（计算机软件与理论专业论文）基于globus+toolkit+4的网格服务研究开发.pdf

摘要 论文题目：基于g l o b u st o o l k i t4 的网格服务研究开发 学科专业：计算机软件与理论 研究生：刘广亮 指导教师：罗作民副教授 摘要 签名： 签名： 随着服务需求的不断发展，单台高性能计算机已经不能胜任一些超大规模需求问题的 解决。利用网格技术能够实现各种资源的全面共享与连通。目前，w e b 服务技术和网格 技术是两个研究热点，通过结合最新的w e b 服务技术和网格技术，形成了新一代的网格 体系结构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 ) 。基于o g s a 的网格服务通过提供一组遵 守特定约定的定义明确的接口，能够实现信息、资源和应用的融合与共享。 作者分析了g l o b u st o o l k i t4 中的单资源模式服务、多资源工厂模式服务和端点引用 管理等；在与单资源设计模式作对比的基础上，采用多资源工厂模式研究了数学计算网格 服务的开发流程；开发了单只股票报价网格服务，并在此基础上使用多资源工厂模式实现 了股票组合管理网格服务。 论文在介绍网格服务相关概念和技术的基础上，采用开源的网格基础平台g l o b u s t o o l k i t4 构建了网格试验环境；针对基于g l o b u st o o l k i t4 的网格服务的实现问题，介绍 了单资源模式服务、多资源工厂模式服务的实现模型，并以一个网格数学计算为例，详细 说明了多资源工厂模式网格服务的实现过程：为了缓解证券公司股票行情服务器在行情火 爆的时候性能无法承受大流量的数据访问的问题，设计了以网格中间件g l o b u st o o l k i t4 为基础的股票报价网格服务应用系统，以该系统为支撑，分别实现了单只股票报价网格服 务和多资源工厂模式的股票组合管理网格服务。 论文验证了基于g l o b u st o o l k i t4 网格服务的可行性和优越性，为网格服务的进一步 应用奠定了基础。 关键词：网格服务；g l o b u st o o l k i t4 ；多资源工厂模式；股票报价 a b s t r a c t t i t l e ：r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fg r l ds e r v l c e sb a s e d o n g l o b u st o o l k i t4 m a j o r c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y n a m e ：g u a n g l i a n gl i u s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f z u o m i nl u o a b s t r a c t s i g n a t u r e ：血掣啦7u u s i g n a t u r e ：五2 笙：2 伽p w i t ht h ei n c r e a s eo ft h er e q u i r e m e n to ft h es e r v i c e s ，as i n g l eh i g h - p e r f o r m a n c ec o m p u t e r i s n tc o m p e t e n tt os e t t l et h es u p e rl a r g e - s c a l ep r o b l e m s r e s o u r c es h a r ea n dc o n n e c t i v i t yc a nb e r e a l i z e db yu s i n gg r i dt e c h n o l o g y n o w a d a y s ，w e bt e c h n o l o g ya n dg r i dt e c h n o l o g ya r et w o r e s e a r c hh o t s p o t s ，t h en e wg r i da r c h i t e c t u r e - - o g s ah a sf o r m e db yc o m b i n i n gn e w e s tw e b s e r v i c et e c h n o l o g yw i t hg r i dt e c h n o l o g yt o g e t h e r g r i ds e r v i c e sb a s e do no g s ar e a l i z e i n f o r m a t i o ns h a r e ，r e s o u r c ea n da p p l i c a t i o nb yd e f i n i n gas e to fi n t e r f a c et h a to b e yt o s p e c i a l s t i p u l a t i o n t h ea u t h o ra n a l y z e st h e s i n g l e t o nr e s o u r c ep a r e ms e r v i c e s ，t h em u l t i p l er e s o u r c e s f a c t o r yp a t t e r ns e r v i c e sa n dt h ee n d p o i n t r e f e r e n c em a n a g e m e n t ，a n ds oo ni ng l o b u st o o l k i t4 ； o nt h eb a s i so fc o n t r a s t i n gw i t ht h es i n g l e t o nr e s o u r c ep a t t e m ，u s et h em u l t i p l er e s o u r c e s f a c t o r yp a t t e mt os t u d yt h em a t h e m a t i c a lc o m p u t a t i o ng r i ds e r v i c e sd e v e l o p m e n tf l o w ； d e v e l o p i n gt h es i n g l es t o c kq u o t e dp r i c e 鲥ds e r v i c e s ，a n du s et h em u l t i p l er e s o u r c e sf a c t o r y p a t t e r nt or e a l i z et h es t o c kp o r t f o l i om a n a g e m e n tg r i ds e r v i c e s o nt h eb a s i so fi n t r o d u c i n gg r i ds e r v i c e sr e l a t e dc o n c e p ta n dt e c h n i q u e s ，t h ep a p e ra d o p t s g l o b u st o o l k i t4 o p e ns o u r c eg i r dp l a t f o r mt oc o n s t r u c tt h eg r i de x p e r i m e n te n v i r o n m e n t ； f i r s ti nv i e wo fg r i ds e r v i c e sr e a l i z a t i o nq u e s t i o nb a s e do ng l o b u st o o l k i t4 ，t h ep a p e r i n t r o d u c e st h es i n g l e t o nr e s o u r c ep a t t e ms e r v i c e sa n dt h em u l t i p l er e s o u r c e sf a c t o r yp a a e r n s e r v i c e s r e a l i z a t i o nm o d e l ，a n dt a k ea 鲥dm a t h e m a t i c a lc o m p u t a t i o na st h ee x a m p l e ，s p e c i f i e s t h em u l t i p l er e s o u r c e sf a c t o r yp a a e r ng r i ds e r v i c e s r e a l i z a t i o np r o c e s s ；i no r d e rt oa l l e v i a t e t h es t o c k j o b b e r ss t o c kq u o t es e r v e rt ob eu n a b l et ow i t h s t a n dt h eg r e a tc u r r e n td a t aa c c e s s i n g q u e s t i o nw h e nt h es e r v i c e sr e q u e s t o r sa r eh u g e ，t h ep a p e rp r o p o s e st h ea p p l i c a t i o ns y s t e mo f s t o c kq u o t e dp r i c eg r i ds e r v i c e sw h i c ht a k et h eg r i dm i d d l e w a r e g l o b u st o o l k i t4a st h e f o u n d a t i o n t a k i n gt h i ss y s t e ma st h es u p p o r t ，r e a l i z e st h es i n g l es t o c kq u o t e dp r i c eg r i d s e r v i c e sa n dt h em u l t i p l er e s o u r c e sf a c t o r yp a t t e r n ss t o c kp o r t f o l i om a n a g e m e n t 鲥ds e r v i c e s 西安理工大学硕士学位论文 s e p a r a t e l y t h ep a p e rh a sc o n f i r m e dt h ef e a s i b i l i t ya n dt h es u p e r i o r i t yo fg r i ds e r v i c e sb a s e do n g l o b u st o o l k i t4 ，i tl a y st h ef o u n d a t i o nf o rt h eg r i ds e r v i c e s f u r t h e ra p p l i c a t i o n k e y w o r d sg r i ds e r v i c e s ；g l o b u st o o l k i t4 ；m u l t i p l er e s o u r c e sf a c t o r yp a t t e r n ；s t o c kq u o t e d p r i c e i i 独创，性声，一明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：i 本人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成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢 ” 。一，：，、i ，一_。一，一 的地方外j 。论文中不包含其他人的研究成果。：一与我同工作的同志对本文所研究的工 ， 1 一 t 一 ， 作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢i 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 敝储橼糯j 谚挣谗 学位论文使用授权声明 本人盔! l 士磁。：在导师的指导下刨作完成毕业论文j 本人已通过论文的答辩， 并已经在西安理工大学申请博士硕士学位0 本人作为学位论文著作权拥有者，。同意 一 一 。： 一 ，一 i 一 一 授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权：。即一 l 已获学位的研究生按学校规定 提交印刷版和电子版学位论文，一学校可以采用影印、- 一缩印或其他复制手段保存研究生 一一 一 ，- ， 1+ 一一 上交的学位论文：- 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；2 为 + j ，+ 一 、 ，_ 一 ， 、 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或懈密后的学位论文作为资料在图书馆： 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读一浏览。 一 一，一 一 + 0 一j 4 ? 一 本人学位论文全部或部分内容的公布- ( 包括刊登 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后j ，适用本授权说明) 论文作者签名：i 獭三警师签名i 论文作者签名：一：幺! e 绛导师签名i诚警b l 毛 绪论 1 绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 网格的发展与研究背景 网格概念是借鉴电力网提出来的，网格的最终目标是希望用户在使用网格时，就如同 现在使用电力一样方便。网格( g r i d ) 技术是近年来国际上兴起的一种重要信息技术，它的 目标是实现网络虚拟环境上的高性能资源共享和协同工作，消除信息孤岛和资源孤岛。网 格的作用是将分散在网络上的信息及信息存储、处理能力以合理的方式“粘合 起来，形 成有机的整体，以提供比任何单台高性能计算机都强大得多的处理能力，实现信息的高度 融合和共享。与它相关的技术包括：实时企业信息系统、网络化虚拟设计环境、因特网技 术、知识管理、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 ) 技术、a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) 技术、万维网服务( w e bs e r v i c e ) 、高性能计算等。 计算网格构想的提出和当前全世界正在兴起的有关计算网格的研究，越来越清楚地使 我们感受到一种信息社会的新的基础设施正在出现，这种新的基础设施不仅仅可能带来信 息资源的获取、分布、传输和有效利用的革命性的、结构性的巨大变化，而且将根本改变 我们的研究方式、教育方式、生活方式与生产活动的方式。人们普遍认为“网格最终应 该是一种公共事业”由网格应用服务商提供服务，这种服务与电话、电力、水、煤气 并列，被称为“第五公用设施”。，网格将是继i n t e r n e t 网页之后的更大科技进步。随 着网格与w e bs e r v i c e 技术的融合，网格作为一种资源共享、协同工作的分布式系统，如 何能支持现代企业和组织的计算环境所要求的复杂分布式服务集成和利用服务实现特定 的功能是我们将要考虑的重点。 网格概念和技术是在问题与应用的推动下不断发展、丰富和完善的。到目前为止，网 格的发展基本上可以划分为三个阶段： 萌芽期：2 0 世纪9 0 年代早期，主要是千兆网的实验床，以及一些元计算实验儿。 如美国千兆网试验床计划( g i g a b i tt e s t b e dp r o g r a m ) h 。的两个重要研究内容是分布式 城域与广域应用。每个试验床都要实现两个目标：研究潜在的试验床网络体系结构和探究 能带给终端用户的好处。这些研究为网格计算的协调和分布这两个核心研究内容提供了大 量的实际经验。 实验期：2 0 世纪9 0 年代中晚期，第一代网格i w a y ( i n f o r m a t i o nw i d e a r e ay e a r ) 项目开始进行基础设施和应用的开发，以及进行学术性研究g l o b u s 、分布式对象系统等 等。 西安理工大学硕士学位论丈 发展期：本世纪以来，出现了大量的网格计算项目，出现了影响很大的组织一全球网 格论坛g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 旧。，通过g g f ，大量的早期研究成果，正在逐步演化 成未来网格标准的基础。同时网格计算也不再仅仅局限于科学研究，工业界与学术界联盟， 正致力于使网格计算在更广泛的领域得到推广和应用。 发展网格被认为是下一代i n t e r n e t 的核心任务之一，它已经成为各国的研究热点， 例如美国有g l o b u s ，l e g i o n ，c o n d o r 旧。、i p g 等，欧洲有c e r n d a t a g r i d ，u n i c o r e ，m o l 等，澳大利亚有n i m r o d g h 。、e c o g r i d 等，日本有n i n f ，b r i c k s 等，中国有国家网格、 上海网格等网格研究项目。 2 0 0 0 年w e bs e r v i c e 标准一经提出，就因其广泛的w e b 工业基础，立刻受到在科研 领域网格研究最成功的g l o b u s 项目关注，结合为开放网格服务体系结构o g s a ( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 标准，并逐步演化重构为网络服务资源框架w s r f ，并于2 0 0 4 年初被提议出来。目前基于其上的研究工作正如火如荼地在全球范围内开展起来。 随着电子商务和b 2 b 应用的发展和需求的加深，企业应用系统要求可以在因特网环境 下进行企业间的信息和应用集成，要求能够依据新的需求，快速、灵活地集成各种已有的 和新增的业务应用系统，并使得它们可以有机地协同提供服务。网格被认为是继 i n t e r n e t 、w e b 之后的第三次浪潮，通俗地说，i n t e r n e t 实现了计算机系统与网络设施的 互联，w e b 实现了网页的互通，使得信息的共享与获取不受时空限制，而网格则试图实现 在全球i n t e r n e t 范围内按需共享和整合各种i t 资源，包括计算资源、数据资源和服务资 源的有效聚合与广泛共享。 服务概念的提出使得服务提供者可以将自己的资源以服务的形式提供给用户，用户可 以在分布的环境下根据自己的需求选择想要使用的服务；同时，通过将不同层次的应用和 资源抽象成统一的形式并提供标准的访问方法，可以简化复杂的软件应用方式，为分布环 境下资源共享与协同工作提供了良好的支持。为此，需要提供一种一体化的描述、管理、 共享服务的机制，w e b 服务( w e bs e r v i c e ) 作为日益广泛使用的国际标准使得人们可以 以统一的方式来描述共享资源，实现应用互操作，它可以满足企业间的应用集成需求，使 得分散于因特网的w e b 服务可以互相调用来协同完成商务活动。将w e b 服务技术引入网格 研究领域，有助于解决网格研究所面临的应用集成、资源共享、系统互操作和标准化等问 题，然而w e b 服务一般面对的都是永久性的服务，在万维网这种比较松散联合的环境中， w e b 服务无疑是可行的。而对于企业间的协同服务，为了对外提供一种服务，要求资源之 间的联系更加紧密，会存在大量的临时性短暂服务，需要利用网格技术对服务交互过程中 的状态资源进行建模，w s r f 的出现，标志着网格计算和企业计算在目标、理念和实现等 方面走向融合，这种融合是实现按需计算模型的发展趋势，从而形成了面向服务的新一代 网格，即服务网格( s e r v i c eg r i d ) 。 服务网格的一个根本特征就是向用户屏蔽实现细节的复杂性，实现按需服务。在服务 网格环境下，网格资源不仅仅是计算、存储与通信资源，还包括更广泛的应用层面的资源， 2 绪论 广义上说，在服务网格中，只要是遵循网格服务( g r i ds e r v i c e s ) u 纠( 或w s r e s o u r c e u 刘) 规范提供接口的任何应用，都可以称作网格资源。 开放网格服务体系结构作为服务网格的虚拟表现层，将异构的服务整合在不同的服务 中，提供给用户。服务中心为其代理的服务提供单一的对外逻辑接口。而主服务中心还可 以将服务的调用请求转发给附属服务中心，构成服务路由的树状结构。服务的调用接口通 过对外发布的w s d l 服务u r i 地址来实现。相同功能的服务注册到统一的接口下。用户只 需提交任务，而不需关心在什么地方提供服务。与传统的服务相比较，用户必须知道提供 服务的所在服务器的地址，才可以建立客户端与服务器之间的一对一的连接关系。而在网 格环境下，授权用户只需提交所需服务的资源属性，通过整体索引服务就可以调用服务， 从而屏蔽了系统的异构性和复杂性。 1 1 2 研究本课题的意义 现代企业在生产运营的各个环节上，逐步采用了计算机。他们所采用的计算环境更多 的是由不同平台组成，而不是固守任何一个平台，而且这些不同的平台可能还是分布在不 同的地点。这样随着时间的推移和技术的进步，形成了一系列的信息孤岛，每个部门或单 位就是一个数据源，每个数据源都是异构的和分布的，因而他们之间的信息和组织都不一 样，这就构成了一个巨大的分布式异构数据环境，这使得资源在大范围内的共享还存在着 很大的困难。网格技术的出现，为我们解决这些问题带来了契机，因为网格技术的核心就 是信息、资源共享。网格可以实现异构环境下网格服务数据的交换整合。开发和使用网格 可以节约资源，把闲置的计算资源并联起来，用来解决一些大规模的运算。网格服务能很 方便地对复杂且关联比较密切的数据进行处理。我们研究基于网格的资源服务开发技术， 可以通过信息技术手段，使得使用者在获取共享资源与服务时更为方便，提高工作效绩； 将各处计算机的多余处理器能力合在一起，减少网络资源的重复建设问题。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 “网格 计算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 、l e g i o n s 、n i m r o d g 、b o n d 、a p p l e s 和c o n d o r 等。 目前，网格的研究已经从美国和欧洲推广到了世界各个大洲，各个国家和地区都投入 了大量的资金进行网格技术研究和网格基础设施建设。英国政府已投资超过1 亿英镑，建 设英国国家网格；美国政府用于网格技术基础研究经费已超过5 亿美元；欧盟也投入巨 资建设欧洲数据网格和欧洲网格；亚洲的中国、日本、泰国、韩国、马来西亚等国也开 西安理工大学硕士学位论文 始了网格研发和建设工作。美国军方目前正在实施“全球信息网格”计划，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经启动了一个将耗资1 6 0 亿美元、 历时8 年的项目，包括系统的研制、建设、维护和升级等多方面的工作。 网格研究始于美国，美国是目前网格研究走在世界最前列的国家。美国的研究最初是 从科研机构开始的，美国的多家研究机构开展了与网格相关的研究工作，开发了c o n d o r ， l e g i o n ，g l o b u s 等比较有影响的软件和工具。 g l o b u s 工具软件已经在世界范围内得到了一定程度的使用。他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。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，他的目标是能够在各种平台上运行。2 0 0 3 年中发布了第三版，2 0 0 4 年初发布了3 2 版，2 0 0 5 年发布了4 0 版本。 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 是威斯康星一麦迪逊大学的研究 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。 美国已经有不少的商业公司加入到网格研究的行列，多家大公司都纷纷宣布各自的网 格战略计划。i b m 和g l o b u s 提出的开放网格服务体系结构正在赢得大家的认可，对未来 的网格研究将产生重大的影响。微软目前正在开发一个名为“b i g t o p 的网格计划，以使 开发人员能够相对快捷的创建一套松散藕合分布式操作系统组件。微软在这一项目中没有 把少数几台高性能系统紧密连接在一起，而是通过松散连接大量性能适中的计算机系统来 达到同样的效果。o r a c l e 将网格技术融入到了其最新版本的数据库中，并将其数据库命 名为o r a c l e1 0 g ，其中的g 就是代表支持网格的意思。 欧洲也是网格研究和建设非常活跃的地区，己经启动了多个网格研究项目，其中的欧 洲网格和数据网格是由多个国家参与的研究项目。 欧洲网格的基本目标是建立一个给用户提供安全、简单、透明访问欧洲范围内信息资 源的平台，为欧洲的科学研究服务。欧洲数据网格( e u r o p e a nd a t a g r i d ) 是欧盟支持的一 个项目，目标是建设提供计算强度大、共享超过1 0 ”b 数据的大规模分布式数据库的下一 4 绪论 代计算基础设施。u n i c o r e 是德国联邦教育和研究部资助的一个项目，它的目的是提供一 套软件，允许用户给远程高性能计算机提交自己的作业，而不需要知道远程机器的操作系 统、数据存储格式、管理策略和过程。 1 2 2 国内研究现状 近年来，网格研究在我国也得到了迅速发展，在网格研究上的投入也连年增长。目前， 正在进行的比较大的网格项目有五个。 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 g r 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c h i n a g r i d 计划是教育部“十五”2 l l 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 6 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。 e - s c i e n c e 网格研究计划是国家基金委员会投资1 5 0 0 万的大型网格项目。该项目建设 以网络为基础的科学活动环境，目标是利用网络技术将地理上位置不同的计算设施、存储 设备、仪器仪表等集成在一起，建立面向网络服务的通用基础支撑环境，实现i n t e r n e t 上计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合和广泛共享，从而建立一个能够实现区域或 全球合作或协作的虚拟科研和实验环境，支持以大规模计算和数据处理为特征的科学活 动。 中国空间信息网格是国家投资2 0 0 0 万建立的又一大型网格项目。空间信息网格 ( s p a t i a li n f o r m a t i o ng r i d ) 是一种汇集和共享地理上分布的海量空间信息资源，对其进 行一体化组织与处理，从而具有按需服务能力的、强大的空间数据管理和信息处理能力的 空间信息基础设施。空间信息网格是一个创新性的体系框架，它为空间信息用户对空间数 据进行信息获取、共享、访问、分析和处理等各种需求提供了实用可行的解决思路和实施 方案。空间信息网格是一个分布的网络化环境，连接空间数据资源、计算资源、存储资源、 处理工具和软件以及用户，能够协同组合各种空间信息资源，完成空间信息的应用与服务。 在这个环境中，用户可以提出多种数据和处理的请求，系统能够联合地理上分布的数据、 计算、网络和处理软件等各种资源，协同完成多个用户的请求，确保来自任何空间信息源 西安理工大学硕士学位论文 的空间信息经过处理能在任何时候发送并服务于在任何地点任何有需求而且有相应权限 的最终用户。 上海信息网格( s h a n g h a i g r i d ) 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。 1 3 课题主要研究内容 本课题主要完成了以下工作： 1 ) 研究了网格、网格的体系结构，网络服务资源框架w s r f 及其规范，g l o b u s 的起源 与演变，g l o b u st o o l k i t4 的资源管理与任务调度等相关理论与技术。 2 ) 基于自行构建的网格试验环境，充分利用实验室的软硬件配置，解决了w i n d o w s 系统下w sc o r e 4 和l i n u x 系统下g l o b u st o o l k i t4 的网格环境的构建及w i n d o w s 和l i n u x 两种操作系统下的异构平台互操作、g s i 认证授权与代理、单点登录与角色映射等一些技 术难点，实现了调用测试网格服务所需的网格服务端客户端环境。 3 ) 研究了基于g l o b u st o o l k i t4 的网格服务的完整实现步骤，对其进行了详细的规 范和整理；研究了g l o b u st o o l k i t4 中网格服务的设计模式，这其中涉及到单资源模式 网格服务和多资源工厂模式网格服务所涵盖的相关技术，以一个多资源工厂模式的数学计 算网格服务为例，实现了网格服务的开发、描述、发布过程、服务器端服务部署、客户端 程序的创建及对服务的调用等。 4 ) 设计了股票报价网格服务应用系统，通过利用i n t r o d u c e 网格服务开发工具进行股 票报价网格服务的开发，实现了单只股票报价网格服务和以多资源工厂模式设计的管理投 资组合包中股票报价的股票组合管理网格服务。 服务调用结果表明，作者设计实现的股票报价网格服务切实可行，具有一定的研究与 应用价值。 1 4 本章小结 本章从网格的发展与研究背景入题，介绍了本课题的意义及课题主要研究内容。为后 续章节的安排和研究打下良好的基础。 6 相关理论和技术 2 相关理论和技术 2 1 网格服务 2 1 1 网格服务概念 网格是把分布的系统异构的计算资源集成为一台能力巨大的超级计算机，提供计算资 源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、设备资源的全面共享。因而， 网格服务就是利用网格为用户服务。网格服务是基于w e b 服务发展起来的技术，它发扬了 w e b 服务的优点，克服了w e b 服务的不足。 w e b 服务刮是微软提出的基于互联网的开发模型，它是在i n t e r n e t 上进行分布式计 算的基本构造块。w e b 服务是对象组件技术在i n t e r n e t 中的延伸，是封装成单个实体并 发布到网络上以供其它程序使用的功能集合。在w e b 服务的体系中，应用系统被分割为高 内聚、低耦合的单个的服务，可以分散于w e b 的各个地方，通过互相调用以协同完成业务 活动。w e b 服务建立在现有的和新兴的h t t p 、x m l u 训标准之上。w e b 服务技术，如u d d i u 训 w s d l 。，s o a p 都是用于描述、发布、发现和调用w e b 服务的基础标准。 w e b 服务具有以下功能： 1 ) 服务请求。使用s o a p 协议指出如何格式化请求信息，服务器如何格式化请求响应； 2 ) 服务描述。w e b 服务可以非常详细地说明其接口，这使用户能够创建客户端应用程 序与它们进行通信。这种说明通常包含在称为w e b 服务说明语言( w s d l ) 文档的x m l 文档中， 一旦用户定位了w e b 服务，用户就可以请求它进行自身描述( 告诉用户它支持什么操作， 如何请求它) ，并且产生存根程序。 3 ) 服务发现。w e b 服务经过注册，使潜在用户能够轻易地找到这些服务，这是通过统 一发现、描述和集成( u d d i ) 来完成的。 4 ) 传输。所有的信息必须在客户端与服务器端传输。h t t p 是体系结构所选用的传输 协议。 w e b 服务解决了服务的发布、服务的查找以及服务的绑定。 w e b 服务一般是没有状态的，具有“无状态 和“非暂时”的特点，“无状态”是指 w e b 服务记不住客户一连串请求中某一个请求完成了什么工作，也不能将上一次请求的结 果作为参数传递给下一次请求。也就是说：它对关联比较密切的数据处理起来不太方便。 “非暂时”是指w e b 服务的生命周期比所有请求服务的客户长，也就是说：当一个客户完 成请求w e b 服务后，所有记录的w e b 服务的信息可能会被下一个客户访问，很不安全。另 7 西安理工大学硕士学位论文 外，由于它是采用一台服务器对应若干用户的模式，没有发挥群机的作用，网络资源没有 得到充分利用。 随着网格计算的出现和网格技术的成熟应用，众多的客户端和服务器的计算资源可以 被网格整合起来，以实现资源共享u “。网格服务是在实际应用中对大规模资源共享的需要 下产生的，它与传统的w e b 服务有明显的差别，同时也是w e b 服务发展的趋势。w e b 服务 是无状态的实体，对无状态w e b 服务和有状态的资源来说，它们之间的关系是w e b s e r v i c e s + r e s o u r c e = w s - r e s o u r c e 。w s r e s o u r c e 的管理是由w s r f 框架中包含的一系 列处理细节的5 个标准化的规范来管理的。 网格服务是w e b 服务的扩展。它更加强调了服务的生命周期、事务性，引入了服 务资源实例、服务数据的概念，使得服务的动念演化不仅涉及服务之间的动态组合，还涉 及服务自身的资源实例生成、挂起、继续、销毁以及更换等动态演化特性。 网格服务是一种特殊的w e b 服务，提供一组定义完善的接口并且遵守特定的约定。 网格服务的接口解决了查找、动态服务资源实例创建、生命周期管理、通知和易管理性等 问题；网格服务的约定解决了命名问题及升级问题。这种网格服务可以部署在不同的托管 环境，甚至不同的操作系统中。 2 1 2 网格服务语言 a 网格服务基石x m l 可扩展标记语言( x m l ) 作为一种新的i n t e r n e t 上的数据交换标准，其设计的主要目的 是用来弥补h t m l 作为网络标准语言的不足。x m l 和h t m l 有着本质的不同，它并非象h t m l 那样，提供了一组事先已经定义好了的标签，而是提供了一个标准，利用这个标准，可以 根据实际需要定义自己新的置标语言，并为这个置标语言规定它特有的一套标签。准确的 说，x m l 是一种源置标语言，它允许根据它所提供的规则，制定各种各样的置标语言。这 也正是x m l 语言制定之初的目标所在。x m l 提供了对于内容和结构的说明，使得存储、查 询、管理x m l 文档相对而言更容易。总之，x m l 使用一个简单而又灵活的标准格式，为基 于w e b 的应用提供了一个描述数据和交换数据的有效手段。h t m l 描述了显示全球数据的 通用方法，而x m l 直接描述处理全球数据的通用方法。x m l 是自描述性的，这个特性允许 差异性的存在，计算机可以在没有人为干涉的情况下，理解数据的含义，即具有机器可识 别性。x m l 采用分层结构，具有良好的可扩展性，同一个x m l 文档支持多种不同的表现形 式，它把数据内容和它们的表现形式分离开来，这样既可以只关心数据的逻辑结构，也可 以定义自己的个人样式表来显示各种不同的x m l 数据。x m l 不但简单易读，而目可以标注 各种文字、图像甚至二进制文件，只要有x m l 处理工具，就可以轻松地读取并利用这些数 据，使得x m l 成为一种非常理想的网际语言。 b 网格服务消息模式 相关理论和技术 使用x m l 来描述信息，使得各种应用在数据层上获得了开放集成的能力。然而从技术 的角度来看，这仅仅完成了应用领域最低层次的集成，集成的双方必须就数据之外的系统 细节达成一致，必须了解对方的接收方式、使用的网络协议、提供的访问接口以及安全性 要求等。 正是为了在数据层之上能够以一种开放的、自说明的、统一的方式进行集成和交互， i b m ，m i c r o s o f t ，d e v e l o p m e n t o r 等公司协作制定了s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s s p r o t o c 0 1 ) 规范。s o a p 是在x m l 基础上定义的，完全继承了x m l 的开放性和描述可扩 展性，它使用现有基于t c p i p 的应用层协议h t t p 、s m t p 、p o p 3 等，可以获得与现有的 网络通信协议最大程度的兼容。s o a p 的消息路径机制和可扩充的h e a d e r 、b o d y 又为分 布式计算提供了很好的支持“。 s o a p 为在一个松散的、分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化和类型化的信息提 供了一个简单且轻量级的机制。s o a p 本身并不定义任何应用语义，如编程模型或特定语 义实现，它只是定义了一种简单的规则，通过一个模块化的包装模型，和对模块中特定格 式数据的重编码机制来表示语义。s o a p 的这项特性使得它可以被很多类型的系统用于从 消息系统到r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 的延伸。 s o a p 由四个部分组成：s o a pe n v e l o p e 定义了一个整体的表示框架；s o a pe n c o d i n g r u l e s 定义了数据的编码规则；s o a pr p cr e p r e s e n t a t i o n 定义了一个用于表示远端过程 调用和响应的约定；s o a pb i n d i n g 定义了一个使用底层传输协议来完成在节点间交换s o a p 信封的约定。在s o a p 规范中还定义了两种s o a pb i n d i n g ，用于描述s o a p 消息如何通过 带扩展框架的h t t p 消息进行传输，或者是通过不带扩展框架的h t t p 消息进行传输。 s o a p 的主要设计目标是简明性和可扩展性。简明性主要表现在整个s o a p 规范定义 的消息结构非常简单( 一个e n v e l o p e 包含了两个组成部分：h e a d e r 和b o d y ) ，没有定义自 己的编码格式，也没有定义自己的传输协议。可扩展性则主要表现在s o a p 可以使用任意 的模式定义方式来定义内部传输内容的结构( 编码方式一般使用x m ls c h e m a ) ，可以与任 意的网络传输协议绑定使用完成传输。本文中所有的消息传递，都采用与h t t p 绑定的s o a p 消息传输机制。 c 网格服务描述 w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 是一种x m la p p l i c a t i o n ，它将w e b 服 务描述定义为一组服务访问点，客户端可以通过这些服务访问点对包含面向文档信息或面 向过程调用的服务进行访问。w s d l 首先对访问的操作和访问时使用的请求响应消息进行 抽象描述，然后将其绑定到具体的传输协议和消息格式上，最终定义具体部署的服务访问 点。相关的服务访问点通过组合就成为抽象的虚拟网格服务。对操作和消息的描述是抽象 性的，并在定义端点时，将消息和操作绑定到具体的网络协议和消息格式上。相关的具体 的端点集构成抽象的端点集( 服务) 。w s d l 是可扩展的，它允许对端点和端点间的消息进 行描述，同时不去考虑具体的消息格式或者双方用于通讯的网络协议。 9 西安5 7 - 大学硕士学位论文 一个可以使用的网格