（计算机系统结构专业论文）网格环境下gui应用程序共享机制研究.pdf

摘要 计算机和互联网技术不断广泛和深入的应用，导致了信息与计算资源数量上的急剧 增长以及位置上的广域分布。当以“收集整理世界上所有的信息为民所用”作己任的各 大搜索引擎难为人类访问互联网的信息提供更加方便的途径的时候，网格计算研究界正 为“整合全世界计算资源以备共享，协同参与者之日j 的工作以利合作”的远景目标而不 懈努力着。 本文在考察、分析网格研究发展脉络以及分布式g u i 领域研究现状的基础上，结合 瘦客户和刚格资源路由的基本思想，利用g s m l 开发工具，设计并实现了一套网格环境 下g u i 应用程序的共享系统：g r a s p ( g r ；da p p l i c a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m ) 。 g r a s p 是一个与操作系统和具体g u i 应用程序无关的程序资源共享平台，其目标 足为了在解决网格环境下，异构平台上各种遗留g u i 应用程序的部署、发布、查找和使 用的问题。 本文的贡献主要体现在： 提出了一种在网络延迟较大的广域网环境下，具备动态调节能力的远程界面更 新算法，使得远程应用程序界面的反应灵敏程度得到了提高，改善了用户使用 体验； 通过利用虚拟桌面和边缘剪裁技术，实现了应用程序级别的远程界面呈现。网 格系统中的用户面对的不再是抽象的、具备一定处理能力的运行环境，而是一 系列具体的、能够完成特定功能的应用程序集合。 通过对v e g ar e s o u r c er o u t e r 的改造和整合，实现了g u i 应用程序资源的动态管 理。网格系统中的用户可以直接根据自己对应用程序的特定要求，动态查找、 定位相应的g u i 应用程序。 关键词：网格计算；分布式系统；g u h 遗留应用；资源共享 r e s e a r c h0 1 1g i l la p p l i c a t i o ns h a r i n gi ng r i de n v i r o n m e n t l i uc h a n g s h u ( c o m p u t e r a r c h i t e c t u r e ) d i r e c t e db yx uz h i w e i a st h ec o m p u t e ra n di n t e r a c tt e c h n o l o g e sb e i n ga p p l i e di no u rs o c i e t i e sm o t ew i d e l ya n d d e e p l y , t h ea m o u n to fi n f o r m a t i o na v a i l a b l ei nt h ei n t e m e ta n dt h ed i s t r i b u t i o no fp o w e r f u l c o m p u t e rs y s t e mh a v ec o m et oa l le x t r e m ee x t e n d w h i l et h es e v e r a lm a i ns e a r c he n g i n e s c l a i m e dt oc o l l e c ta n do r g a n i z ea l lt h ei n f o r m a t i o no nt h i sp l a n e t , t h e 鲥dc o m p u t i n g c o m m u n i t y f o c u s e so nr e s o u r c es h a r i n ga n d c o o p e r a t i v ew o r k i n g i nt h i sd i s s e r t a t i o n , w ec o m p a r e da n da n a l y z e ds e v e r a lt e c h n o l o g i e sr e l e v a n tt od i s t r i b u t e d g u i a p p l i c a t i o na n dg r i dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t , a n dt h e nb a s i n g0 1 1 t h eb a s i ci d e a sb e h i n d s t h i nc l i e n tc o m p u t i n ga n d 鲥dr e s o l l l e em a n a g e m e n ti n c l u d i n gt h eg s m lt o o l k i t , w eg i v et h e g r a s p ( g r i da p p l i c a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m ) ，as y s t e mt os h a r el e g a c yg u ia p p l i c a t i o n si n 班de n v i r o n m e n t g r a s pi sa na p p l i c a t i o ns h a r i n gp l a t f o r m ，w h i c hi si n d e p e n d e n to fo p e r t a t i n gs y s t e m s a n da p p l i c a t i o n s i tf o c u so nt h ep r o b l e m sa b o u td e p l o y i n gp u b l i s h i n g , l o c a t i n ga n dr e m o t e u s i n go f l e g a c yg u ia p p l i c a t i o n so nh e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m si ng r i de n v i r o n m e n l t h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h i st h e s i sa r el i s t e da sf o l l o w s ： 1 ) d e s i g n e dan e wa d a p t i v er e m o t eu iu p d a t ea l g o f i t h mt om a k ei ts u i t a b l ef o rw i d ea r e a d i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t , i m p r o v e dt h er e s p o n s i v i t yo fr e m o t ea p p l i c a t i o nu ia n dt h u sg o t b e t t e ru s e re x p e r i e n c e 2 ) i m p l e m e n t e da p p l i c a t i o nl e v e l1 3 1d i s p l a y i n go nr e m o t ec l i e n t s t h u si nt h ev i e wo f 鲥d u s e r , t h e r ea r en o ta b s t r a c tc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t si ng r i ds y s t e ma n ym o r e , b u to n l yv a r i o u s a p p l i c a t i o n sw h i c hc a nd os o m es p e c i f i cw o r k s 3 ) i m p l e m e n t e dd y n a m i ca p p l i c a t i o nr e s o u r c em a n a g e m e n tb ym o d i 伽n ga n di n t e g r a t i n g t h ev e g ar e s o u r c er o u t e rw i t hr f bp r o t o c o l 。g r i dt i g e rc a nl o c a t ea p p l i c a t i o na c c o r d i n gt ot h e i r p a r t i c u l a rr e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：g r i dc o m p u t i n f f , d i s t r i b u t e ds y s t e m ；g u i ；l e g a c y a p p l i c a t i o n ；r e s o u r c es h a r i n g 1 i i 图目录 图2n xp r o t o c o la r c l l i t e c t u r e 9 图3o v e r v i e wo f s l i ms y s t e m 图4r d p & i c ap r o t o c o l a r c h i t e c t u r e 图5o v e r v i e wo f s o d a a r c h i t e c t u r e j x 0 3 】 图6c o n c e p t u a lo v e r v i e wo f i g a s p b t a k 0 3 1 7 图7i b m w o r k p l a c e c l i e n t t e c h n o l o g y o v e r a l l a r c h i t e c t u r e i b m w c t 2 1 图8g r a s ps y s t e ma r c h i t e c t u r e 图9o v e r v i e wo f 疆bp r o t o c o la r c h i t e c t u r e ：1 6 2 7 图1 0l a z y - b a s e dp u s h i n ga l g o r i t h mf o rr e m o t eu iu p d a t i n g 图i1t h eu iu p d a t e sm e r g i n gp r o c e s s 图1 2g r a s ps e r v e r a r c h i t e c t u r eo n 啪2 3 0 - l 3 4 图1 3e d g ec l i p p i n go ng r a s pc l i e n t 3 6 图1 4 g r a s p s e r v e r a r c h i t e c t u r e o n x w m d o w 图1 5r u n t i m ec o m p o n e n t so f g r a s ps e r v e r 图1 6x r f bc l i e n tm e s s a g el o o p 图1 7g r a s pi m p l e m e n t a t i o nc o m p o n e n t s 图1 8t y p i c a lg r a s p u s ec a s ew o r k f l o w 图1 9g r a s pc l i e n ts c r e e n s h o t0 1 1m sw m d o w s 。 3 7 3 8 3 9 4 3 图2 0m i r r o rd i s p l a yd r i v e r se f f e c to i lg r a s ps e r v e r 图2 1b a n d w i d t hc o n s u m p t i o no f g r a s p v i i 4 4 4 5 5 0 5 l 表1x r f b 新增消息之一 表目录 表2x r f b 新增消息之二 表3g r a s pc l i e n t 界面更新流程 表4g r a s ps e r v e r 界面更新流程 表5g r a s ps e r v e r 界面更新流程( 续) 表6x r f bc l i e n tp i p e 需要处理的事件 表7 应用程序描述s c h e m a 表8g r a s p 与相关系统功能比较 表9 测试环境配置 3 2 3 2 3 3 4 0 4 8 4 9 声明 我声明本论文是我本人在骨师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标 t 和致谢的地方外，本论文中1 i 包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同丁作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作丫【! j j 确的说明并农示了澍意。 作者签名：刘昌树 日期：? 0 0 6 。巧 论文版权使用授权书 本人授权中用科学院计算技术研究所可以保留并向国家有火部i 】或机 构送交本论文的复印件和电予文档，允许本论文被查阅和借阅，可以将本 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、汇编本论义。 ( 保密论文在解密后适用本授权一”。) 、，作者签名：主逍昌奄奇蛩mfj签私彩幺牛日期：口六。巧 第一章引言 自从计算机被发明出柬以后，随着微电子制造工艺的不断进步，计算机系统的处理 能力不断增强，但相应的成本却越柬越低。而互联网技术的出现，为这些独立的计算机 提供了相互通信的桥梁。在这样的背景下，许多学术团队都在致力于分布式计算机系统 的研究。他们设计、实现了各种中间件、程序库和工具，将物理上分布的各种资源计算 整合起来，使之成为一个具有更加强大能力的综合计算平台，并在这个平台上运行各种 并行和分布式应用程序。这种计算模式最初被称为元计算( m e t ac o m p u t i n g ) 、网络计算 ( i n t e r n e tc o m p u t i n g ) ，而近年来人们把它n q 做网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) d b j s 0 3 。 1 1 网格计算背景 对于网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) 中的网格( g r i d ) 一词，牛津现代高级词典的解 释是：g r i di sas y s t e mo f o v e r h e a dc a b l e sc a r r i e do np y l o n s , f o rd i s t r i b u t i n ge l e c t r i cc u r r e n t o v e ral a r g ea r e a ( g r i d 是一种架设在铁塔上的，用柬将电力传输到较大范围地区的电线 网络) 。而荚园传统词典对g r i d 的解释为：a n i n t e r c o n n e c t e ds y s t e m f o r t h e d i s t r i b u t i o n o fd e c t r i c i t yo rd e c t r o m a g n e t i cs i g n a l so v e raw i d ea r e a , e s p e c i a l l yan e t w o r ko f h i g h - t e n s i o n c a b l e sa n dp o w e rs t a t i o n s ( 输电线路，一个用来在较大地区内传递电力或电磁信号的互连 系统，尤指由高压电线和发电站组成的网络) 。因此，从字面意义上讲，引入g r i d 一词 到现代分布式系统研究领域，是希望能够开发出一系列的技术、构造出相应的基础架构， 让终端用户可以像使用电力资源一样，只需通过类似于电力插头一样的接口，就能方便 地访问整个系统中各种动态、异构的计算资源、存储资源，数据资源以及各种传感设备。 根据各种技术和概念出现的历史时期不同，我们大致上可以把网格技术分成三个时 期：元计算时期、v e r d i 件时期和面向服务的时期 d b j s 0 3 。 1 1 1 元计算时期 元计算( m e t ac o m p u t i n g ) 时期开始于9 0 年代早期，这个阶段各个研究项目的主要 任务是为各种高性能计算应用提供可用的计算资源。这个阶段的代表项目有 f a f n e r f a f n e r 和l - w a y f o s t e r 9 7 a 。f a f n e r 主要足为安全和加密领域中大数的因 式分解提供分布式的计算平台，通过c g i ，将各种计算机连接起来共同解决同一个数学 问题。而i - w a y 则是利用a t m 技术，将分布在荚国各地的十七个高性能计算中心连接 起来，提供一个广域的高性能计算t e s t b e d 。 虽然代表元计算时期的f a f n e r 和i - w a y 都是试图将分布在各处的计算资源整合 起来共同解决一个高性能计算能力的问题，但f a f n e r 更关注比较低端的计算资源，比 如p c 、w o r k s t a t i o n 的整合，这种思想推动了后来s e t i h o m e 和d i s t r i b u t e d n e t 的出现。 中固f i 学院硕十学位论文嘲格环境下g u i 应用程j 芋共享机制研究 而i - w a y 更加关注的则是具有强大处理能力的超级计算机和计算中心的整合，它的成功 也使之成为了g l o b u s g l o b u s 和l e g i o n l e g i o n 的先驱，这些后来的项目中直接继承了 i - w a y 里诸多优秀的设计和实现思想。 1 1 2 中间件时期 在这个时期，由于高速互联网技术的采用和开放标准的制定，g r i d 被视为一种更加 全局的分布式基础架构设施( g l o b a ld i s t r i b u t e di n f r a s t r u c t u r e ) ，这个设施能够支持需要大 规模资源的分布式应用。这个时期开发的系统，土要面临三个方面的问题： 异构性问题( h e t e r o g e n e i t y ) 由f 网格的规模扩大到了全局范围，因此加入网格 中的节点从规模、硬件体系结构、操作系统版本以及网络带宽束看，都是f 差 万别的。因此必需要解决异构平台下怎样提供统一访问接口的问题。 可扩展性问题( s c a l a b i l i t y )这个时期的网格系统规模，已经达到上百万级 r d b j s 0 3 ，因此必须解决规模扩大以后带柬的性能降低问题，以及在众多资源 中进行查找、选择、调度的问题。 适应性问题( a d a p t a b i l i t y ) 由于系统中可以使用的资源众多，资源的失效和错 误就不可避免。开发网格系统的时候，需要考虑如何动态地适应资源的失效问 题，以保证使用这些资源的上层应用不受显示的影响。 为了解决上述问题，这个时期主要的研究项目都采用了m i d d l e w a r e 的思路来开发网 格系统：在传统操作系统和分布式应用程序之h j 提供一层抽象和封装，以屏蔽掉下层系 统的异构和动态的特性。 这个时期有代表性的网格项e j 可以分为以下几类：第一类足基础核心架构项目，比 较著名的包括g l o b u s g l o b u s 和l e g i o n l e g i o n 。g l o b u s 的目标足提供一个软件基础架 构，使得开发人员能够像使用一台虚拟的超级计算机一样在异构的分布式平台上开发、 部署、运行各种应用程序。而l e g i o n 虽然目标也足希望将广域分布的异构计算机系统虚 拟为一个统一的基础设施，但是它足将系统中的每一个组件都封装成一个对象( o b j e c t ) 来实现这一目标的，足一个面向对象的系统。第二类足资源调度项目，比较著名的包括 了c 0 n d e d c o n d o r ，n a s a 的p b s ( p o r t a b l eb a t c hs y s t e m ) p b s 】以及商业上应用广泛的 p l a t f o r ml s f ( l o a ds h a r i n gf a c i l i t y ) l s f 等系统。这些都足用来管理异构计算平台上任务 的运行和调度。第三类足各种特定应用集成系统，这类项目通常足将各种通用的基础网 格组件结合起来，构造出一个特定应用领域的分布式系统。其中的c a c t u s c a c t u s ， 个专为科学家和工程师设计的“问题求解系统”。d a t a g r i d d a t a g r i d 0 1 q 是由欧盟资助、 c e r n 负责领导的网格系统，目标足构建一个数据和计算任务部比较密集的网格平台， 用来处理在c e r n 进行探索的科学家们产生的数量庞大的数据。u n i c o r e u n c o r e i j 足德国教育与研究部开发的网格系统，主要用束解决可分解的并行计算问题在网格环境 下的任务分配和调度问题。 2 第一章引言 1 1 3 面向服务时期 中间件时期的网格技术解决了分布式系统中的互操作性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) f 司题。为了 构造新的网格应用，必须提供相应的方法，将网格系统中各种已经存在的组件，用柔性 的方法把它们有机地组合起来。为了实现这个目标，面向服务的方法被引入网格研究领 域。与中间件时期强调大规模的数据和计算资源不同，面向服务时期强调的是自动化 ( a u t o m a t i o n ) ，减少人的直接参与，比如提供对业务流程自动化的支持 w s f l 】d a n g 】， 以及资源失效时的自动恢复。 在这个时期，w 3 c 提出的由s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) ，w s d t i w e b s e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) ，u d d i ( u n i v e r s a ld 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 ) 三个 标准构成的w e bs e r v i c e s o a p j w s d l j u d d l 技术得到了工业界的广泛接受。为了将 w e bs e r v i c e 应用到网格计算领域，i b m 和g l o b u s 提出了o p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ( o g s a ) 架构。o g s a 支持v o ( v m u a lo r g a n i z a t i o n ：虚拟组织) 中服务的创建、 维护和使用。这咀的服务( s e r v i c e ) 被定义为能够提供一定处理能力的可以通过网络访问 的实体( e n t i t y ) ，这些能力包括了计算能力、存储能力、通信能力、程序逻辑以及数据库 d j s 0 3 。 这个时期的g l o b u st o o l k i t g l o b u s 建立在o g s a 之上，其c o r es e r v i c e 实现了g r i d s e r v i c e 标准中定义的接口和行为，而b a s e s e r v i c e 则利用c o r e s e r v i c e 去实现g l o b u s 中 原有的资源管理、数据传输和信息服务，并增加了资源预留和监控能力。 1 2 问题的提出 通过对网格研究背景和发展历史的回顾，我们可以总结出：网格环境是指分布、异 构、广域、动态的系统开发、部署和使用环境，在这种环境下的“资源共享和协同工作”， 足网格计算要解决的两大首要i f l 标 z x u 0 2 。下面我们将从网格计算对资源共享的需求、 现有应用程序部署使用模式的局限性以及遗留g u i 应用程序重用的需求等角度。来说明 本文研究网格环境下g u i 应用程序共享机制的目标和动机。 1 2 1 资源共享的需求 前面已经提到，“资源共享和协同工作”是网格计算要解决的两大问题。在计算机领 域所指的资源，是指信息处理系统中的软硬件实体，主要包括能力与信息这两大方面。 这里提到的共享，是指在广域、分布、异构的动态环境下，多个用户对同一个资源实体、 一个用户对多个资源实体或者多个用户对多个资源实体进行的串行、并发或者并行的访 问，强调的是资源实体的可访问性、可利用性。而所谓协同工作，则是指多个用户利用 各种可共享的资源，共同完成一个信息处理任务。 这里的能力资源包括了计算、存储和通信这三类 计算资源 g l o b u st o o l k i t 【g 1 0 b 叫这样的工具，主要致力f 解决广域、分布、 3 中田丰 学院颂七学位论文嘲格坷、境下g u l 应用程宁芙亭机制研究 异构以及动态的环境下，如何进行计算能力的共享和工作的协同。 存储资源 n f s 、v e g ah o m l e c z y 0 4 】这样的分布式和网格文件系统的则足提 供存储能力的共享。 通信资源在通信能力共享方面，t o r t o r 这样的系统关注如何将某些节点 对互联网无限制的访问能力共享给其它受限的站点，使其取得自由通信的能力。 而信息资源则主要包括了数据和程序这两个类别。数据共享方面的研究包括了d a t a g r i d d a t a g r i d ，专门研究数据的存放、复制、传输以及缓存等问题；m a z e m a z e 、 b i t t o r r e n t b t 这样的p 2 p 数据共享系统也将注意力放在了数据的定位、传输速度的提高、 防火墙的穿越等问题上。 对j 二程序或者代码，按照使用时的接口，可以将其分为三类：基于a p i 的、基丁二命 令行( c u d 的以及基于图形用户界面( g u d 的 对于基于a p i 方式使用的程序和代码，d c o m 、e j b 以及c o r b a 这类系统都 试图定义一个统一的接口，将遗留系统进行封装，并集成到新的分布式应用之 中。随着w 3 cw e bs e r v i c e 标准的制定和彼广泛的认可，基于s o a p 、w s d l 的封装和集成将会更好地解决这类程序和代码的共享问题。 对于c u ! 方式下程序和代码的共享访问，足v e g a 的b a t c hs e r v i c e ，g l o b u s 的 g r a m 想要解决的问题之一。它们为网格系统中的用户提供安全可控的应用程 序执行环境、解释用户编写的脚本、运行特定的应用程序、完成指定的计算任 务并将结果返回。 基于g u i 的应用程序共享与访问，则是本文要解决的问题。 本文认为，具有g u i 界面的应用程序也是一种非常重要的资源，从。资源共李”这 个网格计算的远景目标之一的角度看，我们有必要研究如何在网格环境下实现g u i 应用 程序的共享访问。 1 2 2 现有应用模式的局限 从现有大量g u i 应用程序的开发、部署和使用的模式束看，现育的方式足：软件公 司先调查用户对某一特定功能软件的需求；接着设计人员根据需求作出相应的设计；然 后开发人员利用各种工具和平台编码、测试，对设计进行实现：之后通过各种渠道( 网 上下载、零售商销售、光盘邮寄等方式) 将软件代码和授权认证发布到最终用户；最后， 用户将软件安装部君到本地的计算机上进行使用。 可以看到，在互联网高速发展、网络基础架构已经成为当今生活的基础设施的现状 下，这样的模式存在以下不足： 发布成本高特别是现在比较通行的通过软件零售、代理商这样的软件发布 方式，增加了许多中间环节，导致软件成本加大，最终增加了用户的购买费用。 升级维护难由于需要在客户端安装代码、进行配霞，考虑到用户端软硬件 平台的差异，软件的配置过程会比较复杂。一旦软件出现故障，需要对特定客 4 第一章引言 户机器上的软件进行维护，增加了人工成本。而如果软件版本有了b u g 修改、 功能升级，每个部署了该软件的客户都必须下载相应的代码进行更新。 费用不合理现代软件，特别是桌面应用软件，大部分都是依靠购买授权的 方式来取得对软件的使用权。对于同个软件，不同客户购买后，累计使用的 时间、用到的功能占软件提供的全部功能的比例，部不相同；但是，在购买该 软件的同一个版本的时候，这些有着诸多差异的客户却需要支付相同的费用。 在强调面向服务的时代，在按照所提供的服务收取费用渐成为朱来潮流的趋势 下，这足一种不合理的软件购买和费用支付模式。 安全无保障用户在购买了一份软件授权或者得到了免费软件之后，需要在 本地计算机上安装相应的代码。由于软件在安装的时候，用户对其背后真正所 作的操作、配置缺乏足够的控制能力，现在主流桌面计算机平台上病毒、恶意 和间谍软件横行，桌面系统上的用户的安全无法得到保障。 企业成本高 现代企业信息化已成主流，在企业内部众多的桌面平台上，按 照现有软件授权模式部署日常办公软件的成本非常高，极大增加了企业信息化 的成本，加大了信息化成功的风险。 因此，我们有必要提供一种基础平台，建立一种全新的软件部署、使用模式，降低 软件升级维护的成本，增强客户端的安全性，间时减少企业信息化时的t c o ( t o t a lc o s t o f o w n e r s h i p ：总拥有成本) 。 1 2 3 支持遗留应用 虽然从发展趋势来说，基于浏览器的r i c hc l i e n t 技术将是未来发展方向，但是这样， 的应用模式在现在看来还有许多问题：首先，这样的技术要求重新开发相应的应用：再 次，基于浏览器的桌面应用程序有其固有的局限和不足( 关于这个局限和不足的问题， 本文第二章节有详细论述) 。因此，基于w e b 的应用不能完全代替现有的桌面g u i 程序。 与此同时，现在有大量已经开发好的g u i 应用程序，比如m i e r o m f to f f i c e ，a u t o c a d 这样广泛应用的软件包，如果完全抛弃这些应用，重新开发基于w e b 的版本，返对软件 开发方和软件购买部署方都是一个严重的浪费。从现实的角度来讲，新技术代替旧技术 也从来都不是一蹴而就的，总有一个渐进的过程。 在面向服务的时代、在软件即服务的时代，在看到未来应用开发模式发展趋势的同 时，我们也需要考虑如何支持各种遗留程序。 因此，设计开发一个系统，让用户在不用修改现有的应用程序代码的情形下，将其 以服务的方式提供给网格系统中的用户进行使用，足一件非常有意义的事情。 1 - 2 - 4 问题小结 本文认为，g u i 应用程序也是一种非常重要的资源，为了共享这类重要的资源， 解决g u i 应用程序在网格环境下部署、发布、查找、使用方面的问题，本文提出了 中国 l 学院硕士学位论文网格环境下g u i 应用程序共享机制研究 g r a s p ( g r i d a p p l i c a t i o n s h a r i n g p l a t f o r m ) ，一个基于t h i n c l i e n t 与网格资源管理思想的 g u i 应用程序共享系统。g r a s p 足一个与操作系统和具体g u i 应用程序无关的应用程 序共享平台，其目标足解决在网格环境下，各种平台上已经开发好的g u i 应用程序( 遗 留g u i 应用) 的部署、发布、查找和使用问题。 1 3 论文的组织 本文首先简要回顾了网格计算的发展历程，明确了网格计算要解决的问题以及网格 计算的远景 标。在这个远景目标之下，我们指出了研究网格计算环境下研究g u i 应用 程序共享的必要性，总结了其需要解决的问题。 接着，本文分析了两大主流操作系统上的分布式窗口系统以及瘦客户系统在使用远 程g u i 程序上的技术特点及其存在的问题。在介绍了网格研究界对程序共享、环境定制 问题的研究工作后，我们讨论了现在极具发展前景的下一代分布式g u i 应用程序开发方 法。 在这些比较分析的基础之上，我们明确了现有技术存在的问题以及可以借鉴的经验 和成果。并以此为依据，提出了g r a s p 系统的设计目标： 平台无关性 细粒度控制 支持遗留应用 适应广域分布 应用虚拟化 按需查找 在这六大原则指导下，我们分成两大部分、三大模块，设计并实现了整个g r a s p 应用程序共享系统，论述了技术上的实现原理和性能优化措施。 之后，我们从功能和性能两个方面对整个系统进行了分析评价，指出了系统存在的 一些不足之处。 最后，总结了本文的工作，并指出了下一步的研究方向。 6 第二章相关研究现状 本章首先介绍了x w m d o w 中的分布式窗口系统，阐述其应用逻辑和g u i 界面分离 的设计思想，分析其在网格环境下存在的问题。接着比较了以t h i n c ，r d v , v n c 代表性 的三类瘦客户计算模式，分析了其技术思路。最后介绍了下一代分布式程序开发的热点 技术，分析其相应创新思想的同时，指出其在人机交互性、客户端状态维护等问题上的 不足。 2 1 分布式窗口系统 七十年代初，荚国x e r o x 公司p a r c 研究中心发明的a l t o 系统中，首次将g u i 作为 计算机系统的人机交互界面。随后a p p l e 和m i c r o s o f t 分别推出了自己基于6 u i 的操作 系统：a p p l em a c i n t o s h 和m i c r o s o f tw i n d o w s 。这些g u i 窗口系统都足运行在p c 类的 单机系统上，没有提供对分布式应用程序的支持，直到八十年代中期m i ta t h e n a 项日开 发出x w i n d o w s g 8 6 系统，才提供了分布式环境下开发i 应用程序的支持，使得使用 远程主机上的g u i 应用程序成为可能。 2 1 1xw i n d o w s x 足一个网络透明，设备独立的分布式窗口系统。在基于x w i n d o w 开发的应用中， 程序逻辑运行在处理能力比较强的服务器上( ) ( 协议中的c l i e n t ) ，图形的显示、窗口的管 理在用户的客户端上处理( ) ( 协议中的s e r v e r ) 。xc l i e n t 和xs e r v e r 之间采用x 协议进 行通信。x 的体系结构如图1 所示。 在c l i e n t s e r v e r 模式的x 系统中，对每个物理显示器，均有一个控制它的服务 程序( xs e r v e r ) ，客户程序与服务程序通过可靠的双工字节流通信，而在本地使用方式 下，x 则依靠进程间通信( i p c ) 来实现。 在x 系统中，一个客户端也可以同时连接到多个服务程序上，而服务程序也能接受 多个客户端程序的连接，图1 显示了这种xc l i e n t 和xs e r v e r 之间多对多的结构。 服务器程序的主要工作足把客户程序的多个操作请求在显示器上完成，并且把键盘、鼠 标等多种输入结集传送给相应的客户程序。客户进程的主要工作则是根据从服务器接收 到的用户输入，处理相应的程序逻辑，然后把产生的界面更新，以x 协议消息的方式发 送给服务器程序，这也是后来t h i nc ll e n t 的基本思路。 x 协议对网络环境下的性能优化、界面同逻辑之间的信息同步，都做了仔细的考虑 和设计。为了方便x c l l e n t 控制其产生的多个窗口内容更新的时序，x 设定每个x c l i e n t 与xs e r v e r 只有一个网络连接，客户端通过安排这个连接上传送的消息顺序来实现不同 窗口间内容的时序与同步。 中国 l 学院硕士学位论文删格环境下g b q 应用程宁共享机制研究 a p p l i c a t i o n a p p l i c a t i o n 。小1 f 竹、， g k sl i b r a r y ”j l 唧 t e x te d i t o r x v d iv t1 0 0e m u l a t o r w i n d o wm a n a g e rt e x tl i b r a r y xl i b r a r y xl i b r a r yxl i b r a r y xl i b r a r y 。j n e t w o r k ：xo r o t o c o lm 照3 卜 一 。、 y xs e r v e r xs e r v e r d i s p l a yd e v i c el i b r a r y d i s p l a yd e v i c el i b r a r y j、。 j f e y b o a r di n p u t m o u s e k e y b o a di n p m o u e d i s l a ys c r e n ld i s l a ys c 从对分布式应用的支持束看，x协议虽然提供了访问远程gui应用程序的，但足却存在以 第一，显示逻辑和应用逻辑通常是紧祸合的。在x 协议中，应用逻辑 c ll e n t 上，而显示逻辑行在xs e r v e r 上，这两者的完全分离要求 客户端必须频繁地进行的同步通信( s y n c h r o n i z a t i o n ) ，当x 协议运 网环境下的时候，由丁= 网络延迟较大，应用程序的交互性将会受到很大 第二，虽然x 协议中的消息部足采用比较接近上层应用程序的接口， 的g u i 操作语义信息，一向被认为足对带宽消耗比较低。 b k n 0 5 n y n 0 0 的实验结果发现，其对带宽消耗并不足想象中那么理 多瘦客户系统对带宽的消 第三，它要求客户端必实现xs e r v e r 这一庞大的系统。这个庞大而 件会导致许多的部署、升级和系统维护上的开销，并且对客户端计算 理能力要求也比较高。也正足这个原因，很少看到在网络环境下使用 应用，甚至很多用户根本就不知道x 足一个面向网络的协议，认为只足g 作系统上新增的图形处理和显示驱 第四，由丁二要在xs e r v e r 上维护所有和显示相关的状态信息，对用 第二章相关研究现状 性支持不好。一旦网络出现故障，所有界面相关信息都将丢失，无法恢复。 2 1 2n x 协议 虽然x 设计之初，就考虑到g u i 程序的分布式应用和开发的问题，但足由于2 i 1 小节所分析的诸多弊端，真正将x 协议作为分布式应用的例子并不多见。为了改变这样 f ； xc l i e n ta p p l i c a t i o nxc l i e n ta p p l i c a t i o n x l i b r a r y x l i b r a r y 害xq2zotocolo v e c a 须c n x s e r v e r 。燮， n xa g e m l i | n xp r o t o c o lo v e rw a n l a n ， ； i ： ；n x c l i e n t ； ； ； ： 图2n xp r o t o c o la r c h i t e c t u r e 的情况，n om a e h i n e n x 对x 协议进行了改进，提出了弧协议，希望能让xw i n d o w 能 回归到分布式远程使用的模式。n x 的体系结构如图2 所示。 n xa g e n t 通常与普通xc 1l e n t 应用运行在同一个系统上，称为n xs e r v e r 。n xa g e n t 本身足一个v i r t u a lxs e r v e r ，其它xc l i e n t 都和它进行连接，用标准x 协议进行通 信。对于标准x 协议中不需要更新显示界面的消息，n xa g e n t 直接进行处理并返回结果， 这样通过利用i p c 极高的速度，将这些消息的r o u n dt r i pt i m e 几乎降低到零，提高了 xc l ie n t 程序的逻辑处理速度。 n xa g e n t 将会更改界面的x 消息( r e d u c e dxm e s s a g e ) 传送到n xp r o x y ，敞p r o x y 利用c a c h e 、图像数据压缩等方法对这些x 消息进行编码，然后通过广域网或者i n t e r n e t 将这些消息传送到用户桌面计算机，客户端的n x p r o x y ( d e c o m p r e s s e r ) 对压缩后的消息 进行