（计算机软件与理论专业论文）网格计算开发平台gbuilder代码自动生成技术的研究.pdf

南京邮电大学顺 j 研究生学位论文 摘要 摘要 网格被认为是下一代互联网，网格技术最早起源于高性能计算，最近的网格逐步向商 业计算演化，w e b 服务技术成为主流网格技术的基础。网格技术的研究和开发热潮吸引了 越来越多的关注。目前利于网格应用快速开发和部署的辅助软件可见的成果并不多，各个 研究者在开发网格应用的时候不得不花费大量的时间在安装、配置、调试等方面，甚至利 用像g l o b u st o o l k i t 这种工具搭建一个小型的网格计算实验环境都不是件容易的事情， 网格开发的复杂性制约网格技术的普遍使用。 g b u i l d e r 是一种网格计算辅助开发和部署的软件。该平台综合采用了代码生成、适配 器和工作流等技术，以良好的用户界面和快捷的实用工具引导用户快速地了解网格应用开 发，降低网格应用开发的复杂性和不友好性，并可以在该平台上实现中型规模的网格应用。 本论文主要研究网格计算开发平台g b u i l d e r 代码自动生成技术，构建了一个用于网格 应用开发的代码自动生成器，给出了代码自动生成器的总体设计。然后详细说明定义书、 模板文件、x 生成引擎和自动生成部署四个关键部件的设计与实现，最后利用代码自动生 成器开发网格应用的实例。与g l o b u st o o l k i t 比较，通过代码自动生成器，使网格计算应 用开发变得更简单易操作，大大加速网格计算应用的开发进度，提高代码的质量。 关键词：网格计算，代码生成，网格开发平台 亘堕些皇查兰塑：! 堑茎圭兰笪笙兰 竺翌! 垒! ! a b s t r a c t g r i di sr e g a r d e da st h en e x t - g e n e r a t i o ni n t e m e t ，w h i c he v o l v e sf r o mn e t w o r kt e c h n o l o g y a n dd i s t r i b u t e dc o m p u t i n ga n dh a se m e r g e df r o mi t si n i t i a ls c i e n t i f i cb a c k g r o u n dt oc o m m e r c i a l u s a g ew i t ha c c e s st on o ng r i d - r e l a t e dp r o f e s s i o n a l sa n de n d u s e r s s i g n i f i c a n tw o r kh a sb e e n s p e n to ni m p r o v i n gg r i dm i d d t e w a r es o l u t i o n s ，i e ，l e g i o na n dt h ew i d e s p r e a dg l o b u st o o l k i t h o w e v e r , t h ep r o c e s so fb u i l d i n ga n dd e p l o y i n gag r i ds e r v i c eu s i n gg l o b u st o o l k i ti ss t i l l p e r p l e x i n ga n dn o tf r i e n d l y t h ec o m p l e x i t ya n du n f r i e n d l yi n t e r f a c eo fg r i da p p l i c a t i o n d e v e l o p m e n tr e s t r i c tt h ew i d e s p r e a do fg r i dt e c h n i q u e t or e l e a s et h eu n f r i e n d l yc o m p l e x i t yo fg r i da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e rp r o p o s e s t h eg b u i l d e ra p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ，w h i c hi sa r a p i dd e v e l o p m e n tt o o lo fg r i da p p l i c a t i o n ，t h e p l a t f o r mi sc o m p o s e do fc o d eg e n e r a t i o n ，a d a p t e ra n dw o r k f l o wt e c h n o l o g y ，w h i c hp r o v i d e s g o o du s e ri n t e r f a c ea n do n e s h o ta p p l i e dt o o l s ，w h i c hc a r l l e a du s e r st ou n d e r s t a n dt h e d e v e l o p m e n to f g r i da p p l i c a t i o nq u i c k l ya n di m p l e m e n tg r i da p p l i c a t i o ni nm e d i u m s c a l e 。 t h ed e t a i lo ft h ec o d eg e n e r a t i o nf r a m e w o r kf o rg r i da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n ti ng b u i l d e r i s p r e s e n t e d ，i n c l u d i n gt h ed e t a i lo ft h ed e f i n i t i o nf i l e ，t e m p l a t ef i l e ，xg e n e r a t i o ne n g i n ea n d a u t o - g e n e r a t i o n d e p l o y i n ge n g i n e t h e nac a s e , s t u d yi sg i v e nt os h o wt h ea d v a n t a g ea n dt h e w h o l ep r o c e s s i n go ft h ec o d eg e n e r a t i o nf r a m e w o r k t h ec o d eg e n e r a t i o ne n g i n en o to n l ys a v e s t i m ea n dl e s s e n st h ei n t r i c a c yb u r d e no nt h eg r i da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tf o re n d - u s e r sb u ta l s o p r o v i d e st h ee x c e l l e n td e m o n s t r a t i o nt e m p l a t e ，t h u si n c r e a s i n gt h eq u a l i t yo f c o d e k e yw o r d s ：g r i dc o m p u t i n g ，c o d eg e n e r a t i o n ，g r i dd e v e l o p m e n tp l a t f o r m i i 南京邮电大学 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：基于网络的计算机软件技术 作者：2 0 0 3 级研究生蒋凌云指导教师王塑笾 题目：网格计算开发平台g b u i l d e r 代码自动生成技术的 研究 英文题目：t h er e s e a r c ho nc o d ea u t o g e n e r a t i o no fg r i d c o m p u t i n gd e v e l o p m e n tp l a t f o r mg b u i l d e r 主题词： 网格计算代码生成网格开发平台 k e y w o r d s ：c r i dc o m p u t i n gc o d eg e n e r a t i o n g r i dd e v e l o p m e n tp l a t f o r m 课题来源：1 江苏省高科技重大项目“网格计算开发平台 g b u i l d e r 研究与实现”( 编号b g 2 0 0 4 0 0 4 ) 2 江苏省自然科学基金项目“基于移动代理网格计 算中关键技术研究”( 编号b k 2 0 0 31 0 5 ) 南京邮电大学硕，l 研究生学位论文 缩略词 缩略词 缩略词英文全称 译文 a o p a s p e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g面向方面编程 d i i d y n a m i ci n v o c a t i o ni n t e r f a c e动态调用接口 e t b e n t e r p r i s ej a v ab e a n 企业级j a v a 豆 g a rg r i da r c h i v e网格存档文件 g g fg l o b u sg r i df o r u m全球网格论坛 g s io l o b u ss e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e g l o b u s 安全基础架构 g s hg r i ds e r v i c eh a n d l e r网格服务旬柄 g s r0 r i ds e r v i c er e f e r e n c e网格服务引用 g t 3 g l o b u st o o l k i t3g l o b u s 工具箱版本3 g r a mg l o b u sr e s o u r c ea l l o c a t i o nm a n a g e rg l o b u s 资源分配管理者 g w s d lg r i dw e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e网格服务描述语言 i d e i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t 集成开发环境 l d a p l i g h t w e i g h td i r e c t o r ya c c e s sp r o t o c o l 轻量目录管理协议 j a x b j a v aa r c h i t e c t u r ef o rx m lb u i l d i n g用于x m l 绑定的j a v a 体系结构 j a x r p cj a v aa p i sf o rx m l b a s e dr e m o t e用于基于x m l 的远程过程调用 p r o c e d u r ec a l l 的j a v a a p i j d t j a v ad e v e l o p m e n tt o o l i n g j a v a 开发工具 m d a m o d e id r i v e na r c h i t e c t u r e模型驱动结构 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 元计算目录服务 v 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略词 g g fg l o b a lg r i df o r u m 全球网格论坛 o g s a o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e 丌放网格服务体系结构 o g s i o p e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e 开放网格服务基础架构 s g m ls t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e标准通用标记语言 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 o l 简单对象访问协议 s w ts t a n d a r dw i d g e tt o o l k i t标准窗口小部件工具箱 v o ev i r t u a lo r g a n i z a t i o ne n v i r o n m e n t虚拟组织环境 u d d i u n i v e r s a l d e s c r i p t i o nd i s c o v e r y a n d统一描述发现和集成 i n t e g r a t i o n u m lu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e统一建模语言 u r l u n i f o r i l lr e s o u r c el o c a t o r统一资源定位符 w s d lw e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g ew e b 服务描述语言 w s d dw e bs e r v i c ee n h a n c e m e n t w e b 服务增强 ) ( m le x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e可扩展标记语言 南京邮电大学硕七研究生学位论文 引言 引言 课透背景： 网格计算技术最早起源于高性能计算，最近的网格计算逐步向商业计算演化，w e b 服 务技术成为主流网格计算技术的基础。网格技术的研究和开发热潮吸引了越来越多的关 注。从网格技术的提出，各国都投入了大量的资金用户网格技术的研究，目前已经提出了 l e g i o n 、g l o b u s 等底层支撑工具集。 但是，目前有利于网格应用快速开发和部署的成熟平台工具软件还没有，各个研究者 在开发网格应用的时候不得不花费大量的时间在安装、配置、调试等方面，甚至利用像 g l o b u st o o l k i t 这种工具捂建一个小型的网格计算实验环境都不是一件容易的事情，网格开 发的复杂性制约网格技术的普遍使用。 省高技术研究计划“网格计算平台g b u i l d e r 研究与实现”就是针对提高网格计算应用 的丌发能力，通过提供诸如模型、配置、向导等辅助工具使得可以迅速的开发网格应用。 本论文主要研究g b u i l d e r 关键技术之一代码自动生成技术，提出了一个用于网格 计算应用开发的代码自动生成器，首先给出了代码自动生成器的总体设计，然后详细说明 定义书、模板文件、x 生成引擎和自动生成部署四个关键部件的设计与实现。通过代码自 动生成器，将使网格计算应用开发变得更简单易操作，可以大大加速网格计算应用的开发 进度，提高代码的质量。 课题来源及本人i 作： 本文所涉及的课题主要来源于江苏省高技术研究计划“网格计算平台g b u i l d e r 研究与 实现”( 项目编号b g 2 0 0 4 0 0 4 ) 和江苏省自然科学基余项目“基于移动代理网格计算中关 键技术研究”( 项目编号b k 2 0 0 3 1 0 5 ) 。本人所做工作和主要创新为： 提出了一个用于网格计算应用开发的代码自动生成器 定义书的设计和解析 模板文件的设计和解析 x 生成引擎的设计和实现 南京邮电大学顶士研究生学位论文 引言 自动生成部署设计和实现 本文组织； 全文共分五个章节，内容组织如下： 第一章是网格技术的概述，首先介绍了网格计算的定义、特性、网格体系结构和网格 技术分类等，然后介绍了网格计算的国内外研究现状以及目前使用最广泛的网格开发工具 包g l o b u st o o l k i t 。 第二章介绍了网格计算平台g b u i l d e r 在网格计算领域所担任的角色、体系结构以及使 用g b u i l d e r 的基本流程。 第三章介绍了代码生成技术的分类、应用领域、生成机理以及代码生成的优势。 第四章提出了一个用于网格计算应用开发的代码自动生成器，首先给出了代码自动生 成器的总体设计，然后详细说明定义书、模板文件、x 生成引擎和自动生成部署四个关键 部件的设计与实现。通过代码自动生成器，将使网格计算应用开发变得更简单、更易于操 作，可以大大加速网格计算应用的开发进度，提高代码的质量。 第五章给出了利用代码自动生成器开发网格应用的实例。 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进行展望。 南京邮电犬学顾j 研究生学位论文 第一章网格汁算技术概述 第一章网格计算技术概述 1 1 网格计算的基本概念 1 1 1 网格计算的定义 通过网络互联协同工作是人们长期追求的目标。集成与协同工作已经成为2 1 世纪科研 活动的主要方式，以网络为依托的科学活动环境利用网络技术将地理上分散的计算设旋、 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 m 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。当今全世界都密切关注的网格计算技术正是实现基于网络的科学活动虚拟计算环境的 理想平台。 网格计算技术最早来源于上世纪8 0 年代末的元计算。元计算的目标是“通过联网的 环境透明地获得和使用强大的计算资源”。在上世纪9 0 年代术，网格的概念正式提出， l s m a r r 指m 网格就是“一个无缝的集成的计算和协同环境”f ”。i a nf o s t e r 最早在网格： 一种新型计算基础架构的蓝图 2 1 书中给出网格的基本定义：“一个计算网格是一个硬件和 软件基础架构，提供可靠的、一致的、普遍的和廉价的对高端计算力的访问”。然后在2 0 0 0 年的论文网格剖析t 3 q b ，f o s t e r 将网格定义为“多个虚拟组织建的动态的资源共享和 协同问题求解”。自从网格计算的概念提出来之后，出现了很多网格计算的文献报道，很 多商家也推出了号称支持“网格计算”的产品。这些文献和产品中，网格计算的概念不竞 相同，出现了“些许混乱”。为此f o s t e r 在2 0 0 2 年的专栏文章1 4 中指出判断是不是网格计 算的三个准则，即：协作资源，不需要中央控制：使用标准的、开放的、般用途的协议 和接口；交付一定的服务质量。 通俗的况，网络计算就是指通过高速网络把分散在各处的硬件、软件、信息资源连结 成一个巨大的整体，从而使得人们能够利用地理上分散于各处的资源，完成各种大规模的、 复杂的计算和数据处理的任务。与以前的协同工作、分布式计算等概念相比较，n 络；, f g t 南京邮i b 大学倒i j 研究生学位论文 第一章刚格计算技术概述 的集成程度更高、使用更加方便、资源的利用更加充分和有效。它标志着现代信息技术应 用有一个新的、更高的水平。 1 1 2 网格计算特性 网格计算技术是高性能计算技术与分布式计算技术相结合的产物，它除了具备分布式 系统的基本特性分布性和共享性之外，还具有自相似性、资源类型多、多层次上的异 构性l s j o 分布性和共享性 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资源是分布的( 物理 特征) 。组成网格的计算能力不同的计算机、各种类型的数据库以及其他各种设备和资源 分布在地理位置互不相同的多个地方。网格计算是分布式计算而不是集中式计算。 网格资源虽然是分稚的，但是它们确是充分共享的( 逻辑特征) 。没有共享就没有网 格，解决分布资源的共享问题是网格的核心内容。这里共享的含义非常广泛，不仅指某个 地方的计算机可以用来完成其他地方的任务，还可以指中间结果、数据库、专业模型库、 以及人才资源等方面的内容。 自相似性 自相似性在许多自然和社会现象中大量存在，一些复杂系统都具有这种特征，网格就 是这样。网格的局部和整体之间存在着一定的相似性，局部往往在许多地方具有全局的特 征，而全局的特征在局部也有一定的体现。可以认为国家级的网格是在省一级的网格基础 上建造起来的，省一级的网格又由更低一级网格建造。网格的自相似性提供了研究网格计 算的方法论，同时对网格的建设也有重要意义。例如可以通过构建校园网格等来逐步把握 网格计算的特点从而最终建立跨越多个省市乃至多个国家的大网格。 资源多样性和异构性 网格资源是异构和多样的。在网格环境下可以有不同体系结构的计算机系统和类别不 同的资源。从硬件到软件到通信信道乃至上层应用，网格系统如何才能达到资源的有效整 合应用和管理、如何实现多层次异构系统问的互操作将极富挑战性也是网格计算的关键技 术问题之一。 资源和计算的动态性 4 南京邮电人学坝上研究生学位论义 笫一章叫格计算技术概述 对于网格来说，决不能假设它是一成不变的。原来拥有的资源或者功能，在下一个时 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加入。 网格的动念性包括动态增加和动态减少。对于网络资源的动态减少或资源出现故障的情 况，网格能够及时采取措施，实现任务的自动迁移，做到对高层用户的透明并尽可能减少 用户的损失。网格资源动态的增加要求网格有较高的扩展能力，以允许新的资源可以自然 的加入到网格中柬并且可以与原来的资源融合在一起，这也对网格的管理带来挑战。 系统的自治性与管理的多重性 网格上的资源首先属于某个组织或个人，网格应该允许资源拥有者对其资源拥有自主 的管理能力，这就是网格的自治性。但是网格资源必须接受统一管理，否则没有资源的相 互联系、共享和互操作就无法为更多的用户提供方便的服务。因此网格的管理具有多重性。 一方面允许资源的拥有者有自主管理权限，同时又必须接受网格的统一管理。 正如在不同地质结构和不同的地理区域建造房子需要规划不同的房屋结构一样，建立 网格的首要任务是建立科学、合理的网格体系结构。网格体系结构是关于如何建造网格的 技术。它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 式或方法，刻画了支持网格有效运转的机制。网格体系结构贯穿着“分”与和“合”两条主线。 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剖析。 1 1 3 网格体系结构 到目前为止，提出的比较重要的网格体系结构有两个。个是f o s t e r 等在早些时候提 出的五层沙漏结构1 6 1 ，另一个是在以i b m 为代表的工业界的影响下，在考虑到w e b 技术的 发展与影响后，f o s t e r 等在结合w e bs e r v i c e 等技术后提出的开放网格服务结构o g s a t 7 1 。 l 五层沙漏结构 在五层沙漏结构中最重要的思想就是以“协议”为中心。在五层沙漏结构中，最底层 是构造层构造层面对的是一个个具体的物理( 也可以是逻辑的) 资源，它通过对这些局 部资源的管理，向上层提供对这些资源的管理和控制界面。构造层的上面是连接层，主要 是为下层的物理资源提供安全的数据通信能力，这是资源之间进行互操作的前提，连接层 在孤立的单个资源之间建立联系。连接层的上面是资源层，它反映的是抽象的局部资源的 特征。而资源层上面的汇聚层完成的功能是如何将下面以单个资源形式表现出来的资源集 e 南京邮电大学硕i ：研究生学位论立第一 串= 网格计算技术概述 中起来，协调解决多个资源之间的共享问题。最上面的应用层与资源的距离最远，它关心 的是有什么样的资源可以出下面提供给虚拟组织，解决不同虚拟组织的具体问题。五层沙 漏结构与广为使用的t c p i p 网络协议结构的比较如图1 1 所示。五层沙漏结构根据该结构 中各组成部分与共享资源的距离，把对共享资源进行操作、管理和使用的功能分散在五个 不同的层次，越向下层就越接近于物理的共享资源该层与特定资源相关的成分就比较多； 越向上层就越感觉不到共享资源的细节特征，即上层是更加抽象共享资源的表示，因此不 需要关心与底层资源相关的具体实现问题。 l l - j i t k 屡 i 图1 1 五层结构及其与t c p i p 网格协议的对比 2 开放网格服务体系结构 开放网格服务体系结构o g s a 是继五层沙漏结构之后最重要的一种网络体系结构。 o g s a 是以服务为中心的“服务结构”。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、数据库等等，简而言之，一切都是服务。在o g s a 中将 实现服务共享。 图1 , 2o g s a 应用体系结构 6 o g s a 允许 o g s a 允许l 1目录消息 露 堕重型些查兰塑兰! ! ! 堡主些堡苎 篓二萱堕整堡苎墼查塑堕 o g s a 标准定义了什么是网格服务，网格服务可以做些什么，以及网格服务所基于的 技术。但是，o g s a 并没有深入阐述规范中的实现技术细节，它的主要目的是澄清什么是 网格系统，什么不是网格系统，同时o g s a 也可以用来给网格服务下定义。o g s a 的目标 是为基于网格的应用定义个崭新的通用标准的体系结构，o g s a 的主要体系结构架构如 图1 2 所示。o g s a 对w e b 服务进行了扩展，提出动态服务，即网格服务的概念，通过定 义标准的服务接口把服务实现、资源所在地和物理资源屏蔽，不仅解决了异构网格环境的 互操作问题，而且真正实现了服务的虚拟化，即每个网格服务提供组织是一个虚拟组织环 境( v o e ) 。网格与w e b 服务一样用w e b 服务描述语言( w s d l ) 来描述( o g s i 对w s d l 进行了扩展，对w s d l 中的p o r t t y p e 定义了新的模式，关联新的域名g w s d l ) 。 o g s a 主要是为网格服务提供了一组定义好的接口，遵循明确约定的w e b 服务。定义 的接i z l 包括发现服务、动态服务创建工厂、生命周期管理、服务注册和注销、网格服务与 实现间的映射和通知。具体的接口及其实现方法与功能见表1 1 所示，其中网格服务接口 及其功能是实现网格计算所必须的。 表1 1网格服务接口类、方法和功能描述 服务端口类实现方法功能描述 f i n d s e r v i c e d a t a 查询网格服务实例的各种信息，包 网格服务 括一些基本的内部信息，如大量关 g r i d s e r v i c e 于每个接口的信息及与特定服务 相关的信息。 s e t t e r m i n a t i o n t i m e 设置并得到网格服务实例的软终 止时闻，该时间可以通过远程设 置。 d e s t o r y终止网格服务。 资源通知 s u b s c r i b e t o n o t i f i e a t i o n t o p i c 根据感兴趣的消息类型和内容来 n o t i f i c a t i o n s o u r e e说明，并向相关事件的通知发送者 进行登记。 u n s u b s c d b e t o n o t i f i c a t i o n t o p i c 取消登记。 南京邮电大学硕：i 研究生学位论文 第章嘲格计算技术概述 落实通知d e l i v e r n o t i f i c a t i o n 异步发送消息。 n o t i c i c a t i o n s i n k 注册r e g i s t r yr e g i s t e r s e r v i c e 网格服务句柄g s h 的软状态注 册。 u n r e g i s t e r s e r v i c e 取消注册的网格服务句柄g s h 。 工厂f a c t o r y c r e a t e s e r v i c e 创建新的网格服务实例。 主键 f i n d b y p r i m a r y k e y 返回根据特定键值创建的网格服 p r i m a r y k e y 务句柄g s h 。 d e s t r o y b y p r i m a r y k e y 撤销特定键值创建的网格服务实 例。 句柄映射 f i n d b y h a n d l e 返回与网格服务旬柄相关联的网 h a n d l e m a p 格服务实例。 3 底层架构的演变 在o g s a 刚提出不久，g g f 及时推出了开放网格服务基础架构( o g s i ) 草案，并成 立了o g s i 工作组，负责该草案的进一步完善和规范化。o g s i 是作为o g s a 核心规范提 出的，其1 0 版于2 0 0 3 年7 月正式发布。o g s i 规范通过扩展w e b 服务定义语言w s d l 和x m ls c h e m a 的使用，来解决具有状态属性的w e b 服务的问题。o g s i 定义的网格服务 规范包括网格服务的命名和参照方法、网格服务都必须具有的接口及可选择的附加接口。 但近一两年的实践证明，o g s i 存在明显的不足。对应开放网格服务基础架构o g s i 】0 版的推出，并试图解决o g s i 和w e b 服务之间存在的矛盾，w e b 服务资源框架w s r f 0 8 1 被 提了出来 o g s a 和w s r f 目前都处于不断的发展变化之中。2 0 0 4 年6 月，o g s a l 0 版本发布， 阐述了o g s a 与w e b 服务标准的关系，同时给出了不同的o g s a 应用实例。作为w s r f 的基础支撑协议w s a d d r e s s i n g ，也得到了万维网联盟( w 3 c ) 的承认，并成立了w 3 c w s a d d r e s s i n g 工作组。 对于w s r f 本身而言，由于其提出不久，其规范还有待在实践中得到进一步应用证明， 并逐步得到完善。基于o g s a 和w s r f 的服务网格平台和舰范协议，将最终成为下一代互 南京邮电大学顾1 研究生学位论文 第一章网格计算技术概述 联网的基础设施，所有的应用都将在网格的基础平台上得以实施。w s r f 采用了与网格服 务完全不同的定义：资源是有状态的，服务是无状态的。为了充分兼容现有的w e b 服务， w s r f 使用w s d l1 1 定义o g s i 中的各项能力，避免对扩展工具的要求，原有的网格服 务已经演变成了w e b 服务和资源文档两部分。w s r f 推出的目的在于：定义出一个通用且 开放的架构，利用w e b 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 e b 服务中的方式。w s r f 的规范是针对o g s i 规范的主要 接口和操作而定义的，它保留了o g s i 中规定的所有基本功能，只是改变了某些语法，并 且使用了不同的术语进行表达。 网格服务体系结构的演变建立在构建g l o b u st o o l k i t 中获得的经验之上。同时体系结 构的发展为网格服务的实现提供了良好的参考标准。g l o b u s t o o l k i t3 ( g t 3 ) 基于o g s i1 0 标准实现网格应用开发。运用g t 3 的实践促使了w s r f 和w s n 标准的出现。最新发布的 g i o b u s t o o l k i t 4 ( g t 4 ) 8 1 实现这两个标准。作为国际上最有影响的和网格相关的项目之一， g l o b u st o o l k i t 已经成为建造网格应用和网格环境的首选。 1 1 4 网格技术分类 网格问题是以分稚为基础的可以支持大规模、多粒度的资源共享问题。网格概念是由 实际应用中具体的网络问题驱动的，为解决这些网格问题出现的技术就是网格技术。从网 格开发角度来看，网格技术分为网格底层支撑技术、网格核心管理技术、网格开发技术、 网格应用技术。如下图1 3 所示。 嘲格鹰用 婀格门，o j 嘲格- - 1 2 贝 ， 嗍格开发环境 嘲格核心中嗣件 资源桐关层 资源相关层 资源相笑j 鑫 特定疑源 特迎资源特定蛩f 源 网格底层支撑技术 图1 3 网格技术分类 格艘用 技沭 榕，f 苎 技术 格核心 理技术 格底屡 撺技术 髓 州 网臀嘲盘 广j ，1 南京邮电大学硕l ：研究生学位论文第一章阿格计算技术概述 在图1 3 中，最底层就是各种可以用来共享的网格资源，它可以包括极其广泛的内容， 从超大型仪器设备到一个简单的探测器都可以成为共享的目标，为了实现该资源的共享， 需要提供相应的支持手段使得其他地方的使用者或者应用程序可以访问、甚至操纵它。 为了实现各种资源的广泛共享，需要提供一层与特定的资源相关的功能，它既可以实 现对该资源的有效控制，又能够对上面的需求提供统一的接口，便于对资源的访问。这就 是资源相关层。 网格核心管理技术 网格中最关键的一层就是网格核心中间件，这层软件设施能够对分布的各种资源进行 有效管理，为整个网格应用提供高效、安全、可靠的服务。网格核心中间件是网格系统中 连接上层应用和下层资源的核心，它提供对网格的管理功能，但是一般这种功能层次比较 低，因此不容易被普通开发者掌握，可以把它比作计算机语言中的汇编语言，虽然功能足 够强大，但是编程级别太低，因此应用程序丌发效率太低。为了克服这一缺点，网格开发 环境便应运而生。 网格开发技术 网格开发环境是为了方便使用网格的各种功能而提出的种集成的、高效的网格应用 技术人员工作环境，使用这一环境，可以更容易地实现各种网格功能。对于经常使用的网 格功能，可以进一步以网格工具的形式固定下来，这样即使是非专业的人员，也可以通过 网格工具方便地对网格进行些基本的管理。 网格门户是为最终的网格用户提供的，网格门户就是用来访问网格服务与资源的可订 制、个性化w e b 接口。对于网格用户来说，不需要知道网格的具体实现与细节，只需要为 其经常性的工作、生活提供方便、容易理解以及最快捷的支持即可。网格门户可以针对不 同网格用户群的特点，为其提供熟悉的容易理解和方便操作的界面，网格门户的界面友好 与方便使用是网格应用成功的一个重要因素。 网格应用技术 最上面的一层是各种各样的网格应用，也是网格最终服务的对象。网格应用分为四个 主要的部分。分别是分布是超级计算应用、实时广域分布式仪器系统、数据密集型计算以 及远程沉浸。随着网格技术的进一步发展，网格应用领域将会更广。 堕型! 皇查兰婴! ：型窒生堂篁笙苎 笙二：皇堕坚生蔓垫查坚鲨 1 2 网格计算的研究现状 网格计算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 m 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，解决诸如高能物理、大气、天文、生物信息和石油地 质等许多重大应用领域中的问题( 诸如虚拟核爆炸、新药研制、气象预报和环境监测等) ， 而且还能使人们共享和充分利用网络中的各种资源。网格技术的出现使很多行业具有挑战 性的问题可以在新的计算平台上完成和实现。各国政府、科研机构和商业机构已经意识到 网格的重要性，都积极投身网格领域的研究和推广。 目前，各国政府和大公司近年来纷纷投入巨资丌展网格相关的研究开发工作。美国是 网格研究起步最早的国家。也是目前在网格研究方面走在最前列的国家。美国多家研究机 构开展了与网格相关的研究工作，并开发了l e g i o n 、g l o b u s 等比较有影响的软件和工具。 其中g l o b u s 软件已经在世界范围内的许多项目中被采用。同时，美国也建成了多个科研 网格和教育网格，并已在运行当中。美国国家科学基金于2 0 0 1 年9 月发起了一个创新计 划，投资1 2 0 0 力美元，计划花3 年的时间构建和部署一个先进的网格服务平台。到目前 为止，它已经发布了一个中间件包，包括g l o b u s 工具包、c o n d o r - g 和n w s ，使得美国 的科研人员、工程师和教育工作者能够使用该网格。该创新计划设有网格研究、集成、部 署小组和企业桌面集成技术小组。此外，美国军方也在规划实施一个宏大的网格计划，称 为“全球信息网格”，预计在2 0 2 0 年完成。美国政府用于网格技术基础研究的经费已达5 亿美元。 欧洲也是网格研究和建设非常活跃的地区，已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加的研究项目。欧洲网格目标是把世界各地的物理学家 联系在一起开展全球协作研究工作，它是欧盟支持的一个项目，涉及到中间件、基础设施、 应用和管理四个方面。欧洲还建成了欧洲网格计算数据库，幽查找数据库和计算机数据库 组成。前者包含进行网格计算和相关活动的欧洲超级计算中心、组织、项目、研究小组和 人员的有关信息，后者存储了欧洲所有可以在研究活动中使用的超级计算机。 澳大利亚也积极支持网格研究，坐落于墨尔本大学的网格式计算和分布式计算实验室 开发了g r i d s i m 是目前流行的网格计算的仿真工具。 j 南京邮i n 大学埘i j 研究生学位论文第一章网格计算技术概述 在亚洲，中国、同本、韩国等国都先后举办了网格方面的高级国际论坛或研讨会，网 格的研究和应用已经在亚洲许多国家和地区轰轰烈烈地开展起来。日本是亚洲开展网格研 究比较早的国家之一，日本政府成立了全国网格论坛，并于2 0 0 3 年启动了n a t i o n a lr e s e a r c h g r i d ( 一亿美元) 和n a t i o n a lb u s i n e s sg r i d 两个研究开发项目。韩国于2 0 0 1 年开展了国家 网格基本计划，建立了韩国网格论坛。韩国的网格计划之一是n + g r i d ，这个2 0 0 2 2 0 0 6 的 五年计划将投资3 5 0 0 万美元，另外还有网络和高性能计算机的投入( 每年投入为1 5 0 0 万 美元) 。印度也将开发一个i - g r i d 网格。 在我国，中国科学院计算研究所从1 9 9 6 年丌始了网格技术的研究开发工作。2 0 0 0 年， 开发了连接国内8 个曙光计算中心的网格。中科院把网格研究作为一个长期、重要的、具 有发展潜力的研究方向，2 0 0 1 年提出了织女星网格计划，该计划包括从低到高的网格操作 系统、信息网格和知识网格三个层次，并在三个层次上都取得了定成绩。国内其他一些 大学和研究所也开展了网格技术的研究，其中包括清华大学牵头的“先进计算基础设施 a c i ”项目，其目标主要是连接各个高性能计算中心或者高校的昂贵的仪器和计算设备。 我国网格研究已经列入“8 6 3 计划”，国家已经投入大量资金支持网格研究工作，将使我国 的网格研究迅速向世界水平迈进。 产业界如i b m 已宣布投入1 0 0 亿美元，启动“按需计算”计划，这个计划由i b m 资 深科学家w l a d a w s k y b e r g e r 领导，其主要内容是网格计算与自主计算，包括提供一个网格 计算工具包。h p 和s u n 等其他跨国公司也纷纷提出各自的网格技术研究计划1 9 】。 综上所述，当前网格计算的研究内容主要围绕以下几个方面展开：底层支撑软件的研 究，目前有代表性的有g l o b u st o o l k i t ；利用底层支撑软件的大规模应用，包括上面提到的 很多网格计算应用；利于网格应用快速开发和部署的辅助软件例如i b m 网格计算工具包； 其他研究性的辅助软件：网格计算的仿真工具如g r i d s i m 等。从上面可以看出，目前研究 的热点集中在底层支撑软件的研究和网格的大规模应用，有利于网格应用快速开发和部署 的成熟平台工具软件还没有。 1 3g l o b u st o o l k i t 软件架构 g l o b u st o o l k i t 是o g s i 标准的最主要的参考实现，是目前在全球范围的网格从业者中 广为使用和研究的网格中间件基础架构软件，也是目前使用最广泛的网格开发工具包，被 塑塞塑皇查堂堡! ：塑塑竺兰垡堕苎 笙二要里塑生墨堡查堕堕 很多全球新兴技术包括公用计算、i b m 按需计算商业、可视化资源共享和分布式任务调度 使用。这些业务验证了网格计算中开放标准资源的共享和互操作。g l o b u s 网格中间件及其 相关架构正处于不断演变中，g t 3 是目前较为成熟的版本。本节将介绍通过g t 3 服务端和 客户端架构详细介绍其软件架构模型，然后以一个实例介绍g t 3 网格服务构建部署的全过 程。 1 3 1g t 3 软件架构模型 g t 3 架构包含了g t 3 核心、基础服务和用户定义服务三个部分。 g t 3 核心构成了网格服务的基本架构模块。这个核心包括： o g s i 参考实现：提供o g s i 定义的接口、消息和网格行为。这个实现提供与w e b 服务引擎及主机平台互操作的方法。这个实现架构提供的工具帮助创建网格服务。 安全架构：提供基本的网格安全，包括消息和传输层保护、端对端相互认证和授 权。 系统级服务：包括同志服务、管理服务、旬柄解析服务、路由服务和其他重要的 问候服务。这些服务构建在o g s i 参考实现和安全实现之上。为了更好的管理性 和用户化，它们提供系统级服务供其他o g s i 服务使用。 更高层次的基础服务位于g t 3 核心之上。g t 3 基础提供的服务有信息服务、数据管理 服务和任务执行服务等。 用户定义服务是创建来使用o g s i 参考实现和安全架构的应用程序级别的服务。这些 服务可以与其他高层服务交替工作来提供