（计算机软件与理论专业论文）基于移动agent的网格计算关键技术研究.pdf

南京邮电举院硕上研究生学位论文摘要 摘要 网格计算( g f i dc o m p u t i n g ) 是个分布式和并行计算的支持平台，是一种无 缝、集藏计算帮蛰弱繇境。它爵缓佟隽痘拯静熬零謇瑟捷瑶在遮理主分教翁誊 箕资 源，如高速互连的异构计算机、数据库、科学仪器、文件和趣级计算系统等。基 于i n t e m e t 的网格计髀系统不但能使人们聚集分敞的计算能力、形成超级计算的 麓力，辫凌诸如霪羧核溪主睾、瑟药醣麓、气象鞭缀帮强凌等黧大辩学磷究酾疆术 应用领域的问题，而且还能使人们菇享和充分利用网络中的备种资源。 作为计算机网络与人工智能发展蛇必然结暴，移动代理按术是一种全新的分 布式计舞模式。帮传统豹计算穰式相毙，它翼露减少阚络流爨、服务动态定裁、 便于负裁均衡和容错、便于进行分布式开发、适合实时处理等特点。移动代理的 这些优秀特性使得它在电子商务、镪熊网、网络管理、智能僚息检索、移动计算 等领域有羞广泛静瘦照前景。 本论文根据网格计算自身的特点和研究现状，并结台移动代理自身对于解决 网格计然关键技术的优势，研究了网格计算中豹穆动代理技术；同时提出了基于 移动代壤的网捂诗冀体系结构、基予移动代理豹网格计算资源管理策略和旗予虚 拟组织的网格计算资源管理优化策略。 投攥传统分毒式传妊管理懿髑蔽积网撂计黪环境下俸效管理其毒鲍耨豹特 征，研究了基于移动代理的网格计算的作业管理问题。对于任何实用的平台来说， 安全问题无疑也是不容忽视的课题之一，本文总结了传统的网格计算安全问题并 提出了凡葶孛基于移动饯理瞧安全繁旗。 在对网格计算关键问题研究的基础上，本文作者实际开发了相应的基于移动 代理的网格计算实验系统，并通过实例验证和仿真，取得了预期的效果。 关键词：移动代理，虚瓠组织，湖格计算，较边界 堕塞! ! ! ! ! 生兰堕堡! ：竺塞生兰竺丝兰 ! ! ! 翌! ! 型 a b s t r a c t or dc o m p u t l n ga sad i s t r | b u l e dp l a t f o r mi sa ni n t e g r a t e da n dac o o r p a r a t l o ne n v l r o n m e n t 1 t c a nu s ea l lk i n d so fc o m p u t i n gr e s o u r c ea sav jr t u a ib o dy s u c ha sc o m p u t e d a t a b a s e ，s c i e n c e j n s t r u m e n t ，n i e sa n ds u p e rc o m p u i i n gs y s t e me t c t h eg r i dc o m p u “n gs y s t e mb a s e do ni n t e r n e t c a nn o to n i yn t e g r a t et h ed j s t b u t e dc o m p u t i n ga b i l i t y i n f o r ms u p e rc o m p u t i n gc a p a c i t y b u ta l s o k e p pp e o p i ef u i l yu s i n ga l lk o n d so fr e s o u r c ei nt h eg r i de n v i r o n m e n t a st h ee s s e n t i a r e s u l to ft h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r ka n da n 讯c i a ii n t e l l i g e n c e 、 m o b i i ea g e n tt e c h n o i o g yi san o v e ld i s t r b u l e dc o m pu t l n gn l e i h o d c o m p a r e dt ot h ec o n v e n t j o n a i t e c h n o l o g i e s ， i th a sm a a d v a n t a g e s ，s u c ha s a 1 1 e v i a i i o no fn e t w o r kb a n d w i d t h ，d y n a m j c c u s t o m z a t i o n0 fs e r v i c e ，l o a de q u j i i b u m ，e r r o rt o l e r a n c e ，c o n v e n i e n c ef o rd i s tr i b u t e dc o m p u t i n g a n da d a p t a t i o nt or e a m ep r o c e s s i n g o w i n gt ot h e s ea d v a n t a g e s ，m o b i i ea g e n tt e c h n o l o g yh a sa w i d e a p p i j c a t i o np m s p e c t i nt h ed o m a i no fe c o m m e r c e ， i n i e g e n tn e t w o r k ， n e t w o r k m a n a g e m e n t ，l n f o r m a t i o ns e a r c h i n ga n ds oo n t h ；sp a p e ra n a i y s l sm o b i i ea g e n l l e c h n o i o g yi ng r i dc o m p u i i n ga c c o r d j n gt h ec h a r a c t e ra n d r e s e a r c hp o s i t i o no fgr i dc o m p u t i n ga n dc o m b i n i n gi h em o b j i ea g e n tc h a r a c t e rt od e s o 】v eg d c o m p u t i n gp r o b l e m t h i sp a p e ra j s os u p p o r t st h ef o l i o w ；“gs t r a t e g y ：i h eg dc o m p u t i “gs c r u c i l l r e b a s e do nm o b j l ea g e n t ；t h er e s o u r c em a n a g e m e n ts t r a t e g yo fg n dc o m p u t i “gb a s e do nm o b l l e a g e n ta n ds oo n b a s e do nt h ef a lu o ft r a d i t l o n a ld i s tr i b u t e dt a s km a n a g e m e n ta n dl h en e wc h a r a c t e ro ft a s k m a n a g e m e n t l ng r i dc o m p u t j n ge n v i r o n m e n t ，i ts i u d i e st h et a s km a n a g ep r o b i e mo nm o b i 】ea g e n t k e yw o r d s ：m o b mc o n l p u t j “g ；m o b i l ed a t a b a s e ：a g e n t ：m o b i i e 。b u s i n e s s 南京邮电学院 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学计算机软件与理论 研究方向：计算机软件在通信中的应用 作 者：旦堕级研究生韩光法指导教师王遨篮 题目：基于移动a g e n t 的网格计算关键技术研究 英文题目： r e s e a r c ho ng r i dc o m p u t i n gb a s e do nm o b i l ea g e n t 主题词：移动代理虚拟组织网格计算软边界 k e y w o r d s ：m o b i l ea g e n tv i r t u a l0 r g a n i z a t i o ng r i dc o m p u t i n g s o f tr e g i o n 课题来源： 1 江苏省自然科学基金项目“基于安全移动代理网 格计算关键技术的研究”( 编号b k 2 0 0 3 1 0 5 ) 南京邮电学院硕士研究生学位论文 缩略词 缩略词 缩略词英文全称译文 v ov i m i a lo r g a n i z a t i o n 虚拟组织 m am o b i i ea g e n t 移动代理 m a pm o b i l ea g c n tp l a t f j 爪l 移动代理平台 a s a u t o n o m o u ss y s t e m 自治系统 p 2 p p e e r t op e e r 对等计算 g g g g r e a tg 1 0 b a l g r i d 巨大全球网格 g n g a t e w a y n o d e 网关结点 e ne n t r a n c en o d e 入口结点 r nr e s o u r c en o d e 资源结点 l cl o c a lc e n t e r 本地调度中心 r cr e m o t ec e n t e r 远程调度中心 r g nr e m o t eg a t e w a yn o d e 远程网关结点 c cc r o s sc e r t i f i c a t e 交叉证书 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开放网络服务体系结构 w s r f w e bs e i c er e s o u r c ef r a m e w o r k w e b 服务资源框架 v 南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明所里交的学饶论文是我个人在导师指导下进符的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文巾特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包禽其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我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。 研究生签名：日期： 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊髓) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登 授权 南京郎电学院研究垒部办瑾。 研究生签名；导师签名：日期： 南京邮电学院硕士研究生学位论文 引言 弓l 言 谦题鸷凝： 弼嵇计算作为一个新兴靛技术以其独特豹傀势褥羁了各个国家i t 人员的极 大重视。由于网格计算技术可以集中异构的网络资源，形成趱强的计算能力和解 决问题的自l 力，因此它为处理海璧侄务提供了一个较为理想的平台。但是出于网 格诗算蠢身在安全、强务管理、瓷源管理等各个方西还存在整诸多涵待解决静闯 题。对于这些关键技术问题，各个国家正在投入人力、物力谶行研究。 由于移动代理自囊的特点，使搿它在解决嘲格诗算关键蝴题的研究中具有独 特静稳势。如安全管穗、资源匏发现与占瘸、侔泣调度等。瀚诧，把移动代理技 术引入对网格计算关键技术的研究，将大大提升网格计算技术的提升速度弗提高 网格计冀的性能。 谦蘧来滁及本久i 佟； 本文所涉及的课蹶主要来源于国家自然科学基金项目，颈目名称为“移动代 理安全枫镥关键技术的研究”( 项霹编号6 0 1 7 3 0 3 7 ) 。 本入所傲的工佟w 陈述如下：( ) 提密了“褥出了基予移动代理静阐楱计算 体系结构和安全构架；( 2 ) 提出了撼于移动代理的作业管理策略；( 3 ) 提出了基 于移动代理的资源管理方法；( 4 ) 将移动代理秘纛擞组织有效地结合起来，提出 了网格计算中资源管理的优纯策略。( 5 ) 撮据磺究成果，建立了基于移动代理酌 网格计算原型系统，对各个关键技术指标进行了测试，取得了良好的效果。 零文缓织： 全文共分五个章节，内容组织如下： 本文第一章首先弓i 入网格计算的定义，对网格计算的重鼹性进行了陈述，研 究了网格计算的发黢状况。同时对鲻格计算的磷究现状和嬲横计算蟊临的技术闯 题进孝子了论述； 第二章介绍了网格计算中的移动代理技术。对移动代理的研究发展、移动代 理闻的裰互透信和掰裕诗算中移动代理的具体实现进行了论述。同时研究了在网 格计算中引入移动代璨的优势； 第三章介绍了基于移动代理的网格计算体系结构。本部分对传统的网格计算 南京邮电学院硕士研究生学位论文 引言 体系结构进行了论述，如五层协议结构、o g s a 、w s r f 等；同时，本部分详细 研究了基于移动代理的网格计算体系结构，并说明了采用这种结构的重要性； 第四章对网格计算计算管理进行了论述，通过对传统资源管理模式分析，提 出了传统资源管理模式的不足：提出了基于移动代理的资源管理模式和管理流 程。同时提出了网格计算的资源管理优化策略： 第五章研究了基于移动代理的作业管理，其中对网格作业的提交与发布、基 于移动代理的作业调度、网格进程间的通信进行了研究； 第六章研究了基于移动代理的网格安全策略，如网格安全模型、网格环境中 p k i 管理策略、基于虚拟组织的认证策略、访问控制策略等。 第七章论述了针对研究成果创建的原型系统，通过原型系统的运行，对研究 内容进行验证； 最后，总结了本文所作的工作，并对该课题进一步研究的重点方向道贺网格 计算的发展方向进行了展望。 南京邮电学院硕卜研究生学位论文第一章概论 第一章概述 随着超级计算机的不断发展，它已经成为复杂科学计算领域的主宰。但以超 级计算机为中心的计算模式存在明显的不足，而且目前正在经受挑战。超级计算 机虽然是一台处理能力强大的“巨无霸”，但它造价极高，通常只有一些国家级 的部门，如航天、气象等部门才甫能力配置这样的设备。而随着人们日常工作遇 到的商业计算越来越复杂，人们越来越需要数据处理能力更强大的计算机，而超 级计算机的价格显然阻止了它进入普通人的工作领域。于是，人们开始寻找一种 造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们找到了答案g r i d c o m p u t i n g ( 网格计算) 吲。 1 1 网格计算概述 网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，专门针对复杂科学计算的 新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成 一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而 整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网 格计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能 力超强；另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。简单地讲，网格是把整个网 络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。 1 1 - l 网格计算的定义 网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) 是一个分布式和并行计算的支持平台，是一种无 缝、集成计算和协同环境。它可以作为虚拟的整体而使用在地理上分散的计算资 源，如高速互连的异构计算机、数据库、科学仪器、文件和超级计算系统等。基 于i n t e m e t 的网格计算系统不但能使人们聚集分散的计算能力、形成超级计算的 能力，解决诸如虚拟核爆炸、新药研制、气象预报和环境等重大科学研究和技术 应用领域的问题，而且还能使人们共享和充分利用网络中的各种资源。 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第一章概论 它是把地理上分散的资源集成起来的一种基础设施，通过这种基础设施，用 户不需要了解这个基础设旖上资源的具体细节就可以使用自己需要的资源。分布 式资源和通信网络是网格计算的物理基础，网格上的资源包括计算机、集群、计 算机池、仪器、设备、传感器、存储设备、数据、软件等实体。另外，这些实体 工作时需要的相关软件和数据也属于网格计算资源。网格计算是基于网格之上的 应用，因此，明确网格的概念就等于明确网格计算的定义。 i a nf o s t e r 曾在1 9 9 8 年出版的网格：2 1 世纪信息技术基础设施的蓝图 一书中这样描述网格：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，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，让人们透明地使用计算、存储等 其他资源。”2 0 0 0 年，i a nf o s t e r 在网格的剖析这篇论文中把网格进一步描 述为“在动态变化的多个虚拟机构间共享资源和协同解决问题。”至此，人们仍 然就什么是网格而争论不休。2 0 0 2 年7 月，i a nf o s t e r 在什么是网格? 判断 是否网格的三个标准一文中，限定网格必须同时满足三个条件：( 1 ) 在非集中 控制的环境中协同使用资源；( 2 ) 使用标准的、开放的和通用的协议和接口( i a l l f o s t e r 认为目前只有g l o b u s 才算得上标准协议) ；( 3 ) 提供非平凡的服务。这三 个条件非常严格，象p 2 p 、s u ng r i de n g i n e 、c o n d o r 、e n t r o p i a 、m u l t i c l u s t e r 等 都被排除在网格之外。至此，i a nf o s t e r 已经把网格概念描绘比较清楚了。但并 不是所有人都同意他的观点，例如，有许多人赞同广义的网格概念，它称作巨大 全球网格g g g ( g r e a tg 1 0 b a l g r i d ) ，它不仅包括计算网格、数据网格、信息网格、 知识网格、商业网格，还包括一些已有的网络计算模式，例如对等计算p 2 p ( p e e r t op e e r ) 、寄生计算等。可以这样认为，l a nf o s t e r 赞成狭义的“网格观”，而g g g 是一种广义的“网格观”【2 。 不管是狭义还是广义的网格，其目的不外乎是要利用互联网把分散在不同地 理位置的电脑组织成一台“虚拟的超级计算机”，实现计算资源、存储资源、数 据资源、信息资源、软件资源、存储资源、通信资源、知识资源、专家资源等的 全面共享。其中每一台参与的计算机就是一个节点，就像摆放在围棋棋盘上的棋 子一样，而棋盘上纵横交错的线条对应于现实世界的网络，所以整个系统就叫做 “网格”了。在网格上做计算，就像下围棋一样。不是单个棋子完成的，而是所 4 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第一章概论 有棋子互相配合形成合力完成的。传统互联网实现了计算机硬件的连通，w 曲实 现了网页的连通，而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通。 清华大学李三立院士将网格与信息高速公路作了比较，他说：“将先进计算 基础设施( 网格) 与信息高速公路相比较，可以说，信息高速公路是信息传输和 获取的信息基础设施；而先进计算基础设掩则是信息处理的信息基础设施。虽然， 国内外都有不断把信息高速公路扩充频带宽度、改进路由器性能的计划；但是， 国外科学家认为：真正的下一代信息基础设施是先进计算基础设施。它将使以计 算机为主体的信息处理发生根本性的变化。” 中科院计算所李国杰院士认为：“网格不同于国外正在搞的i n t e r n e t2 或下 一代i n t e m e t ( n g l ) ，网格可以称作是第三代i n t e m e t ，其主要特点是不仅仅包括 计算机和网页，而且包括各种信息资源，例如数据库、软件以及各种信息获取设 备等，它们都连接成一个整体，整个网络如同一台巨大无比的计算机，向每个用 户提供一体化的服务。” 1 1 2 网格计算的重要性 计算机的使用情况和人们对计算能力的需求表明：一方面，有大量的计算机 资源处于空闲状态，没有被有效利用；另一方面，又有不少的应用问题由于没有 足够的计算资源可供使用而无法求解。人们在这方面的努力的结果产生了并行计 算技术、集群技术、分布式计算技术等，但是这些技术都只能帮助人们使用一定 范围的计算资源，这个一定范围通常就是一个管理域的范围。利用这些技术所能 共享的资源有限，聚合的整体力量也不够强。 而网格不但可以把现有资源集成起来，还可以提供各种有效的管理机制支持 我们对广域资源的共享。同时，网格计算环境还可以提供统一的网格资源接入接 口，以扩放网格计算资源。 网格计算环境就是将网上分布式的计算资源整合在一起而构成的一种大型 虚拟计算系统，分散在网络各处的物理服务器、工作站和存储资源，通过网格中 间件，呈现在使用者面前的是结构有序的虚拟服务器、存储和其他设备。通过网 格计算模型我们可以最大限度的利用现有资源、实现协作和虚拟化组织、提高可 用性、工作效率和灵活性；帮助降低总体拥有成本。虽然目前网格计算技术存在 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第一章概论 几个难点，比如共享带来的安全性问题，使用分布式的资源带来的数据完整性问 题等。但是这些问题正在被网格计算的研究者( 如包括i b m 公司) 解决。 因此我们坚信，由于网格的优越性，尽管现在还不是必需品，但全面的网格 化是网络的未来。 1 1 3 网格计算的发展 从美国、日本及欧洲的发达国家到印度这样的发展中国家都启动了大型网格 研究计划，并得到了产业界的大力支持。网格的发展到目前为止基本上可以划分 为以下几个阶段：一是萌芽阶段：在上个世纪9 0 年代初期，主要是千兆网的测 试床以及一些元计算的实施。二是早期实验阶段：在上个世纪9 0 年代中期到晚 期，如1 w a y 项目，还包括一些学术性的软件项目，例如g l o b u s 、l e g i o n 等。 三是飞速发展阶段：2 0 0 2 年以来，出现了大量的应用社团和项目，主要基础市 话的开发和使用，工业界对网格计算的兴趣在增长，例如i b m 、p l a t f o r m 、 m i c r o s o f t 、s u n 、c o m p a q 等重要的公司。同时也出现了一比较显著的技术基础， 如g l o b u st 0 0 l k i t ，形成了具有相当规模和世界影响的全球网格论坛g g f ( g l o b a l g r i af o r u m ) 组织吐 目前，i b m 是网格系统和服务方面的领先供应商，已经为很多科技团体、 政府机构、商业化用户的网格系统提供了产品和服务，其中包括英国国家网格、 荷兰国家各、北卡州的生物网格等等。美国太阳微系统公司2 0 0 2 年发布了“网 格引擎”企业版的测试版。h p 公司也提出了u t i l i t yc o m p u t i n g 计划和u t i l i t yd a t a c e n t e r 产品。o r a c l e 公司2 0 0 2 年1 1 月推出面向网格的基于g l o b u s 的数据库应 用工具。2 0 0 8 年北京奥运会的计算机信息处理系统将应用网格，i b m 、o r a c l e 、 s u n 、n p 都已推出了一系列可应用网格的产品。日本文部科学省2 0 0 3 年5 月决 定投资7 0 0 亿开元开发超大型网格计算机，它出现在世界上运算速度最快的计算 机还快近1 0 倍，将达每秒3 0 0 万亿次。 我国“十五”8 6 3 计划的高性能计算专项和软件专项等重大科研项目都与网 格技术相关。目前，我国已开展了“国家高性能计算环境”和“先进计算基础设 施北京上海试点工程”两个项目，对网格计算进行研究。中科院计算所正在进行 的“织女星计划”( v e g a 计划) 正是以元数据、构件框架、智能体、网格公共信 6 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第一辩概论 息协议和网格计算协议为主要突破点对网格计算进行的研究。 1 2 目前网格计算研究现状 露懿，网格的研究主要在美强秘欧洲。英黉政府已投瓷1 亿英镑，雳寒职制 “英国国家网格( u kn a t i o n a lg r i d ) ”。美国政府用于网格技术基础研究经赞则 已达5 亿茨元。美国攀方正规划实施一个宏大的网格计划，叫“全球信息网格 ( g l o b a ll n f o r h l a t i o ng “d ) ”，礞诗在2 0 2 0 年宠成。作为这个诗划豹一部分， 美国海军和海军陆战队已启动了一个耗资1 6 0 亿美元历时8 年豹项磊，包括系统 的研制、建设、维护和升级。 随饕网格研究磊学术赛的鸯鞋速，信息产业器的大公司也磺继公毒了与阏辏匿 标一致的研究开发计划。惠普、i b m 、微软、s u n 等公司最邋取得共识，支持 x m l 、s o a p 、u d d i 等万维网标准，从而更有利于开发新一代的网络应用，即 万维网暇务。其目的怒垮因特网上的资源和信息汇聚在一起，缀合成企业翔消费 者所需癸的服务。惑蟹推出了e s p e a k 万维网服务平台；i b m 翔它的w 曲s p h e r e 平台和一系列中间件窳现万维网服务；微软的路线是通过其n e t 计划和c 聿# 语言 实现万缎网骚务；s u n 贝通过o p e nn e t w o r ke n v i 掷黼l e 难( s 蚴0 n e ) 诗划蕊j 8 v a 平台来实现它。另外，i b m 最近宣布，将投资4 0 亿美元，窟渤个全公司的“溺 格计算创新计划”；s u n 则在2 0 0 0 年9 月公布了葳网格引擎软件。 国际上斡网格研究主要采建开赦源码、公野会终的模式。全球网揍论坛 ( g l o b a i g “df o m m ) 是目前主要的合作组织，疆前t e 较有彰响的研究计划有 g l o b u s 、【e g i o n 、i n f - o t l l l a f i o n p o w e rg r i d 、e u m g r i d 、d i s t r i b u l e d1 e r a s c a l ef a c i l i t y 等。 在我国。已经完成的网格研究项目主要有清华大学的先进计算基础设施 a c i ( a d v a n c e d c o m p u t a t i o n a | l n f r a s t r u c t u r e ) 和以中科院计算为主的国家高性能计 拿差j 虿境n p c e ( n a l l o 髓a l l g hp e f 凡l 翦l a n c ec o m p u t i n ge n v i i o n m e n | ) 。 在清华a c l 系统中，清华大学研制的高饿熊计算机“t l n p s c 2 ”与上海 大学研制的高性能计算机“自强2 0 0 0 ”通过高遽网络连接在一起，此外述恣接 了4 个废用缍点。这6 个建理侵爨不同茨网捺零点霹娃同时露开题终会议。除 此之外，还开发了稻j 毂的中间件，w 以构成跨地鹾、跨学科的“虚拟实验黧”研 南京部电学院硕士研究生学位论文第一章概论 究环境。清华a c i 系统具有一套健全的资源管理系统、任务管理系统、用户管 理系绞及安全黢务与羧控系统。瀵绎a e l 系缝予2 0 0 1 年6 嚣逶过了篓怒。 从1 9 9 9 年底到2 0 0 1 年初，中科院计算所联合十几家科研单位，承担了8 6 3 重点项圈“国家高性能计算环境”的研发任务。该项目的目标是建立一个分布式 繇壤下支持募掏乎台麴诗算弼掺示范系统，它织我国翡g 个藤性能诗冀中心逶 过i n t e m e t 连接起来，进行统一的资源管理、倍息管理和用户管理，并在此摹础 上开发了多个计算型的网格应用系统，取得了一系列研究成果。 2 0 0 2 年4 月5 嚣至6 嚣，季萼技嫠召开了“霸楱魏珞袋诲会”，确认褥瓣格 的研究和应用列为“8 6 3 计划”的一个专项，随即成立了专项专家组。8 6 3 网格 专项投资高达3 个亿，主要任务怒研制面向嘲格的万亿次级高性能计算机、具 奏数万能次聚合计舞貉力鹣裹毪戆计算强境；开发爨毫鑫主知谖产投戆潮貉较 件 建设科学研究、经济建设、社会发展和国黼建设急需的黛要应用网格；制定 若干与网格相关的国家标准，参与制定国际标凇，使一批发明专利和软件获得受 理霸登记，形残自皇懿谖产投。 2 0 0 2 年底，上海市宣布将投入两个多亿，建设e i n s t i t u t e ，其中网格怒重点， 将把上海交大、复旦、华东理工等多所重点高校用网格整合起来，共享资源，协 司教学荤淳磅。涛华大掌教援、上海大学诗冀辍学院浣长李三立陵整经溺袼主题 的首席科学家。另据消息，教育部也将对网格研究进行大力支持。早在2 0 0 0 年， 教育部就支持李三立院士进行先避计算基础设旅a c l 北京上海试点工程，取得 除段瞧簸暴。据谎，教骞嫠幕望秀掰重熹裹校糯袁手亿次级剿静毫经2 计算辊， 以提高科研水平。在遽个基础上，建设一个覆藏全国主要高校的网格是水别渠成 的事。 嚣游聂在进行瓣耀擦毛舞突王鬟瓣蠢【2 0 】： 8 6 3 计划支持的“中国网格( c h i n a ( 川d ) ”建设，有多家单位参加。 “上海教育科研网格”，多所上海的大学参加。 “谤寞嚣珞”豹骚究，滋靛天二获释瀵华太学共竭歼震。 “织女星网格”，由中科院计算所领衔开发。 另外，全国还有几十所大学和研究机构已经开展各种网格研究。 8 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第一章溉论 1 3 网格计算面临的技术问题 1 、网格结点 网格结点就是网格计算资源的提供者，它包括高端服务器、集群系统、m p p 系统大型存储设备、数据库等。这些资源在地理位置上是分布的，系统具有异构 特性。 2 、宽带网络系统 宽带网络系统是在网格计算环境中，提供高性能通信的必要手段。通信能力 的好坏对网格计算提供的性能影响甚大，要做到计算能力“即连即用”必须要高质 量的宽带网络系统支持。用户要获得延迟小、可靠的通信服务也离不开高速的网 络。 3 、资源管理和任务调度工具 计算资源管理工具要解决资源的描述、组织和管理等关键问题。任务调度工 具其作用是根据当前系统的负载情况，对系统内的任务进行动态调度，提高系统 的运行效率。它们属于网格计算的中间件。 4 、监测工具 高性能计算系统的峰值速度可达百万亿次秒。但是实际的运算速度往往与 峰值速度有很大的距离，其主要原因在于高性能并行计算机的并行程序与传统的 串行程序有很大差异。而高性能计算应用领域的专家对编程技术并不擅长，很难 充分利用各种计算资源。如何帮助使用人员充分利用网格计算中的资源，这就要 靠性能分析和监测工具。这对监视系统资源和运行情况十分重要。 5 、应用层的可视化工具 网格计算的主要领域是科学计算，它往往伴随着海量的数据，面对浩如烟海 的数据想通过人工分析得出正确的判断十分困难。如果把计算结果转换成直观的 图形信息，就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难，这就要研究能在网格计算中 传输和读取的可视化工具。并提供友好的用户界面。 6 、为了促进网格计算的广泛应用，实现让用户随心所欲地共享嚼格计算中 的各种资源，还必须解决以下问题： 要解决目前互联网的数据传输能力不足的问题 要进一步解决人机通信的问题； 9 南京邮电学院硕1 ：研究生学位论文第一章概论 要解决网格上资源共享中的知识产权问题 要保障网格计算的安全性。 0 南京邮电学院硕士研究生学位论文第二章州格牢的移动代理技术 第二章阙格中的移动代理技术 2 。l 移动代理技术的概述 2 1 1 移动代理的基本概念 8 譬。n t ( 我理或管簸戎毽) 蔻攥模数天类行为与关系、其蠢一定智簸并缝够 自主运行和提供相应服务的程序。与其他软件寰体比较( 如0 b j e c t 对象、 c o m p o n e n t 构件) 相比，a g e m 的粒度( 指实体大小) 更大、智能化程度更离。广 义上它怒摸吴寿餐熊豹任餐实锩，辍绣久粪、餐褒待( 努撬器人、餐笺嵌入式 设备和计算机等) 和黼能软件。它的典型的定义为a g e n t 是驻瞬于环境中的实体， 它可以解释从环境中获得的、反映环境中所发生事件的数据，并执行对环境产生 影嚷懿行为吲。a g e 燃羧番薅是一耱在舔凌中爨存豹实俸，它篾可疆是襞释( 如 机器入) ，也可以是软件。 随赭网络的发展，特别是信息搜索、分布式计算以及电予商务的蓬勃发展， 久翻不滚跫手仅仅在零遣诗算援上我翻顼震熬激务，瑟莠望穗整个溺终蔻溺痰我 到最佳的服务，希望将整个网络虚拟成为一个熬体，使a g e n t 在整个网络中自由 的移动，这便产生了移动a g e n t 。移动a g e n t 的提出，进一步扩展了a g e n t 处理 戆魂笈。 移动a g e n t 最初怒g e n e m lm a g i c 为了商业应用而提出的并且第一个艇现了 它，由于移动a g e n t 鼹刚刚提出不久的概念，因此对它的定义还没有个统一标 雄。 移动a g e n t ，简单的说就是具谢移动性的智能a g e n t 。它指的是能够囱行决 定在网络的各个节点之间移动，代寝其它实体( 人或其他a 馨e n t ) 进行工作的一 秘软磐蜜俸。它戆叁毒亍选择运露魏煮纛慧筑，瑕獾爨俸涛凌，孛凝当蘸爨努豹疑 行，移动至另一设备上恢复运行，并及时将有关的结果返回。移动的目的怒使程 序的执杼尽可能靠近数据源，降低网络通信开销，节省带宽，平衡负载，加快任 务戆挟行，苁恧挺藏分毒式系统豹缝瑾效率。 基于移动a g e n t 的系统具有擞存、计算、安全、通信、迁移机制。生存机制 零豪酆 毽学豌蠖士辑究生学位论文 第二荤霹格串黪移动我理技术 指的是移动a g e n t 的产生、销毁、启动、挂起、停，止等服务：计算机制指的是移 动a g c n t 及其运行环境所熬餐豹计算搬理能力，包旗数撂操作积线程控制原语； 安全褫割擒述移动a g e n l 访闯其它移动a g e n l 和圈络资源的方式；通信梳制定义 移动a g e n t 间及其和其它实体间的通讯方式；而迁移机制负责组织移动a g e n l 代码及其执行对的中间状态，以让它谯不同位置闽移动。移动a g e n t 系统必须礴 一个支持移渤代码( m o b i l ec o d e ) 静撩絮，对象管联小缝( o m g ) 己开始铜寇 了其c o r b a 的扩充规范m a s i f ( m o b i l ea g e n ts y s t e mi n t e 内p e r a b i l i t yf a c y ) ， 以支持移动a g e n t 卅。 对移动a g e n t 来说每令潮络设备土均存在一个裙溺的移动a g e n l 执行环城， 这里称之为移动a g e n t 服务设施( m o b i l e a g e n tf a c m t y 或移动a g e n t 服务器) 。 不同的移动a g e n t 系统的体系结构各不相同，但几乎矫寿靛移动a g e 嫩系统郝镪 括如下两部分：移囊a 霉c n t 服务设施帮移动a g e n t 。鬻2 1 指示了两者之闯的关 系，并给出移动a g e n t 的一般体系结构。 圈2 ，i 移动a g e n t 的一般体系结构 为了馒褥移动a g e n t 嚣楣协作，必薹舞镬弼菜耱邋售方式交换糖怠。复杂豹淤 崽传送协议会严重影响带宽的利用率，因此应仔缎地选择移动a g e n t 通信方式， 移动a g e n t 之间的协作也可采用专用移动a g e n t 通信语言。 在这里，我 | 1 】将移动a 萨n t 筠暖蟪定义兔 撺l ：锻窘戴羁、数攒强及执行语境 的软件包，京可以在执行i 建程中，有霸的、自治遗谯阏络中移动，茅用分布资源 南京邮电学院硕士研究生学位论文 第二章网格中的移动代理技术 的局部交互而完成分布任务的软件实体。其突出的特征就是a g e n t 实体的运行不 是固定在某一台机器上，而是可以动态地在网络中的多台主机上运行。因此判断 一个a g e n t 是否是移动a g e n t ，关键是看a g e n t 是否可以自主的从一个节点移动 到另一个节点，这是移动a g e n t 最基本的特征，也是移动a g e n t 区别于其它a g e n t 的标志；同时，由于移动a g e n t 是在不同的地址空间运行，因此它必须能够保持 运行的连续性，即是a g e n t 在移动到另一个节点上运行时的状态必须是它在上一 个节点挂起时的状态。 从系统的角度来看移动a g e n t 的结构，一个移动a g e n t 应包括代码、状态和 属性三个基本部分。 1 代码 代码用以实现移动a g e n t 的各项功能。为了使移动a g e n t 的代码可以在它能 到达的任何主机上以相同的方式执行，一般采用直接解释型或者编译成中间代码 的基于解释型的语言编写。直接解释型的语言如t c l 、p e r l 、v b s c r i p t 等，而j a v a 属于后者。用这些语言编写的代码不需要重新编译就可以运行，但必须调用解释 器来执行。 2 状态 为了保证其运行的连续性，移动a g e n t 还必须保存移动之前的一些状态信 息，例如a g e n t 的一些全局变量、代码的重入点等，这样移动a g e n t 在移动到另 一个主机后可以复位到移动前的状态，重新开始工作。 3 属性 属性描述了移动a g e n t 本身的一些特性，包括：a g e n t 标识符、所有者、起 始点地址以及起始时间等等：此外，移动a g e n t 还必须带有认证信息，认证信息 用来作为确认用户的凭证。 2 1 2 移动代理技术的研究现状 移动a g e n t 技术是一个崭新的技术领域，虽然它的提出和发展时间都比较 短，但由于其多方面的技术优势，从而受到了许多研究机构的重视，特别是跨平 台j a v a 语言的实现，使得移动a g e n t 技术的研究有了较大的发展，并且已研制 成功了一些实验性的系统。现有的移动a g e n t 系统按照其支持的语言主要可分为 南京邮电学院硕l 研究生学位论文第二章网格中的移动代理技术 以下几种： 支持多语言的系统，这样的系统不太多，其中比较成功的有： ar a a r a 系统可以支持t c l 、j a v a 、c c + + 等几种编程语言。用c 或c + + 编 写的a g e n t 可以编译成一种有效的字节代码m a c e ：当a g e n t 在网络中移动 时，它所携带的并非是用c c + + 编写的源代码，而是m a c e 字节代码。a r a 系 统提供了一条“g o ”指令，用来捕捉移动a g e n t 的所有状态，a g e n t 到达目的主 机时，在“g o ”指令的断点处恢复执行。a r a 系统是多线程的，a g e n t 服务器和 t c l ( 或j a v a ) 解释器都在同一个u n i x 进程中运行。当一个新的a g e n t 到达时， 系统只需创建一个新的线程；另外，a g e n t 之间进行通信时也不需要使用进程间 的通信，从而大大节省了系统开销。事实上，几乎所有基于j a v a 的a g e n t 系统 都是多线程的。 _ r k o m a ：该系统支持多种语言，包括c 、c + + 、m l 、p e r l 、p ”h o n 等。它与 上述两个系统的不同之处在于：它不能自主地获取a g e n t 的运行状态。当a g e n t 从源主机移动到目的主机时，系统创建一个包含a g e n t 代码和其状态信息的文件 夹。a g e n t 到达目的主机后，目的主机根据该文件夹的内容创建a g e n t 的执行环 境，从而继续该a g e n t 的运行。尽管这种方法将获取a g e n t 状态的负担交给了编 程人员，但它使得新的编程语言可以迅速集成到t a c o m a 系统中，而不需要对现 有的解释器和虚拟机进行修改。 基于j a v a 的移动a g e n t 系统：随着分布式应用的不断扩大，j a v a 技术也逐 渐得到了广泛的应用。j a v a 虚拟机允许j a v a 程序运行在不同系统的平台上，而 且它还支持序列化、远程过程调用、动态类加载等功能，同时还具有比较完备的 安全机制，这些特点都使得j a v a 语言成为移动a g e n t 系统的一个极佳选择。 a g l e t s ：a g l e t s 系统由i b m 公司开发，是较早的基于j a v a 的移动a g e n t 系统。 它采用j a v a 中的a p p l e t 模型，目的是引进a p p l e t 的移动性。a 9 1 e t 一词本身就 是由a g e n t 和a p p l e t 组合而成的。a 9 1 e t s 使用了一个事件驱动的模型，例如当一 个a g e n t 想要移动到另一台主机时，a g l e t s 系统触发o n d i s p a t c h i n g ( ) 方法，对 a g e n t 的代码和状态进行序列化，然后将它们发送到目的主机并结束当前a g e n t 的线程。 c o n c o r d i a ：日本三菱公司的c o n c o r d i a 是一个可进行移动a g e n t 应用的开发 和管理的构架，它可延伸到任何支持j a v a 系统上。c o n c o r d i a 由多个部件组成， 南京邮电学院硕【研究生学位论文第二章网格中韵移动代理投术 这些部件用j a