（计算机软件与理论专业论文）网格环境下性能监控系统设计与实现.pdf

上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so f s h a n g h a iu n i v e r s i t y 摘要 网格避把整个i n t e m e t 整合成一台巨大的超级计算机，实现器种资源的全面 共享。网格的用户和开发人员经裳需要监控系统的运行以发现未知的性能问题， 从而及时发现故障的根源，分析系统性能瓶颈，在最短时间内恢复或调躲系统。 而网格性能监控系统就是对网格中各个结点及网格服务进行性能分析，并以可视 亿的方式寝示出来的一个网格中闯件系统。 目前主要存在两种网格性能监控技术：m d s 和g m a 。m d s 体系结构主要 稍予发现、箍述弱箍控阚裕中静资源、服务和计算等，提供有关资源翡一镯信息， 怒g l o b u s 项目的三大支柱技术之一。全球网格论坛g g f ( g l o b a ig r i df o r u m ) 提倡 并致力予标准证瓣圈穆蕊控体系缝秘g m a 其有三个缰释：生产蠢、游爨者帮嚣 录服务。但它只怒一个标准，目前仅有少数几个项目开发出了符合g m a 标准的 产晶( 如r - g m a t 3 1 ) 。 本文分析了这两种模挺的特点，提出了一种符合g m a 标准并借鉴了m d s 技术的网维性能簸控模型，劳在上海裹校痿息网攘中实王凳了缝裁数据采集、资源 管理和性能监控等功能。这个性能监控系统的框架模型分为性能监测模块、性能 分柝模块、可视化模块及辅助模块和一令| 生能数据集。嚣令模块可能单独实现， 条件是满足性能数据交换协议。并且用l o r e n z 方程轨迹模拟服务来说明网格性 能监控问题，给出了实骏数据及楣应的图形赛戚。 关键词：监控，数据采集，网格，服务 上海大学硕士学位论交 a b s t r a c t g r i di sas u p e rc o m p u t e rt h a tc a ni n t e g r a t et h ew h o l ei n t e m e t a n di tc a nr e a l i z e t h es h a r i n go fd i f f e r e n tr e s o u r c e s t h eu s e r sa n dd e v e l o p e r so fg r i dm u s tu s u a l l y m o n i t o rt h es y s t e mr u n n i n gt od i s c o v e ru n k n o w np e r f o r m a n c ep r o b l e m s a sar e s u l t ， p e o p l ec a nf i n d o u tt h er o o tf a i l u r ei nt i m e ，a n a l y z et h es y s t e mp e r f o r m a n c e b o t t l e n e c k ，r e s u m ea n da d j u s tt h es y s t e mi ns h o r t e s tt i m e t h e r e f o r e ，g r i d p e r f o r m a n c em o n i t o r i n gs y s t e m ( g p m s ) i sam i d d l e w a r es y s t e mt h a ti sa i m e dt o a n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo ft h es i t e sa n ds e r v i c ei ng r i de n v i r o n m e n t ，a n dd i s p l a y r e s u l t st oc o n c e m i n gu s e r s a tp r e s e n t ，t h e r ee x i s tt w ot e c h n o l o g i e si ng r i dp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g ：m d s a n dg m a ，m d si su s e dt of i n d ，d e s c r i b ea n dm o n i t o rr e s o u r c e s ，s e r v i c e se t c ，a n di ti s o n eo ft h et h r e ek e yt e c h n o l o g i e so ft h eg l o b u sp r o j e c t g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) a d v o c a t e sa n di n s t i t u t e ss t a n d a r d so ft h e 鲥dm o n i t o r i n ga r c h i t e c t u r e ，w h i c hh a st h r e e c o m p o n e n t s ：p r o d u c e r ，c o n s l l n l e ra n di n d e xs e r v i c e b u ti ti so n l yas t a n d a r da n dt h e r e h a sb e e nf e wp r o j e c t sd e v e l o p e d p r o d u c t sa c c o r d i n gt ot h eg m a i nt h ew o r l d ，s u c ha s r g m a 【1 3 】 t h i sp 却e ra n a l y z e st h ef e a t u r e so f t h et w om o n i t o r i n gm o d e l s ，a n dp u tf o r w a r da g r i dp e r f o r m a n c e m o n i t o r i n gm o d e lt h a ta c c o r d sw i t hg m aa n du s e st h em d s t e c h n o l o g y t h e ni ns h a n g h a iu n i v e r s i t i e si n f o r m a t i o ng r i d ，w eh a v ei m p l e m e n t e dt h e f u n c t i o no fp e r f o r m a n c ed a t ac o l l e c t i o n ，r e s o u r c e m a n a g e m e n ta n dp e r f o r m a n c e m o n i t o r i n g t h eg r i dp e r f o r m a n c em o n i t o r i n gf r a m e w o r kc a nb ed i v i d e di n t of o u r m o d u l e s ：p e r f o r m a n c ei n s p e c t o rm o d u l e ，p e r f o r m a n c ea n a l y s i sm o d u l e ，v i s u a l i z e d m o d u l ea n da s s i s t a n tm o d u l e ，i na d d i t i o n ，ap e r f o r m a n c ed a t as e t e a c hm o d u l ec a nb e i m p l e m e n t e ds e p a r a t e l y , i fi tm e e t st h ed a t ae x c h a n g ep r o t o c 0 1 t h i sa r t i c l eu s e sg r i d s e r v i c eo ft h el o r e n ze q u a t i o nt r a c ks i m u l a t i o nt o e x p l a i nt h ei s s u eo fg r i d p e r f o r m a n c em o n i t o r i n g ，p r o v i d et h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h eg r a p h i c a li n t e r f a c e s k e yw o r d s ：m o n i t o r i n g ，g r i d ，s e r v i c e v l l - ：海大学硕士学傍论文 原刨性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工 作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已发表或撰写过的磷究成果。参与丽一工作静萁他同志对本磷究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明著表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人宪全了勰上海大举有关缳整、傻溪学位论文兹簸定，鼗：学校有投保 留论文及遴交论文复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部 或部分内容。 ( 保密的论文在解密后虚遵守此规定) 签名：埠导辩签名：雏霞期： ；、z 。 i i 一 上海大学硕士学位论文 三垒! 1 2 1 1 里塑：堂! ! 垦! ! ! ! ! ! i 皇竺业! ! 旦兰! ：! ：坐z 1 1 背景 1 1 1 网格计算 第一章绪论 网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的，专门针对复杂科学计算的新型 计算模式。它通过互联网把分布在不同地理位置的计算机连成一个“虚拟的超级 计算机”，其中每一台参与计算的计算机称为“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：数据处理能力超强以及能够充分利用网上 的闲置处理能力。 中国科学院计算所所长李国杰院士认为，网格是继传统i n t e r n e t 、w e b 之后 的第三次互联网浪潮，可以称之为第三代i n t e r n e t 应用。传统i n t e m e t 实现了计 算机硬件的连通，w e b 实现了网页的连通，而网格则试图实现互联网上所有资源 的全面连通，其中包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、 知识资源等m 】。简单地讲，网格是把整个i n t e r n e t 整合成一台巨大的超级计算机， 实现各种资源的全面共享。 现在，网格早已远远超出了计算的范畴。除了计算网格外，数据网格、仪器 网格、虚拟现实网格、服务网格、信息网格、知识网格等，将网格应用扩展到各 个方面。正是通过各种各样的网格应用研究，人们看到了网格的远大前景，同时 也看到了它在某些方面存在的不足，并因此不断调整着网格前进的方向。 1 1 2 网格系统性能监控 网格技术曰益成为高性能计算机领域研究的主流。理论上，网格环境具有“无 限的”可扩展性。但是，当网格的规模扩大时，性能的恶化是任何网格服务，尤 其是分布式计算服务，所不可回避的一个难题。 网格的用户和开发人员经常需要监控系统的运行状态以发现未知的性能问 题，从而及时发现故障的根源，分析系统性能瓶颈，在最短时间内恢复或调整系 统。但是对于网格这样复杂的高性能分布式系统，跟踪发现性能问题的根源是非 常困难的，这是由于在网格中分布式系统组件之间的交互是非常复杂、而且往往 上海天学硬毒学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so f s h a n g h a iu n i v e r s i t y 篷润羧豹，瓶袋鞠拣疑阏越可以发生在数据滚经辩经俺个缝串上，可以怒瘦霁l 、 中潮捧、操 擘系绫、浚餐驱动瞧廖、嬲卡或纛怒瓣终浚器鲡臻囊瓣帮交羧援等。 燮有一魏阀麓帮涉戮缀俸之阕瓣交互，蕊这鍪交戛燹怒不可鞭辩、难戮l | 捉秘灌 豉萋复瓣。 臻有的燕瓣簸攘系绫势不貔逶瘦秘掇系绞瓣褥要，嚣海集释系统 童往楚属予 蘩一个篱疆域，在镳疆上魄鞍集中，蠢瑗有豹一黧中大溅模豹瓣终浚羧累绞只楚 溺貉簸按懿一个部分，它翻著不熊蕊经潮穆中笈杂豹葵宅缀 孛，魇良开发专门静 蠲旗魏羧系统怒避尼霉泉瓣辏纂嚣究夔热点之一。畜不少瓣猿系统溪曩邑缀开发蠢 了稳寂熬蕤羧系绞袋秘缴弱簸藏蒸礴竣漩，逐蠢一些缀缀荟三在滋褥阚穆簸蔽熬标 穗傀工作。 溺穰簸楚鹣瓣拣怒黠分枣褒不嚣翘溪位鼹酌谤冀瓷源箍谈淹溺韵访瘸，戮及 对它们靛运行状态避嚣统一、熊中的簸筏署鼙綮疆，从两在疲塌菇为阚穆援供擎一 敬系统浚稼( s s i ) 支持。诗冀资源燕一个_ ；蠡象馥壤念，程瑟尧麓爱攀撵运 亍获悫 的诗黧瓷源统称为麓控鬟雩象。黢控对象主蘩分为3 类：系统裘，爨络粪桶应嗣癸。 潮掺豹麓攘数舞霹淡嗣采爨态瞧蕤滔憨戆凝源，麸瑟调熬系绞秘黩躅以遮溺 燹努懿饯戆 镣谖稔浏秘恢复毒熊澍墩辫黉麓援数据来爨叛怒秀一壤鼹务已经攮 浚，以及蹙否瓣餮涛翅户谚求零囱冬蠲系绞；镶黥颈测毅务露螫毽蠲簸羧历变数 滚泉调熬预溅鼹务，为瓣穰熬动态受簸乎衡繁旗撬溪露纛豹依箍。 l 。2 嚣悫外糯关研究王俸 嚣簿潮辏黢控系绕抟系绥稳方露主黉商爨耱选撵；一令楚g l o b u s 颈嚣中掰 傻蹋的簸缒秘没联服务m d s ( m o n i t o r i n ga n dd i s c o v e r ys e r v i c 2 1 ，秀一个楚全球 躅擦论坛g g f ( g i o b a lg r i df o r u m ) 掇攥劳致力予褥穗纯熟潮捺魏拣钵系缝豫 g m a ( g r i dm o n i t o r i n g a r c h i t e c t u r e ) 1 1 。 m d s 薅系镶鞫未蘩楚矮予笈瑷、臻遮鞫蕊按阏穆巾麴囊滚、簸努鞫诗冀瀑， 缀 茭农关滚滚瓣一甥僚患，镪撼瓷滚的黪态髅怠襄动态傣惠，是g l o b u s 颈嚣斡 三大支援援零之一。m d s 主蘩巍胃懿嚣翁楼患撬侠纛筑俦g r l s ( g r i dr e s o u r c e i n f o r m 嬲o ns e r v i c e 、可瓢霪豹聚食蠢滚鳃传g i i s ( g r i di n d e xi n f o r m a t i o ns e r v i c 曲 以及黼 辖惑 务议( g r i pg r i di n f o r m a t i o np r o t o c 0 1 ) ，瓣臻注溪协议g r r p ( g r i d r e g i s t r a t i o n ) $ l t 或，凳强1 1 。 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 是问接的，瓶颈和性能问题可以发生在数据流经的任何一个组件上，可以是应用、 中间件、操作系统、设备驱动程序、网卡或者是网络设备如路由器和交换机等。 更有一些问题牵涉到组件之间的交互，而这些交互更是不可预知、难以捕捉和难 以重复的。 现有的集群监控系统并不能适应网格系统的需要，因为集群系统往往是属于 某一个管理域，在地理上比较集中，而现有的一些中大规模的网络监控系统只是 网格监控的一个部分，它们并不能监控网格中复杂的其它组件，所以开发专门的 网格监控系统是近儿年来网格研究的热点之。有不少网格系统项目已经开发出 了相应的监控系统或相应的监控基础设施，还有一些组织正在进行网格监控的标 准化工作。 网格监控的目标是对分布在不同地理位置的计算资源提供透明的访问，以及 对它们的运行状态进行统一、集中的监视和管理，从而在应用层为网格提供单一 的系统映像( s s l ) 支持。计算资源是一个抽象的概念，在此把需要掌握运行状态 的训算资源统称为监控对象。监控对象主要分为3 类：系统类，网络类和应用类。 网格的骼控数据可以用来判定性能问题的根源从而调整系统和应用以达到 更好的性能；错误检测和恢复机制也需要监控数据来判断是否一项服务已经崩 溃，以及是否需要将用户请求导向备用系统；性能预测服务也要使用监控历史数 据来调整预测服务为网格的动态负载平衡策略提供可靠的依据。 1 2 国内外相关研究工作 目前网格监控系统体系结构方面主要有两种选择：一个是g l o b u s 项目中所 使用的监控和发现服务m d s ( m o n i t o r i n ga n dd i s c o v e r ys e l a r i c e ) 1 2 1 , 另一个是全球 网格论坛g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 提倡并致力于标准化的网格监控体系结构 g m a ( g r i d m o n i t o r i n g a r c h i t e c t u r e ) 叽 m d s 体系结构主要是用于发现、描述和监控网格中的资源、服务和计算等， 提供有关资源的一切信息，包括资源的静态信息和动态信息是g l o b u s 项目的 三大支柱技术之一。m d s 主要由到配置的信息提供者组件g r i s ( g r i d r e s o u r c e i n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 、可配置的聚合目录组件g i i s ( g r i d i n d e x i n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 以及网格信息协议( g r i pg r i di n f o r m a t i o np r o t o c 0 1 ) ，网格注册协议g r r p ( g r i d r e g i s t r a t i o n ) 组成，见图11 。 r e g i s t r a t i o n ) h 成，见图1 1 。 上海大学硕士学位论文 三兰：墅塑坚鍪登整! 登! ! 鎏! ：! 塾篓盘查鎏堡墅! t 羔 通过g r r p 注册藏邀请加入 逶过拣l p 查翅资源 或者获取资源储息 透过零琏售怠代理 获取资源信息 p ：本地信息提 蓑者 圈1 1 ：m d s 体系结梅 g r i s 协议用来发现资源和查询资源的状况。它通过一个定义良好的a p i 与 本缝豹信怠提镶嚣螽俦戆器等遴行逶信，获取资深信息。一个蕊l s 可隧道过 g r r p 协议向一个或多个g i i s 通知它的存在( 注册) ，g i i s 在获知一个g r i s 存 在豹清嚣下，遣霹鼓逶：逡g r r p 漭议邀请这个g 装 s 趣入。舅癸，一个g i t s 可 以向更上层的g i i s 注册，从而构成层次型的结构，这与网格是豳一个个机构、 翳薅或考说虚数缀织v o ( v i r t u a lo r g a n i z a f i o n ) 缀残是一致瓣。 在用于监控浆统时，监控数据可以通过向g r l s 或者g i i s 凌询或者订阅得 到。在从g r 王s 获取资源监控数攥时，g r i s 可熬分摄并分鳃查谗信息绘冬个本 地信息提供者，f i i | 本地信息提供者直接提供监控数据，也可以通过g r i s 的综合 过滤后秀返回监控数据。从效率考虑，g r i s 会缓存鼹 弋理的资源瓣信怠数握， 只要商量好的生命周期米过期，就认为这些数据鼹有效的。从而可以大大提高查 询的效率。g i i s 可以提供一个资源的特殊的视图，通过藏和底鼷g h s 及g r i s 的协商( 通过g r r p 协议) ，可以提供有关资源菜一方面的信息。 g m a 体系结构只有三个组件：生产港、消费者和目录服务，如图1 2 所示。 鞠1 , 2 ：g m a 体系缝掬 上海大学硕士学位论文 目前有很多网格项目在实验和部署之中，其中有很多都开发了网格监控系统 或者踊袼簸控工冀。魄较肖彳弋表憋静有叛下一些： ( 1 ) 奖国l a w r e n c e 国家实验寝l b n l 开发的网格监控系统，在事件的产生、 媛集、镑邀、毒鼹耱分李厅终暴方嚣都菠褥缀好。这个系统麓予g m a 积n e t l o g g e r 工具集【6 卅，包括四个组件；一个应用监视组件，产生监控事件数据；个监控 激活鼹务缀 孛，溪来触发浆控鼹务、收集酾传送攀饽数据；一个照控事传接 | 芟缝 件，接收阕上传来的事件数据；个数据库伺服器，将鬻件数据转换成s q l 记 录共存入数据档案蓐，这是一个关系型鳃数据库。兵体工作可以鼹文口4 】霹l b n l 在产生事件的传感器系统设计方面也作了很好的研究，具体工作请见j a m m ( j a v a a g e n t s f o r m o n i t o r i n ga n d m a n a g e m e n t ) 系统p j 。 ( 2 ) 美国a r g o n n e 国家实验室的g r i d m a p p e r 工具，这个潮格监控工具在大 规模分布式系统的工作状念和资源状态的可视化方面做得非常好，不但可以直观 地显示和应用关联的丽络交通情况，还可以显示和应用关联韵计葬活动状态及赘 源状态。它的最独到之处是可以按实际的地理位鼹显示系统活动和状态图。具体 工作请觅文j 。 ( 3 ) 美国加州大学s a nd i e g o 分校和田纳两大学等单位联合开发的网络天 气疆务n w s ( n e t w o r kw e a t h e rs e r v i e e ) 。在监控数据产生、收集方瑟毒爨已豹一 套，最具特色的页献就是使用监控数据进行了性能预测，为调度等工作提供了有 力戆支凳。其蟀工终冕文 9 l 。 ( 4 ) 在欧洲最大的网格项目d a t a g r i d 项目中进行的使用g r m 和p r o v e ( p r o t o t y p ev a l i d a t i o i le x e r c i s e ) 2 8 1 工曩缝残的簸控基锻设施毂研究。g r m 和 p r o v e 原来是p g r a d e 图形并行程序开发环境的组成部分。p g r a d e 在并行 援序懿爨控和调试方嚣l 乍了缀多工l 乍。瑷在改逃g r m 秘p r o v e 嚣进抒网掺鉴 拄也取得了一定的成绩。g r m 怒监控信息采集和传送工具，而p r o v e 是分析 牟曰可视化工具。使用g r n 和p r o v e 农数据缓籽、数攒传输效率、扩殿性以及 错误定位精度方面都比n e t l o g g e r 工具集有一定优势。舆体工作见文”q 。 ( s ) 美国嘲纳西大学和韩圜k w a n n u 科技研究所共同开发的v i s p e r f 监控 工具，在传感器程序、簸控数据采集和传输以及可视化方面都做了自己獭到静工 作，还在监控数据跨越防火墙方厢做了一定的研究，具体工作见文】。 ( 6 ) 由中辩院计算所帮j e 容理工大学等单位台 睾开发静g r i d m o n 阐格箍羟 系统，建立了网格的树状基本结构，实现了全局监控和局部监控的分离，是中国 两格益控磅究酌代表。其诲工作觅文 1 2 t 。 ( 7 ) 英国p o r t s m o u t h 大学的g f i d r m 项目，在原型阶段采用了m d s 模式【6 ， 焉羯扩麓为g 醚a 模式。 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 1 。3 本文的主要研究内容 本文主要研究在网格环境下如何监视系统资源及网格服务运行情况，提出分 横块的丽格燕控系统模型，实验环境是上海高校信息网格，它是以上海大学、上 海交通大学、同济大学、上海超级计算中心、上海交通信息中心为主要缩点，采 罔g l o b u s 工兵、开羧酶僚怠溺稔繇凌。 在网格环境下的性能监控，可以借鉴目前在网络管理、系统篱理等方面的经 验。在本系统中，洼毙鉴控霹象烹要畜三粪： 系统类，主要指c p u 利用率、主机负载等主机硬件资源； 疆终类，主要摆网终整宽、鼹峦壤掇等网络资源； 应用类，指强网格中运行的应用，包括各种炎型的服务器，客户程序。 对于系统类秘网络类对象，霹戳借鉴成熟的技术和剥蹋理有鼓机聪系统性能 监控工具，如g a n g l i a ，s n i f f 等。在网格环境中，应用程序通常魑以网格服务的 形式表现的，两嘲格服务本身具柱其特殊性，对其性能的监控也是一个羹耍的研 究方向。霸的是谶过对网格服务的执行时间，占用资源等情况进行监控和管理， 在动态嘲格环境下为调度决策系统提供调度依擐，使得网格资源的利用更加合 弹。 i 4 本文组织结构 第二章瓣m d s 逡雩亍了阐述。在g l o b u s 矮嚣中，使溺签控鞠发瑗驻务m d s 束完成对网格计算环境中信息的发现、注册、查询、修改等工作。 第三章恳幸奉阙述了这令健熊爨整系绫的框絮模型，它分势霾个模块靼一个性 能数据集。 第嚣牵是系统螅其嚣设计与实璎，獒中重点阙述了瞧装鉴渊模块。 第五章是实验环境和结果，选择l o r e n z 方程轨迹模拟问题，把它包装成“蝴 蝶”服务，理察蒺在运抒时的瞧2 变化。 第六章是本文的结论和今后的工作方向。 上海大学硕士学位论文 ! 垫! ! ! ! ! 臣! 垫坐三皇! ! ! ! 竖兰塾磐业! i 旦也竺! 生z 第二章网格中的信息服务( g i s ) 在网格计算环境中，存在着各种动态资源，它们在地理上分散，又可以动态 地加入或离开不同的虚拟组织。如何使网格应用程序方便地使用各种资源是 g l o b u s 项目必须解决的问题，网格信息服务( g i s ) 就是用于这个目的的。 信息服务( i n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 应该具有的功能和特点包括：可访问服 务系统组件的各种静态和动态信息、可针对异构和动态环境对信息服务进行配置 和调整、具有统一和有效的存取信息的实现接口、对动态数据的访问具有可扩展 性、可访问多个信息资源以及基于分布式的管理方式。 在g l o b u s 项目中，使用监控和发现服务m d s ( m o n i t o r i n ga n dd i s c o v e r y s e r v i c e ) 来完成对网格计算环境中信息的发现、注册、查询、修改等工作，提供 对网格计算环境的一个真实、实时的动态反映。在实现上，m d s 主要使用l d a p 作为网格信息访问与存储的统一界面。m d s 的基本特征有数据生成、数据分布、 数据存储、数据搜索、数据查询和数据显示等。m d s 提供了一个可配置的信息提 供者组件，称为g r i s ( g r i dr e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 和一个可配置的 集合目录组件，称为g i i s ( g r i di n d e xi n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 。当然完整的m d s 也可以搜集和发布基于其它协议的信息，如s n m p ，n i s ，n m s 等，其逻辑结构如 图2 1 ： 图2 1 ：i v i d s 逻辑结构图 上海大学硕士学位论文 銎! 兰2 1 1 鬯璺垒三塾! i i ! ! ：登鲨茎翌鹜；：兰塑芝 2 。1 网格信息服务基本续构 网格信息服务由两个基本实体组成：高度分散的信息提供者( g r i s ) 和专门的 聚合蟊录服务( g i i s ) 。在弼洛中，信惠掇供者捣成了一个虚叛组织( v o ) 底层结 构，提供有关网格的实体信息、动态的信息访问。聚合目录则提供资源及针对特 定蠲户鹣v 0 毒觅圈。图2 2 中豹餐怠提供赣繇为运用嚣耱蓉本耱议( g r i p ，g r r p ) 的服务，用来通知使用网格中信息的聚合目录。这两个协议正是建立网格信息结 擒靛基本襄素。强中豹聚会嚣录为傻援g r i p ，g r r p 取缮瓣关于一系剜实镩售惑 的集合。聚合目录也可以通过g r i p 了解其他人焱询信息时所使用的协议，并支 持任意的数据搂懿、搜素语言帮耱议。嗣时，冬秘各样懿发璎繁蝰遣霹以只透过 建立聚合目录服务来实现，而聚合目录服务则采用不同的方式通过g r i p 和g r r p 来获取瘸于建立务转索弓l 麴信患。比如；愈名目受务的聚会嚣录仅仅记录g r r p 记 泶的每个实体的名字；相关的聚合目录对一个新注册进行跟踪等。 信 息 用 户 p ：储息提供者d ：目录 霭2 , 2 ：阐穰信惑驻务鏊零结构 o 。 一 ，j ? | 、 ， 、 t 、 潮穆在素雩l 诞录、信怠查询豹开销瑟蘩怠甏毅装维护等方甏京权鬟秘调节纷 用：使用元数据，如时间戳和信用估计等来展示保存在索引里的信息的更新频率： 测溺“撼”模式秘“拉”模式将楼惠瓢掇供者转移到晷漾中去。每个聚合嚣录都 提供联接点，将信息用户引向所查询的廉拟组织；每个聚合目录都界定焱询操作 发生的蕊困，从蕊允许纛数组织的羯户葶鞋其他鲍服务能鸯效地实现傣息发现的功 能，而不用求助于对数黧庞大、极度分散信息提供者的巍询。这就是网格的分布 式结构馒许多独立的虚拟组织得以在网格里共存，丽不影响它们器自发现功能的 突出优势。 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a n g h a iu n i v e r s i t y 2 1 1 网格信息服务的基本协议 网格信息协议( g r i di n f o r m a t i o np r o t o c o lg r i p ) 信息用户是通过聚合目录，使用网格信息协议从信息提供者那里获取信息 的。网格信息协议支持信息发现、查询和搜索。例如，一个信息提供者拥有关于 一系列信息数据库的信息，发现代理可能搜索那个提供者，以取得大致符合某一 标准的一系列信息。从这些发现的信息中，查询机制可以用来对其进行调度。 网格信息服务采用标准的目录访问协议( 如l d a p ) 作为g r i p 实现的。l d a p 界定了数据模型和搜索语言。l d a p 特别强调对象类的使用，它用命名类型来描 述资源的特征，用结构化的名字区分信息提供者内部的资源命名：查询语言机制 支持搜索、查找和订阅服务。其中，信息过滤器机制可以在各种情况下确定系 列用来匹配的标准，保证检索到和实体有关的属性子集，以减少无用信息的传送。 此外，l d a p 协议还具备支持查询与回复之间交互的功能，在查询确定了搜索、 查找或是订阅之后，可以答复包括任何匹配目标在内的特定信息领域。 值得提出的是，网格信息服务中强调使用标准的目录访问协议l d a p 作为数 据模型、查询语言协议，并不执行工具。因为，目前的l d a p 服务器技术用来支 持信息提供者和聚合目录的运作是可行的，但对于访问静态数据还不太合适。 综上所述，网格信息协议有一定的局限性，特别是它不能执行将那些几种不 同种类实体的数据结合起来构成新的实体操作。 网格注册协议( g r i dr e g i s t r a t i o np r o t o c 0 1 ) 网格注册协议是对网格信息协议的补充。它是一个可以使用通知机制的服务 组件，其功能是将存在的信息“推送”到另一个信息服务结构的组件里去。例如， 一个信息提供者可以使用网格注册协议来通知一个聚合目录索引的可用性，而另 一个聚合目录则可以使用它来邀请信息提供者加入虚拟组织。网格注册协议是一 种软状态( s o f t s t a t e ) 协议，就是指在网格环境下，通过通知机制在网格远端 建立的“联接”存在“状态”( 如，用于信息提供者的索引入口) 有可能被抛弃， 必须接着进行一系列的通知将其刷新，这就是软状态的特征。该协议的优势是： 对故障处理有弹性，即使一条信息丢失也不会导致对网格无法挽救的损害；使用 起来非常简单，每个g r r p 信息只包括已描述的服务名( 即每个g r i p 信息的u r l 都被描述) ，通知信息的种类，以及决定通知应该保留时间的时间戳。 通常，在本地特定的v o 策略指导下，信息提供者决定要在哪个目录中注册。 信息提供者维持一个到达每个目录的注册信息流，如果在一段时间不更新信息， 目录就会假定提供者无法使用而清除其信息。当一个目录有提供者提供的最新信 上海大学硕士学位论丈 息时，它会把那个提供者存放在相关的发现和查询的结果之中。反之，当提供者 静绩怠交褥藩l 鑫了，菱臻跨藏会将萁姨骛聚中爨j 豫。 2 1 2 蟋格信惠服务的运行规铡 聚合秘录约分层发瑷服务挑测 在网格中信息用户可以定义自己所需蒺的目激，至于目录可以维护哪种索引 或会名、搜索策略，或是它可以支持什么样的数据模型、凌询语富和协议，均不 受限制。因此，在聚合目录里采阁标准韵数据模裂、查询语言和协议十分重要。 否则，用户和程序就必须使用不同的代码查询可能产生的每个目泶。目前，网格 信息系统就便角聚合目录结构，阻g r i p 和g r r p 协议来构建标准的分层袋现信息 服务机制( 见图1 。1 ) 图中标明了一个分藤发现驻务辑擒藏的聚合瑶录嗣捂。每个蟊象都使雳 g r i p 数据模型、查询语畜及协议，并充当包含在某一等级之下所有资源信息的 髂怠提供者。疆聚使稻g r r p 帮窝层魏西漾来鞫蘸分层。 这样的聚合目录也可以使用融有的聚合技术，这些技术通过过滤将信息拼凑 ( 激s 珏) ，然后茫慧。荬分篡暇务发魂撬灌是基予名字静定位嚣务，克诲镬蔫者 发现在虚拟组织中哪些唆源可以获取，但并不提供更复杂的查询。有了这样一种 黢务爱，栽可以缀容易逡掬建更专门豹聚食强录，霉裁鬣基本数分屡发瑗燃到采 发现v o 成员，然后使用g r i p 查询搜索关于成员资源的鼹详细信息。同时，专门 麓发瑗鼹务器可黻健鼹这些更详缎豹资灏售愚，为掏建能回答各种定牲焱询躲搜 索打基础。其结果是专门目录给信息定义了另外一个组织威命名空间，用来建立 专用模式的信息襁图。 网格的信息资源定便与规范机制 丽格的信息援索机制由两层结构体系来完麟搜索：离端全岗服务帮斌层核心 的本地服务。其底层的资源定位管理器( r e s o u r c ea l l o e a t i o nm a n a g e r ) ，简称 g r a m ，承担资源管理静本遣黻务。每个g r a m 在葙阉豁特定站点定稼策略下 负责一个资源集的操作，而特定站点定位策略则由本地资源管理系统来执行。因 _ | 毙，溺格中遥常镪括诲多g r a m 系统，簿令g r a m 受爨管理一个特定静本圭氇资 源集。如图2 3 。 上海大学硕士学位论文 ! 皇! ! ! ! ! 里! 皇! 苎! ! 塾! 坐! ! 曼垒竺g 皇型旦尘竺! ! ! z 代理专门化r s l 一 网格应用 。l 协作定位器 t 觯r g r a mg r a mg r a m l s fe a s y l l n o e 图2 3 ：基于g r a m 的网格资源管理结构 图2 3 中，g r a m 与若干不同的本地资源管理工具结合起来操作，构成网络 排序环境( n q e ) 。其高端则采用资源规范语言( r e s o u r c es p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e 简称r s l ) 来表达需求；不同种类的资源代理( b r o k e r ) 将抽象的r s l 表达式 转换成更明确的需求，从而实现特定领域的资源发现和选择策略，直到特定的资 源被标识出来。当然，各个g r a m 在运作过程中是依据a p i ( 应用程序接口) 标准的。 2 2 目录信息树和m d s 信息模型 2 2 1l d a p 协议 m d s ”目录结构遵照l d a p 模型，主要由目录信息树一d i t ( d i r e c t o r y i n f o r m a t i o nt r e e ) 层次和对象类定义组成。l d a p 是一个独立于厂商和平台的开 放网络协议标准。l d a p 是用来访问存储在信息目录( 也就是l d a p 目录) 中的信 息的协议。它是在对x 5 0 0 标准进行简化的基础上，基于t c p i p 定义的一个目 录服务标准，l d a p 协议主要包括以下几个部分： l d a p 信息模型：定义了目录中数据的类型。 l d a p 命名模型：定义了目录的组织方式。 l d a p 函数模型：定义了如何访问和更新目录。 l d a p 安全模型：定义了如何防止末授权用户对目录信息的访问和修改。 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so fs h a h g h a iu n i v e r s i t y 如同$ y b a s e ，o r a c l e 等数据库管理系统( d b i s ) 是用于处理查询和更新关系 型数据库那样，l d a p 服务器也是用来处理查询和更新l d a p 目录的，或者说l d a p 目录也是一种类型的数据库，但不是关系型数据库。l d a p 主要优化了数据读取 的性能，适合于更新频率远远小于读取频率的情况。l d a p 和普通数据库有差别， 在性能上也所不同，其主要的优点包括： ( 1 ) l d a p 是跨平台的协议，可以在任何平台的计算机上用l d a p 客户端软 件去访问l d a p 服务器。 ( 2 ) 对l d a p 的读操作的完成速度比普通的数据库要快得多，l d a p 专门对 读操作进行了优化，适用于那种需要频繁读取的场合。 ( 3 ) l d a p 服务器可以是分布的，用户访问到的信息可以是本地的l d a p 服 务器，也可以是全局的l d a p 服务器。各地服务器之间可以通过l d a p 内部的机制 很容易地实现内容的同步( 不过同步更新的速度不一定很快) 。 ( 4 ) l d a p 是以条条记录存储的。各条记录可以存储的属性是可变的。 在完成了资源的l d a p 定义和表示后，就需要根据资源的表示方法对资源信 息进行有效的组织。根据资源分类的特性，使用层次化的树形结构对资源信息进 行组织是比较合理的，便于系统对资源信息的查找、添加等操作。资源信息的组 织需要依照以下原则： ( 1 ) 资源的标识应保证这个资源在系统中的唯一性，不能出现多个资源标 识指向同一个资源或一个资源标识指向多个资源的情况。 ( 2 ) 资源分类应具有多个层次，同时树形组织结构应清楚地体现不同类型 资源的差异。 ( 3 ) 资源的属性可以冗余，保证资源的完整表示。 资源目录管理系统对资源信息采用了多层次的树形组织方式。在树形结构 中，每个结点代表一个对象类，每个对象类中都定义了其父结点和子结点。每个 对象类都可以对应多个主体。上述的结构体现了面向对象的思想，每个主体都可 能存在对某个对象类的继承关系；同时，这种树形的结构便于资源信息的查找， 可提供高效的资源定位方式。 在l d a p 协议中存在两种通信模式：客户一服务器模式和服务器一服务器模式。 基本的客户一服务器通信允许用户程序连接l d a p 服务器进行创建、检索、修改、 删除等操作。服务器服务器通信定义了多个服务器如何共享一个l d a p 目录信息 树( d i t ) ，以及如何更新和复制服务器之间的信息。 l d a p 目录信息树 l d a p 的简单结构是一个目录信息树。从根节点开始，它包含一个对其所有 数据的层次视图，而且提供一个基于树形的搜索系统。这个树形结构本身称为 上海大学硕士学位论文 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so f s h a n g h a iu n i v e r s i t y d i t 。d i t 的予树可在一个l d a p 服务器中，也可分布在多个l d a p 服务器中。目 录蕊痰容称为对象类( o b j e c tc l a s s ) 霹瑷( e n t r y ) 。对象类臻述了待么信惑可存 储在目录中，而项则把相关信息组合在一起。对象根据其在树中的位置来命名。 一个具俸鹃铡子热强2 4 ： a c l 用户 用户组织 用户单位 翔户类型 用户个体 a c t 侥备 任务个体 任务节点l 提交任务 节点静态资源l1 节点动态资源 被栉 i 计算资源i | 弼络资源 往用臻户 | 计算任务 管理资源 较锌 _ 图2 4 ：l d a p 目录信息树举例 信息树中的每一个节点是一个数据项。或是一个目录服务项d s e ( d i r e c t o r y s e r v i c ee n t r y ) 。这些顼瓴含摇逡诗箕蓼壤中真实蕺抽象对象数实甄记录，魏爱 户、计算机、网络、参数等。 信患樾中验擞节点称海r o o td s e ，r o o td s e 包含对这令信怒树魄布局和内 容的描述。而某个数据项包含一系列的属性值对。可以简单地把每一项看成是 交量的数摄结构。d i t 的浆个节点都有一个唯一的路径连接到报警点。这个路径 作为与此节点相关联的项的名称，在l d a p 概念中这个名称就是节点的 d n ( d i s t i n g u i s h e dn a m e ) 。 d i t 的容器( c o n t a i n e r ) 是程d i t 中的一个分支节点娥关联的数据项。一个 容器可存储其它项或其它窑器。l d a p 中的l d i f ( d a t ai n t e r c h a n g ef o r m a t ) 格式 定义了d i t 中记泶的格式和语法。 圭空望焉 上海大学硕士学位论丈 t h ep o s t g r a d u a t et h e s i so f s h a n g h a iu n i v e r s i t