（计算机应用技术专业论文）网格环境中资源监控技术的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 网格利用互联网将分散在不同地理位置的计算机整合成一台 “ 虚拟超级计算 机”，以便实现资源的全面共享和协同.如何实时准确地监控与发现网格中资源的 状态和配置情况是网格的 一个关键技术。目 前的网格资源监控与发现系统难以 适应 全局网格的分布性、可缩放性、异构性等特点。p zp技术是开发分布式系统的 一种 有效方法，将p zp技术与网格技术相结合是一条解决网格资源监控与发现问题的有 效途径。本文首先对网格及网格资源监控与发现系统的 特点做了详细的介绍，分析 了当前国内外在该领域的研究现状;然后在对p zp技术研究分析的基础上，提出了 一种基于p z p 技术的网 格资源监控与发现系统模型.此模型能够充分适应网格环境 的特点， 既保证了网格监控与发现系统的准确性和高效性， 又具有 良好的可扩展性。 文章最后给出了此模型的性能评价 ，并就存在的问题与下一步的工作进行了展望 . 关键词: 网格计算 ，资源监控，资源发现，pzp abs tract g r 1 dc o m b i n e st h ec o m p ut e r sl o c at e dat d i ffer e nt l o c at i o n si n t oa” v i s u a l s upe r- c o m p ute r “ v i alnte me t ， andintend s t ore a l i z e theo v e r a l l c o mp r e h e nsi v eshar i n g andc o l l 的o r atio n o f re s o urce s . iti s a v i 切 l te c h n i q u e i n g r i d t h athowt o m o n i to r and d i s c o v e ryth e s e r e s o u r c e s . n o w aday s ， g r m a d ( g r i d r e s o ur c e mo ni l o r a n d d i s c o v e ry) s y s t e mi s d i mc u 】 t t ofitto t al l y t o th e d i s t ri b ut i o 氏s c al abi l i tyand h e t e ro g e n e o u s n e s o f th e 幼d . p 2 p te c hni que i s a fruit fu l m etho d fo r d e v e l o p i n g d i s tri b ut e d sy s t e m ， w h l c h c an p r o v i d e an i d e alapp ro 即 h tos o l v e p r o b l e m s i n g r ma d . i n t h i s p ape r ， th e c h ar ac t e r i stic o f ghd and g r ma dsy s t e mare i ntro duc e d ind e tail ; the n ， anal y s i s i s g i v e n t o re s e arch s t a t u s at homeandabroad; a fterd o i n gl o tso fr e s e a 邝ho f p z pn e t w o rk， ag r mad s y s t e mm o del b as e d o n p 2 p t e c h n i q u e i s p utfo rwa r d . the sy s t e mm o d e l c ana d a p t w e l l to th eg ri de nvi r o nm e nt， a n dithast h ec h a r ac t e ri st i c so f v e r a c ity， e ffic i e n c yand e xpans i b i l i ty. at l a st ， p e rfo rm anc e叨a l y s i so nthem o d e l i sg i v e 氏 ands o me e x i s t i ng 叨e s t i o ns and 几rth e r r e s e ar c h wo rkare p r o p o s e d . l i yuk a i ( c o m p ut e r a p p l i e d 介c hno l o gy) di r e c t e d b y p r o fz h u yo u c h a n k e ywo r d s : g r i d c o m p u t i u g ，r e s o u r c e m o n l t o r ，r e s o u r c . d i s c o v e 叮r ，p z p . d匕d口 尸明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 网 格环境中资源监控技术的 研究 ， 是本 人在华北电 力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究 成果。 据本人所知， 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， 也不包含为获得华北电 力大学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 圣 鱼 上 一 日期 打 匕 旦 二 j 7 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电力大学有关保留 、 使用学位论文的 规定， 即: 学校有权保管、 并向 有关部门 送交学位论文的原件与复印 件; 学校可以 采用影印、 缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以 学术交流为 目 的 ， 复制赠送和交换学位论文; 同 意学校可以 用不同方式在不同 媒体上发表、 传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的 学位论文在解密后遵守 此规 定 ) 作者签名二 圣 鱼 鱼导师签名: 鱼立 日期: 佗训7 1日期: ， 必 夕 了 “ 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言 课题研 究的背景 迄今为止，网络信息技术经历了两代的发展。第一代的时间 跨度从 20 世纪70 年代到 8 0 年代， 主要的成就是把分布在世界各地的计算机用 t c p / ip 协议连接起来， 使得网 络上的主机之间可以互通信息; 第二代的时间跨度是从20世纪90 年代至今， 这一代互联网技术的主要应用是w eb信息浏览及电子商务等， 也就是给当代人们带 来巨 大影响的 inter ne七 及 卿w 技术. 在现有技术已接近成熟的情况下，一种新的 技术和基础设施应运而生，它是继 i nterne七之后又一次重大的科技进步，这就是 网格( g r i d) 。 网 格 的 概 念 1 2 3 起 源 于 2 0 世 纪 9 0 年 代 ， 是 借 鉴 电 力 网 ( e l e c t r i c p o ， e r g r i d ) 的概念提出来 的，其最终目的是希望用户在使用网格计算能力时，就如同现在使用 电 力一样方便。网格计算 ( gridco帅uti ng) 一般是指把通过高速互联网连接的 广 域分布的计算设备 ( 如大型机、个人计算机，甚至小型信息终端)、 存储设备、以 及专用外围设备等资源在逻辑上连为一个整体， 实现资源共享，向用户提供透明而 便利的服务.网格计算是专门针对复杂科学计算的新型计算模式，如从生物领域的 基因 组计划的解读， 到高能 物理领域更深层次物质结构的研究， 再到气象、地震预 报预警等，这些重大科学领域的计算 问题促使科学家要通过网格系统，利用分布在 世界各地的计算机资源，共同完成计算问题。 网格给最终用户所提供的是与地理位置无关、与具体的计算设施无关的通用的 计算能力。网格系统覆盖范围广泛，网格环境中的资源具有多样性、分布性、异构 性、自治性和动态性等特点。因此，对于网格来说，资源监控与发现系统是非常重 要 的 4j : 通 过 资 源 监 控 与 发 现 可 以 让 我 们 及 时 了 解 网 格 上 资 源 配 置 情 况 ， 发 现 性 能 问 题的来源，分析系统性能瓶颈， 从而为获取更好的性能调整系统和应用，帮助用 户在最短时间内恢复系统; 性能预测服务也需要监控数据作为预测模型的输入:作 业调度者也需要发现与监控数据来判断那里有资源可用，从而更高效地调度资源， 为网格动态负载均衡提供可靠的依据。网格资源监控与发现的目的是对分布在不同 地理位置的计算资源透明的查找与访问，以及对它们的资源和运行状态进行统一的 监视和管理，从而在应用层为网 格提供单一系统映象支持。 资源发现和监控是网格计算中的关键技术之一， 对网格资源的监控与发现技术 的研究是该领域极具挑战性的研究课题。 华北电力大学硕士学位论文 1 . 2国内外研究现状 目 前，欧美一些国家和组织正从事这方面的研究， 并取得了一些阶段性成果， 其中比较著名的项目有: ( 1 ) 全 球 网 格 论 坛( c l o b a i c r i d f o r u m ， c c f ) 1 2 网 格 性 能 1 作 组 已 经 定 义 的 一 个 网 格 监 控 体 系 结 构( g r i d m o n i t o r i n g a r c h i t e c t u r e ， g 撇 ) 2 1 t 5 。 c 琳描 述了 网 格监控系统的主要构件和构件间的 相互作用。 g ma 文档包括了网格监控服务的主要 目 标、关键特征和描述，其中网格监控服务的目 标包括错误检测、性能分析、 性能 优化、性能预测和资源调度。翎a区分了网格监控与一般监控的区别，认为网格监 控系统必须能够在跨越广域网、 具有大量异构资源的系统上实现高度可 扩展性。 c m a 在目前的文档中着重描述了网格监控系统核心部件和高层通信模型， 希望通过 目前 的工作能为网格监控研究引导方向，推动各方面的参与，建立网格监控环境。 ( 2 ) m d s ( 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 s / m o n i t o r i n ga n dd i s c o v e r i n g s e r v i c e s ) 是o l o b u s 2 1 6 7 提 供 的 属 于 层 次 模 型 的 资 源 发 现 与 监 控 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、 监控，提供对网格计算环境的一个真实、实时的动态反应。m ds 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。 (3)h aw k e y elz 健一 个 工 具 ， 由c on d or工 作 组 开 发 ， 主 要 进 行自 动 化 问 题 检 测 . 例如，识别高c pu负载、高网络流量或者一个分布式系统的资源。 它的基础设施建 立在c o n d o r 上和c l a ssa d 技术上。 h 舰k e y e 主要的作用是建立编址， 给任何感兴 趣 的用户提供监控信息和执行响应条件。 (4) 国内关于网格监控系统的研究，有代表性的主要是中科院计算所的织女星 项 目 ， 其 中 包 含 一 个 资 源 监 控 系 统 : v e g a g r i d m o n i t o r i n g s y s t e 。 ( v 翎 5 ) 8 . v 翎 5 将支持织女星网格中 其它系统访问资源状态信息，并提供显示界面。 1 . 3存在的主要问题 目 前，网格资源监控与发现模型主要是集中 分层式的模式， 如g l obu s 计算网 格 中的m d s ， 它实现了基于l d ap的树状元数据目录服务; c ond or中的h 盯k e y e 实现了不 依赖全局资源命名， 而依靠属性匹配的集中式的资源共享系统; 这种基于集中式的资源监控和发现模式不仅存在单点失效和根结点访问瓶颈 问 题，而且存在严重的可扩展性问题， 无法适应大规模网格环境需求。 随着复杂应用中的网 格结点 数从数十到数千的增长， 对于管理结点的功能应该 2 华北电力大学硕士学位论文 进行分散以避免性能颈瓶 的出现，确保网格的可扩展性，实现非分层集中的分散网 格资源监控与发现系统。 1 . 4研究课题的提出 针对目前网格技术的发展方向和现有网格资源监控与发现系统中存在的缺点 和不足，确定了本文的研究课题:网格环境中资源监控技术的研究。 课题研究的主要目 标是:提出一种新的分布式网格资源监控与发现模型和监控 机制，它不仅能够适应网格资源的异构、动态等特点，还要具有可扩展性、 低负载 等性能。 研究的主要思路是:将p zp模型中的一些技术引入到网格中来，结合有结构的 p z p 网络，消除集中式的和层次式的目 录索引服务器， 采用p zp系统中的分散资源管 理与发现模型来构建网格资源监控与发现系统，以较好地适应网格资源的 动态性、 提高网格系统的可扩展性，同时有效提高网 格中资源的查找与获取效率， 提高系统 的负载能力。 使用关系数据库做为资源描述信息数据库，提供基于相似度的范围 查询。 5论文的组织情况 本文共分七章: 第一章，引言。介绍了网格资源监控与发现技术的研究背景和意义，阐述了网 格资源监控与发现技术在国内外的研究现状和动向，以 及目 前存在的主要问题: 提 出了本文的研究课题;最后对论文的组织情况进行了说明。 第二章，网格技术。对网格技术进行了 研究，介绍了网格的概念和特点;对网 格系统结构进行了分析， 主要是:五层沙漏体系结构、开放网格体系结构以及w eb 服务资源框架。 第三章，网格资源监控与发现。对网 格资源监控与发现技术进行了研究， 主要 包括网格资源监控与发现系统的概念，网 格资源监控与发现的 任务，监控与发现的 资源类型， 监控与发现的目 标、 特点与难点等;并且， 对已 有的较典型的网格资源 监控与发现系统进行了 研究和分析， 主要包括: g 以体系结构， g l obu s 的m ds， h 辞k eye 工具。 第四 章， pzp 技术。 对p zp ( p eer 一 t 。 一 p e e r ， 对等) 的相关技术进行研究和分析， 主要有:p zp技术的基本概念、p zp网络的拓扑结构和资源发现技术，有结构p zp网 络c h ord 的技术分析。 第五章，基于p zp技术的网格资源监控与发现模型设计。在介绍了网格技术与 华北电力大学硕士学位论文 p z p 技术联合的概念、阐述了网格资源监控与发现系统的设计目 标与功能分析的基 础上，提出了一种基于p zp技术的网格资源监控与发现整体模型，并对模型的各个 功能 模块进行了 设计;最后，针对此模型设计了 一个分布式资源注册、查询、监测 机制和消息订阅、发布、传输机制。 第六章，资 源监控与发现模型的实现与测试。完成了 对新提出的网格资源监控 与发现模型的简单编程实现，并建立了 数学模型以 进行理论性能分析;同 时，通过 实现的模型系统进行了相关的测试和系统性能综合评价 。 第七章，论文总结。对本文研究工作的总结，对下一步的 工作进行了 展望。 1 . 6本章小结 本章主要阐述了论文研究课题的选题背景和国内外的研究现状， 对本研究课题 目前存在的问题进行了分析。在此基础上，提出了本文 的研究课题和目标，最后介 绍了本文的组织结构。 华北电力大学硕士学位论文 第二章 网格技术 2 . 1网格技术概念 网格技术出现于20世纪90年代，它代表了 一种先进的技术和基础设施，是近年 来在学术界和产业界逐渐兴起的一个研究领域，也是继工 nternet 之后又一次重大的 科技进步.那么究竟什么是网格，什么是网格计算呢? 美国阿尔贡国家实验室 ( a r g o n n en a t i o n a ll a b o r a t o r y ) 的资深科学家、美国著名的网格计算项目 g l o b u s 的主持人之一i a nf o ster在他主编的 ( 网格: 一种新的计算基础设施的蓝图一书 中这样描述: “ 网格是构筑在互联网上的一种新兴技术， 它将高速互联网、高性能 计算机、大型数据库、传感器、远程设各等融为一体 ，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 主要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 ， 能 让 人 们 透 明 地 使 用 计 算 、 存 储 器 等 其 它 资 源 ”2 . 简 单 的 说 ， 网 格 就 是 一 个 集 成 的 计 算 与 资 源 环 境 ， 或 者 说 是 一 个 计 算 资 源 池 9 。 网 格能够充分吸纳各种计算资源，将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， 这些资源还包括计算、 存储、数 据、 软件、仪器设备、传感器、信息库、知识库和专家、通信能力、甚至人等各种 相关的资源。 网格是借鉴电力网( e l e c t ricp o w er g rid)的概念提出来的。网格的最终目的 是希望用户在使用网格计算能力时就如同现在使用电力一样方便。我们在使用电力 时，不需要知道它是从哪个地点的发电站输送过来的，也不需要知道该电力是通过 什么 样的发电机产生的，不管是水力发电还是核反应发电， 我们使用的是 一种统一 形式的 “ 电能”。网格也希望为最终的使用者提供:与地理位置无关、与具体的计 算设施无关的通用的计算能力。 共享与协同是网格的本质问题。 共享是将网络上海量、自 治、分布、异构的资 源进行有效组织，以 服务的方式为网格用户提供统一透明的访问 机制。协同是指资 源可以 相互交互、理解、协作，以期共同完成复杂的网格应用。 2 2网 格的特点tz 网格具有以下几种特点: ( 1)分布性: 分布性是网 格的一个最主要的特点，网格的分布性首先是指网格 的资源是分布的。组成网格的各种资源，是分布在地理位置互不相同的多 个地方， 而不是集中在一起的。分布的网格一般涉及的资源类型复杂，规模较大， 跨越的地 华北电力大学硕士学位论文 理范围较广。因为网格资源是分布的，因此基于网格的问题求解一般也是分布式计 算而不是集中式计算。 ( 2)共享性:网格资源虽然是分布的，但是它们却是可以充分共享的，即网格 上的任何资源都可 以提供给网格上的任何使用者。共享是网格的目的，没有共享便 没有网格，解决分布资源的共享问题，是网 格的核心内容。这里共享的含义是非常 广泛的，不仅指一个地方的计算机可以用来完成其他地方的任务，他还可以指中间 结果、数据库、 专业模型库以及人才资源等各方面的共享。分布是网格硬件在物理 上的 特征，而共享是在网格软件支持上实现的 逻辑上的特征。 ( 3)异构性:网格资源是多种多样的，包括跨地理分布的多个管理域， 组成网 格系统的计算机也有多种类型， 不同类型的计算机在体系结构、 操作系统等多个层 次上可能具有不同的结构。 (4) 动态性和可扩展性:网格资源不是一成不变的，可以动态的加入和退出网 格系统，原来拥有的资源或者功能， 在下一时刻可能就会出现故障或者不可用， 而 原来没有的资源，可能随着时间的推移会不断地加入进来。由此可能带来网格性能 的巨大变化，网格必须能够适应规模的变化。 通常，网格是根据它们处理得最好的解决方案的类型来分类 的。三种主要的 网格类型分别是:计算网格( c omput ingg rid)，实现了不同地理分布的异构计算 资源的共享、选择和聚合，以便在多个领域进行大规模的计算;拾遗网格 ( s c a v e n g i n gg rid)，机器上可用的c pu周期和其它资源被收集起来，以 便充分利 用; 数据网格(d ata g rid)， 数据网格负责容纳和提供对跨多个组织的数据的访问。 2 . 3网格体系结构 网格是一个整体 的概念，网格体系结构的作用在一定程度上就是对网格的解 剖， 说明如何来构建网格， 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， 定义了支持网格有效运转的机制.到目 前为止，比 较 重 要 的 网 格 体 系 结 构 有 三 个 ， 一 个 是f os t er等 在 早 些 时 候 提 出 的 五 层 沙 漏 结 构 21 ; 另一个是 p o s t e r等结合 w e bs e r v i c e提出的开放网格服务体系结构 ( o p e ng r i d s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ， 侃 s a ) 2 1 0 11 ; 第 三 个 是 最 近 被 提 出 的w e b 服 务 资 源 框 架(w e b s e r v i c e s r e s o u r c e f r a m e w o r k ， w s r f ) 12 3 ， 下 面 分 别 加 以 介 绍 . 23 . 1五层沙漏结构 五层沙漏结构主要 以 “ 协议”为中心，同时强调服务与a pi(a p p licat i on p r o g r a nnni n g l n t e r f a c e ) 和 s d k (s o f t w are d e v e l o p m e n t k i t s ) 的 重要 性. 五 层沙 漏 结构根据各组成部分与共享资源的距离， 将功能分散在五个不同的 层次， 从底层到 华北电力大学硕士学位论文 上依次是: 构造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层。越向下层就越接近于物理 的共享资源， 而且各部分的协议数量是不同的，对于其最核心的部分，要能够实现 上层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， 因此 核心协议形成了协议层次结构中的瓶颈， 在五层结构中， 资源层和连接层共同组成 了这一核心。 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 于定位的描述而不是具体的协议定义 。其基本思想就是以 “ 协议”为中心，也十分 强 调 与 a pi 和 sd k 的 重 要 性 。 各 层 具 体 构 成 如 图 2 一 1 3 所 示 : 曰 汇 聚 层 资 源 层 图2 一 1 五层结构及其与tcp /ip 网络协议的对比 ( 1)网格构造层由 各种物理资源所构成， 包括存储资源、计算资源、目 录、数 据库、网 络资源、 传感器等，构造层的基本功能就是控制和管理局部的资源，向上 提供访问这些资源的接口。 ( 2)网格连接层实现构造层与资源层之间的通信、数据交换，定义了核心的通 信和认证协议。 ( 3)网格资源层建立在连接层的通信与认证协议之上，提供数据访问、计算机 访问、状态与性能信息访问等服务。它考虑的是单个的局部资源，全局状态和跨越 分布资源集合的原子操作由 汇聚层考虑。 (4 ) 网格汇聚层的主要功能是协调 “ 多种”资源的汇集，协同完成任务。汇聚 层在资源基础上， 实现更高级的应用。 汇聚层可分为通用的汇聚层和面向 特定问 题 的汇聚层。 ( 5)网格应用层是在虚拟组织环境中存在的， 它可以调用资源层的服务，也可 以调用汇聚层的服务，从而满足应用需求。 如果以电 力系统做比喻的话， 前四个层 次就相当于发电厂、电网、 变电 所和配电房， 而应用层相当于住宅里的电闸、电 表 和电源插座。 其另 一 个重 要特点 就 是沙 漏形 状， 如图 2 一 2 l 所示。 核心 协议 就 形成了 协 议 层 华北电力大学硕士学位论文 次结构中的一个瓶颈，资源层和连接层共同 组成这一核心的瓶颈部分，它们提供资 源的安全访问。 工 。 应 用 / 应 用 层 目 ， 代 理/ 、 诊 断 与 监 控 那 / 汇 聚 层 资 翻 与 服 务 的 安 全 访 问裘 瞿 葺 /各 种 ， 。 / 计 曰“ 构 造 层 图2 一 2沙漏形状的五层结构 232开放网格服务体系结构 开放式的网格服务体系结构ogs a 是一个由结点和连线构成的框架。该框架的结 点是网格服务，而网格服务之间的连线是网格服务相互交流时所用的语言。网格服 务是 特殊的网络服务，专门用来维持和管理网 格体系。 与五层沙漏模型不同的是，oos a 是以服务为中心的 “ 服务结构”。这里的服务 是指具有特定功能的网络化实体，包括各种计算资源、 存储资源、网络、程序等等。 五层模型中实现的是对资源的共享， 而在oosa中，实现的是对服务的共享。 从资源 到服务将资源、 信息、数据统一起来， 使分布式系统管理具有标准的接口 和行为。 o g s a 中定义了 “ 网格服务”，这是一种w eb s ervice，提供一组接口，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。 在 og sa 中 ， 网 格 就 是 可 扩 张 的 网 格 服 务 的 集 合 l4 111 5 . o g s a 结构与五层沙漏结构相比有着以下特点: ( 1)以服务为中心的模型: 如果说五层沙漏结构是以协议为中心的“ 协议结构” ， 其试图实现的是对资源的共享， 则 ocsa就是以服务为中心的 “ 服务结构”， 其实 现的 是对服务的共享。 o g sa将一切看作服务，并定义了 “ 网格服务”，该服务提供 了 一组接口，这些接口明确遵守特定的惯例，解决服务发现、 动态服务创建、生命 周期管理、 通知等问题。因此，网格是可扩展的网 格服务的集合. 简单地说，网格 服务= 接口 / 行为+服务数据。 ( 2)统一的w eb s e r vice框架:w eb s erv i c e 描述了一种新出现的、重要的分布 式计算范式，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 找到相关服务的发现方法， 解决了发现和激发永久服务的问 题。 ocs a 是符合标准的 w e bs e r v i c e 框架的。 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 华北电力大学硕士学位论文 进行了扩展，提 出的是网格服务( g rids e r v i c e)的模仿，使得它可以支持临时服务 实例， 并且能够支持创建和删除。 ( 3)突破科技应用领域: 正如w eb技术一开始是为了科学协议而出现的， 但是后 来在商业领域却大量使用一样， o gsa 将原来主要在科技领域应用的网格技术转移到 工商业领域。 o gsa 面向服务的 特点允许在不同的层次虚拟化资源，因此相同的机制 可以 应用于多个组织之间的分布式网格支持的协作， 或者是跨越多个环境。 o gs a 架 构 如 图 2 一 a 所 示 10 11 。 鬓 窘 磅 窦 嚷 几 咒 】 的 巷 o 】 芝 一令 呱 翼 嗜 乏 氰 、 燕 孟哪 县 琶 目 0 o 遥 二 二 孰 哎 莽 _ 毛 _ 羲 事 欲 墓 漆 薰 og sa 侧 哺 曰到段 八肠.气 _飞 一 _ 续 黝 瓢典成 产 肠匀 旧. 嘴 i j 毛 孙 . 愁 二该二 j 一巍然骥煦 肠 .钊毛 咱 典 魏夔裂 织嗯 煦 吧 翻包向 - 5 加净一乙 多h 创 如 0 水 二茄式呀 图2 一 3沉s a 架构 o g s a 架构由四个主要的层构成，从下到上依次为:资源层( 物理资源和逻辑资 源) 、 ， e b 服 务 层( 包括定 义网 格 服务的 o c s l ( o p e n g r i d s e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ) 扩展)、基于ogs a 架构的网格服务层、网格应用程序层。 具体介绍如下: ( 1)资源层:资源 的概念是oos 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、数据库管理员、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 架构中的第二层是w eb服务。 所有网格资源( 逻辑的与物理 的) 都被建模为服务。o g si规范定义了网格服务并建立在标准w eb服务技术之上。 o g s i 利用诸如x m l 与 w e b 服务描述语言( w e b s e r v i c e s d e s c r i p t i o n l a n g u a g e ， w s d l ) 这样的w eb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 si进一步 华北电力大 学硕士学位论文 扩展了 w eb服务的定义，提供了动态的、 有状态的和可管理的w eb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 sa架构的网格服务层: 砰 eb务层及其0051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， 沉s a 将变 成更加有用的面 向服务的架构 ( 5 以) 。 ( 4)网 格应用程序层:随着时间的 推移，一组丰富的基于网 格架构的服务不断 被开 发出 来，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ogsa 架构的第四 个主要的层。 2 . 33w e b 服务资源框架 w s r f 为了实现网格与w eb服务的有效融合， w eb服务必须提供用户访问 和操作服务的 状态数据的能力，定义管理服务状态数据的规范， 便于应用以标准和可操作的方式 发现、 观测和交互状态资 源， 并利用w eb服务的己 有功能. 为此， 2 0 0 4 年由i b m 、 g l o b u s 联 盟 和 h p 共 同 提 出 w e b 服 务 资 源 框 架 ( w s 一 r e s o u r c e f r am e ， o r k ， w s r f ) 12 和 w e b 服 务 通 知 规 范 ( w s n o f i f i c a t i o n ) 3 . 具 体 介 绍 如 下 : ( l)w s r f :w s r f 是根据特定的消息交换和相关的x m l 模式来定义w eb服务资源 ( 朴 一 re so ur ce ) 方 法 的 描 述 规 范 幻 。 这 些 规 范 定 义 了 w eb 服 务 和 一 个 或 多 个 有 状 态 的资 源之间的关联方法。描述了定义资 源状态的视图，以及w eb服务与状态资源相 关联的类型定义的方法，描述了如何通过w eb服务接口来访问状态资源的状态， 定 义t 状态资源分组( g r o u p i n g ) 和寻址( a d d r e s s i n g ) 相关的 机制。 贾 s r f 采用t与网 格 服务完全不同的定义:资源是有状 态的，服务是无状态的。 它把有状态的实体统称 有状态资源， 有状态资源就具有特定生命周期和一组状态数据， 可被一个或多个w eb 服务访问。 生命周期是指资源从创建到消除这段时间。状态数据用x m l 文档来描述， 通过对x m l 文档操作来对有状态资源的状态进行设置。为了充分兼容现有的w eb服 务，骼r f 使用w s d l i . 1 定义沉51中的 各项能力，避免对扩展工具的要求，原有的网 格服务演变成w eb服务和资源文档两部分。 w s rf推出的目的在于，定义出一个通用 且开放的架构，利用w eb服务对具有状态属性的资源进行存取，并包含描述状态属 性的机制，另外也包含如何将机制延伸至w eb服务中的方式。 ( 2 ) w e b 服务资源 ( w s 一 r e s o u r c e ) :在w s r p 中引入 了有状态资源 ( s t a t e f u l r e sou r c e)的概念，对状态进行模型化。 w s 一 r es。 盯ce是由 w e b 服务和有状态资源合 成的组件，并反映了它们之间的关系。 组件的 状态用xml 文档来描述，用x m l 文档定 义它和w e b 服务的接口 类型， 用 “ 隐式模式”寻址和访问 有状态资源，通过端点引 用来寻址。对客户端而言， 不需要了解有状态资源标识符的内容， 有状态资源标识 华北电力大学硕士学位论文 符只是对被访问的w e b 服务有意义， 由 w eb服务以 一种特殊方式去识别在执行请求信 息过程中使用的w s 一 r e s o u r c e 。 w s r f通过w s 一 r e s o u r c e 方法( w s 一 r e s o u r c e a p p r o a c h ) 来表示、 访问有状态资源， 它定义了状态的表示、 操作的方法， 服务的请求者能发 现w s 一 r eso u r c e 的类型和状态， 并能进行操作， 包括读取、更新和查询它的状态值， 管理它的生命周期等。w s 一 r esource 方法有利于服务之间的互操作，为不同服务提 供者和服务使用者描述、访问和管理有状态资源提供了一种通用方法。 ( 3 ) w s r f 的五个子技术规范: w e b 服务资源属性( w s 一 r e s o u r c e p r o p e r t i e s ) 、 w e b 服务资源生命期管理( w s 一r e s o u r c el i f e t i m e ) 、可更新的w e b 服务引用 ( w s - r e n e w a b l e r e f e r e n c e s ) 、w e b 服务服务组( w s 一s e r v i c e g r o u p ) 、w e b 服务的基本错 误服务( w s 一b a s ef a u l t s ) . ( 4 ) w e b 服 务 通 知 规 范 w s 一 n o t i f i c a t i o n 砰 e b 服 务 通 知(w s . n o t i f i c a t i o n ) 1 3 规范与wsrf规范同时发布，该规范定义了一种用 “ 发布订阅” 模式去预定和通知事 件的方法。当有状态资源被创建、更新、消除或其它操作时，状态就会发生改变， 需要将状态变化通知给相关的资源 。资源之间的通信就通过 “ 发布/ 订阅”的消息 通信模式来进行，它规范发布、订阅、提交通知的信息的 交换， 其变化和事件可以 通过直接方式或通过代理方式来发布。 直接模式指通知生产者直接接受预定信息和 发送通知信息。代理模式 由通知代理负责产生分发信息给一个或多个通知使用者. w s r f 规范是针对ogsi规范的主要接口 和操作而定义的， 它保留了ogsi中 规定的 所有基本功能，只是改变了某些语法。在功能上， 这几个规范和原来的0051的不同 部分有很直接的对应关系，图2 一 4 给出了沉51各项功能和w s rf规范的映射关系。 ogsiw s rf ( 扮 i ds e r v ic er 吧 几r e n c 七 ws-a d d 比ssi ng e . d po城 re丘 科 mc e gri ds e r 万 c e ha ll d l e ws-a d d 心 s i n ge n d poin 1 r e 免旧nce h 叨dler oolv e r port t y p . w s 一 r 门 . 胃 a b 】 . re 肠 ， . 拙 . 5曰ni c ed 川 日de 6n 另一 方面，被监控系统自 身也不希望受到外界的影响， 这不仅仅因为会影响性能， 而且 因为这样的影响有可能最终对系统造成巨大影响，以至于完全改变系统原有的 运行 轨迹。在这种情况下，监控系统和被监控系统都需要关心这样一个问题:两者之间 的不可避免的交互是否会对其各自 的任务和目标造成大的冲击，形成状态迁移或数 据扭曲，以至于使监控系统本身的存在失去意义。 ( 6)资源监控系统服务于多种目 标和对象，比如历史归档和性能预测以 及用户 和其它应用。 这些目 标在数据流动上，处于监控系统末端，它们对监控系统数据源 处有各自 的要求。如何既尽量减少数据源处的工作，又满足数据消费者这么多的需 求，这也是一个复杂的问题，它与实际部署使用关系密切 。 华北电力大学硕士学位论文 ( 7)跨网络的监控系统需要使用网 络来传送数据，这样也带来两个主要问题: 网络传输不可靠和网络传输延迟 。 以上几方面的问题在设计网格监控与发现系统中需要重点加以解决，这些问 题 也是进行网格环境下资源监控与发现系统研究的意义所在。 对这些问 题， 全部一次 性解决是不现实的。当前需要根据 目前需求的重点和技术的可能性 ，从几个问题入 手，逐步解决。 3 . 6资源监控与发现的相关研究 3 . 6 . 1网格监控体系结构 1 9 99年，全球网格论坛( g g f)成立了一个工作组，其目的是定义一个可扩展的 网格监控体系结构。这个工作组撰写了 一组网格监控需求和一个高层次的网格监控 g 撇( g r i dm o n i t o r i n ga r c h i t e c t u r e ) 规范。在c 初 a 中，监控数据的基本单位是一个 事件。事件是一个经命名的、有时间戳的结构。此结构可以包含一个或多个数据条 目。这些数据关联到一种或多种资源， 如内存或网络的使用率， 或应用特定的数据。 产生可用事件数据的组件叫生产者，请求或接受事件数据的叫消费者.目 录服务用 于发布什么事件数据是可得道的以 及是从哪个生产者获得的。这些组件和它们之间 的 关 系 显 示 在 图 3 一 1 幻 中 : 图3 一 ig m a 构件关系图 gma 的三种部件: ( 1 ) 目 录服 务( o i r e c t o r y s e r v i c e ) 作用是定位、命名和描述网格中具有结构化特征的数据，让信息消费者( 用户、 可视化工具、程序及资源调度者等) 发现信息、理解可用信息的特性。信息生产者 必须能够更新信息以反映系统状态。目 录服务并不存储事件的附加数据， 它只提供 华北电力大学硕士学位论文 数据的 名称、 特性和位置信息， 这样如果想获得事件的数据，首先要通过目 录服务 找到该事件生产者的静态信息，比如事件类型、主机地址等，然后，再向该生产者 发出请求，获得相应数据. 目录服务支持的功能包括: 消费者认证、识别消费者身份、生产者认证、查找 记录、增加记录、删除记录、更新记录、版本请求。 (2) 生产者( p r o d ucer) :负责通过请求或者异步为消费者提供事件数据。生产 者将在目 录服务中发布事件可用信息，可以为消费者提供流模式或者查询请求服 务。 流模式下的消费者进行一个请求，然后以流方式接收数据直到显示结束连接; 查询模式下消费者发出 一个请求， 然后在应答中返回一个事件。生产者也可以用于 访问控制，容许不同等级的用户进行不同的访问。由于网格一般有多个组织来控制 被监控的资源，因而会有不同的访问策略，支持不同的访问频率，对组织内外的 消 费者将提供不同的性能细节。 生产者支持的功能包括:消费者认证、授权给消费者、接受消费者的查询、 接 受消费者订阅、 消费者取消订阅、 生产者发起的 订阅、 版本请求、 生产者取消订阅。 ( 3)消费者(c。 n s u m er) :是从生产者接受数据的任意程序。接收来自生产者的 异步请求的消费者将在目 录服务中发布这一信息。 消费者支持的功能:授权给生产者、生产者认证、接受查询结果、消费者发起 的订阅、消费者取消订阅、 接受生产者发起的 订阅、生产者取消订阅、授权给目 录 服务、向目 录服务进行查询、消费者对目 录进行相关的更新操作。 消费者的类型主要有: a)实时监控，实时收集监控数据供实时分析工具使用; b)存档，为存档服务收集信息，收集的信息可以供历史分析;c)进程监控，消费者 被用于触发基于服务进程事件的动作;d)全面监控，从多个信息源收集事件，使用 组合信息做出无法基于单个主机的数据做出的决定:e)其他除上述四类之外的消费 者。 g ma三类典型构件 : 目录服务、生产者和消费者之间的关系如图3 一 1 所示。 g ma目前还不成熟，主要体现在以下几个方面: ( 1)专用系统: g m a 的出 发点是性能，最初是为了获得资源的可用性，以及一些 特定资源的性能数据，这些资源的覆盖范围比较小，在g m a 的发展中，目 标进一步 扩大，但各类资源及其监控目的仍然没有被进一步明确和分类，g ma仍然没有摆脱 专用系统的束缚，这将限制其应用。目前g m a 仅提供内部结构，而没有考虑其他系 统的需求，没有提供通用的接口，这样c m a 仍然需要自己直接获得性能数据，从而 使得g m a 的价值没有充分体现。 ( 2)可缩放性不足:g m a 仍然停留 在单一系统的层次上，没有考虑多个监控系统 华北电力大学硕士学位论文 的协作，单一系统难以 胜任全球网格监控的需求。 ( 3)健壮性不足:g m a 没有维护自 身健壮性方面的 考虑，这不仅影响其自 身的 运 行，而且危害到被监控的系统。如果这