到本地平台的基础设施之上。 昆明理工大学硕士毕业论文 网格环境中资源查找的研究 图2 6o g s a 服务结构示意图 2 、统一的w e bs e r v i c e 框架 一个w e bs e r v i c e 就是一个可以被u r i 识别的软件应用，它的接口可以被 x m l 描述与发现，并且可以通过基于i n t e r n e t 的协议，直接支持与其他基于x m l 消息的软件应用交互。w e bs e r v i c e 描述了一种重要的分布式计算模型，与d c e 、 c o r b a 、r m i 等方法不同，它更强调基于单个i n t e r n e t 标准来解决异构的分布式 计算问题。w e bs e r v i c e 定义了一种技术，用于描述被访问的软件组件，访问组 件的方法以及找到相关服务提供者的发现方法。w e bs e r v i c e 并不倾向于特定 的编程语言和系统平台，o g s a 是符合标准的w e bs e r v i c e 框架的。w e b s e r v i c e 解决了发现和激活永久服务的问题。但是，在网格中存在大量的临时服务，因此 o g s a 对w e bs e