（计算机应用技术专业论文）网格环境下资源发现机制的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 资源是网格中的主要对象，网格就是用来管理各种资源，并为需要资源的 用户提供透明一致的访问接口。在网格环境中，虚拟组织和资源的动态、异构、 分布的特征以及共享模式和协同方式的实时变化，因此无法对所处环境中的资 源进行预先配置，从而必须实时地获取可用资源和服务的信息。 本文对现有资源发现机制进行了研究。目前网格环境下比较有代表性的资 源发现机制有g l o b u s 网格项目中采用m d s 实现的资源发现机制，c o n d o r 中通 过匹配器实现的资源发现机制和织女星网格项目中基于路由的资源发现机制。 由于网格与p 2 p 都面向解决分布式环境中资源集成和协调使用问题，在很多方 面具有很强的互补性，p 2 p 网络中基于目录、基于洪泛以及基于分布式哈希表 等形式的服务发现机制对网格环境同样也具有一定的适应性。 通过对现有资源发现机制的分析和比较，总结了目前的资源发现方法主要 可以分为三种类型：集中式、分布式、混合式的资源发现方法。由于混合式资 源发现将集中式发现机制中易维护、资源发现效率高的优点与分布式资源发现 机制的扩展性好、可靠性高的特点很好地结合在一起，于是本文提出了一种基 于层次结构的资源发现模型，模型中将资源、用户按其地理位置或管理域划分 为机构，在机构内以集中式进行资源信息组织和查询。而在机构之间按照其资 源信息的属性将其划分成不同的虚拟组织，组织内通过构造覆盖网络形成分布 式的资源共享方式。另外，通过所有虚拟组织的超级节点的全互连来实现跨虚 拟组织的资源查询。 在分析典型p 2 p 系统g n u t e l l a 覆盖网络构建方式的基础上，模型中提出了 循环移数结构覆盖网络构建方式，按照这种方式构建的覆盖网络可以保证资源 发现的服务质量。同时，在该覆盖网络上设计出的m f l o o d i n g 消息扩散算法， 不仅使资源信息可以在有限跳数内扩散到整个网络，还通过在消息中加入已扩 散节点标记，来大大减少消息冗余，保证了该模型具有较好的资源发现效率和 较高的可靠性。 关键词：网格，资源发现，覆盖网络，消息扩散 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s o u r c ei st h em a j o ro b j e c to fg r i d ，t h ea i mo fg r i di st op r o v i d et r a n s p a r e n t c o h e r e n ta c c e s si n t e r f a c ef o ru s e r sv i am a n a g i n ga l lk i n d so fr e s o u r c e s i ng r i d e n v i r o n m e n t ，t h ed y n a m i cs t a t e ，h e t e r o g e n e i t y a n dd i s t r i b u t i o no fv i r t u a l o r g a n i z a t i o na n dr e s o u r c e s ，a n dt h ec h a n g ew i t ht i m eo fs h a r i n gm o d e la n dc o n j u n c t w a y ，w h i c hm a k et h ee n v i r o n m e n tr e s o u r c e sc a n n o tb ea l l o c a t e db e f o r e h a n d ，s o u s a b l er e s o u r c e sa n ds e r v i c ei n f o r m a t i o nm u s tb eo b t a i n e di nt i m e t h i si st h ew o r k o fr e s o u r c ed i s c o v e r y t h i st h e s i ss t u d i e st h ec u r r e n tr e s o u r c ed i s c o v e r ym e c h a n i s m i nc u r r e n tg r i d e n v i r o n m e n t ，t h et y p i c a lr e s o u r c ed i s c o v e r ym e c h a n i s m sa r et h er e s o u r c ed i s c o v e r y m e c h a n i s mi nt h eg l o b u st h a ta d o p tm d s ，t h em e c h a n i s mi nt h ec o n d o rp a s s i n gb y m a t c h m a k e ra n dt h er e s o u r c ed i s c o v e r ym e c h a n i s mb a s e do nr o u ti nv e g ag r i d b e c a u s eg r i da n dp 2 pa r ea l lo r i e n tt os o l v et h er e s o u r c e si n t e g r a t i o na n d c o o r d i n a t i o nu s e di nad i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t ，i nm a n yr e s p e c t s ，t h e yh a v eas t r o n g c o m p l e m e n t a r i t y t h es e r v i c ed i s c o v e r ym e c h a n i s mb a s e do nd i r e c t o r y , f l o o d i n go r d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e so ft h ep 2 pn e t w o r kh a v ea l s os o m ea d a p t a b i l i t yt o 鲥d e n v i r o n m e n t w i t hr e s e a r c ha n dc o m p a r i s o no ft h ee x i s t i n gr e s o u r c e sd i s c o v e r ym e c h a n i s m ， t h ec u r r e n tr e s o u r c e sd i s c o v e r ym e t h o dc a nb ed i v i d e di n t ot h r e et y p e s ：c o n c e n t r a t e t y p e ，d i s t r i b u t et y p ca n dm i x t u r et y p eo fr e s o u r c e sd i s c o v e r ym e t h o d b e c a u s e m i x t u r et y p er e s o u r c e sd i s c o v e r yc o n n e c t st h ea d v a n t a g eo fc o n c e n t r a t e t y p e d i s c o v e r ym e c h a n i s mi ns y s t e mm a i n t e n a n c ea n dr e s o u r c e sd i s c o v e r ye f f i c i e n c yw i t h t h ea d v a n t a g eo fd i s t r i b u t et y p er e s o u r c e sd i s c o v e r yi ne x p a n d i n go fm e c h a n i s ma n d c r e d i b i l i t y ，h e n c et h i st e x tp u t sf o r w a r dar e s o u r c ed i s c o v e r ym o d e lb a s e do nt h el a y e r s t m c t u r e ，i td i v i d er e s o u r c e sa n du s e r si n t od i f f e r e n to r g a n i z a t i o nb yg e o g r a p h i c a l p o s i t i o no ra d m i n i s t r a n td o m a i n ，i tu s e sc o n c e n t r a t i v em e t h o dt oo r g a n i z ea n di n q u i r y r e s o u r c ei n f o r m a t i o ni n t h e o r g a n i z a t i o n ，b u t d i v i d e si ti n t od i f f e r e n tv i r t u a l o r g a n i z a t i o nb yt h ec h a r a c t e ro fr e s o u r c e si n f o r m a t i o n ，v i r t u a lo r g a n i z a t i o n sf o r m 武汉理工大学硕士学位论文 d i s t r i b u t e dr e s o u r c es h a r em e t h o dv i a c o n s t r u c t i n gc o v e rn e t b e s i d e st h i s ，i t i m p l e m e n t sr e s o u r c ei n q u i r ya c r o s sv i r t u a lo r g a n i z a t i o nv i ac o n n e c t i n gs u p e rn o d e so f v i r t u a lo r g a n i z a t i o n t h r o u g ha n a l y s i so ft h ew a yo v e d a yn e t w o r ki sc o n s t r u c t e di ng n u t e l l as y s t e m ， af l e wm e t h o dc a l l e dc y c l es h i f tm o d ei sp r o p o s e d t h eo v e d a yn e t w o r kc o n s t r u c t e d i nc y c l es h i f tw a yc o u l dg u a r a n t e et h eq o so ft h er e s o u r c ed i s c o v e r ys e r v i c e ， m e a n w h i l et h ea l g o r i t h mo fm e s s a g ee x p a n d i n g m f l o o d i n gi sp r e s e n t e do nt h e o v e d a yn e t w o r kn o to n l y m a k et h er e s o u r c ei n f o r m a t i o nd i s s e m i n a t et ot h ew h o l e n e t w o r ki nal i m i t e dj u m p i n gn u m b e r , b u ta l s o s i g n i f i c a n t l yr e d u c e r e d u n d a n t i n f o r m a t i o nb yi n s e r t i n gt h en o d em a r k i n gi nt h em e s s a g e s ot h er e s o u r c ed i s c o v e r y m o d e lw i t ht h el e v e ls t r u c t u r e p r o p o s e di n t h i st h e s i sh a sg o o de f f i c i e n c ya n d r e l i a b i l i t y k e y w o r d s ：g r i d ，r e s o u r c ed i s c o v e r y ，o v e r l a yn e t w o r k ，m e s s a g ed i s s e m i n a t i o n i 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 在互联网的快速发展过程中，为了挖掘互联网的潜在能力，开始了网格的 研究和开发工作，希望把互联网建设成为一个全面共享资源的基础设施网 格。在网格上，人们可以方便地共享各种资源，如同我们现在可以方便地利用 电力网格所提供的电力资源一样，只要用户把电器插入插座，就可以使用不同 发电厂、通过不同的传输网送到用户家中的电力资源。 资源是网格中的主要对象，网格的目的就是要管理好网格中的各种资源， 为需要资源的用户提供透明一致的访问接口。资源管理需要解决的问题很多， 资源发现就是其中之一。资源发现将网格中不被用户所知道的资源和请求使用 资源的用户联系起来。资源发现功能的强弱，直接决定了网格的使用效率和友 好程度。 随着网格技术的不断发展，资源发现占有越来越重要的地位。在网格环境 中，虚拟组织和资源的动态、异构、分布的特征以及共享模式和协同方式的实 时变化，使得无法对所处环境中的资源进行预先配置，那就必须实时地获取可 用资源和服务的信息，这就是资源发现所要完成的工作。而网格计算的前提就 是首先要主动发现可用的资源，然后注册、管理这些资源，所以资源发现是任 何网格系统运作中必需的也是关键的环节。 目前针对这一问题，虽已有多种形态的资源发现策略，但却没有提供种 智能化宏观调控、快速响应资源变动等需求的整合，其不佳的性能也直接影响 了整个网格系统的工作效率。因此，为了解决网格中制约系统性能的这一瓶颈 问题，需要一种方便、快速、有效的资源发现机制。根据文献 i j 中所述，个 性能良好的资源发现机制，其设计应该满足以下几个特征： 健壮性( r o b u s t n e s s ) 网格应用通常对资源发现的精确性要求很高。 可扩展性( s c a l a b i l i t y ) 一个典型的网格环境中总是拥有数量巨大的资源， 因此一个有效的资源发现协议应当具有良好的可扩展性。 高效性( e f f i c i e n c y ) 网格中资源的信息总是处于不断的变化更新中，网格 武汉理工大学硕士学位论文 资源发现机制应当能够高效的处理这些动态的信息变化，并耗用尽可能小的带 宽和尽可能短的时间。 实用性( p r a c t i c a l i t y ) 网格资源发现机制的制定应当是切实可行的a 1 2 研究现状 现有的网格系统以及其他一些广域分布式系统中，采用了不尽相同的资源 发现机制。其中最典型的有：g l o b u s 网格项目中的m d s ( m o n i t o r i n ga n d d i s c o v e r ys e r v i c e ) t 2 1 ，它将网格内的资源及服务组织为诸多v o ( v i r t u a l o r g a n i z a t i o n ) ，利用基于l d a v ( l i g h t w e i 曲td i r e c t o r ya c c e s sp r o t o c 0 1 ) 的层次目 录服务机制来组织管理信息，这是一种集中式的资源信息管理系统；在c o n d o r 项目中，根据属性匹配，实现了资源共享系统m a t c h m a k e r l 3 1 ，它也是集中式的； 在p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) ：t 不境中，每个结点保存一部分资源信息，结点之间通过特定 协议，如g o s s i p 协议【4 l 【5 l 等，维护、更新信息并转发查询请求，这是一种完全 分布式的机制；u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 6 j 是w 曲 服务中信息注册的标准规范，它对w e b 服务实体进行标准分类、集中式的注册 和查询 7 1 。 现有的网格资源发现机制，通常是采用集中式信息管理方式，这固然便于 资源的管理与维护，但对于大规模的网格环境，则容易造成性能瓶颈，而且可 扩展性较差，不适应网格动态变化的特性。m d s 等虽然通过构建层次状目录服 务器来完成资源的组织【8 i ，但仍缺乏有效、易扩展的分布式目录服务器的构建、 维护方法，而且目录服务器层次的搭建是通过配置文件来完成的，不易动态地 调整结构。p 2 p 环境下的资源发现机制，如g o s s i p 协议等，实现了完全分布式 的资源信息维护、更新机制，然而消息扩散的负荷较大，某些情况下扩散范围 很有限，影响查询效率，而且当环境规模大于一定程度时，传统的g o s s i p 算法 以及其他分布式算法的失败率较高。 1 3 研究内容 资源发现是网格计算需要解决的首要问题，许多网格项目在资源发现机制 方面做了不少有益的研究工作，但是目前的资源发现机制仍存在不少问题。因 2 武汉理工大学硕士学位论文 此，对网格环境下的资源发现机制的研究具有重要意义。本论文在几个方面开 展研究工作。 主要研究工作： ( 1 ) 对网格的基本概念和网格技术的最新发展进行系统的分析。 ( 2 ) 对现有的资源发现机制进行研究，从资源描述方式、资源信息共享方 式、资源发现方式上对它们进行系统地分析，归纳总结出各种类型的资源发现 机制的优缺点。 ( 3 ) 在对现有资源发现机制研究的基础上，提出一种层次结构的资源发现 模型，并对其体系结构、资源信息结点组织方式、信息共享协议和资源查找过 程进行详细设计。 ( 4 ) 基于本文提出的资源发现模型设计一个消息扩散算法，解决现有的扩 散算法在消息扩散效率和可靠性等方面的不足，并对其进行理论分析比较。 ( 5 ) 通过模拟实验对文中提出的循环移数结构覆盖网络构建方式和m f l o o d i n g 消息扩散算法进行了分析和验证。 1 4 论文结构 本文共分为六章，文章结构及各章主要内容组织如下： 第l 章介绍网格资源发现机制的研究背景、研究意义和研究现状，给出了 本文的主要研究内容及文章的整体组织结构。 第2 章介绍网格的基本概念、体系结构及关键技术，对目前较为成熟的网 格计算项目g l o b u s 做了详细说明，给出了网格资源管理的概念及目前主要的三 种网格资源管理体系结构模型。 第3 章总结和比较了现有的资源发现机制，从资源的组织、发现和管理方 式对网格资源发现机制的集中式、分布式和混和式三种类型进行研究。 第4 章提出一种层次结构的资源发现模型，给出了其体系结构、资源信息 共享协议和资源查找方法，设计一种具有较高的消息扩散效率和可靠性的消息 扩散算法一一m - f l o o d i n g 算法。 第5 章对文中提出的循环移数结构覆盖网络构建方式和m - - f l o o d i n g 消息 扩散算法进行模拟，并对实验结果进行了分析。 第6 章总结了本文的研究工作，并对今后的研究做出了展望。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章网格技术概述 2 1 网格的基本概念 网格界的权威i f o s t e r 在网格：一种未来基础设施蓝图中给出了网格 的描述性定义：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、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、功能和服务。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等 通信功能，而网格则能提供更多更强的功能，它能让人们共享计算资源、存储 资源和其它资源。”1 1 】 网格分布广泛，用户数量巨大，资源千差万别，需求种类繁多，应用功能 各异。网格要给用户、资源提供畅通的渠道，提供安全、高效、高质量的服务， 必须具备如下基本特点： 1 1 虚拟性。网格中的资源和用户都要经过抽象，把实际的用户和资源虚拟 化为网格用户和网格资源。网格用户使用标准、开放、通用的协议和界面，可 以访问网格中的各种资源，但实际的用户和物理资源是相互不可见的，资源对 外提供的只是一个虚拟化的接口。 2 1 共享性。网格中的各种资源都能够被共享使用，网格是一个提供资源共 享的场所。网格中的多个用户不仅能够共同使用网格中的一个资源，网格中的 个用户也可以同时使用多个网格资源。 3 ) 集成性。网格把地理位雹上分布的各种资源集成在一起，成为一个有机 的整体，协调分散给不同地理位爱的资源使用者。用户不仅可以使用单个资源 提供的功能，而且能够联合使用多个资源的合成功能。网格可以集成来自不同 管理域、不同管理平台、具有不同能力的资源。 4 ) 协商性。网格支持资源的协商使用，资源请求者和资源提供者可以通过 协商得到不同质量的服务，满足不同的实际需求。通过协商，请求者和提供者 之间还可以建立专用的服务接口，提供突出个性的服务。请求者可指定系统响 应时间、数据带宽、资源可用性、安全性等各种要求，得到非平凡的服务质量。 使得整个系统能提供的功能大于其各个组成部分的功能之和【9 l 。 4 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 网格体系结构 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 等在早些时候提出的 五层沙漏模型：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 y e r 等结合w e b s 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 ea r c h i t e c t u r e ) 。 2 2 1 五层沙漏模型 五层沙漏模型是一种以“协议”为中心的结构，强调协议在网格的资源共享 和互操作中的地位。为此根据与底层具体物理资源的距离，从下到上将网格划 分为五层，分别是构造层( f a b r i c ) ，连接层( c o n n e c t i v i t y ) ，资源层( r e s o u r c e ) ，汇 聚层( c o l l e c t i v e ) 和应用层( a p p l i c a t i o n ) 。五层结构的一个重要特点就是“沙漏”形 状，其原因就在于各层协议的数量是不同的。对于最核心的部分，由于要能够 既实现上层各种协议向自身协议的映射，同时实现自身协议向下层其它各种协 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，所以核心协 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。图2 - 1 是五层沙 漏模型的示意图。 图2 - 1 五层沙漏模型 5 武汉理： 大学硕士学位论文 2 2 2 开放网格服务结构0 g s a o g s a 最突出的思想就是以“服务”为中心。在五层沙漏模型中，强调的是 被共享的物理资源或者这些资源所支持的服务。在o g s a 框架中，服务所指 的概念更广，将一切都抽象为服务，包括计算机、程序、数据、仪器设备等。 这种观念有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格。简单的说，“网格服务 = 接口行为+ 服务数据”，“网格= 网格服务 ”。 与五层模型一样，在o g s a 中也非常重视互操作性，但是从服务的观点， o g s a 将互操作性问题转化为两个子问题，即定义服务的接口和识别激活特定 接口的协议。五层模型是按照支持虚拟组织互操作的协议要求来构造的，而 o g s a 强调的是与协议相对应的服务，侧重于实体表现出来的行为特征。图2 - 2 为o g s a 的平台体系结构。 w e bs e f v i c e s h o s te n v 7 ia n dp r o t o c 0 1b i n d m 7 9 s t h o s t i n ge 翩m 蜘t 8 p r o t o c o l 图2 - 2o g s a 平台体系结构 2 3 网格计算项目g i o b u s 2 3 1g i o b u s 项目介绍 g l o b u s 项目是目前国际上最有影响的网格计算项目之一。它发起子2 0 世 纪9 0 年代中期，其最主要的目的是希望把美国境内的各个高性能计算中心通 一器一晷等；一 武汉理工大学硕士学位论文 过高性能网络连接起来，方便美国的大学和研究机构使用，提高高性能计算机 的使用效率。当时在美国建立了一个实验环境一iw a y ，它把位于美国1 7 个 不同地点的6 0 多个组织的超级计算机和资源通过高性能网络联系起来，进行 大规模仿真模拟、协同工作、并行计算等科学研究，这实际上是g l o b u s 的前 身。随着对g l o b u s 项目的深入研究，科学家希望对地理上分布的研究人员建 立虚拟组织，进行跨学科的虚拟合作。目前g l o b u s 项目把商业计算领域的 w e bs e r v i c e 技术融合在一起，希望不仅仅局限于科学计算领域，还能够对各种 商业应用进行广泛的、基础性的支持，实现更方便的信息共享和互操作。 g l o b u s 项目是美国a r g o n n e 国家实验室等科研单位的研发项目。g l o b u s 对信息安全、资源管理、信息服务、数据管理以及应用开发环境等网格计算的 关键理论和技术进行了广泛的研究，开发出能在多种平台上运行的网格计算工 具包g l o b u s t o o l k i t ，此工具包能够用来帮助规划和组建大型的网格实验和应用 平台，开发适合大型网格系统运行的应用程序。 2 3 2g f o b u s 模块结构 g l o b u s 是按模块设计的，它包含多个不同层次的模块。g l o b u s 的模块分成 数据管理模块、安全模块、资源管理模块和信息管理模块四大部分，每个大模 块下各自又包含一些不同的子模块，如图2 3 所示。 餮 亘口 目审 蛊盘拟旁始 = g 图2 - 3g l o b u s 各个模块之间的相互关系 7 武汉理工大学硕士学位论文 信息管理模块有两个小模块。分别是网格索引信息服务( g r i di n d e x i n f o r m a t i o ns e r v i c e g i l s ) 和网格资源信息服务( g r i dr e s o u r c ei n f o r m a t i o n s e r v i c e g r i s ) 。g i i s 是网格资源的信息注册处，功能相当于目录服务。g r i s 是网格资源的信息收集者或信息提供者，从g i i s 中可以查询到特定的g r i s 信 息。 资源管理模块包含动态更新请求在线协同分配器( d y n a m i c a l l y - u p d a t e d r e q u e s to n l i n ec o a l l o c a t o r , d u r o c ) 和g l o b u s 资源分配和管理( g l o b u s r e s o u r c e a l l o c a t i o n & m a n a g e m e n t ，g r a m ) 两部分。g r a m 负责管理本地资源，d u r o c 则实现跨节点的资源协同分配。 g l o b u s 关于数据的存储、传输、副本管理等都有相应的模块支持。二级存 储全局访问( g l o b a l a c c e s st os e c o n d a r ys t o r a g e ，g a s s ) 为远程文件的访问提供 统一接口，网格文件传输协议( g r i d f t p ) 则提供网格环境下需要的比兀t 更 丰富的功能。 2 3 3g l o b u s 的m d s 元计算目录服务( m e t a c o m p u t i n gd i r e c t o r ys e r v i c e ，m d s ) i l o 】是g l o b u s 提 供信息服务的一个模块。它的主要任务是管理网格中的各种信息，其功能包括 信息的发现、注册、查询、修改、注销等。它提供了一套工具和应用程序接口 用于发现、发布和访问计算网格中的各种资源信息，也是g l o b u s 中的资源发 现和监视模块。 m d s 为用户和应用提供网格环境中的各种信息，具体功能有：根据请求发 现信息，给用户提供注册信息的机制，支持用户对信息的查询和修改工作。其 中，网格中各种资源信息包括数据、服务、用户等实时信息。在m d s 中，由 信息提供者为m d s 提供各种信息，信息提交到m d s 之后，由m d s 提供查 询或更新服务。信息提供者可以提供各种各样的信息，包括操作系统分类、软 件版本号、c p u 型号、c p u 数目、内存空间大小、主机的i p 地址等。 m d s 中的角色可以分成三个层次，中间层次是m d s ，上层是各种可以访 问m d s 的高层应用，下层是为m d s 提供各种信息的信息提供者。应用与 m d s 之间、信息提供者和m d s 之间采用特定的协议通信。信息提供者用软状 态注册协议向m d s 注册自己感知的信息，应用通过查询协议从m d s 中请求 自己需要的信息。高层应用除了可以采用查询手段向m d s 发出查询请求获取 8 武汉理工大学硕士学位论文 其中的信息之外，还可以向m d s 订阅自己感兴趣的信息，由m d s 通知自己 信息的更新和变化。 m d s 中包含了关于计算资源的静态信息和动态信息。利用m d s 可以定 位指定了操作系统、应用软件、存储空间、网络带宽等特性的资源，也可以查 询一个特定资源的m 地址、可用软件、系统管理者、连接的网络、操作系统 版本、负载、进程信息、外存信息、主存、队列等信息，还可以获取网络的带 宽、延迟、协议和逻辑拓扑等特征，利用m d s 依然可以获取g l o b u s 基础设 施的信息，如主机信息和资源管理器的类型等。 g l o b u s t o o l k i t 工具包中m d s 的内容主要包括资源( 服务) 发现、资源( 服 务) 描述和资源( 服务) 监视与更新( 1 1 】。m d s 使用l d a p 模型和分级方式， 结果以目录信息树的形式表现。m d s 体系结构由两个基本实体组成： ( 1 ) 网格资源信息服务g r i s ( g r i dr e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c e ) ：可配 置的信息提供者i p ( i n f o r m a t i o np r o v i d e r ) 组件，使用l d a p 协议，提供单个 实体的信息。 ( 2 ) 网格目录信息服务g i l s ( g r i di n d e xi n f o r m a t i o ns e r v i c e ) ：一个高级 的、可配置的聚集目录组件。这个组件收集、管理和索引由一个或更多个信息 提供者提供的信息。聚集目录服务能提供搜索功能。这样，资源将在g i i s 注 册，然后被“拉”( p u l l ) 到客户端或期望的c a c h e 中。 m d s 中每个信息提供者m 执行两个基本协议：( 1 ) g r i p 网格信息协议， 查询关于结构和资源或服务的状态；( 2 ) g r r p 网格资源注册协议，允许一个 资源注册到另一个实体，通知后者它的可用性。图2 4 给出了m d s 的分级结 构【1 6 1 。 图2 4 m d s 的层次结构 9 武汉理【大学硕士学位论文 用m d s 可以创建层次式的网格信息服务结构，在一个根资源信息服务下 又可以有多个自己的子节点，每个节点可能是个资源信息服务，也可能是索 引信息服务。创建层次式g i i s 的关键就是合理地配置两个m d s 默认文件g r i d i n f o - s l a p d c o n f 和g r i d i n f o r e s o u r c e - r e g i s t e r c o n f ，或者用户自 己指定的文件。m d s 启动时要使用这些文件建立起相应的结构。g i i s 把众多 的g r i s 结合起来，提供统一的接口进行搜索和查询。g i i s 可以列出某个虚拟 组织中的所有计算资源或某个范围内的某类资源的全部。g i i s 实际上把分散的 g r i s 汇总起来为请求者提供一个统一的映像。g r i s 提供查询网格中资源的配 置、状态、能力等信息的功能，它是一个分布的信息服务，一个g r i s 在使用 之前要先在网格中妥善地部署并配置。m d s 中可以查询静态信息和动态信息， 静态信息是操作系统类型、c p u 类型、内存空间大小等相对稳定的信息。动态 信息是主机负载、队列长度等变化频率比较快的信息。静态和动态是一对相对 的概念，一般情况下，如果信息的更新频率远小于信息的读取频率，就认为信 息是静态的。在g l o b u s 中，可以在m d s 中查询的资源上运行一个g r i s ， g r i s 以自动配置并在指定的端口上监听，默认的监听端口是2 1 3 5 ，g r i s 可 响应网格中的信息查询请求，在经过安全认证之后把信息返回给查询相应信息 的请求者。 g r i s 可以经过适当的配置将自己升级为一个聚合目录服务，这样它就可以 接收其他g r i s 提供的资源信息。此时，g r i s 可以把查询请求分发给一个或 多个本地信息提供者，然后由后者把返回的信息汇总之后返回给信息查询者。 信息提供者提供的信息要通过g r i s 进行过滤，清除用户不需要的信息。为了 提高响应速度，可以对信息提供者提供的信息在一定时间内进行缓存，缓存时 间的长短对不同的信息有不同的标准。 2 3 4g t 3 的信息服务 g t 3 的信息服务包含了g t 2 中的m d s ( m d s 2 ) 功能，也被称为m d s 3 。 它与o g s i 一起工作，提供种统一的方法查询网格服务的配置和状态信息。 m d s 3 提供了m d s 2 的所有功能，在其上又进行了扩展，并且全部的服务都 符合o g s a 标准。g t 3 的信息服务所提供的功能包括服务数据收集、聚合、 查询和检测，服务数据可以根据需要动态创建。在g t 3 中，尽管m d s 发生 了重大变化，但是信息服务仍然是工具集的关键部分。原来m d s 的功能有一 1 0 武汉理工大学硕十学位论文 些归入了o g s i 核心框架，一些信息资源与资源层服务合并，还有一些m d s 功能则作为上层服务提供，如汇集层的索引服务就类似于m d s 中的g i i s 。 o g s i 内核提供了通用接口，把服务数据的查询和服务数据通知映射到具体的 服务实现机制，在本质上相当于把m d s 中的g r i s 后端服务器的功能移到了 服务实现中。 索引服务f 1 0 j 是g t 3 中提供信息聚合的服务，它的功能相当于m d s 中的 g i i s ，但比g i i s 更具有扩展性。在g 1 r 3 中，通过o g s a 的服务数据元素和 服务数据接口，任何g t 3 的网格服务都可以充当信息提供者。通知机制是 o g s i 对信息服务提供的一个重要的附加功能，可以用致的方法把服务数据 元素的变化告诉相关的活动者，它既能把数据“拉”到索引中，也允许把数据“推” 到索引之中。g t 3 中向索引服务提供信息的信息提供者也是定制和更改的。标 准的g t 3 模块可以利用o g s i 定义的标准接口和格式对外提供自己的服务 数据元素，为索引服务提供各自的数据，可提供的信息类似于m d s 2 中的数 据。 g t 3 的索引服务提供一个聚合服务数据的通用框架，一个索引服务可汇集 多个资源的信息，并提供一致的信息访问接口。索引服务的逻辑结构如图2 5 所示。 图2 - 5g t 3 索引服务的逻辑结构图 资源层包含一个或多个产生服务数据的网格服务，一部分网格服务是资源 武汉理工大学硕士学位论文 的包装者。资源层的网格服务数据可以订阅并发送到索引服务的聚合器。资源 层的所有网格服务必须都能使用o g s i 定义的规范标准执行通知操作。索引服 务的本质就是提供一个访问、聚合、生成、查询服务数据的操作接口。索引服 务用一种可扩展的框架管理静态或动态的网格数据。它提供下面一些主要功能： ( 1 ) 提供一个连接外部服务数据提供者和服务实例的接口。索引服务提供 通过外部程序动态产生和管理服务数据的标准机制。这些外部提供者可以作为 g t 3 一部分的核心提供者，也可以是用户建立的各种提供者。 ( 2 ) 提供从其他服务聚合数据的通用框架。服务数据一般来自多个服务数 据提供者。其他的网格服务可用不同的方式聚合或索引，以便提供有效的查询 处理。 ( 3 ) 提供网格服务的注册表。注册表维护一组可用的网格服务，允许服务 的软状态注册，被注册的一组服务必须进行周期性地更新。 ( 4 ) 提供动态的数据生成和索引节点。索引服务结合了相关模块，建立一 个动态的数据生成和索引节点，同m d s 2 中的层次式g i i s 概念相似，它可以 用来建立层次式的索引服务。 2 4 网格资源管理 在面向服务的网格体系结构中，提供服务的基础在于发现、分配、监控、 和管理各种可以通过网络访问的资源。资源是网格中所有可以被主体请求使用 的实体的总称。网格资源指所有能够通过网格远程使用的实体，它是网格中所 有可以被主体请求使用的实体的总称。网格中一切都是资源，除了资源没有其 他什么东西。网格中的资源具备了以往系统中的资源所不具各的特点，网格资 源具体有如下特点： 1 1 大规模、分布、无集中控制：网格集成越来越多的资源，各资源分属不 同的组织，这些组织既可能是拥有高端设备的研究机构，也可能是使用p c 联 入i n t e r a c t 的家庭用户。它们在地域上分布，有不同的利益和资源管理策略，相 互之间可能存在隶属的层次关系，但更多的情况下，组成v o 的各个组织问原 本是一种相互“对等”的关系。各结点管理自己的资源，没有集中的、全局的管 理机构拥有足够的方法、激励措施和用户的信任来管理这一庞大的分布式资源 集合。 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 动态性：资源参与的模式有很大差异。既有大量相对稳定的结点，但也 有很多的资源频繁的加入或退出。有些资源的共享会遵循定义得很好的管理策 略，有些资源的参与则是随机的，比如在出于空闲状态时参与。资源的状态， 如负载、带宽等也可能随着时间不断变化。 3 1 异构性：资源种类和特性有较大差异，工作在异构平台上，并且由不同 的管理策略控制，同时又要求一定程度的协同工作。 实现网格中资源灵活共享、集成的关键是资源管理与调度。资源管理一词 被广泛用于描述资源发现、调度以及监控的各个方面。在传统的计算机系统中， 资源管理是一个被深入研究的问题。资源管理器，如作业调度器、工作流引擎 以及操作系统等广泛存在于许多计算环境中。这些资源管理器的设计和使用都 是建立在它们有对资源的安全控制以及能够实现对资源进行有效使用的机制和 策略的基础上的。但是这样的假设在网格中并不存在。网格中的资源涉及跨多 个域的异构资源，因此在网格中对资源的管理必须考虑资源的异构、缺乏安全 的控制以及由此引起的不可避免的策略差异，网格资源管理中的大量工作都在 于克服这种异构性。另外，不同的机构管理资源的策略不同，资源使用者与资 源提供者的利益也不一致，甚至是冲突的；而且网格应用还经常需要对多个资 源作同时分配，需要对多个管理域的资源进行协调，从而进一步增加了资源管 理和调度的难度。 网格资源管理应包括网格资源发现与监视【1 2 j ，资源调度1 1 3 】1 1 4 l ，资源映射1 1 5 1 ， 资源协同分配1 1 6 】等方面。目前主要的三种网格资源管理体系结构模型：分层模 型【”l ( h i e r a r c h i c a lm o d e l ) 、抽象所有者模型【1 8 l ( a b s t r a c to w n e rm o d e l ) 、计算经 济( 市场) 模型【1 9 l ( c o m p u t a t i o n a l m a r k e t e c o n o m ym o d e l ) 以及它们的混合模 型。 2 4 1 分层模型 分层模型是g l o b u s l 2 0 l ，l e g i o n 2 1 1 , n i n f l 2 2 l 等计算网格系统所使用的资源管理 模型。它较好地解决了计算网格环境中的一些挑战性问题，如站点的自治性、 底层的异构性、可扩展策略以及联合分配等问题。该模型中包括调度器、信息 服务器、域控制器、监视器、作业控制器等网格服务部件，这些部件在资源分 配、发现、和调度过程中相互协调来完成用户提交的应用任务。按照逻辑功能 划分，分层模型主要有两类功能部件：被动组件与主动组件。被动组件包括： 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 资源、任务、作业、进度表。主动组件包括：调度器、信息服务、域控制代理、 分配代理、用户、监视器、作业控制代理。分层模型各组件之间的关系如图2 - 6 所示。 图中的箭头意味着组件之间发生的通信，这是一个协议定义的开始。一个 用户提交一个作业到一个作业控锖b 代理，它调用一个访问代理。