（计算机应用技术专业论文）网格移动服务及其迁移交互机制的研究.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘要 目 前开放网格服务体系结构o g s a的突出思想是以“ 服务” 为中心。 o g s a描述 的网格服务固定在能提供此服务的网格主机上， 不具有移动性， 由此带来了持续连接、 带宽浪费、智能性不高、调用繁琐等缺点。深入剖析网格服务体系结构及实现方式之 后， 提出网格移动服务( g r i d m o b i le s e r v i c e ) 的思想。网 格移动服务是网 格服务的重要 扩展和补充， 充分借鉴了当 前移动a g e n t 领域的 研究成果， 采用类序列化机制和动态 类装载技术， 部署在网 格系统的核心服务层， 通过移动服务接口向外界提供调用入口， 为 本地上层服务或者远程客户 提供服务实 现 代码的 封装和 移动功能。 通过对分布式对象技术、we b s e r v i c e 技术和简单对象访问协议( s o a p ) 的分析和 比较 结合网格服务本身源于we b s e r v i c e 的技术事实， 采用基于x ml的s o a p 消 息作为服务的迁移和交互协议。 由于s o a p 2 . 1 版本开始支持带附件的消息， 使得利用 s o a p 传送序列化后的动态类成为可能。采用s o a p 作为移动服务的迁移协议可以 使 移 动服务具有更强的 跨平台 性、 移动的 灵活 性和 广泛的 适 应性。 将移动a g e n t 领域的 知识查询与操作语言( k q m l ) 用于网 格移动服务的交互过程， 采用 x m l语言封装 k q m l 原语， 以s o a p 协议方式进行移动服务间的通信。 交互的具体过程可以 根据需 要采用r p c / r mi 方式或消息传递方式。 演示程序改进了 移动a g e n t 系统a g l e t s 的入口函 数和通信模块， 使之可以 运行于 网 格主机和w e b s e r v i c e 主机， 也可独立运行。 支持多种迁移和交互机制， 包括原有 的a t p 协议、 s o a p消息采用的s o a p - c a l l 方式和g l o b u s 网格服务使用的g t 3 - r m i 方式。 网格移动服务对完善和提高网格服务的实用性和灵活性具有重要理论意义和实 用价值。 关键词:网格服务，网格移动服务，移动代理，服务迁移 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ab s t r a c t g r i d s e r v i c e i s t h e k e y t h o u g h t o f o g s a w h ic h i s a n i m p o rt a n t a r c h i t e c t u r e o f g r i d n o w . d e s c r i b e d i n o g s a , g r i d s e r v i c e i s f i x e d l y in s t a l l e d o n t h e g r i d n o d e m a c h i n e t h a t c a n p r o v id e t h i s s e r v i c e a n d h a s n o m o b i l i t y . t h i s q u i e s c e n t s e r v i c e r e s u l t s in m a n y d r a w b a c k s s u c h a s c o n t i n u o u s c o n n e c t i o n , w a s t e o f b a n d w i d t h , l e s s i n t e l l i g e n c e a n d o v e r l o a d e d w i t h s e r v i c e s c a l l i n g . a ft e r d e e p r e s e a r c h o n t h e f r a m e w o r k a n d i m p l e m e n t a t i o n o f g r i d s e r v i c e , t h i s p a p e r b r i n g s u p g r i d mo b i l e s e r v i c e c o n c e p t i o n . g r i d mo b i l e s e r v i c e i s a n e x te n s i o n a n d s u p p l e m e n t t o g r i d s e r v i c e . i t r e f e r s t o t h e u p - t o - d a t e r e s e a r c h e s o f m o b i l e a g e n t , a d o p t s c l a s s s e r i a l i z a t i o n m e c h a n i s m a n d d y n a m i c c l a s s l o a d i n g t e c h n o l o g i e s . i t i s d e p l o y e d a t c o r e s e r v i c e l a y e r o f g r i d s y s t e m , g i v i n g s e r v i c e c a l l i n g e n t r a n c e t o o u t s i d e v i a m o b i l e s e r v i c e i n t e r f a c e , p r o v i d i n g s e r v i c e e n c a p s u l a t io n a n d m o b i l i t y t o l o c a l u p p e r s e r v i c e l a y e r o r r e m o t e c l i e n t . b a s e d o n a n a l y s i s a n d c o n t r a s t f o r d i s t r i b u t e d o b j e c t , w e b s e r v i c e a n d s o a p , c o m b i n e d w it h t h e f a c t t h a t g r i d s e r v i c e o r i g i n s fr o m w e b s e r v i c e , s o a p w h i c h i s b a s e d o n x ml i s u s e d a s t h e p r o t o c o l f o r m o b i l e s e r v i c e t r a n s f e r r i n g a n d i n t e r c a c t i o n . s o a p 2 . 1 v e r s i o n b e g i n s t o s u p p o rt m e s s a g e w i t h a t t a c h m e n t . t h i s m a k e s i t p o s s i b l e t o t r a n s p l a n t s e r i a l i z e d d y n a m i c c l a s s v i a s o a p . u s i n g s o a p a s p r o t o c o l f o r t r a n s f e r r i n g w i l l g i v e m o b i l e s e r v i c e m o r e h e t e r o g e n e i t y , fl e x i b l e a n d b r o a d a d a p t a b i l i t y . t h e a g e n t c o m m u n i c a t i o n l a n g u a g e k q m l i s u s e d f o r i n t e r a c t i n g a m o n g m o b i l e s e r v i c e s . mo b i l e s e r v i c e a d o p t s x ml t o e n c a p s u l a t e k q ml p r im i t i v e s , u s e s s o a p t o c o m m u n i c a t e w i t h e a c h o t h e r . r p c / r mi o r m e s s a g e p a s s i n g m o d e c a n b e c h o s e a t i n t e r a c t i o n p e r i o d a c c o r d i n g t o i t s r e q u i r e me n t s . t h e d e m o p r o g r a m i m p r o v e d e n t r a n c e f u n c t i o n a n d c o m m u n i c a t i o n m o d u l e o f m o b i l e a g e n t s y s t e m -a g le t s . i t c a n r u n o v e r g r id h o s t a n d w e b s e r v i c e h o s t o r r u n i n d e p e n d e n t l y , s u p p o r t i n g s e v e r a l t r a n s f e r r i n g p r o t o c o l i n c l u d i n g a t p ( u s e d b y m o b i l e a g e n t ) , s o a p - c a l l ( u s e d b y s o a p m e s s a g e ) a n d g t 3 - r mi ( u s e d b y g l o b u s ) . g r i d mo b i l e s e r v ic e h a s g r e a t t h e o r e t i c a n d p r a c t i c a l v a l u e s o n c o n s u m m a t i n g a n d i m p r o v i n g t h e p r a c t i c a b i l i t y a n d fl e x i b i l i ty o f g r i d s e r v i c e . k e y w o r d s : g r i d s e r v i c e , g r i d m o b i l e s e r v i c e , mo b i l e a g e n t , s e r v i c e t r a n s f e r r in g i 了 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。 尽我所知，除文中已 经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已 经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 : t - , 日 期 :z o o s 年 s月l / 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在_年解密后适用本授权书。 本 论 文 属 于不 保 密 0 0 ( 请在以上方框内打 “j ) 学 位 论 文 作 者 签 名 : ; 农 佼 日 期 : 2 。 卯年f月1 日 指 导 教 师 签 名 :林* , u 日 期 : z p v 件夕 月 ) 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论 1 . 1 课题背景 开放网格服务结构o s g a ( 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 ) 是g lo b a l g r id f o r u m 4 的重要标准建议d 1 ， 是目 前最新的 一种网格体系结构， 被称为是下一代的网 络结构。 o g s a最突出的思想就是以“ 服务” 为中 心。 在o g s a框架中， 将一切都抽象为服务， 包括计算机， 程序，数据，仪器设备等。 o s g a是符合标准的w e b s e r v i c e 框架的。 目 前o g s a描述的网格服务是固定的，定义的是一种 “ x ml + r p c ”方式，可以简单 的表示为“ 接口十 服务数据” 阴 。这种服务固定在能提供此服务的网 格节点主机上， 通过虚拟组织机制被映射到统一的核心接口上，并被其他节点所调用。但有时，更希 望这种服务是可以移动的，比如移动某一具体的问题求解算法到高性能计算机上; 一 段能在网络上自 动进行信息搜索仅将搜索的结果返回的智能代码; 可自 主执行的代码 在数据密集存储池进行数据处理， 将处理结果返回宿主主机或是移动到另一主机作进 一步地处理而不需要人工的干涉; 或是在电子商务活动中，能自主地在网上进行资源 发现、 服务寻找、 询价或交易的智能体。 在这些情况下， 移动服务的使用可以大大提 高网格服务的灵活性和有效性， 为许多应用提供更为有效的选择，如为网格环境中的 移动计算和电 子商务的 研究和应用提供某些技术支持。 本文 将网 格服务的 概念进 行扩展， 提出网 格移动服务( g r i d m o b i l e s e r v i c e ) 的思 想， 网格移动服务是网格服务的扩展和补充， 它在网格主机之间移动， 为远程主机提 供服务实现的智能代码。 服务主体可以自主地寻找网格节点，在有效节点间移动，能 同其他移动主体相互协商， 以 完成所带任务为最终目 标 与o g s a所定义的现有网格 服务相比，移动服务更具灵活性。目 前网格服务使得客户和服务器之间的交互需要连 续的通信支持， 而移动服务中的代码在某些情况下可以迁移到网格主机上，直接面对 要访问的服务器资源，与之进行本地高速通信。 这种方式使得大量的数据处理可在数 据源处进行。只须交换少量控制信息，从而避免了大量原始数据的网络传送，大大降 低网 络带宽消耗， 使得对不稳定的通信连接的应用要求降低， 尤其是对无线联接的移 动用户而吕 是 相当 方便的。 移动的 代码具有较强的自 主性， 可以根据情况和已 有的数 据资 料， 决定何时何地到特定的网 络结点上去完成所需的工作， 它也很容易适应运行 i 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 环境和网络状态的变化，例如在网络阻塞或断线时重新选择路由。 移动网格服务可以给用户提供一种异步工作方式， 例如使用移动计算机或手机的 用户，可以将服务请求发送到网格上后，断掉连接，等到合适的时候接收结果，而不 需要一直在线等待结果。这种方式克服了无线技术造成的带宽限制。由于移动网格服 务代码的智能性， 可以很容易地与分布式的网格节点上的资源和服务进行交互。网格 移动服务对于用户而言 是透明的， 当一个服务的实现发生变更的时候， 调用者是不会 感到这一点的。 移动服务带来的种种好处使得相关的研究具有重要的理论意义和实用价值。 1 .2 国内外研究概况 u k w a r w ic k 大学的j u n w e i c a o . d a r r e n j . k e r b y s o n 和g r a h a m r . n u d d 在2 0 0 0 年 对 在网 格 计算 中 使 用a g e n t 技术 进 行了 展望 3 1 。 现 在，国 内 外己 开 始了 将 具 有 移 动 性 的a g e n t 技 术 应 用 到 网 格中 的 研 究 4 1 。 比 较 有 影 响 的 研究 项目 有以 下 一 些 。 ( 1 )基于移动a g e n t 的p c网格 美国 华盛 顿大学c o m p u t i n g 移动a g e n t 层: 代表客户并照看任务的 执行情况; j a v a 包装层: 将用户应 用程序进行封装; 采用j a v a 或c / c 十 十 编写的用户代码。 在此中间件的实现上， 有下 面 几个 关 键的 技术 需 要掌 握: 如 何 在 有限 的开 放t c p / i p 端口 中 将 移动a g e n t 部 署 到 远程计算机 上; 如何对进程进行快照( p r o c e s s s n a p s h o t ) ; 如何让 迁移了 的 进程 保持通话。 对于第一个问 题. 采用了h t 中隧道技术来解决 在可用网 络端口 不多、 有防 火 墙阻 挡的 情况下保证 移动a g e n t 的迁移。 对于第 二个问 题， 采用了 执行检查 点 技 术， 即在用户源程序中 插入状态捕获函数。组服务器( g r o u p s e r v e r ) 被用来登iu 各个移动 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 a g e n t 的i p 地址，以 解决 后迁移的 进 程间 通信的 问 题。 ( 2 ) a g e n t 网 格研究 美国 d a r p a资助的 c o n t r o l o f a g e n t - b a s e d s y s t e m s ( c o a b s ) 项目 构建一个 a g e n t 网 格，采用a g e n t 技术提高军队指挥、 控制、 通信和智能集成， 研究对大型自 主a g e n t 系 统的 控 制、 协调 和管 理的 机 制 7 l 。 引 入a g e n t 技 术是为了 提高 系 统的 可 靠 性、 可扩展性、 健壮性、 进化性和自 适应性， 解决数据风暴和信息饥渴的矛盾o c o a b s 网格为异构 a g e n t 系统在大范围内集成提供了一个底层结构。c o a b s网格集成 n o m a d s 1 8 1 a g e n t 环 境， 支持a g e n t 的 强 移动和安全 执行。 集成k a o s 框架 用于基于 策 略 的a g e n t 域 的 管 理 9 1 ， 支 持l o n g - l iv e d a g e n t s 以 及a g e n t 通 信a c o a b s 网 格 对 移 动a g e n t 的支持是基于几种移动代理平台 ( d a g e n t s . e m a a . k a o s 等) ， 通过实现平 台间的 互操作以 支持a g e n t 在网 格范围内的 应用。 ( 3 )移动计算网格 韩国a j o u大学将网 格计 算环境扩展到移动计算， 将移动设备加入网 格， 作为网 格服务消费 者 或网 格服务 提供者 1 0 1 。 在 移动计 算网 格环境中， 网 格系统被分 成三部分: 静态网格结点、 移动设备组和连接静态和移动资源的网关。 移动计算的支持由网格中 间 件 ( 例 如g l o b u s ) 上附 加一层额 外的 支 持移 动计算的网 格组 件实 现。 将移动a g e n t 部 署到 移动设备上， 支持断连操作服务 ( d i s c o n n e c t e d o p e r a t i o n s e r v i c e ) ， 在用户使用网 格时负责与移动用户交互， 也就是移动用户通过移动a g e n t 提交和监视网格任务， 观 察和接收结果: 在移动用户作为服务提供者时， 移动a g e n t 负责接收支持移动计算的 网格组件分配的任务，并提交结果。 ( 4 )利用网格中间件中的进程迁移实现网格管理 c o n d o r 系统虽然没有采用移动a g e n t 技术进行网 格管理， 但其采用进程迁移功能 实现任务调度和分配，以管理大量的计算资 源如工作站、 集群系统等。 。 在 c o n d o r 系统中， 每个计算结点上运行的 c o n d o r d a e m o n 为被提交的任务找到一个最合适于执 行此任务的结点， 并将任务派发此结点上。如果参与的结点负载过重或不再提供所需 的资源，c o n d o r d a e m o n 为这个任务保留快照，以便迁移在另一个结点上继续执行。 ( 5 ) 基于x m l 消息交换的a g e n t 网 格系统 英国 南安 普敦大学的电 子 与 计算机科学系 开发的s o f a r ( s o u t h a m p t o n f r a m e w o r k f o r a g e n t r e s e a r c h ) 网 格原 型 系 统 是一 个 基于a g e n t 的 通 信架 构 12 , 13 1 ， 服务于 分 布式 环 3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 境下的 应用信息管理。 现在它己 经被m y g r i d 项目 采用作为通信基础设施了。 s o f a r 的目 标是设计一个抽象的通信层结构， 得以映射到具体的通信技术上。它的传输层采 用了a p a c h e s o a p 架 构，即 基于x m l 的 文本消息 传输形式。 在系统中， 有一 个专 用 的h t t p 服务器，运行 s o a p s e r v l e t 进程，它处理进出此服务器的x ml消息。在系 统中还存在一个s o a p 起始点 ( s t a rt p o in t ) 和一个s o a p 终端点( e n d p o i n t ) 。 它们负责 在 a g e n t 客户 机间建立s o a p 连接， 对a g e n t 消息 进行 封装和解释。 s o f a r 借鉴了w e b s e r v i c e 思想，具有跨平台特性，但结构过于复杂，开发维护的开销较大。 ( 6 ) 基于移动a g e n t 的资 源分配 n e t s o l v e 采用基于a g e n t 方法用于资源分配， 为用户程序提供了 一个r p c远程调 用的 环境 1 14 1 。 一 个n e t s o lv e 代 理 接收 用户 请 求， 而 后将 每个 请 求派 发到 最合 适的 服务 器上。它在一个特定的站点维持一个远程的可用资源的目录，并监视它们的状态。每 个代理动态地在指定的 r p c访问上进行对参数编列( m a r s h a l s ) 和串行/ 并行调用的调 度。 n e t s o l v e a g e n t 固定在一个结点上， 协调指挥遍布整个网络的r p c s 的应用。 ( 7 ) 基于移动a g e n t 的 进程管理 c a t a l in a 是 一 个基 于m a p 移 动a g e n t 平台 的 系 统 15 ， 用于智能 应用 控制 和 管 理以 及 网 格 监 视。 为 计 算网 格 提出 了 基 于 移 动a g e n t 系 统的 网 格 计 算 模型j - s e a l 2 6 1 。 在 c a t a li n a中， 被每个应用指派的a p p l i c a t i o n - d e l e g a t e d m a n a g e r ( a d m ) 发送一个移动 a g e n t ( 称为 任 务a g e n t ) 去 监视 和管 理 每 个 任 务的 执 行。 这些a g e n t s 充当 哨 兵的 角 色， 向a d m报告任务状态并接收a d m下一个行动的指令。 a d m是集中管理整个系统状 态的 司令 官。 c a t a l i n a 中的每 个a g e n t 能 够监视 任务，并设 置任务的 检查点， 从 而使 任务可以在另一个可用的计算结点恢复以支持容错和负载平衡。既然a d m是一个管 理中心和快照数据库，它不仅负责转发传递给每个任务的消息，而且负责收集所有任 务 执行的 历 史。 m a p中， 每个a g e n t 有它自 己 不同 的 使命， 例如网 络监视或 事 件处 理。 这些独立的a g e n t 之间合作的 工作在执行任务应用时维持q o s 。 系统着重于提高 网络性能，而不管每个用户的任务执行，因此它主要的任务是系统监视和消息转发。 ma p 使用一个集中式目 录用于资源搜索和静态资源分配算法。 ( 8 )国内研究状况 中国 科学院计算所研究的a g e g c ( a g e n t - b a s e d g r i d c o m p u t i n g ) 原型系统也是一个 基于a g e n t 的 网 格计 算 项目 n 1 。 多a g e n t 计算 平台m a g e 为a g e g c建 造了 一 个分 一目.目，巨口.，. 4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 布 式 的 计 算环 境 . a g e g c模 型分 为 四 层， 从 下 到 上依次 为 通用资 源 层、 a g e n t 环 境层、 开发工具层、 应用服务层。 m a g e 系统作为a g e g c的 第二层扮演着网 格计算 的核心层角色，实现的功能有资源分配与查找、 认证、统一信息存取、通信、 任务指 派等。 包含以 下几个部分: a g e n t 管理、 a g e n t 黄页发布、 消息传输服务、 a g e n t 库和 功能构成。 m a g e实现了 基于 a g e n t 的分布式计算环境，但并不符合网格的o g s a 规范，也没有采用we b s e r v i c e 技术。 从上面这些研究工作来看， 将具有移动性的智能软件a g e n t 引入网格中是一个非 常活跃的前沿研究领域。 在当前面向网 格软 件系统中， a g e n t 和移动a g e n t 技术已 经 以不同方式加以应用。但这些研究工作尚存在以下问题: 川 移动 a g e n t 技术多以上层软件的形式 应用到网 格系统中，在网格系统的核 心服务层不能 对移动a g e n t 进行管理。 ( 2 )网 格中的移动a g e n t 系统以 私有通信协议进行a g e n t 之间的交互和通信， 不同的a g e n t 系统之间不能互相交流， 这违背了网格应用的跨平台性特点。 ( 3 )现有这些研究项目都是各自为政，没有在统一标准框架下研究，不符合网 格的o g s a规范，很少采用we b s e r v i c e s 枯术，冈此诵用性不q l 1 . 3 课题主要研究工作 本 文 系 统 地研讨了 基于o g s a规 范的 网 格 服务 的 概念 及 技术 “ 9 。 将移 动a g e n t 技术引入到网格计算中， 从网格的核心网格服务出发， 对固定服务加以 扩展， 使 之具有移动性，大大增强了网格服务的应用领域和具体使用中的灵活性。 本课题的 研究希望能最大限度地将网 格服务的 特点和移动a g e n t 的技术优势结合 起来， 使网格系统本身具有部署和发布移动服务的功能， 但对外界仍提供简单服务调 用接口， 在客户调用网格服务时不额外增加其复杂性和难度。网格服务实现代码能移 动到异构的环境中去，并在远程主机上正确地恢复面貌执行任务口 研究工作可包括以 下内容: ( 1 ) 采用移动a g e n t 技术， 提出网 格移动服务 ( g r i d m o b i le s e r v i c e )的思想。 探讨如何将移动a g e n t 技术应用到目 前的固定网 格服务之中， 使之扩展为可移动的网 格服务， 并给出了 基于移动a g e n t 技术的网格移动服务的部署、 发现及调用的详细描 述和实现模型。 -一一一一一一 -一-一 5 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ( 2 ) 探讨了 移动服务的 迁移及交互机制。 通过深入分析 a g e n t 的移动机制， 研 究如何以s o a p 加带附 件的形式作为a g e n t 迁移时的传送承载协议2 0 1 。 在移动服务通 信方面， 采 用基于x m l 语p 的s o a p 通信协议作为移动a g e n t 之间的 通信协议， 从 而实现更广泛的平台无关性。 ( 3 )改 进了 移动a g e n t 系统a g l e t s 的 入口 函数和通信模块。 作为移动 服务的 支 撑平台，可以运行于网格主机和 we b s e r v i c e 主机，支持多种迁移和交互机制，包括 原有的 a t p协议、s o a p消息采用的 s o a p - c a l l 方式和 g l o b u s网格服务使用的 g t 3 - r mi 方式。 -一一-一 6 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 o g s a规范及网格服务 本章首先介绍了新型网格体系结构一开放网格体系结构( o g s a ) ， 接下来重点讲 述了在网格中以服务为中心的思想，并以目前最流行的网格项目 g l o b u s为例，论述 了目 前符合o g s a规范的网格服务的设计模型及应用范围， 最后分析了网格服务的创 建过程。 2 . 1 开放网格体系结构 到目 前为止，比 较重要的网 格体系结构有两个:一个是i r o n f o s t e r 等在早些时候 提出 的 五 层沙 漏结 构2 1 ; 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 t 技术的发展与影响后，参考了f o s t e r 等人的研究成果，由 g l o b a l g r i d f o r u m ( g g f ) 的o p e n g r id s e r v i c e s i n f r a s tr u c t u r e ( o g s i ) 工 作 小组 于2 0 0 2年6月 制 定的 开 放网 格 服务 结 构 ( o p e n g r i d s e r v i c e s a r c h it e c t u r e ) 。 它 是当 前 最重 要 和 最新的 网 格体 系结 构， 被称为是下一代的网格结构。 2 . 1 . 1 o g s a的目 标 o g s a具有下列目 标2 2 i . ( 1 )分布式异构平台管理资源。 ( 2 ) 交 付无缝的 服务质量( q u a l i t y o f s e r v ic e , o o s ) 。 网 格的 拓扑 结构通 常+分 复杂， 而且网格资源的交互往往是动态的。 有一点很重要，即网格可以提供健壮的后 台服务，比如授权、访问控制和委托。 ( 3 )为自 治管理解决方案提供公共基础。网 格可以包含许多资源，还有大量的 配置组合、交互以及状态与故障模式的改变。对于这些资源来说，一些智能自 动调节 与自治管理方式是必不可少的。 ( 4 )定义开放的、已公布的接c 7 . o g s a是一种由 g g f标准团体进行管理的 开放式标准。为了不同资源的互操作性，网格必须构建在标准接口 及协议之上。 ( 5 ) 利用行业标准的集成技术。 o g s a的 创始者很有远见地利用了 现有解决方 案。o g s a 的基础是 we b服务。 ， . ， ， ， 勺 ， ， ， ， ， 月 ， . . 7 华中科技大学硕士学位论文 2 o g s a 规范及网格服务 本章首先介绍了新型网格体系结构丌放网格体系结构( o g s a ) ，接下来重点讲 述了在网格中以服务为中心的思想，并以目前最流行的网格项目g l o b u s 为例，论述 了目前符合o g s a 规范的网格服务的设计模型及应用范围，最后分析了网格服务的自j 建过程。 2 1 开放网格体系结构 到目前为止，比较重要的网格体系结构有两个：一个是i r o nf o n e r 等在早些时候 提出的五层沙漏结构【2 1 】；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 曲 技术的发展与影响后，参考了f o s t e r 等人的研究成果，由g l o b a lg r i df o r u m ( g g f ) 的o p e ng r i ds e r v i c e si n f r a s t r u c t u r e ( o g s i ) 工作小组于2 0 0 2 年6 月制定的开放网 格服务结构( 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 ) 。它是当前最重要和最新的网格体系结构， 被称为是下一代的网格结构。 2 1 1o g s a 的目标 o g s a 具有下列目标 ”1 ： ( 1 ) 分布式异构平台管理资源。 ( 2 ) 交付无缝的服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，o o s ) 。网格的拓扑结构通常十分 复杂，而且网格资源的交互往往是动态的。有一点很重要，即网格可以提供健壮的后 台服务比如授权、访问控制和委托。 ( 3 ) 为自治管理解决方案提供公共基础。网格可以包含许多资源，还有大量的 配置组合、交互以及状态与故障模式的改变。对于这些资源来说，一些智能自动调节 与自治管理方式是必不可少的。 ( 4 ) 定义开放的、已公布的接口。o g s a 是一种由g g f 标准团体进行管理的 开放式标准。为了不同资源的互操作性，网格必须构建在标准接口及协议之上。 ( 5 ) 利用行业标准的集成技术。o g s a 的创始者很有远见地利用了现有解决方 案。o g s a 的基础是w e b 服务。 华中科技大学硕士学位论文 2 1 2o g s a 的架构 o g s a 架构由四个主要的层构成刚：参见图2 1 。从下到上依次为： ( 1 ) 资源层：资源的概念是o g s a 以及通常意义上的网格计算的中心部分。构 成网格能力的资源并不仅限于处理器。物理资源包括服务器、存储器和网络。物理 资源之上是逻辑资源。它们通过虚拟化和聚合物理层的资源来提供额外的功能。通用 的中间件，比如文件系统、数掘库管理员、目录和工作流管理人员，在物理网格之上 提供这些抽象服务。 ( 2 ) w e b 服务层：o g s a 认为，所有网格资源， 逻辑的与物理的) 都被建模为 服务。o g s 规范定义了网格服务并建立在标准w e bs e r v i c e 技术之上【2 4 1 。o g s i 利 用诸如x m l 与w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c e sd e s c r i p f i 0 1 3l a n g u a g e ，w s d l ) 这样的w e b 服务机制，为所有网格资源指定标准的接口、行为与交互。o g s i 进一 步扩展了w e b 服务的定义，提供了动态的、有状态的和可管理的w e b 服务的能力， 这在对网格资源进行建模时都是必需的。 ( 3 ) 基于o g s a 架构的服务：w e b 服务层及其o g s i 扩展为下一层提供了基 础设施：基于架构的网格服务。g g f 目前正在致力于在诸如程序执行、数据服务和 核心服务等领域中定义基于网格架构的服务。随着这些新架构的服务开始出现，o g s a 将变成更加有用的面向服务的架构。 ( 4 ) 网格应用程序层：随着时间的推移，组丰富的基于网格架构的服务不断 被丌发出柬，使用一个或多个基于网格架构的服务的新网格应用程序亦将出现。这些 应用程序构成了o g s a 架构的第四个主要的层。 幽2 1o g s a 主要架构 华中科技大学硕士学位论文 2 1 3 以服务为中心 与五层沙漏结构以协议为中心不同，o g s a 是以服务为中心的“服务结构”。这 罩的服务是指具有特定功能的网络化实体，所指的概念更广，包括各种计算资源、荐 贮资源、网络、程序、数据库等等。简而言之，一切都是服务。在o g s a 中将实现所 有服务的共享。从资源到服务，这种抽象将资源、信息、数据等统一起来，十分有利 于灵活、一致、动态的共享机制的实现，使得分布式系统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，o g s a 定义了“网格服务”( g r i ds e r v i c e ) 的 概念。该服务提供了一组接口，这些接口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。 2 1 4 统一的w e bs e r v i c e 框架 w e bs e r v i c e 的定义如下：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， 它的接口和绑定可以被x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 描述与发现，并且可以通过 基于i n t e m e t 的协议直接与其他基于x m l 消息的应用软件的交互。w e bs e r v i c e 标准 正在w 3 c 内部以及其他的标准体内部被定义，它们形成了新的主要工业提议的基础， 比如m i c r o s o f t 的n e t 、i b m 的d y n a m i ce b u s i n e s s 、s u n 的s u no n e ，三个与网络服务 有关的标准分别是s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 、w s d l ( w e bs e r v i c e s d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 和u d d i ( u n i v e r s a td 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 ) 。3 。 o g s a 是符合标准的w e bs e r v i c e 框架的。w e bs e r v i c e 解决了发现和激发永久服 务的问题，但是在网格中，大量的是临时服务，因此o g s a 对w e bs e r v i c e 进行了扩 展，提出了网格服务的概念，使得它可以支持临时服务实例，并且能够动态刨建和测 除。由于o g s a 采用了统的w e bs e r v i c e 框架，因此很自然就具备了原来w e bs e r v i c e 的所有有利因素，例如服务描述和发现，可以从服务描述中自动产生客户与服务端的 代码；将服务描述和互操作的网络协议绑定在一起；与新出现的寓级开放标准、服务 和工具兼容；有广泛的工商业支持等等。 2 2g l o b u s 网格项目 g l o b u s 项目是目前国际上最有影响力的与网格计算相关的项目之。它发起于 2 0 世纪9 0 年代中期，最初的目的是希望把美国境内的各个高性能计算中心通过高性 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。 华中科技大学硕士学位论文 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，丌发出能在多种平台上运行的网格计算工具包软 ( 牛( g l o b u st o o l k i t ) ，能够用来帮助规划和组建大型的网格试验和应用平台，开发适合 大型网格系统运行的大型应用程序。目前g l o b u st o o l k i t 晟新的版本是3 0 ，完全符合 o g s a 规范，一般称为g t 3 。 2 2 1g l o b u s 内容结构 为了有效的支持网格计算环境，o l o b u s 工具包针对o l o b u s 项目提出了许多协议， 提供了一系列的服务、软件库、编程接口和使用例子。从总体上讲，g t 3 的实现主要 有六个方面的内容【2 6 】： ( i ) 网格安全基础设施g s i ( g r i ds e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e ) ：g s i 负责在广域网络下 的安全认证和加密通信，提供单点登陆功能、远地身份鉴别功能、数据传输加密功能 等，提供了基于g s i 协议的g e n e r i cs e c u r i t ys e r v i c e s a p i ( g s s a p i ) 接口。是保证网格 计算环境安全性的核心部分。 ( 2 ) g l o b u s 资源分配管理g r a m ( o l o b u sr e s o u r c ea l l o c a t i o nm a n a g e r ) ：g r a m 负责远程资源请求处理、远程任务调度处理、远程任务管理等工作，负责对 r s l ( r e s o u r c es p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) 信息的解析和