（计算机系统结构专业论文）网格市场环境中信任感知的资源交易机制研究.pdf

摘要 摘要 随着计算机技术和通信技术的不断发展，网络环境已经从早期相对静态的、 面向特定组织和用户群体的封闭网络，转变为可公共访问的、面向大量动态用户 的开放网络。网格作为开放网络的典型代表，成为分布式系统方向最活跃的研究 领域之一。 网格具有动态、自治、异构性等特性，网格市场中的的理性用户更多地表现 出自主性、自私性，其主要表现就是：用户为了最大化自身利益可以不考虑网格 系统的整体效用。网格中的节点既可以是资源提供者，也可以是资源使用者。每 个节点都希望尽可能多地使用其他节点的资源，尽可能少地贡献自己的资源；或 者即使贡献自己的资源，也不保证资源的可靠性，这就导致网格中存在大量的不 合作现象和欺诈行为。随着网格系统规模越来越大，网格资源管理成为影响网格 系统正常发展的关键问题。 论文围绕网格市场中节点自主行为造成的服务不可靠、可用性较差等问题进 行了研究，提出基于信任团体的资源定价策略、资源分配机制以及基于两层市场 的资源交易机制，以期有效合理的激励理性、自私的节点诚实共享资源，提高网 格系统的整体性能。 本文首先总结了网格的研究现状，分析了目前的研究热点及挑战，并深入分 析了其中存在的问题，引出本文的研究内容。随后在第二章介绍了网格市场和网 格系统中的信任机制，总结了网格市场研究中存在的不足，分析了目前存在的信 誉度评价方法及信任框架，详细介绍了信任团体的基本概念。本章还分析了把市 场机制应用到网格资源管理中的优势以及在市场机制和信任机制相结合的 g t a r t 模型中需要考虑的关键问题。 其次，针对网格市场资源定价中存在的信息不对称问题，将信任机制引入到 网格市场的资源交易中，提出了基于信任团体的资源差别定价策略。节点的信任 值及其所属信任团体的信任值成为节点选择交易对象的依据。资源提供者及其所 属信任团体的信任值反映了资源的可靠性，资源使用者可以据此选择交易对象。 资源使用者及其所属信任团体的信任值反映了使用者是否是欺诈节点或自私节 点，资源提供者据此进行有差别的定价和交易对象的选择。基于信任团体的资源 差别定价策略有效地激励了节点提供诚实服务，提高了资源交易成功率，同时降 低了欺诈节点和自私节点对系统性能的影响。 然后，针对资源分配中的公平性问题，提出了基于信任团体的、结合了访问 控制的资源分配机制。为了衡量资源分配时节点的收益，分别为资源提供者和资 源使用者建立了效用函数，效用函数充分考虑了节点问的信任关系对收益的影 摘要 响。同时，为了达到公平分配的目的，资源提供者根据资源使用者的信任值和可 用资源数量对使用者的资源请求进行了控制。结合信任机制和访问控制的资源分 配机制有效地提高了资源的利用率，提高了资源交易双方的收益。 最后，提出了基于两层市场( 即资源市场和服务市场) 的、信任感知的资源交 易机制。针对现有信任框架存在的不足，从两层市场模型中受到启发，将两层市 场引入到信任框架的研究中，建立基于两层市场的信任框架。在此基础上，研究 两层市场模型下信任感知的资源交易机制。该机制既能有效地鉴别网格市场中的 欺诈节点和自私节点，又能够激励市场参与者诚实交易。 本文从网格动态性、节点异构性和资源的不可信性等特点出发，围绕网格市 场中资源管理问题、信任问题等进行了深入研究，提出了基于信任团体的资源差 别定价策略、资源分配机制以及基于两层市场的资源交易机制，为解决市场机制 和信任机制相结合时所面临的关键问题提供了新的思路。 关键词：网格，网格市场，信任机制，信任感知，信任团体，差别定价，资源分 配，两层市场，资源交易 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i mt h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra i l dc o 舢：i l u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，n e t 、v o r k e n v i r o 胁e n th a sc h a n g e df r o mac l o s en e t w o r k ，w i l i c hi sc o m p a r a t i v e l ys t a t i ca n d f a c e dw i t hs p e c i a lo r g a j l i 刎i o n so ru s e rg r o u p s ，t oa no p e no n et h a tc a nb ep u b l i c l y a c c e s s e da n df a c e d 州t hm a n yd y n 锄i cu s e r s a st h er e p r e s e n t a t i v e so fo p e nn e t 、o r k s ， g r i dh a sb e c o m eo r l eo ft h em o s tp o p u l a rr e s e a r c hf i e l d sa uo v e rm e 、v o r l d g r i di sd y n a m i c ，h e t e r o g e n e o u sa j l da u t o n o m i cf o rr e s o u r c es h a r i n g t h e r e f o r e ， t h er a t i o n a ln o d e si nt h eg r i da r es e l “n t e r e s ta n dt 巧t om a ) ( i m i z et h e i ro w nb e n e f i t w i t h o u tc o n s i d e r i n gt h ew h o l eu t i l i t yo ft h eg r i d e a c hn o d ei ng r i dc a nb o t hb e r e s o u r c ep r o v i d e ra i l dr e s o u r c eu s e r e v e r yn o d eh o p e st ou s eo m e r s r e s o u r c e sa s m a n ya sp o s s i b l e ，b u tc o n t r i b u t et h e i ro 、v nr e s o u r c e sa sf e wa sp o s s i b l e ，w h i c hl e a d s t on o n c o l l a b o r a t i v ea n dd i s h o n e s tb e h a v i o r si nt h e 荫d a st h en e t w o r ke n l a 唱e s ， r e s o u r c em a n a g e m e n ta n ds e c u r i t yt u mt ob em o r ei n t r a c t a b l e t h u s ，m a r k e t m e c h a m s ma n dt m s tm e c h a n i s mb e c o m ei m p o r t a n tr e s e a r c ha r e ai ng r i de n v i r o i m l e n t t h i sd i s s e r r t a t i o nd i s c u s s e su n r e l i a b l es e i c eu s a b i l 埘a i l du s a b i l i t yp r o b l e m s r e s u l t e df r o mn o d e s s e l f i s h n e s si n g r i de n v i r o r l m e n t t h ed i s s e r t a t i o np r e s e n t s r e s o u r c e 研c i n gs t r a t e g ya n dr e s o u r c ea 1 1 0 c a t i o nm e c h a n i s mb a s e do nt r u s tg r o u p ， r e s o u r c et r a d i n gm e c h a n i s mb a s e do nt w o l e v e lm a r k e t ，w h i c hi sr e s o u r c em a r k e ta 1 1 d s e r 、，i c em a r k e t i tf o c u s e so ns t i m u l a t i n gr a t i o n a la n ds e l f l s hn o d e st os h 2 u r er e s o u r c e s h o n e s t l y ，s ot h a tt h en e t w o r k si n t e g r a t e da _ b i l i t yc a n b ei m p r o v e d f i r s t l y ，m ed i s s e r t a t i o ns 眦l a r i z e sm ee x i s t i n gr e s e a r c hs t a t u so f 留i d ，a j l a l y z e s t h ep r o b l e m so fg r i dt oi n v i t et h er e s e a r c ht o p i c s s u b s e q u e n t l y ，c h a p t e r2i n t r o d u c e s t h eg r i dm a r k e ta n dt m s tm e c h a n i s ma n dp o i n t so u t 也ee x i s t i n gi n s u 衔c i e n c i e si ns u c h r e s e a c h t l l i sc h a p t e ra l s os u m m a r i z e su s a g eo fg r i dt r u s tm e c h a n i s mo ng r i ds e c u r i t y a n dt m s tv a l u ec o m p u t i n gm e m o d sa n dt m s tf 锄e w o r k s t h ea d v a n t a g e so fu s i n g m a r k e tm e c h a j l i s m st om a n a g er e s o u r c e sa n ds o m ek e yi s s u e si ng t a r tm o d e l ，w h i c h i sam o d e lc o m b i n i n gm a r k e tm e c h a n i s mw i t ht m s tm e c h 越s m ，a r ea l s oa i l a l y z e d s e c o n d l y ，a i m i n ga tt t l es e v e r ei n f o 肌a t i o na s y m m e t i yp r o b l e mw h i l ep r i c i n g r e s o u r c e si ng r i dm 甜k e t ，t l l ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st i u s tt or e s o u r c et r a d i n ga n d p r o p o s e sad i 矗e r e n t i a lp r i c i n gs t r a t e g yb a s e do nt l ? u s tg r o u p n o d e ss e l e c tt h e i rt r a d e p a r t n e r sa c c o r d i n gt ot l l et m s tv a l u eo ft h en o d e sa n dt h e i rt 1 1 l s tg r o u p s t h et n l s t v a l u eo f 也er e s o u r c ep r o v i d e rr e f l e c t sm er e l i a b i l i t yo fi t sr e s o u r c e t h eu s e r sc a i l s e l e c tt h e i rp r o v i d e r sa c c o r d i n gt ot h e s e 1 1 1 a to ft h eu s e r sr e n e c t s ，h e t h e rt h eu s e ri s i i i a b s t r a c t am a l i c i o u sn o d eo rs e l f i s hn o d e ，w h i c hc a nb ear e f i e n r e n c ef o rt l l er e s o u r c ep r o v i d e r s 州c i n gr e s o u r c e s t h ed i 舵r e n t i a lp r i c i n gs t r a t e g yb a s e do nt m s tg r o u pc a l le n c o u r a g e n o d e st 0p r o v i d e rh o n e s tr e s o u r c e s e r v i c e ，i m p r o v es u c c e s sr a t eo ft r a j l s a c t i o n s 。a n d r e d u c em ei m p a c to fm a l i c i o u sn o d e so nt h ep e r f o r m a n c eo ft h eg r i ds y s t e m t h e n ，i no r d e rt os o l v ef a i m e s sp r o b l e m si nr e s o u r c e “l o c a t i o n ，t h ed i s s e r t a t i o n p r o p o s e sat m s tg r o u pb a s e dr e s o u r c ea 1 1 0 c a t i o nm e c h a n i s mc o m b i n gw i t ha d m i s s i o n c o n t r 0 1 ，u t i l i t y 如n c t i o n so fp r o v i d e r sa n du s e r sa r eb u i l tt om e a s u r et h en o d e s i n c o m e ，w h i c ht a k e st n l s tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nm en o d e si n t oa c c o u n t t 1 0u s et h e p r o v i d e r s r e s o u r c e se 筋c i e n t l ya n da l l o c a t er e s o u r c e sf a i r l y锄o n gm eu s e r s ， a d m i s s i o nc o n t r o li s i n c o 叩o r a t e d i nt h er e s o u r c ea 1 1 0 c a t i o n m e c h a n i s m ，w h i c h c o n t r o l st h eu s e r s r e s o u r c e sd e m a n da c c o r d i n gt ot h et r u s tv a l u eo ft h eu s e r sa n dt h e n 啪b e ro fr e s o u r c e s t h em e c h a n i s mc a ni m p r o v es u c c e s sr a t eo ft r a n s a c t i o n sa n d r e s o u r c e su t i l i z a t i o n ，舡1 di n c r e a s eb e n e f l t so ft h et w ot r a d ep a i r t n e r s f i n a l l y ，t h ed i s s e 砌t i o np r o p o s e sat r u s t a w a r er e s o u r c et r a d i n gm e c h a n i s m b a s e do nt w o - l e v e lm a r k e t a i m i n ga tt h ed i s a d v a n t a g e so ft h er e c e n tt m s tf r a m e w o r k ， e n l i g h t e n e db yt w o l e v e lm a r k e tm o d e l ，t 1 1 ed i s s e r t a t i o ni 1 1 t r o d u c e st 1 1 ec o n c e d to ft 1 1 e t 、v o 一1 e v e lm a r k e ta n dg i v e sat w o - l e v e lm a r k e t - b a s e dt m s tf a i l l e 、v o r k b a s e do nt h e n u s tf r a m e w o r k ，也ed i s s e n a t i o np r o p o s e sat r u s t a w a r er e s o u r c et r a d i n gm e c h a n i s m t h em e c h a j l i s mc a nd i 雎r e n t i a t em a l i c i o u sn o d e sa n ds e l f i s hn o d e s ，e n c o u r a 2 en o d e s t oc o n t r i b u t et h e i rr e s o u r c e st om e 伊i ds y s t e m f r o mt h ei n h e r e n tc h a r a c t e “s t i c si n g r i ds u c ha sd y n a m i c i t y ，h e t e r o g e n e i t y b e t w e e np e e r sa 1 1 du i l r e l i a b l er e s o u r c e s ，t h i sd i s s e r t a t i o nd e e p l ys t u d i e st h er e s o u r c e m a j l a g e m e n ta n dt m s tp r o b l e m s ，p r o p o s e st m s tg r o u p - b a s e dr e s o u r c ed i 虢r e n t i a l p r i c i n gs t r a t e g ya n dr e s o u r c ea 1 1 0 c a t i o nm e c h a n i s m ，p r o v i d e sar e s o u r c et r a d i n g m e c h a n i s mb a s e do nt w o 一1 e v e lm a u r k e t i ts h o w sab r a n dn e wv i e wa n df i n e p e r s p e c t i v ef o rs 0 1 v i n gt h ek e yi s s u e sw h e nm a u r k e tm e c h a n i s mc o m b i n e s 谢t ht r u s t m e c h a n i s m k e yw o r d s ：g r i d ，g r i dm 批e t ，m s tm e c h a n i s m ，m s t - a w 鹕t r u s tg r o u p ， d i a 请e n t i a lp r i c i n g ，r e s o u r c ea l l o c a t i o n ，t w o l e v e lm a r k e t ，r e s o u r c e t r a d i n g 图表目录 v i i i 图表目录 图1 1 论文组织结构9 图2 1g t a r r t 交易流程图2 4 图3 1 交易双方的价格协商过程一3 2 图3 3 诚实节点获得服务所需支付平均费用随时间变化3 5 图4 1t g r a m 、t g r a m a d 和r p r a m 平均交易成功率的比较4 5 图4 2t g r a m 、t g r a m a d 和r p r a m 资源利用率的比较4 6 图4 3 诚实节点获得服务所需支付平均价格随时间变化4 7 图5 1 网格市场中的网格a g e n t s ( “c h u n l i n2 0 0 5 ) 5 l 图5 2 基于两层市场的信任框架中的a g e n t s 5 2 图5 3 单层市场和两层市场交易成功率的比较5 7 图5 4 单层市场和两层市场资源利用率的比较5 8 中国科学技术大学学位论文原刨性卢明 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名： 蝉 签字日期： 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定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，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签字日期： 导师签名： 叠粒 签字日期：埘一? l 第l 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 课题来源与意义 第1 章绪论 本课题来源于国家自然科学基金项目( 6 0 6 7 3 1 7 2 ) “网络计算环境中信任感 知的资源交易模型 。该项目的主要研究内容包括：在网格计算环境中借鉴经济 学中的市场机制以及社会关系学中信任关系的研究成果，将信任度引入基于市 场机制的网络资源管理中，提出一种网络计算环境中信任感知的资源交易模型。 中国科学技术大学网格研究小组在前期研究中提出基于计算市场的网格资 源管理模型( f uq i a n f e ie ta 1 2 0 0 5 ，李茂胜等2 0 0 5 ) ，该模型可以通过市场价 格调节机制自动均衡对资源的需求，实现分散的以用户为中心的资源管理模式， 在用户追求自身利益最大化的同时实现资源匹配的最优，特别适合网格资源管 理的特点。文献( 申凯2 0 0 8 ) 提出网格计算环境中一种市场机制和信任机制相结 合的信任感知的资源交易模型，即g t a i r t 模型。本课题作为国家自然科学基金 的组成部分和该研究的延续，引入信任团体( r o h i tg u p t ae ta 1 2 0 0 4 ) 的概念，深 入探讨网格市场环境中信任感知的资源定价策略和资源交易机制。 1 1 2 网格的内涵 网格的核心观念即“网络就是计算机 ，这个网络可以大到整个互联网，小 到一个家庭网。简单地讲，网格是把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机， 实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面 共享。当然，我们也可以构造地区性的网格、企事业内部网格、局域网网格、 甚至家庭网格和个人网格。最正统的网格研究来源于美国联邦政府过去十年来 资助的高性能计算科研项目。2 0 世纪8 0 年代，人们为了满足大规模应用对计 算资源的需求，提出了元计算( m e t a c o m p u t i n g ) ( f r i e d h e l mr 1 9 9 5 ) 的概念，将一 组通过广域网连接起来的性质不同的计算资源集合起来，作为一个单独的对用 户透明的计算环境向用户提供计算服务，1 9 9 5 年的i w a y 项目( i w a y p r o j e c t ) 是元计算的典型代表。这类研究的目标是将跨越地域的多台高性能计算机、大 型数据库、贵重科研设备、通信设备、可视化设备和各种传感器等等，整合成 一个巨大的超级计算机系统，支持科学计算和科学研究。 1 9 9 8 年，网格研究奠基人i a i lf o s t e r 和c a r lk e s s e l m a l l 在文献( k e s s e l m a i lc e ta 1 1 9 9 8 ) 中首次对网格进行定义：计算网格是一个包含硬件和软件的基础设 第l 章绪论 施，它能对高端计算能力提供可靠的、一致的、普遍的和不昂贵的接入。2 0 0 1 年i a i lf o s t e 等人在文献( i a nt fe ta 1 2 0 0 1 ) 中进一步指出：网格关心的是在动态 的、多机构的虚拟组织中协调资源共享和协同解决问题，核心思想是在一组参 与节点( 资源提供者和使用者) 中协商资源共享管理的能力，利用协商得到的资 源池共同解决一些问题。2 0 0 2 年i a nf o s t e 提出了网格的三个判断标准口o s t e ri 2 0 0 2 ) 。 ( 1 ) 协调非集中控制的资源：网格整合各种资源，协调各种使用者，这些 资源和使用者处于不同的管理域。网格应该解决在这种分布式环境中的安全、 资源管理策略、使用费用和成员权限等问题。 ( 2 ) 使用标准、开放和通用的协议和接口：网格建立在多功能的协议和接 口之上，这些协议和接口用于解决认证、授权、资源发现和资源存取等基本问 题。 ( 3 ) 提供非平凡的( n o n t r i v i a l ) 服务：网格允许协调使用资源，以得到多种服 务质量，满足不同使用者需求，如系统响应时间、吞吐量、有效性、安全性等， 使得系统的联合功效比其各部分功效的总和要大得多。 与i a nf o s t e r 严格限定网格的范围不同，有学者提出广义网格的概念，认为 只要是在广域网范围内的资源共享与服务都可以称为网格，如现在被学术界和 商业界都非常看好的云计算( c l o u dc o m p u t i n 曲被视为网格的形态之一( 迈克尔 米勒2 0 0 9 ) 。尽管学者们对网格技术解释不同，但其核心内涵综合起来就是： 利用网络将分散在不同地理位置的电脑组织成一台“虚拟的超级计算机，让用 户全面共享网格上的计算资源、数据资源、信息资源、软件资源、存储资源、 通信资源、知识资源、专家资源。 1 1 3 网格的研究现状 网格计算的重要战略意义及其广阔应用前景，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。各国政府、学术界和商业界分别启动了一系 列的研究项目。 1 国外网格研究现状 网格作为一个重要的新领域，已经掀起了全球范围的研发热潮。具有代表 性的研究项目和成果主要有g l o b u s ( f o s t e rie ta 1 ，1 9 9 7 ) 、l e g i o n ( c h a p i nsje t a 1 ，1 9 9 9 ) 、c o n d o r ( f e 玎i smce ta 1 ，2 0 0 0 ) 、n e t s o l v e ( c a s a n o v ah e ta 1 ，1 9 9 7 ) 、 n i m r o d ( a b r 锄s o nde t a 1 19 9 5 ) 、n i m r o d g ( a b r 锄s o nde t a 1 2 0 0 2 ) 、 a p p l e s ( b e 肌a nf e ta 1 19 9 6 ) 、d a t a g r i d ( c h e e n a kae ta 1 2 0 0 0 ) 、e - s c i e n c e ( h e yt 2 第l 章绪论 e ta 1 2 0 0 5 ) 、g r i d s ( c a t a l i nce ta 1 2 0 0 5 ) 、e u l 0 9 r i d ( l e s y n gbe ta 1 2 0 0 3 ) 、 g r i d l a b ( m l e ng e ta 1 2 0 0 2 ) 、g 融p ( m e n d a yre ta 1 2 0 0 3 ) 、d a t a l a g ( m a r t i n f l a t i n j pe ta 1 2 0 0 5 ) 、s e t i h o m e ( a n d e r s o ndpe ta 1 2 0 0 2 ) 、p u n c h ( k a p a d i ane t a 1 2 0 0 0 ) 、p o p c o r n ( n i s a i ln e ta 1 19 9 8 ) 等。 下面简要介绍比较有影响的软件和工具。 g i o b u s 工具软件己经在世界范围内得到了一定程度的使用，对全球的网格 研究开发工作起到了巨大的推动作用，成了网格领域受世人关注的焦点，已经 成为网格系统事实上的标准。该项目要开发一个面向科学计算的基本软件基础 设施，利用该设施，把地理位置上分布的计算资源和信息资源集成起来。该项 目研究网格计算的关键理论，开发支持网格计算的工具软件和网格应用程序， 帮助规划和组建大型的网格实验平台。关键理论包括资源管理、网格安全、信 息服务、数据管理等。工具软件是g l o b u s 最重要的成果，目标是能够在各种平 台上运行。 l e g i o n 是弗吉尼亚大学的一个基于对象的元系统软件项目，始于1 9 9 3 年。 它的目标是为用户提供单一、一致的虚拟机器模型。l e g i o n 是一个基于计算的 元系统，支持透明调度、数据管理、容错、站点自治和多种安全机制。在l e g i o n 内，所有的实体都是对象，包括硬件实体和软件实体。每一个对象由它的类对 象定义和管理，类对象的作用相当于管理者，它除了定义实例之外，还制定管 理策略。 c o n d o r 是威斯康星麦迪逊大学的研究项目，它是一个专用的计算密集型负 载管理系统，提供队列机制、调度策略、优先级方案、资源监控、资源管理等 功能。用户向c o n d o r 提交自己的作业后，c o n d o r 把作业放在队列中，并根据 一定的策略，选择合适的时间在合适的节点上运行用户提交的作业。作业运行 过程中，它监控作业的运行过程；作业运行结束时，通知提交作业的用户。用 户提交的作业可以是串行作业，也可以是并行作业。 n e t s o l v e 是一个网格应用工具，提供基于远程过程调用的数值计算编程环 境。它由三个部分组成：服务的请求者，服务调度与维护者，以及服务的提供 者。n e t s o l v e 提供了独立于实现语言的计算表达语言，客户端使用该语言表达 请求并提交给n e t s o l v e 智能主体，智能主体将该请求交给合适的计算资源去处 理，相应的负载平衡策略支持尽可能高效地使用计算资源以确保高性能。 n i i m o d g 是一个网格资源代理，由四个关键构件组成：任务管理引擎、调 度器、分派器和智能主体。任务管理引擎支持插入用户自定义的调度器、定制 应用或问题解析环境。分派器使用g 1 0 b u s 服务将n i 眦o d g 智能主体部署到远 程资源上以管理分派任务的运行。n i 啪d g 调度器则可根据用户服务质量需求 第l 章绪论 中说明的能力、费用和可用性等租借适合的资源和服务。n i m r o d g 支持资源的 发现、选择、调度与用户任务在远程资源中的透明运行。 a p p l e s ( a p p l i c a t i o n l e v e l s o h e d u l i n g ) 是应用级调度项目，着重研究和开发在 计算网格中调度单个应用的智能主体。a p p l e s 智能主体根据应用和系统信息选 择一组可行的资源集，并通过其他资源管理系统运行应用任务。a p p l e s 框架包 含有支持参数化类型应用和m a s t e r w o r k e r 类型应用的模板，允许在智能主体中 重用相关的调度器。a p p l e s 智能主体嵌入到应用中以在网格计算环境中进行资 源调度，因而对应用而言，将作业映射到资源的调度是集中式的，但实际运行 应用的各个任务则由本地的资源调度器负责。 d a t a g r i d 项目基本思想是把生成的海量数据分散到全球的计算机上进行处 理，并由全球的物理学家共同进行分析，其核心中间件系统是基于g l o b u s 构造 的。d a t a g 订d 的主要功能包括：负载调度和管理，以适应数据的动态重新分配、 高并发的任务数和不同国家机构的不同管理策略等数据管理，以支持统一的名 字空间和统一的数据格式、数据的高速移动和复制、远程数据复制实例的一致 性等；系统监控，以协助制订调度策略，调整应用程序的运行性能：构造层管 理，对数量众多的基础构件提供灵活和有弹性的管理，满足严格的时间约束条 件，保证整个系统的容错性；海量存储管理，用统一的接口屏蔽不同站点的数 据存储方式和处理方式之间的差异，无缝融合分布的存储资源。 e s c i e n c e 被认为是最先进的网格结构，主要集中在科学研究类应用。平均 而言，每一个项目的人员投入( 一般在2 0 个工作人员左右) 、工作时间、科学深 度和实用水平比我国的应用项目要好。目前的状况是：每个应用有一个p o 列 入口，底层资源采用g t z 、c o n d o r 、数据库、文件、w 曲s e r v i c e 等形式，p o n a l 服务器端软件直接调用物理资源。 2 国内网格研究现状 相比之下，中国的网格研究起步较晚，相关工作开始于1 9 9 8 年。我国对网 格的研发非常重视，研究水平也比较高。当然，也存在一定差距。国外网格技 术的研究，既包括研究机构，也有许多厂商积极地投身其中，这样在资金和技 术等方面的保障比较充足。国内还主要集中在科研机构，由国家和政府投入资 金进行。再有就是用户的需求，作为新兴的技术，许多用户还处在一个观望的 阶段，因此也使得国内的厂商不愿意做更多的投入。国内的网格项目主要有： 中国国家网格( c n g i r d ( c h i n a n a t i o n a l 臼i d ) ) ( l iz e ta 1 2 0 0 5 ) 、中国教育科研网格 ( c h i n a g r i d ) ( ggw e ta 1 2 0 0 4 ) 、织女星网格( v e g ag r i d ) ( 查礼等2 00 5 ) 、科学 数据网格( ( s c i e n t i f i cd a t a i d ，s d g ) ) ( l u oze ta j 2 0 0 5 ) 、中国高速互连研究试 验网格叫s f c n e t ) 州s f c ) 等。 4 第l 章绪论 中国国家网格专项由国家8 6 3 高技术研究发展计划资助，旨在建立面向企 业、高等院校、科研机构、政府部门的国家高性能计算环境。主节点采用自行 研制的、面向网格的高性能计算机。若干工业、服务业、科学研究以及资源环 境领域的网格应用投入运行，实现资源共享、协同工作。专项的主要任务包括： 建设中国国家网格实验床( c n 研i d ) ；建立具有4 万亿次以上计算能力的网格主 节点；支持网格应用以及维护网格系统运行的网格软件；开发具有代表性的网 格生产性应用。 中国教育科研网格计划是教育部“十五”2 1 1 工程公共服务体系建设的重 大专项，受国家高技术研究发展计划( 8 5 3 计划) 项目支持。它是迄今为止由政府 推出的最宏大的网格工程，该项目由1 2 所大学联合推出，到网格建成时，它将 在教育科研网上把全国1 0 0 所2 1 1 建设重点大学的资源广泛共享。中国教育科 研网格的目标是将广泛分布在中国教育科研网c e r n e t 和高校中的异构海量 资源集成起来，实现c e r n e t 环境下资源的有效共享，消除资源孤岛，提供有 效的服务，形成为国家科研教学服务的大平台。 上海信息网格是上海市科委2 0 0 3 年重大科技攻关项目，计划由上海市科委 投入9 0 0 万元，并带动资金5 0 0 0 万元，为期两年( 2 0 0 3 2 0 0 5 ) 。其目标是在两年 内，依托国家8 6 3 、国家自然科学基金、国家教育部和地方重大科研攻关项目 的最新研究成果，研究符合国际标准的信息网格体系结构和关键技术，开发具 有自主知识产权和推广价值的信息网格系统软件、应用开发环境和虚拟研究平 台，通过对虚拟组织中的计算、数据、软件等各种信息的共享和协同，建立具 有上海特色的信息网格，并初步实现交通信息网格典型应用。 3 网格研究的发展趋势 网格作为广域环境下的信息基础设施，其面临的挑战性问题越来越多地突 显出来，比如异构性( h e t e r o g e n e i 锣) 、扩展性( s e a l a b i l i t ) ，) 、适应性( a d a p t a b i l i t y ) 、 自治性( a u t o n o m o u s ) 、安全性( s e c u r i t y ) 等问题。 网格的发展趋势大致有三种，即：标准化趋势，就像i n t e m 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。技术融合趋势，网格项 目的开发转向了w e bs e r v i c e s 平台，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千差万别的差异。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；i b m 在2 0 0 1 年8 月宣布，将投入4 0 多亿美元进行“网格计算创新计划”( g r i dc o m p u t i o n g 1 1 1 i t i a t i v e ) ，全面支持网格计算；英国政府宣布投资1 亿英镑，用以研发“英国 国家网格”( u kn a t i o m lg r i d ) 。d a t a g r i d 涉及到欧盟的2 0 几个国家，是一种典 型的“大科学 应用平台。我国也奋起直追，仅2 0 0 2 年公布的8 6 3 网格专项， 第l 章绪论 就拨出了上亿元的资金用于中国国家网格相关的研究。 4 网格研究面临的挑战 随着网格研究的深入和商业应用步伐的加快，网格技术遇到许多亟待解决 的难题，要使网格能够真正发挥其应用价值，必须解决好以下一些关键问题： ( 1 ) 网格安全。目前的网格系统大多面向科学研究，网格用户性质单一， 应用环境相对封闭而单纯，面临的危险因素较少，采用的安全措施也比较有限。 一旦网格计算全面走向商业应用，开放、复杂的应用环境必将导致更多的安全 威胁。如何保证网格资源在不同的组织中安全地共享，如何保证开放的、动态 的、可扩展的网格系统的安全性，如何在大规模分布式网格环境中取得系统安 全和系统性能之间的平衡，这些都是网格走向商业应用必须解决的问题。 ( 2 ) 资源共享机制。目前网格研究中对资源共享动机往往作理想化假设， 即资源的提供是自愿的和无条件的，而资源的使用则是按需的和免费的，尤其 是政府资助的网格项目和群众性自发产生的p 2 p 系统。产生这种现象的原因是 网格研究来源于早期的分布式系统，一个分布式系统的拥有者和使用者往往是 同一个组织，因而不存在资源共享的动机问题。而网格系统中资源提供者和资 源使用者往往分属不同的组织，在网格计算从研究室走向社会之后，这种免费 的资源共享方式必然导致资源使用方的需求膨胀和资源提供方的热情不足，直 接影响网格的实用价值。回顾因特网的发展历史不难发现，正是借助商业驱动 力才使因特网步入快速发展期。借助于经济社会的解决方案，使网格资源的提 供方和使用方都有利可图，可以最终解决这一难题。但如何在全球范围内、在 更深的层面上实现网格资源全面共享的经济机制，还有很多复杂的、基础性的 问题亟待解决。 ( 3 ) 资源管理。由于网格环境中的资源分属不同的所有者，具有明显的广 域性、动态性和自治性，给网格环境下资源管理带来了挑战。尽管目前的网格 研究在通信、文件访问、资源发现、资源分配等方面作了很多研究工作，但仍 然是比较基本的，存在不少问题和局限性：现有的资源管理往往只能处理简单 的用户需求，没有考虑需求的复杂性和多变性：只实现了基本的资源管理功能， 没有实现面向用户的网格系统，不能真正给用户提供“一台虚拟的超级计算机