（计算机软件与理论专业论文）网格应用部署规范研究.pdf

摘要 网格计算自上世纪9 0 年代提出以来，就倍受人们关注。网格的理念是跨域 的资源共享，消除信息孤岛。就像t c m p 协议是互联网的核心一样，为了实现 跨域资源及计算力协同共享的目的，需要制定一系列的标准和规范，如统一命名 ，术语、统一资源的属性和语义描述、功能实现的技术方法等。此外，当前软件 的开发已经从传统模式的独立团队开发转变为对于系统可能知之甚少，彼此之间 缺乏联系的多团队共同开发，这些要求自然也导致软件开发中需要遵循统一的标 准。网格资源具有广泛分布、异构、自治等特点，构建网格平台或系统的首要任 务就是制定标准，统一网格资源的描述和业务流程的实现协议。因此，标准对于 网格系统的构建来说是至关重要的。 针对目前网格系统可以支持不同领域的e s c i e n c e 应用，而且网格系统与应用 绑定过紧等问题，我们提出了在网格平台上部署e s c i e n c e 应用系统的思想。通过 对网格应用部署资源管理、日志管理、作业管理以及特殊事件通知机制等四个通 道的接口研究，制定了核心接口网格应用部署接口框架( a p p l i c a t i o nd e p l o y m e n t i n t e r f a c ef r a m e w o r k ) a d i f 规范组，并研发了相应的应用部署中间件。此规范对 各个功能模块的“部署清单”进行了约定，具有良好的格式、语义和语法，并且 适应外部环境的变化，在不同系统之间达到一致性可用的要求。 最后本文根据e s c i e n c e 用户对网格资源的特殊性需求问题，着重介绍了网格 应用部署资源管理子规范( a d i f r e s o u r c e sm a n a g e m e n t ) ，其主要关注资源部 署、资源销毁、资源反部署三个方面的功能。最终用户可以对资源服务进行再描 述，以便网格平台根据用户的需要掩蔽不必要的资源。 关键字：规范，网格计算，虚拟系统，应用部署，a d i f a b s t r a c t g r i dc o m p u t i n gh a sb e e nh i g h l yc o n c e r n e ds i n c eb e e np r o p o s e di n9 0 so ft h el a s t c e n t u r y t h ei d e ao f 鲥di ss h a r i n go f c r o s s - d o m a i nr e s o u r c e sa n de l i m i n a t i n gi s o l a t e d i s l a n d so fi n f o r m a t i o n 。l i k et c p | i pp r o t o c o li st h eg o r eo ft h ei n t e r n e t , i no r d e rt o a c h i e v et h ep u r p o s eo f s h a r i n gc r o s s - d o m a i nr e s o u r c e sa n dc o o r d i n a t i o no f c o m p u t i n g p o w e ba s e r i e so fs t a n d a r d sa n dr u l e sa r en e e d e d s u c ha su n i v e r s a ln a m i n go r t e r m i n o l o g y , p r o p e r t i e sa n ds e m a n t i cd e s c r i p t i o no fu n i f i e dc o m p u t i n gr e s o u r c e sa n d t e c h n i c a lm e t h o d so ff u n c t i o n a l r e a l i z a t i o n ，e t c a d d i t i o n a l ，p r e s e n t s o f t w a r e d e v e l o p m e n th a sr a t h e rt u r n e d t ob e i n gd e v e l o p e db ym u l t i t e a m sw h i c hm a ya c q u a i n t t h es y s t e ms c a r c e l ya n dl a c ko fa s s o c i a t i o nt h a nt r a d i t i o n a li n d e p e n d e n tt e a m t h i s c o n v e r s i o na l s ol e a d st or e q u i r e m e n to fu n i f o r ms t a n d a r d g r i dr e s o u r c e sh a v ef e a t u r e o fw i d e l y d i s t r i b u t i o n ，h e t e r o g e n e o u sa n da u t o n o m o u s t h ep r i m a r y t a s k so f c o n s t r u c t i n gag r i dp l a t f o r m o rs y s t e mi n c l u d ed e v e l o p i n gs t a n d a r d s ，u n i f y i n g d e s c r i p t i o no fg r i dr e s o u r c e sa n da c h i e v e m e n tr u l e so fb u s i n e s sp r o c e s s e s t h e r e f o r e ， t h es t a n d a r di sc r i t i c a lf o rb u i l d i n gg r i ds y s t e m s a tp r e s e n t , g r i ds y s t e m sc a ns u p p o r tt h et y p i c a la p p l i c a t i o no fv a r i o u sf i e l d sa n d t h e yt i g h t l yb i n dw i t he - s c i e n c e a d d r e s st ot h i si s s u e ，w ep r o p o s et h ea r c h i t e c t u r eo f d e p l o y i n ge - s c i e n c ea p p l i c a t i o ns y s t e m so ng a dp l a t f o r m t h r o u g hr e s e a r c h i n go f i n t e r f a c e so ff o u ra c c e s s e sw h i c hi n c l u d er e s o u r c em a n a g e m e n t , l o gm a n a g e m e n t ， w o r k f l o wm a n a g e m e n ta n di n f o r m i n gm e c h a n i s mo fs p e c i a lc a s e sf o rg a d a p p l i c a t i o n s ，w eh a v ee s t a b l i s h e dc o r ei n t e r f a c er u l e sf r a m e w o r kw h i c hi sc a l l e d a d i f ( a p p l i c a t i o nd e p l o y m e n ti n t e r f a c ef r a m e w o r k ) a n dd e v e l o p e dt h er e l a t e d a p p l i c a t i o nd e p l o y i n gm i d d l ew a r e t h i sa r c h i t e c t u r es e t sr u l e sf o rt h e “a r r a n g e m e n t l i s t ”o fe a c hf u n c t i o nm o d u l e i th a s9 0 0 df o r m a t t i n g ，s e m a n t i ca n dg r a m m a r , a n d m a t t e r sl e s sb yv a r i e t yo fo u t e re n v i r o n m e n ta n dc a r lb ec o n s i s t e n t l yu s e di nv a r i o u s s y s t e m s f i n a l l y ，b a s e do nt h en e e d so f t h er e s o u r c e si nt h es p e c i f i c i t yb ye - s c i e n c eg r i d u s e r ，t h i s p a p e rf o c u s e do n t h ed e p l o y m e n to fg r i dr e s o u r c em a n a g e m e n t h s u b - s p e c i f i c a t i o n ( a d w r e s o u r c e sm a n a g e m e n t ) i tm a i n l yc o n c e l - n st h r e ea s p e c t s o ft h e d e p l o y m e n to fr e s o u r c e si n c l u d i n gd e p l o y m e n to fr e s o u r c e s ，r e s o u r c e d e s t r u c t i o na n dr e s o u r c eu n d e p l o yt oa n t i f u n c t i o nm o d u l e s t h i ss p e c i f i c a t i o na l l o w s t h eu l t i m a t eu s e r st or c d e s c r i p t i o nr e s o u r c es e r v i c e s ，s ot h a tt h eg r i dp l a t f o r mc a n c o v e rt h eu n n e c e s s a r yr e s o u r c ea c c o r d i n gt ot h en e e d so fu s e r s k e y w o r d ss p e c i f i c a t i o n ，g r i dc o m p u t i n g ，v i r t u a ls y s t e m ，d e p l o y m e n t ， a d i fs p e c i f i c a t i o n i i i 原创性声明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下 独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或 未发表的成果、数据、观点等，均己明确注明出处。除文中已经 注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体， 均己在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：塑_ 童e l 期：塑! ! 至! 里! 璺 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产 权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论 文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸 质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使 用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名 单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 扩? 一 论文作者签名：盟导师签名：篷型日期：翌! 堡堕， 兰州大学硕：t 学位论文网格应用部署规范研究 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 网格【1 i f 2 自上世纪9 0 年代提出以来，就倍受人们关注。网格的理念是跨域的 资源共享，消除信息孤岛。就像t c p i p 协议是互联网的核心一样，为了实现跨域 资源及计算力协同共享的目的，同样需要制定一系列的标准和规范，如统一命名 术语、统一计算资源的属性和语义描述、功能实现的技术方法等。网格资源具 有广泛分布、异构、自治等特点，构建网格平台或系统的首要任务就是制定标准， 统一网格资源的描述和业务流程的实现协议。因此，标准对于网格系统的构建来 说是至关重要的。 网格技术的标准化是网格自身发展所要求的。在网格兴起的初期，人们期望 通过一套统一的技术和管理方法，建立一个全球性的网格。但从近几年网格技术 的发展来看，这种期望在短时间内难以实现。目前，众多的国家级网格系统，众 多的企业网格系统、以及数百个网格应用系统，为以网络为基础的科学活动提供 了支撑平台，推动了网格技术的应用和跨学科交叉。这说明在今后相当长的时间 内，多个网格并存的现象将会存在。虽然国内外在网格研究方面已经取得了重大 的进展，并开始投入实际应用，但是由于各网格计划的研究都相对独立，造成各 网格平台之问的互联互通互操作性较差，网格之闻的资源较难进行统一的监控和 调度，从而无法实现跨平台的资源共享。而且，在不同的网格研究项目中，解决 的基本核心问题都非常类似，从世界范围内看，网格研究重复投资、重复开发的 现象严重，造成了人力和物力的大量浪费，在很大程度上阻碍了网格技术的发展 速度。因此，实现异构网格之间的互通互操作具有非常重要的理论和现实意义， 而实现不同网格项目之间的互联互通，需要制定相关的网格开发和互操作标准， 用于规范和约束网格系统之间的通信和交互。 尽管现在制定的规范成百上千，我们所熟识的规范也有很多，但是目前对于 规范的理论研究明显滞后。例如，规范的基本组成：规范是描述抽象对象还是描 述实际对象：如何正确定义规范的继承性、层次性和一致性；如何保证规范的完 备性和可靠性：以及如何实现规范的可扩展性和可维护性。这些问题是我们在制 兰州大学硕：t 学位论文网格应用部署规范研究 定规范时不可避免要考虑的，但是这些问题目前研究的很不够。现在一个规范被 大家所承认和使用，并非因为此规范的合理和科学，仅仅是被大家承认而已，对 于规范的评价和使用完全是一种实用主义的态度。这种现象应该逐步得到改善， 使得我们在制定规范时有一些原则可以去参照，从而可以制定出更加合理与科学 的规范。 总的来说，当前规范的缺乏所导致的安全、调度、信息管理、任务数据、数 据管理等问题把网格开发人员紧紧限制在一个封闭的环境中，只有统一的标准平 台才能解决这些问题。标准的网格平台可以被开发和部署在任何可能的设备商， 设备的任务系统允许任何具有适当权限韵人向网格提交任务。大量隶属于特定公 司或者项目的独立网格将不复存在，我们将会拥有一个全球性的网格，各种任务 将会根据任务需求和资源可用性在整个网格上展开。而对于研究人员来说，掌握 了网格的标准，也就意味着掌握了未来网格技术的发展走向和未来市场的主导 权。 本论文试图在上面的讨论基础上，建立一个粗略的关于网格标准的理论研究 框架，并且在这个框架下，详细讨论在网格平台部署应用系统的规范的研究。 1 2 论文的主要内容和组织结构 1 2 1 论文的主要内容 在本文中，首先介绍研究规范的需求、国内外网格规范研究的现状以及规范 的概念和规范的基本组成结构，从理论和技术两方面出发，阐述了规范研究的基 础：然后从应用部署规范研究展开讨论，大体描述了应用部署接口框架( a d i f 规范) 的组成部分和语法结构；最后具体地描述了a d i f 子规范的资源管理部署 规范。 1 2 2 论文的组织结构 本文的章节组织如下： 第一章：绪论。提出研究规范的目的和意义，制定规范时需要考虑的主要 问题，以及论文的主要内容和组织结构； 2 兰州大学硕士学位论文网格应用部署规范研究 第二章：网格规范研究。介绍了目前国内外规范研究的现状，规范的概念 和网格系统的规范。从本体论与代数系统的研究背景出发，阐述了研究规范的理 论支持；从x m l 文档结构出发，描述了规范研究的技术支持。对目前的规范进 行了归类，并说明在网格系统下着重需要研究的几类规范； 第三章：e - s c i e n c e 环境下应用部署的研究。主要讨论应用部署规范的研究， 详细描述了网格平台下部署e s c i e n c e 应用系统的基础框架；在网格平台上部署应 用系统的优点和应用部署规范研究的基本内容； 第四章：应用部署接口框架。主要讨论应用部署接口框架( a d i f 规范) ， 大体介绍a d i f 规范的主要组成部分和语法结构。 第五章：a d i f 资源管理规范。对a d i f 规范中的资源管理规范做了详细的描 述，介绍怎样通过资源部署清单，对资源进行部署、销毁和反部署的操作。 最后是本文的结论部分，对本文的工作进行了总结与展望。列出了论文中 较有特色的工作，提出了进一步的工作展望。 3 兰州大学硕士学位论文 网格应用部署规范研究 第二章网格规范研究 2 1 网格规范研究现状 2 1 1 网格发展概述 在讨论网格规范之前，我们首先介绍一下网格的发展情况。随着科学研究的 不断深入和交叉学科的涌现，越来越需要知识技术的结合、相关科学信息的共享 和多种科研资源的协同工作。因此，如何协同分散在各地的大量科研资源来完成 各种复杂科研问题，已经成为一个至关重要的问题。网格技术正是为解决跨组织、 跨地域的大规模资源共享和协作提出的一种新方法。 与i n t e m e t 研究类似，学术机构在网格技术的研究中也走在了前列。网格诞 生于那些非常需要进行协作研究的学术领域。网格最早是借助电力网的概念提出 的：就像人们使用电力而不用知道电力从哪里来、怎么来的一样，人们在使用网 格提供的计算力的时候也无须知道提供“计算力 的资源的位置、互联方式等细 节问题。网格问题被形象地定义为在个人、组织机构、互联资源( 计算设备、网 络、在线仪器设备、存储设备等) 的动态集合上实现灵活、安全、透明、协同的 资源共享。网格研究试图将一组通过高速网络连接起来的异构资源聚合起来，成 为一个整体计算环境，透明地向用户提供各类高性能计算服务。其最终目标是希 望计算机一旦接入网络就能获取源源不断的计算能力。 网格计算自上世纪9 0 年代提出以来，就广泛受到人们的关注，不仅网格技 术本身发展异常迅速，而且基于网格应用的范围也越来越广，已从单纯的科学计 算领域扩展到了军事仿真、高能物理、生物计算等领域。同时，随着网格技术的 逐渐成熟，全球网格建设蓬勃发展，得到了世界各国政府和产业界的大力支持。 美国、日本、欧洲各国政府支持了数十个大型的网格研究和开发项目，包括美国 的i p g 3 1 ，t e m g d d 【4 1 ，o s g 5 1 ，n e e s g d d t 6 等：欧盟的e i n f r a s t r u c t u r e l 7 1 ，e g e e t 8 1 ， o m i i 等。中国网格重大项目包括：科技部资助的中国国家网格c n g d d 9 1 、教育 部资助的中国教育科研网格c h i n a g r i d l l 0 1 、国家自然科学基金委资助的“以网络 为基础的科学活动环境”n s f g r i d 等。 4 兰州大学硕士学位论文 网格应用部署规范研究 2 1 2 网格规范的研究意义 随着网格的发展和应用领域的扩展，网格规范的研究日益重要，国内外对指 定网格标准、规范网格系统的发展、实现网格之间的互操作都非常重视。目前已 经开始了一些相关研究，并且形成了具有相当规模和影响力的组织。这些组织的 研究成果为未来网格技术标准的制定打下了广泛的基础。比如：结合w 曲服务技 术优势，先后提出了开放网格服务基础设施o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c e s i n f r a s t r u c t u r e ) 和w 曲服务资源框架w s r f ( w e bs e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ) 【l l 】 这两个实现规范。尽管目前存在多种形式的网格标准，但是都没有达到一致公认 的程度，为此需要在已开展的网格研究基础上，进行网格标准的研究，实现在大 范围内能达到互联互通的目的，因此开展网格标准研究具有突出的现实性意义： ( 1 ) 标准化的体系对于网格技术应用的重要性日益显现 标准体系是网格应用发展的重要前提，如果没有标准体系做支撑，就无法真 正实现网格系统的互联互通、资源共享和协同工作。 ( 2 ) 网格标准研究条件成熟 基于目前取得的研究成果，开展网格标准基础研究，最终形成统一的、规范 的网格标准体系，有利于规范网格系统的实现和应用，也能为我国网格技术和产 业的发展赢得主动和先机。 2 1 3 网格规范国内外研究现状 从2 1 世纪初期开始，来自科学研究、电子商务、电子政务、电子娱乐、教 育领域等多个方面的各种应用需求推动网格技术蓬勃发展，进而促成了网格与 w e b 服务的融合。此后，网格计算就开始朝着标准化的方向发展，网格研究的重 心也开始从之前的异构计算资源聚合转向分布式全球协作、面向服务的方法以及 信息层处理。以o g s a 的提出为标志，结合w e b 服务技术的网格技术的标准化工 作不仅受到了o m g 、w 3 c 、o a s i s 等已有国际标准化组织的关注和支持，网格 领域中也先后出现了g g f 、e g a 、o g f 等标准化组织。但由于表达和逻辑上的不 一致，即便是完全基于已有网格标准研制的系统和平台之间仍然无法进行互操 作。因此，人们目前普遍采用如下的方式来进行不同网格平台系统之间的互联 互通：各个网格项目之间制定内部规范，建立网格网关。比如在欧盟f p 6 支持的 s 兰州大学硕士学位论文 网格应用部署规范研究 欧中网格( e u c h i n a g r i d ) 实现在e g e e 中间件g l i 钯【1 2 1 与中国国家网格c n g r i d t l 3 l 中间的互操作。其他一些关于不同网格中间件之间的互操作的研究有：欧盟资助 的g r i p ( g r i di n t e r o p e r a b i l i t yp r o j e c t ) 项目便是以实现网格中间件g l o b u s 和 u n i c o r e l l 4 之间的互操作，并把相关研究成果提交给g g f 为目标。由中国国家 高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 资助的“中英网格实验平台核心技术及应用研 究”( 简称o m i i c h i n a ) b 5 项目的一项重要研究内容就是网格中间件的互操作技 术，完成国内主流网格中间件c r o w n 1 6 1 、c n g r i d 与o m i i 、g l o b u s 等网格中问 件的互操作。以实现国内网格平台与英国e s c i e n c e 网格平台的互联互通。o g f 的o g s a w g - b e s ，组织来自学术界和业界的众多网格中间件系统进行互操作实 验已验证相关互操作标准的可行性。 从工作方向来分，o g f 提出的标准主要分别为以下几个方面：系统架构 ( a r c h i t e c t u r e ) 、管理( m a n a g e m e n t ) 、数据( d a t a ) 、计算( c o m p u t e ) 、安全 ( s e c u r i t y ) 、应用( a p p l i c a t i o n ) 和基础设施( i n f r a s t r u c t u r e ) 1 7 1 。但在这些框架 中，并没有对描述方面的标准有明确的定义，而更多的倾向于对更大尺度的框架 进行定义，把制定描述标准的工作抛给了系统实现者，这直接导致即使完全按照 o g f 的标准实现的网格系统之间仍然无法无缝整合。 以g l o b u st o o l k i t l 疆l 自己提出的任务描述标准r e s o u r c 启s p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ( r s l ) 【1 和资源描述标准g l u es c h e m a 2 0 为例：在g t 4 2 1 1 以前的版本中，r s l 是用p a r a m v a l u e 语法实现的，需要用复杂的规则判定一个属性的结束，属性的各 种组合语法也菲常复杂，然而在g t 4 中，r s l 被修改为以x m l 为基础，这种改 动影响了很多用户，他们为g l o b u st o o l k i t 开发的所有基于r s l 的构件不得不全部 修改以适应新版本，这无疑对用户和实现者都带来了很多麻烦：g l u es c h e m a 利用u m l 语言定义了计算资源、存储资源和主机集群的描述方法，并没有对语 言的具体内容做出定义，也就是说即使采用g l u es c h e m a ，用户仍然可以在自己 的实现中使用截然不同的语言，无法做到无缝的互联互通。下面我们将将从规范 研究关注的问题来研究网格环境下规范研究工作。 2 2 规范的理论与技术支持 目前，软件开发已经从对系统内部操作的关注，逐渐地转为要求所开发的软 6 兰州大学硕士学位论文网格应用部署规范研究 件在不同系统之间可以互联互通，适应外部环境的变化。系统的开发方式，也从 对于系统很了解，彼此之间也非常熟悉的团队独立开发，演变为对于系统可能知 之甚少，彼此之间缺乏联系的多个团队的共同开发。在这样的系统开发模式下， 需要开发团队所开发的系统或者软件要具有良好的共用性和一致性，因此制定一 个大家共同遵守的开发规范或标准就成为目前亟待解决的问题。正是因为这种情 况的发生，就促进了各种各样规范的出现和推广。 规范是对于系统资源及其相互关系的一种带有强制性的约定，这种约定一般 涉及到对象、操作和服务的各种描述格式，这些描述包括属性、状态、提交、执 行、返回等各种情况。为了说明具体说明什么是规范，以及我们究竟需要什么样 的规范，因此分别从以下几个方面进行讨论。 2 2 1 规范的理论支持 从本质上来讲，一个网格系统就是一个物理系统，其中有诸如资源、操作、 指令、服务这样的物理或逻辑对象存在，我们把这些物理的或者逻辑的对象统一 称作网格实体( e n t i t y ) ，而把这些对象的符号对应称为本体( t o k e n ) 。因此在一 个网格系统中，两类元素是最重要的，一个是对象( o b j e c t ) ，一个是操作 ( o p e r a t i o n ) 。对象指的是网格系统中的各种资源或服务，如软件资源( 数据库， 软件等) ，硬件资源( c p u ，存储器，大型仪器设备等) ，服务资源( 进程，通信 接口，安全许可，网络等) ，所有这些资源的共同特点是开放给用户可以使用的 网格资源物理或者逻辑对象。描述我们通常使用属性和状态来描述对象。属性是 资源的秉赋性质，它在一个时刻处于一个具体的值，而状态是属性值的集合。同 一个资源的属性一般是不变的，而属性的值是经常变动的，所以状态是动态的， 一个资源在每一个时刻处于一个特定的状态。资源在物理上可以是集中的，也可 是分散的，可以是物理的，例如c p u ，或者可以使逻辑的。操作指的是系统对于 对象的动作，这些动作改变对象的属性值，从而改变对象的状态，这些改变是用 户所期望的。但是从抽象的观点，无论这些资源的在物理上是如何分布的，是否 有实际的对象，它们提供给用户的使用是平等的。 当把网格系统抽象为虚拟系统时，相应的符号表示就分别映射为虚拟系统中 的抽象对象和抽象操作。另外如果实际系统中还有一些关于操作和对象之间的关 兰州大学硕士学位论文网格应用部署规范研究 系，这些关系也会映射为虚拟系统中的抽象关系。这些抽象的对象、操作和关系 组成一个泛代数系统，我们称为类型代数( t y p ea l g e b r a ) 。形式上，一个类型代 数系统是一个三维组( o ，f ，r ) ，其中0 是一个集合，其元素称为对象标记( o b j e c t m a r k u p ) 。f 是定义在o 上的函数的集合。r 是定义在f u d 上的关系的集合。在 实际问题中，o 中的元素称为对象标记，每一个对象标记有一个属性表( a t t r i b u t e t a b l e ) ，这个属性表称为对象的类型( t y p e ) ，或者叫对象标记类型( o b j e c tm a r k u p t y p e ) 。在任一时刻，一个对象标记在它的属性表中的每一个属性有一个赋值， 这一赋值序列称为该对象标记的状态( s t a t u s ) 。f 中的函数也叫做抽象操作 ( a b s t r a c to p e r a t i o n ) ，每一个函数相伴一个自然数，称为函数的秩，它相当于操 作的参数个数，这个秩连同参数的属性称为抽象操作类型( a b s t r a c to p e r a t i o n t y p e ) 。作为函数，抽象操作类型可以作用于抽象对象，作用的结果是改变了对 象标记的状态。这个状态通过符号串的方式传送给用户，称为消息。 由于本体系统各元素之间的关系，数据与数据的关系，数据与操作的关系， 操作与操作的关系等，相应的虚拟系统会构成一定的逻辑代数系统，泛代数系统 等。如下所示表示一个代数系统a ( o f ：r j 彤，其中a 表示代数系统，o 表示一个 集合，f 是定义在。上的函数集合，n 为f 中o 的个数。 数据_ 对象 操作_ 运算 关系_ 关系 不同的本体系统可以抽象为相同的虚拟系统，这样的虚拟系统可以用统一的 方式来描述不同本体系统的行为，如图2 1 所示。因此虚拟系统处理的实际上是 类数据，类操作。亦即常说的( 抽象) 数据类型，( 抽象) 操作类型，等等 有些系统抽象的对象不一定是数据，例如在进程代数里，对象是进程，运算 是进程之间的操作：顺序执行，并发执行，停止，跳过，启动等。 8 日格应用部g * 镕究 本体系统 图2 1 本体系统抽象为虚拟系统图例 对于像网格这样覆盖范围巨大资源高度分散和动态变化，由众多用户共同 使用和维护的系统，需要对于网格系统的对象和操作有一个共同的理解，就是对 于网格系统的对象以及操作的描述进行约定，这种约定就称为规范。根据规范的 约定，开发人员可以彼此独立的开发系统的各种软件，而保证这些软件之问的可 用性和兼容性。用户可以根据规范编写应用要求，而不必事先去了解有关两格系 统的具体细节。因此制定一个好的规范是使得系统开发能够高效高质量的基础， 也是为用户提供一个良好的开放的二次应用开发的基础。 在上述讨论的基础上，我们认为规范就是对于系统资源及其相互关系的一种 带有强制性的约定，这种约定一般涉及到对象、操作和服务的各种描述格式，这 些描述包括属性、状态、提交、执行、返回等各种情况。 2 0 2 规范的技术支持 x m l ( e x t e n s i b l cm a r k u pl a n g u a g e ) 即可扩展标记语言。它是网络环 境中跨平台的，依赖于内容的技术，是当前处理结构化文档信息的有力工 具。扩展标记语言x m l 是一种简单的数据存储语言，使用一系列简单的标 记描述数据，而这些标记可以用方便的方式建立，虽然x m l 占用的空间比 兰州大学硕士学位论文网格应用部署规范研究 二进制数据相比占用更多的空间，但x m l 极其简单易于掌握和使用。规范 的描述主要是对一个实体系统抽象出的虚拟系统的描述，而描述虚拟系统 法的问题等价于描述一个类型代数。类型代数中主要需要描述的部分是它 的对象标记和抽象操作，因此x m l 非常适合作为规范的描述语言。 x m l 的简单使其易于在任何应用程序中读写数据，这使x m l 很快成 为数据交换的唯一公共语言，虽然不同的应用软件也支持其它的数据交换 格式，但不久之后它们都将支持x m l ，那就意味着程序可以更容易的与 w i n d o w s 、m a co s ，l i n u x 以及其它平台下产生的信息结合，然后可以很容 易加载x m l 数据到程序中并分析它，并以x m l 格式输出结果。x m l 保留 了s g m l 的结构化功能，这样就使得设计者可以定义自己的文档类型。 x m l 文档具有很好的可扩展性、可读性、可维护性，因此它是很适于作为 描述类型代数的工具。x m l 的可扩展性不仅表现在语法上，也表现在语义上， 通过对于d t d l 2 2 1 和d o m 2 3 1 的联合使用，可以把语法上的扩展移植到语义上的扩 展。并且目前x m l 被许多重要的开发程序支持，例如j a v a ，c + + 等，使用x m l 描述可以很方便地转化为实际的应用程序，并且保持良好的可扩展性和可维护 性。这也是x m l 的突出的优点 2 2 3 规范和中间件 规范就是在一个虚拟系统中，对于数据与数据，操作与数据，以及操作与 操作之间的相互关系，消息传递与响应，任务形成与发送，以及描述方法与形式， 格式与体例等的说明与约定。而中间件是指一系列协议和服务软件，其功能是屏 蔽网格资源层中资源的分布、异构特性，向网格应用层提供透明、一致的使用接 口。中间件是实现规范中的说明和约定的软件，中间件是规范重要的组成部分， 只有通过中问件的运行，才能使规范成为真正有用的文件，成为用户实际使用的 标准。比如，在网格平台“部署e s c i e n c e 应用系统中，一次“部署过程就相 当于操作，而对象是指部署过程的度量参数，比如，c p u 数目、c p u 频率、内存 速度、内存空闲率、磁盘空间、磁盘空闲空间、网络带宽等信息。 根据不同的应用场景，我们把规范分为五种基本类型。 ( 1 ) 系统规范 1 0 兰州大学硕士学位论文网格应用部署规范研究 系统规范是用于描述系统结构、资源和状态的规范。这种规范主要用于指明 系统的结构，资源的属性和状态，以及状态之间的关系。主要对系统内部数据、 操作、表述格式等及其相互关系进行说明与约定，这种规范的典型代表是 o g s a l 2 4 】等。网格的体系结构和功能模型是网格标准的基础。目前已经取得比较 广泛共识的是o g s a 。但是o g s a 只是概念模型，定义了网格概念结构，没有涉 及到任何实现层面和功能接口层面描述，这就导致了目前网格各种异构的实现， 虽然都遵循了o g s a 的标准，但却仍然无法实现真正意义上的互联互通。在 g l o b u st o o l k i t 中，描述了网格的架构，各种不同资源的调用方式，以及如何表达 资源状态和相应方式。从规范制定的角度，一般采用三层结构的网格平台描述模 式。分别是网格系统层，网格接口层和网格应用层。网格系统规范主要是针对网 格接口层的描述和约定。 ( 2 ) 连接规范 连接规范是用户与平台之间或者平台与平台之间进行交互时所规定的必须 遵循的方式，对系统和系统之间的相互关系进行了说明与约定。例如网络通讯中 常用的t c p t 2 6 1 ，以及现在网格中经常用的s o a p 2 7 等。这些规范一般与通讯方式 密切相关，通讯是网格环境下进行交互的基本手段，资源共享需要通讯，协同工 作需要通讯，远程数据访问也需要通讯。在网格开发中，我们一般只注意这类规 范在系统中的适用性，并不去独立开发一个新的通讯规范，约定总有合适的通讯 规范来保证网格的需要。 ( 3 ) 接口规范 接口规范是虚拟系统绑定本体系统的说明与约定。由于任何虚拟系统都要通 过绑定来实现下一层系统的运行，因此需要对于绑定进行约定。其中需要约定的 有：绑定的代码约定，其中包括：代码转换，执行，挂起，取消，回馈；被绑定 本体系统的接口形式；虚拟与本体两个系统之间的消息交流。 接口规范分为网格资源接口规范和网格接口规范两种，网格资源接口规范是 虚拟系统绑定本体系统的说明与约定，由于任何虚拟系统都要通过绑定来实现操 作或者动作的实现，因此需要对于绑定进行相关的规定，也就是通常所说的 a p i 2 8 】( 应用编程接口) ；网格接口规范是指网格平台与应用系统，不同网格平 台之间进行连接的规范。通过网格接口规范，应用系统才可以接入到网格平台， 兰州大学硕士学位论文网格应用部署规范研究 不同的网格平台实现互联互通。资源接口规范提供使用资源的方式，而网格接口 规范提供访问网格的方式。网格接口是由数据访问方式，消息交互方式，作业池 或者容器使用方式，身份安全管理方式，以及通知发布方式五个部分组成。 ( 4 ) 服务规范 服务是一个实体为另一个实体进行的活动，这种活动具有委托的意义，一个 实体发出请求而另一个实体通过活动满足该请求。由于面向服务架构所带来的松 耦合、灵活性、适应性等好处，面向服务计算技术正逐渐成为构造网络环境下复 杂应用的首选技术之一，也正在与网格计算等技术逐渐融合，共同为解决分布、 异构资源的共享与协同问题提供使用手段。 随着以w e b 服务等为代表的面向服务计算技术逐渐被广泛的接受，越来越 多各种类型的资源以服务的形式在网络上提供，服务管理就成为面向服务计算技 术推广实旆中亟待解决的一个关键问题。服务管理涉及系统、应用、业务等不同 层面的内容：系统层管理重点关注为服务提供有性能保障的基础平台；应用层管 理重点关注对服务本身状态及使用信息的管理；业务层管理重点关注服务所代表 的业务表现。 网格服务的全过程大体分为网格服务资源( 发现) ，网格服务请求，网格服 务响应，网格服务终止。对于每一个部分，现在都制定了很多相应的规范。例如 w s r f ，w s d l 2 9 1 ，b p e l t 3 0 ，j s d l 等。当前在服务管理方面已有不少相关工作， 在服务管理系统方面有i b ms e r v i c er e p o s i t o r y 、c o l o m b o 、m e t a d a t a - d r i v e n m i d d l e w a r ef o rw e bs e r v i c e s 、s e r v i c e c o m m u n i t i e s 等，在面向服务计算中间件层 次，对服务接入、服务交互等内容提供了系统支持；在标准规范方面有w s r f 、 w s d m 、o w l s 等，分别针对服务注册、服务发布、服务使用等过程中涉及的 内容从不同角度进行了规范化，为有效地实现服务管理奠定了很好的基础。 现有的服务管理方面的研究或者标准化工作在以下几个方面仍然存在不足； 首先，w s d m 等虽然在服务需要管理的信息及服务管理信息的获取方式上提供 了一定的标准化支持，但其内容不足以支持网格服务的信息管理，需要进一步明 确规范网格服务管理所需要管理的信息及网格服务管理信息的获取方式等内容； 其次，i b ms e r v i c er e p o s i t o r y 等虽然在服务元数据管理，如服务接入等方面提供 了支持，但服务管理功能的基本实现接口并没有标准化。从而带来了服务管理工 兰州大学硕： ：学位论文网格应用部署规范研究 具互操作的困难。 ( 5 ) 元规范 元规范是规范的规范，即用于规定规范的书写格式，例如符号体系，语法规 则，体例格式等。元规范是所有阅读和使用规范的用户都要熟悉的这样才能理 解其他规范表达的内容x m l 3 1 - 3 3 是很好的用于描述各种规范的语言规范。以 及一些专用的版本h t m l 3 4 1 ，c m l 3 5 1 ，m a t h m l 3 6 1 等。这些规范具有良好的数据 结构，有很多强有力的软件支持。在广泛领域被应用表现出良好的效果，x m l 是一个相对比较成熟的规范。 2 3 网格系统的相关规范 在网格平台的开发过程中，已经对于网格平台的功能做了仔细的研究和实 现，为了达到网格之间的互联互通，需要对于这些已经存在的功能再做分析，使 得不同网格平台的功能基本对称。网格平台的功能是针对所有用户的一般性功 能，而应用系统针对的是用户的特殊性功能。但是什么功能属于一般性，什么功 能属于特殊性，还没有明确定义，制定网格平台规范就是要解决这个问题。事实 上，另外现在的网格平台在功能上还存在一些冗余和空白，也有些不尽合理的方 面，这些也需要通过网格平台规范的制定来予以改进。下面就几个重要的部分分 别予以讨论。 2 3 1 系统体系结构相关的规范 网格的体系结构和功能模型是网格规范的基础。o g s a 作为网格体系结构的 参考标准目前已经取得了比较广泛的共识，但是o g s a 只是概念模型，定义了 网格概念结构，没有设计到任何实现层面和功能接口层面描述。因此，目前网格 各种异构的实现虽然都遵循了o g s a 的标准，但却无法实现真正意义上的相互 交互，也就不能实现真正意义上的资源整合和计算协同。 2 3 2 网格资源相关的规范 网格资源规范是要把网格中分散的各种资源管理起来，使多个资源请求者可 以共享使用网格中的同一个资源。在与资源相关的规范中，主要研究的目的是： 1 3 兰州大学硕士学位论文网格应用部署规范研究 ( 1 ) 为用户提供访问资源的简单接口，将实际使用资源的具体细节隐藏起 来，用户看到的是一个经过抽象的逻辑资源。 ( 2 ) 协调资源的共享使用，支持一个请求者使用多个资源，或