（计算机系统结构专业论文）网格市场环境下资源调度机制研究.pdf

摘要 摘要 随着网格技术的不断发展，商业网格项目逐渐增多，网格系统逐渐从传统的 免费计算资源提供者的角色转变为具有商业用途的互联网资源共享中间件，提供 作为公共品的资源与服务，网格进入了网格市场的新发展阶段。网格市场是采用 经济学方法进行资源管理与分配的非合作型网格，与传统的网格相比，网格市场 依据其独有的激励特性鼓励众多资源提供者与资源消费者加入网格市场，为网格 市场带来了丰富的资源与众多的用户，提高了网格效率，降低了社会总成本，为 网格进一步发展提供了前进的动力。在国内外，作为开放网络的典型代表，网格 市场成为分布式系统方向最活跃的研究领域之一。 由于网格资源交易环境与实体经济环境具有很强的相似性，网格市场资源分 配与管理方法也类似于现实社会的经济活动，因此，借助现有的市场经济的管理 方法可以有效的解决网格市场环境中资源调度与分配的问题，经济学方法很大程 度上促进了网格市场的发展。但与此同时，网格市场资源更为异构、动态与自治 的特征，以用户为中心的最优化目标也为网格市场资源调度问题提出了新的挑 战。 本文围绕资源调度问题，针对网格市场环境下网格资源规模较大、异构性强、 资源动态自治可用性低、用户q o s 需求复杂等特征，开展了以下研究工作： 本文首先综述了网格的概念与发展历程，然后给出了网格市场的概念及其特 征，并给出了网格市场的研究现状。分析了网格市场环境下网格调度面临的新问 题，深入分析了由于网格市场更为异构、动态、自治的特性造成的网格市场中资 源的查找效率低下、资源可用性较差以及用户q o s 需求无法有效满足的问题，引 出本文的研究内容。 在典型调度形式化描述的基础上，本文探讨了网格市场中资源调度的新特 征，并分析了这些特征对网格市场资源调度的影响。首先介绍了调度理论的形式 化描述与符号集含义；然后介绍了网格调度的分类与调度流程，最后分析了网格 市场环境下作业调度与资源分配的新特征，并以此为基础展开以下的研究工作。 针对网格市场环境的分布性、动态性和资源异构性等特点，论文第三章基于 超级节点的结构，提出了一种类型感知的多属性资源查找机制。该机制考虑节点 资源的多样性，不拘泥于传统的节点分组，依据资源类型和属性相关性将资源划 分为若干个资源分组，提高组内资源的“纯”度，提高查找的精确性。同时将资 源类型作为资源分组管理节点标识的一部分，快速定位特定类型的资源分组，提 高查找的效率。实验表明，该类型感知的多属性资源查找机制能够在一定程度上 摘要 提高查找的精确性，有效减少查找消息的平均跳数，降低资源查找相应时间，有 效降低资源查找引起的消息数，并且随着系统规模的增大，性能仍得以保持。 论文第四章提出了一种网格市场资源可用性风险评价方法，该方法可有效评 价网格资源的可用性指标，为网格市场资源调度提供了全新的角度与依据。首次 提出了网格资源可用性风险的概念，基于相关资源的作业历史信息，利用概率与 统计的方法对资源可用性风险进行预测与评估，提出了单一网格资源与网格资源 集合的可用性风险评价方法，并给出了基于资源可用性风险评价的网格调度算 法。该算法可有效的确定可用资源集合，降低网格作业失效率，提高网格资源的 使用效率。 论文第五章将信任机制融入网格市场，提出了一种基于信任过滤的资源选择 方法。该方法利用相关信任模型对网格市场资源进行信任值计算，依据用户信任 需求阈值确定信任度较高的可用资源集合；然后，对可用集合资源计算其使用价 格与风险价格，计算得到各可用资源的机会成本：最后提出了基于最小机会成本 的启发式资源调度算法。该方法能有效的激励供求双方，通过保证信任度高的资 源提供者的总收益来激励更多的可用资源加入网格市场，同时，该方法可有效的 降低用户作业的失败率，降低用户资源使用的总成本。 论文第六章提出了一种模糊决策的多维q o s 的调度方法，该方法可有效解 决普通用户无法提供精确q o s 需求的问题，提高了用户对资源服务质量的满意 度。首先给出了多维q o s 网格调度的形式化描述，利用模糊决策理论有效地将 用户模糊的q o s 需求的映射到网格资源，利用a 肿算法确定用户关于多维q o s 各维度之间的权重关系，最后给出了一种模糊决策的多维q o s 的调度方法。该 方法在不需要用户提供精确的q o s 参数前提下，有效满足用户q o s 需求，具有 较好的一次作业完成率，且作业完成率波动较小。 本文从网格市场资源规模较大、异构性强、资源动态自治可用性低、用户 q o s 需求复杂等特征呈现出的问题出发，深入分析了由于网格市场更为异构、动 态、自治、面向用户的特性造成的网格市场中资源的查找效率低下、资源可用性 较差与用户q o s 需求无法有效满足的问题，提出了网格市场环境中基于类型感 知的多属性资源查找机制，提出了网格市场环境中资源的可用性风险评价方法， 提出了基于信任过滤的资源选择算法，提出了基于模糊决策的多维q o s 的调度 方法，为解决网格市场资源调度问题展示了全新的视角和美好的前景。 关键词：网格市场网格调度类型感知资源查找可用性风险信任过滤模糊决 策多维q o s i l a b s t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n t so fg r i dt e c h n o l o g y , n u m b e r so fb u s i n e s s g r i dp r o j e c t sp o pu pd r a m a t i c a l y a sat y p i c a lp r o v i d e rw i t hf l e ec o m p u t i n gr e s o u r c e s ， g r i dg r a d u a l l yt u r n si n t oac o m m e r c i a li n t e r a c tr e s o u r c e ss h a r i n gm i d d l e w a r e ，a n d p r o v i d e sr e s o u r c e sa n ds e r v i c e sa sp u b l i cg o o d s i tm e a n st h a tg r i dh a sa l r e a d y r e a c h e dan e wp l a n eo fd e v e l o p m e n ti ng r i dm a r k e t i ng r i dm a r k e t ，i tm a k e sf u l lu s e o fe c o n o m i c st oa l l o c a t ea n dm a n a g er e s o u r c e s ，w h i c hc a l l e dt h en o n - c o o p e r a t i v e g r i d c o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a lg r i d ，g r i dm a r k e th a si t so w nd r i v e n c h a r a c t e r i s t i c sw h i c he n c o u r a g ean u m b e ro fr e s o u r c e p r o v i d e r sa n dr e s o u r o e c o n s u m e r st oj o i ni n i tn o to n l yb r i n g saw e a l t ho fr e s o u r c e sa n dal a r g en u m b e ro f u s e r s ，i m p r o v e st h ee f f i c i e n c yo fg r i d ，r e d u c e st h et o t a lc o s to ft h ec o m m u n i t y ，b u t a l s op r o v i d e sf l e s hi m p e t u sf o rt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fg r i d b o t ha th o m ea n d a b r o a d ，g r i dm a r k e t ，at y p i c a lo p e nn e t w o r kr e p r e s e n t a t i v e ，h a sb e c o m eo n eo ft h e m o s ta c t i v er e s e a r c ha r e a si nd i s t r i b u t e ds y s t e m t h eg r i dr e s o u r c ee x c h a n g i n ge n v i r o n m e n ti ss t r o n g l ys i m i l a rt or e a le c o n o m y e n v i r o n m e n t g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o na n dm a n a g e m e n ti ss i m i l a rt ot h er e a ls o c i a l a n de c o n o m i ca c t i v i t i e st o o t h e r e f o r e ，c u r r e n tm a r k e tm e c h a n i s ma n dm a n a g e m e n t m e t h o d sc a ne f f e c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e m so f j o bs c h e d u l i n ga n dr e s o u r c ea l l o c a t i o n i ng r i dm a r k e t e c o n o m i c sl a r g e l y p r o m o t e sd e v e l o p m e n to ft h eg r i dm a r k e t h o w e v e r , t h eg r i dm a r k e tr e s o u r c e sa r eb e c o m i n gm o r eh e t e r o g e n e o u s ，d y n a m i ca n d a u t o n o m o u s ，a n dt h eo p t i m i z e dg o a lc h a n g e si n t oc u s t o m e r - c e n t r i ct oc h a l l e n g et h e p r o b l e m so f j o bs c h e d u l i n gi ng r i dm a r k e t t h eg r i dm a r k e th a sl a r g es c a l e ，s t r o n gh e t e r o g e n e o u s ，d y n a m i c ，a u t o n o m o u s r e s o u r c e sa n dc o m p l e xq o s r e q u i r e m e n t so fu s e r s t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so r lj o b s c h e d u l i n ga n dr e s o u r c ea l l o c a t i o ni ng r i da n dd o e st h ef o l l o w i n gr e s e a r c h e s i n t h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ec o n c e p ta n dh i s t o r yo fg r i da r ei n t r o d u c e df i r s t l y t h e n t h ec o n c e p ta n dc h a r a c t e r i s t i c so f g r i dm a r k e ta r ed i s c u s s e da n dt h es t a t u so ft h eg r i d m a r k e tr e s e a r c hi sg i v e n m a i np r o b l e m si nj o bs c h e d u l i n ga n dr e s o u r c e sa l l o c a t i o n a r e a n a l y z e d d u et o t h en e wc h a r a c t e r i s t i c so f g r i dm a r k e t ，s u c ha sm o r e h e t e r o g e n e o u s ，d y n a m i c ，a u t o n o m o u sa n dc u s t o m e r - c e n t r i co b j e c t i v e ，w eh a v ed e e p l y i n v e s t i g a t e dt h ef o l l o w i n gp r o b l e m sw h i c ha r ea l s od i s c u s s e dl a t e r ：l o wr e s o u r c e d i s c o v e r i n ge f f i c a c y ；l o wr e s o u r c ea v a i l a b i l i t y ；u n s a t i s f i e dq o sr e q u i r e m e n t so fu s e r s b a s e do nt h ef o r m a ld e s c r i p t i o no fat y p i c a ls c h e d u l i n g ，w ed i s c u s st h en e w c h a r a c t e r i s t i c so fs c h e d u l i n gp r o b l e m si ng r i dm a r k e ta n da n a l y s et h ee f f e c t st oj o b i i i s c h e d u l i n ga n dr e s o u r c ea l l o c a t i o n c h a p t e r 2i n t r o d u c e st h ef o r m a ld e s c r i p t i o na n d n o t i o n so fs c h e d u l i n g ，a n dt h e nd e s c r i b e st h ef r a m e w o r ko fg r i ds c h e d u l i n g a tl a s t ， t h en e wc h a r a c t e r i s t i c so fj o bs c h e d u l i n ga n dr e s o u r c ea l l o c a t i o ni ng r i dm a r k e ta r e d i s c u s s e d ，w h i c ha r et h eb a s e so f t h ef o l l o w i n gr e s e a r c h e s a i m i n ga tt h er e s o u r c ei n s t i n c t i v ec h a r a c t e r i s t i co fd e c e n t r a l i z e d ，d y n a m i ca n d h e t e r o g e n e o u s ，at y p e a w a r em u l t i - a t t r i b u t er e s o u r c ed i s c o v e r ym e c h a n i s mb a s e do n s u p e rn o d e si sp r o p o s e di nc h a p t e r3 s e t t i n ga s i d et h et r a d i t i o n a ln o d e sp a r t i t i o n ，t h e m e c h a n i s mt r e a t sr e s o u r c e sa si n d e p e n d e n te n t i t i e sa n dp a r t i t i o n e dt h e mi n t os e v e r a l r e s o u r c eg r o u p sa c c o r d i n gt ot h e i rt y p e sa n da t t r i b u t e ss i m i l a r i t y t h i sp a r t i t i o n a p p r o a c hi m p r o v e st h er e s o u r c e s p u r i t y o f ag r o u pl e a d i n gt oa c c u r a t e l ys e a r c h i n g t y p ei sp a r to f t h ei d e n t i t i e so fr e s o u r c eg r o u pm a n a g e r s ，a n dt h i sm a k e si tp o s s i b l et o q u i c k l yl o c a t ec e r t a i nt y p eo fr e s o u r c eg r o u p ，a n dl e a d st oh i g h e rp e r f o r m a n c eo f r e s o u r c ed i s c o v e r y s i m u l a t i o ns h o w st h a tt h et y p e a w a r em u l t i - a t t r i b u t er e s o u r c e d i s c o v e r ym e c h a n i s mc a ni n c r e a s et h ea c c u r a c yo fs e a r c h i n gt oac e r t a i n e x t e n t i tc a n e f f e c t i v e l yd e c r e a s ea v e r a g eh o pc o u n t s ，r e s p o n s et i m ea n dm e s s a g e sb r o u g h tb y r e s o u r c ed i s c o v e r i n g a tt h es a m et i m e ，t h ep e r f o r m a n c ec a nb ep r e s e r v e dw h e nt h e s y s t e ms c a l e su p a na c c u r a t ee v a l u a t i o nm e t h o do fr e s o u r c ea v a i l a b i l i t yr i s ki sp r o p o s e di n c h a p t e r4 i tc a ne f f i c i e n t l ye v a l u a t et h ea v a i l a b i l i t yo f g r i dr e s o u r c e sa n dp r o v i d ea n e wp o i n to fv i e wf o rj o bs c h e d u l i n gi ng r i dm a r k e t t h ec o n c e p to fg r i dr e s o u r c e a v a i l a b i l i t yr i s ki sp u tf o r w a r df h s ta n da ne v a l u a t i o na p p r o a c ho fa v a i l a b i l i t yr i s ki s a l s op r o p o s e db a s e do nt h eh i s t o r i c a lt r a c e s b a s e do np r o b a b i l i t yt h e o r ya n ds t a t i s t i c m e t h o d ，w ep r e d i c ta n de v a l u a t et h ea v a i l a b i l i t yr i s ko fr e s o u r c e ，a n dp r o p o s ea n a c c u r a t ee v a l u a t i o nm e t h o do fr e s o u r c ea v a i l a b i l i t yf o rs i n g l er e s o u r c ea n dr e s o u r c e s s e t b e s i d e s ，ag r i dj o bs c h e d u l i n ga l g o r i t h mb a s e do na v a i l a b i l i t yr i s ke v a l u a t i o ni s a l s op r o p o s e d s i m u l a t i o n ss h o wt h ee v a l u a t i o na p p r o a c hc a na c c u r a t e l ys e l e c t a v a i l a b l er e s o u r c e ss e ta n dr e d u c ej o bf a i l u r er a t ee f f i c i e n t l y b yi n t r o d u c i n gt r u s tm e c h a n i s mi n t og r i dm a r k e ti nc h a p t e r5 ，at r u s t f i l t e r e d a p p r o a c hf o rr e s o u r c es e l e c t i o ni sp r o p o s e d t h i sa p p r o a c hf i r s tc o m p u t e st h et r u s t v a l u eo f g r i dm a r k e tr e s o u r c eb a s e do nt h et r u s tm o d e l ，a n dd e t e r m i n e st h ea v a i l a b l e r e s o u r c es e tb a s e do nu s e r s t r u s tr e q u i r e m e n t t h e nw ec o m p u t et h ec o s ta n dr i s kc o s t o fa v a i l a b l er e s o u r c e st og e te a c ho p p o r t u n i t yc o s t a tl a s t ，am i n i m a lo p p o r t u n i t yc o s t a l g o r i t h mi sp r o p o s e d s i m u l a t i o n ss h o wt h i sa p p r o a c hi sa ne f f i c i e n ti n c e n t i v ef o r b o t hp r o v i d e ra n dc o n s u m e r i te f f e c t i v e l yg u a r a n t e e sp r o f i to fp r o v i d e r sw i t hm o r e i v r e l i a b l er e s o u r c e st oe n c o u r a g em o r ep r o v i d e r st oj o i ni ng r i dm a r k e t a tt h es a m e t i m e ，i tc a ne f f i e i e n t l yr e d u c ej o bf a i l u r er a t ea n d t h ec o s to fu s e r s af u z z yd e c i s i o nb a s e dm u l t i q o sb a t c hs c h e d u l i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e di n c h a p t e r6 t h em e t h o dr e s o l v e st h ep r o b l e m t h a tt h eu s e r sc o u l dn o ts u p p l ya c c u r a t e q o sr e q u i r e m e n t si n f o r m a t i o ni ng r i dm a r k e ta n dm e e t su s e r s q o sr e q u i r e m e n t s a f o r m a l i z a t i o no fm u l t i q o sb a s e db a t c hs c h e d u l i n gi sp r e s e n t e df i r s t ，a n di tm a p s f u z z yu s e r s q o sr e q u i r e m e n t st o r e s o u r c e sb a s e do nf u z z yd e c i s i o nt h e o r yt o d e t e r m i n et h ew e i g h t so fm u l t i q o sb a s e do na h pa l g o r i t h m af u z z yd e c i s i o nb a s e d m u l t i q o sb a t c hs c h e d u l i n ga l g o r i t h mi sp r o p o s e d a tl a s t s i m u l a t i o n ss h o wt h e a p p r o a c h c a ne f f i c i e n t l ym e e tu s e r s q o sr e q u i r e m e n t s w i t h o u ta c c u r a t eq o s p a r a m e t e r s c o m p a r i n gw i t ht r a d i t i o n a lq o s b a s e db a t c hs c h e d u l i n ga l g o r i t h m s ；t h i s a p p r o a c hh a sab e t t e ra c c o m p l i s h m e n tr a t i oo f o n e - t i m ej o ba n dl o w e rf l u c t u a t i o n b ya n a l y z i n g t h ec h a r a c t e r i s t i c so f g r i dm a r k e t s u c ha s l a r g e - s c a l e ， h e t e r o g e n e i t y ，u n r e l i a b i l i t y a n dc u s t o m e r - c e n t r i c ，t h i sd i s s e r t a t i o ng i v e sd e e p l y a n a l y s i so ft h ef o l l o w i n gp r o b l e m s ，i n c l u d i n gl o wr e s o u r c ed i s c o v e r i n ge f f i c a c y ；l o w r e s o u r c ea v a i l a b i l i t y ；a n du n s a t i s f i e du s e r s q o sr e q u i r e m e n t s t os o l v et h e s e p r o b l e m s ，at y p e a w a r em u l t i a t t r i b u t er e s o u r c ed i s c o v e r ym e c h a n i s m ，a na c c u r a t e e v a l u a t i o no fr e s o u r c ea v a i l a b i l i t yr i s km e t h o d ，at r u s t - f i l t e r e da p p r o a c hf o rr e s o u r c e s e l e c t i o n ，af u z z yd e c i s i o nb a s e dm u l t i q o sb a t c hs c h e d u l i n ga l g o r i t h ma r ep r o p o s e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h e yg i v ean e wp o i n to fv i e wa n df i n ep r o s p e c tf o rs o l v i n gt h e p r o b l e m so f g r i dm a r k e ts c h e d u l i n g 。 k e yw o r d s ：g r i dm a r k e t ，g r i ds c h e d u l i n g ，t y p e a w a r e ，r e s o u r c ed i s c o v e r ，r o u r c e a v a i l a b l er i s k ，t r u s t - f i l t e r , f u z z yd e c i s i o n ，m u t i q o s v 图表目录 图表目录 图1 1 论文组织结构l l 图2 1 网格资源调度框架1 7 图3 1 基于信息索引的层次化信息系统2 3 图3 2 基于超级节点的网格资源查找2 3 图3 3 类型感知的资源多属性范围查找体系结构2 4 图3 4h i l b e r t 曲线h 。2 2 6 图3 5 资源查找平均跳数3 0 图3 6 资源查找平均响应时间3 0 图3 7 资源查找平均消息数3 0 图3 8 资源平均相似度3 1 图4 1 在线调度环境下作业失效率比较4 l 图4 2 批调度环境下作业失效率比较4 l 图4 3 在线调度环境下作业失效率对比4 2 图4 4 批调度环境下作业失效率对比4 2 图5 1 随着交易次数增加，可靠资源所占利润比例5 2 图5 2 场景二中作业失效率比较5 3 图5 3 场景二中用户成本的比较5 3 图5 4 场景一中用户成本比较5 4 图6 1q o s 隶属函数示意图5 8 图6 2m a x m i n 与q o s m a x m i n 算法比较6 3 图6 3m i n m i n 与q o s m i n m i n 算法比较6 4 图6 4q m i n m i n 、l b f 与q o s m i n m i n 算法比较6 4 表3 1 仿真实验参数2 9 表4 1 资源效用出现所对应的概率3 6 表4 2 资源可用性风险分类4 0 表5 1 资源的可靠性级别5 0 表5 2 可靠的与非可靠的资源场景分布5 1 表6 1q o s 间尺度系数关系表5 9 x i 中国科学技术大学学位论文原创性声明 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名： 签字日期： 翌! ! ：竺：! j 一 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 曰么开 口保密( 年) 作者签名：二爿牡 签字日期：笪坐l 争一 导师签名：地链 签字日期：丝翌! 笙：! 呈= 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 论文研究背景 1 1 1 网格的产生与发展 计算机学科的高速发展促进了人类科学的极大进步，而互联网的出现则改变 了人类的生活模式。虽然计算能力始终遵从着摩尔定律高速发展，但人类对更高 计算能力的渴望从来不曾减弱。随着计算技术与通讯技术的高速发展，将更大范 围内的计算能力联结，提供更快更强的计算能力成为十几年来计算机科学研究的 一个重点。从2 0 世纪8 0 年代开始，并行计算机的硬件、软件和应用的研究、开 发和部署就成为研究的热点。由于代码规模越来越大，计算机资源的使用也被推 向极限，此时，分布式计算的方式进入人们的视野，以图突破单机计算的瓶颈， 求解更大规模的问题。随着支持各种可扩展应用通信的并行虚拟机p v m 、消息 传递接口和o p e n m p 等通信系统相继开发，共享和分布式内存体系结构展示了其 无限潜能( d o n g a r r ae ta 1 。2 0 0 2 ) 。 随着互联网的快速发展，依托互联网的高速通信能力，研究人员将地理上分 布孤立的、资源类型异构的、分属于不同自治域的计算机系统整合在一起，形成 一个更大规模的集计算资源、存储资源、通信资源等于一身的协同共享的基础设 施平台，“网格”( g r i d ) 的概念应运而生。 网格的概念在1 9 9 8 年由f o s t e r 和k e s s e l m a n ( 1 9 9 8 ) 第一次提出，在他们 编著的网格著作t h eg r i d ：b l u e p r i n tf o ran e wc o m p u t i n gi n f r a s t r u c t u r e 中给出了 网格最初的定义：“计算网格是一个软硬件结合的基础设施，它可以提供可靠的、 一致的、无所不在的、廉价的获取高等级运算的能力。 随着网格的发展，很多 人也给出了其他网格定义。例如：“网格是一个提供服务层的软件架构，用来访 问和管理分布式硬件和软件资源”，“实现高性能计算、存储数据、仪器设备、广 域的分布式网络，一个打破了习惯限制的协作共享环境”、“基于标准的应用资源 共享结构，使得它能够透明的为异构系统和应用去共享、计算和存储资源”等 ( m a o z h e nl ia n dm a r kb a k e r , 2 0 0 5 ) 。2 0 0 1 年，f o s t e r ，k e s s e l m a n 和t u e c k e ( 2 0 0 1 ) 将网格重新定义为：“协作资源共享与使用，在动态自治的多机构的虚拟组织中 解决相关问题”。这一定义也是研究界普遍采用的概念。2 0 0 2 年f o s t e r 提出了网 格要素的三个具体评判标准( i a nf o s t e r , 2 0 0 2 ) ： ( 1 ) 整合协调非集中控制的资源：网格应能够整合与协调从属于不同管理 域与自治域的各类资源与各种用户，例如用户的桌面与中心化计算能力、同一公 司的不同管理单元、甚至于不同公司等。同时，网格应能解决分布式环境中的安 第1 章绪论 全、作业调度调度、资源管理策略、用户使用费用与成员权限等问题。即人们使 用网格应像管理一台本地系统一样。 ( 2 ) 使用标准、开放和通用的协议和接口：网格采用多用途的协议和接口， 利用这些协议和接口解决一些基本问题，如认证、授权、资源查找和资源获取等 基本功能。协议与接口的开放性与标准性是很重要的，否则网格系统无法有效的 进行组织与管理。 ( 3 ) 提供不平凡的服务质量( q o s ) ：网格允许以协同的方式使用从属资源， 用以保障与提供各类服务的服务质量，如系统响应时间、作业吞吐量、资源有效 性、安全性等。各种类型的资源协同满足复杂的用户需求，网格系统的性能远远 超于各个资源效用的简单加和。 网格的历史中产生了各种各样对网格的定义，虽然学者们对网格有着不同的 解释，但其核心内涵总是相同的，即：充分将分布于不同地理域、从属于不同自 治域的计算资源与存储资源组织起来，为用户提供全面的、高性能的、安全的综 合性资源，满足用户各种需求，提供可靠的服务质量保障。 网格从诞生至今共经历了四个阶段：第一代系统即是今天认为的网格计算先 驱一元计算( m e t ac o m p u t i n g ) ：第二代系统是指重点在于支持大规模数据与计 算的中间件；第三代系统重点转移到了分布式的全球协作，即面向服务的方法和 信息层的问题；第四代系统则是基于市场机制激励资源参与、使资源有效率利用 的网格市场系统。当然，这一发展是一个连续的过程，它们之间的划分并不明确。 第一代系统是从连接超级计算节点开始的，当时这种方式被称为元计算。2 0 世纪9 0 年代早期到中期这段时间，出现了早期的元计算与网格环境。这些早期 项目的共同目标就是为广泛领域的高性能应用提供计算资源，典型的项目是 f a f n e r 和i - w a y ( i a ne ta 1 1 9 9 7 ) 。其中f a f n e r 是一个普适计算系统，可以 在拥有w e b 服务器的任何平台上工作；而i w a y 是将超级计算中心的资源集成 起来。这一时期系统特性是共享高性能的计算资源。 第二代系统是以大规模计算与数据共享的科学研究为目标的，可以向用户和 服务提供更高级的服务，包括资源调度、代理以及面向特定领域的用户接口与门 户。典型的项目有g l o b u s 与g l o b u st o o k i t3 ( f o s t e ri a n dc k e s s e l m a n 1 9 9 7 ) 、 l e g i o n ( s t e v e ，j c e ta 1 ，1 9 9 9 ) 等。它们对基本系统级别的网格基础设施中间件的 设计和开发进行了有益的探索，对网格异构性、可扩展性、自适应性、安全性等 做出了一定的工作。开放网格服务架构定义了原始的网格接口和行为，容器能够 部署到一系列宿主环境，建立了面向协议和模块的网格体系结构，支持大规模计 算和数据存储中间件的开发结构，并利用网格中间件有效解决网格资源规模较 大、异构性较强的问题。 第1 章绪论 第三代系统与以往的网格系统相比更加成熟，以商业应用与科学研究为目标 促进了网格的进一步发展。具有代表性的项目是开放网格服务结构o g s a ( o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) ( f o s t e r , i e ta 1 ，2 0 0 2 ) ，它建立了面向服务的新一代网 格系统的具体标准。o g s a 基于w e b 相关服务，同时又对网格资源状态、监控 特性、订阅特性等进行了扩充。具体实现则包括从开放网格服务架构( o g s i ) 到w e b 服务资源框架( w s r f ) 的演化( g g f , 2 0 0 8 ) ，w s r f 是一组w e bs e r v i c e 的规范，它对资源与服务的上下文状态进行模型化的管理。第三代网格采用了面 向服务的体