（计算机软件与理论专业论文）网格环境下资源管理机制的研究.pdf

山东师范大学硕士学位论文 摘要 网格是近年来国际上兴起的一种崭新的信息技术，是一种建立在互联网之上的新一代基 础设施，其核心是在异构和分布的环境中实现各种资源的全面共享，消除资源和信息孤岛。 网格上的资源具有分布性、异构性、动态性等特点，因此如何有效管理网格资源、发现与监 视网格资源状态就成为网格技术中一个重要的问题。 资源管理系统是网格最核心的组成部分。网格的资源管理就是定位某种能力、协调对 它的使用、使用该能力并监视它的状态。网格环境下资源管理和本地系统中资源管理的主 要区别在于网格环境所管理的资源跨越多个管理域，这种分布造成了相似的资源在进行配 置和管理时所产生的异构性问题。 本文首先介绍了网格的基本概念、研究现状和发展趋势，对目前最主要的网格计算项 目g l o b u s 和移动a g e n t 技术进行了分析和研究。然后，本文对网格资源的管理与监视提出 并设计了一种新的方法，其中引入了移动a g e n t 技术和l d a p 技术，这两种技术的引入使 网格的监视充分发挥了移动a g e m 和l d a p 的优势。 本文的主要研究成果有：在分析现有网格资源管理和监视的系统基础上，提出并设 计了基于移动代理的网格资源监视的体系结构，对该结构的各个组件及组件之间的关系进 行了详细的分析；利用i b m 的a g l e t 软件设计并开发了多个a g e n t ，并将其应用到网格 资源监视中，实现了m a g m 系统；利用o p e n l d a p 工具设计了全局l d a p 和本地l d a p ， 并将其应用到网格资源监视系统中，l d a p 的引入可以很好地提供安全性，并且快速得到监 视结果；利用m i c r o g r i d 实现了网格虚拟环境和网格资源节点的模拟，并在此基础上测试 了m a g m 系统。 ，、 基于移动a g e n t 的网格资源管理系统不同于普通的网络监视和网络管理。它创新性的 采用移动a g e n t 技术来解决网格资源管理和监视问题，充分适应了网格环境的特点，既保 证了网格监视的准确性和高效性，又具有良好的可扩展性。总之，基于移动a g e n t 的网格 资源发现与监视模型具有较高的研究价值和很好的商业前景。 关键词：网格网格管理网格监视移动a g e n t l d a p 山东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t g r i di sak i n do fn e wi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dw a sd e v e l o p e di nt h ew o r l di nr e c e n t y e a r s ，i tw a san e wg e n e r a t i o ni n f r a s t r u c t u r ee s t a b l i s h e d0 1 1t h ei n t e m e t i t sc o r ei d e ai sv a r i o u s r e s o u r c e ss h a r i n gi nt h ee n v i r o n m e n to fi s o m e r o u sa n dd i s t r i b u t i n gs y s t e m g r i dr e s o u r c e si s d i s t r i b u t e d ，h e t e r o g e n e o u sa n dd y n a m i c ，s oh o w t om a n a g eg r i dr e s o u r c e s ，h o wt om o n i t o rt h e s t a t u so f 面dr e s o u r c e si st h ep r o b l e mw h i c hm u s tb es o l v e d r e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e mi st h ef o u n d a t i o na n dc o r eo fg r i d g r i dr e s o u r c e m a n a g e m e n ti st ol o c k ec e r t a i nc a p a c i t y , h a r m o n i z ea 1 ) da p p l yi t ，a n di nt h em e a n t i m em o n i t o ri t s s t a t e c o m p a r e dt o l o c a lr e s o u r c em a n a g e m e n t ，t h eg r i dr e s o u r c em a n a g e m e n ts p a n sm a n y m a n a g i n gd o m a i n s ，w h i c h w i l l b r i n gh e t e r o l o g o u sp r o b l e m sw h e ns i m i l a r r e s o u r c e sa r e c o n f i g u r e da n dm a n a g e d f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eb a s i cc o n c e p to fg r i d ，r e s e a r c hs t a t u s ，a n dd e v e l o p i n gt r e n d ， a n a l y z e st h em o s tp o p u l a rc o m p u t i n gg r i dp r o j e c t g l o b u s t h e nt h i sd i s s e r t a t i o nh a sb r o u g h t f o r w a r da n dd e s i g n e dan e wm e t h o dt om o n i t o rg r i dr e s o u r c e s ，i nw h i c hm o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y a n dl d a p t e c h n o l o g ya r ei n t r o d u c e dc o n s i d e r i n gt h ea d v a n t a g eo f t h et w ot e c h n o l o g i e s t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa n di n n o v a t i o n sa t e 百v e na sf o l l o w s ：( 1 ) o nt h eb a s i so ft h e a n a l y s i so f 班dr e s o u r c em a n a g e m e n ta n dm o n i t o r i n gs y s t e m ，t h eg r i dr e s o u r c em o n i t o r i n g a r c h i t e c t u r eb a s e do nm o b i l ea g e n th a sb e e nd e s i g n e d ，a n de a c hc o m p o n e n ta n dt h er e l a t i o n s h i p a m o n gc o m p o n e n t sh a v eb e e na n a l y z e dr e s p e c t i v e l y ；( 2 ) m u l t i a g e n th a sb e e nd e v e l o p e dv i a i b ms o f t w a r ea g l e t ，a n dt h e na p p l i e dt og r i dr e s o u r c em o n i t o r i n gs y s t e m ，t h u st oa c t u a l i z e m a g m ；( 3 ) g l o b a ll d a pa n dl o c a ll d a ph a v eb e e nd e s i g n e dt h r o u g ho p e n l d a p , a n d i n t r o d u c e dt og r i dr e s o u r c em o n i t o r i n gs y s t e m ，t h ea p p l i c a t i o no fl d a pc a np r o v i d es e c u r i t i e s ， a n do b t a i nm o n i t o r i n gr e s u l t sr a p i d l y ；( 4 ) g r i dv i r t u a le n v i r o n m e n ta n dg r i dr e s o u r c en o d e sh a v e b e e ns i m u l a t e da n dt e s t e dm a g ms y s t e ms u c c e s s f u l l y , g r i dr e s o u r c em a n a g e m e n ta n dm o n i t o r i n gm o d e lb a s e do nm o b i l ea g e n ti sd i f f e r e n t f r o mn e t w o r km a n a g e m e n ta n dn e t w o r km o n i t o r i n g i ti n n o v a t e st ou s em o b i l ea g e n tt os o l v et h e p r o b l e mo fg r i dm a n a g e m e n ta n dg r i dm o n i t o r i n gn o to n l yw i t hv e r a c i t ya n de f f i c i e n c y , b u ta l s o w i t he x p a n s i b i l i t y i naw o r d t h em o d e lh a sr e s e a r c ha n dc o m m e r c i a lv a l u e k e yw o r d s ：g r i d ；g r i dm a n a g e m e n t ；g r i dm o n i t o r i n g ；m o b i l ea g e n t ；l d a p 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，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经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏 可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 潞却磊聊擗 嘬 学位论文版权使用授权书 ，本学位论文作者完全了解山东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东 师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者虢柳磊导师签字：云 磉 签字日期：2 0 05 年。蝴上乡_ 日 签字日期：2 0 06 年d 月2 ) 日 山东师范大学硕士学位论文 1 1 网格的基本概念 第1 章绪论 网格是借鉴电力网( e l e c t r i cp o w e r g r i d ) 的概念提出来的，其最终目的是希望用户在 使用网格计算能力时，就如同现在使用电力一样方便。网格给最终用户所提供的是与地理 位置无关、与具体的计算设施无关的通用的计算能力。不管是电力网还是网格，都有覆盖 范围广泛、组成资源多样的特点，正如电力网中需要有大量的变电站等设旌对电网进行调 控一样，网格中也需要大量的管理节点来维护网格的正常运行 i 】。 网格界的权威i f o s t e r 在网格：一种未来基础设施蓝图中给出了网格的描述性定 义：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、计算机、大型数据库、传 感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和服务。互 联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格则能提供更多更强的功能， 它能让人们共享计算资源、存储资源和其它资源。” 2 1 网格计算是一种建立在网格基础设施之上，与以往不同的计算方式。它使人们可以 以一种全新的更自由、更方便的方式使用计算资源，解决更复杂的问题。首先，网格计算 机扩展了以前十分有限的计算能力。在网格计算的支持下，人们可以方便的使用大型机， 计算机集群和并行计算机来完成许多以前无法想象和无法完成的工作。其次，网格计算机 突破了地理位置的限制。资源的提供者和使用者完全位置无关。最后，也是非常重要的一 点就是网格打破了传统的共享和协作的限制。过去对资源的共享往往停留在数据文件传输 的层次，而网格资源的共享允许对资源进行直接的控制。 1 2 网格的研究现状 目前网格的研究主要集中在美国和欧洲。英国政府己投资1 亿英镑，用来研制“英国 国家网格( u kn a t i o n a lg r i d ) ”。欧洲的d a t a g r i d 3 1 涉及到欧盟的2 0 几个国家，是一种典型 的“大科学”应用平台。目前美国和欧洲在美国政府用于网格技术基础研究经费则已达5 亿美元。美国军方正规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信息网格( g l o b a li n f o r m a t i o n a r i d ) ” 4 l ，预计在2 0 2 0 年完成。美国政府电子信息技术协会的一位负责人预测，到2 0 0 6 年， g i g 有可能成为五角大楼的最大投资项目。作为这个计划的一部分，美国海军和海军陆战 队己启动了一个耗资1 6 0 亿美元历时8 年的项目，包括系统的研制、建设、维护和升级。 除了上述国家级的项目和系统外，很多世界著名的公司也都非常关注网格的发展。 惠普、i b m 、微软、s u n 等公司最近取得共识，支持x m l l 5 】、 s o a p e 6 1 、u d d i 7 1 等标准， 从而更有利于开发新一代的网络应用，即网格服务。其目的是将互联网上的资源和信息汇 聚在一起，组合成企业和消费者所需要的服务。惠普推出了e s p e a k 服务平台；i b m 用它的 w e b s p h e r e 平台和一系列中间件实现万维网服务：微软的路线是通过其n e t 计划和c # 语言 实现；s u n 则通过o p e nn e t w o r ke n v i r o n m e n t ( s u no n e ) 计划和j a v a 平台来实现它。另外， i b m 己经宣布将投资4 0 亿美元，启动一个“网格计算创新计划”，而s u n 则在2 0 0 0 年9 月就公布了其网格引擎软件。 目前在国外的网格计算研究项目中，一些通用的网格技术研究和项目有：a c c e s s g r i d l 8 j ， 些查堕蕉查堂塑兰焦迨塞一一 一一一 c o n d o r 9 ，e c o g r i d 1 0 1 ，g l o b u s 1 ”，l e g i o n 12 1 ，n m i 计划；一些网格应用和库有：n e o s ， n e t s o l v e 1 3 】，n i i i l r o d g 1 4 ，p u n c h ：还有一些商业界在网格计算方面的努力，包括p 2 p 工作 组，a v a k i ，e n t r o p i a , g r i d w a r e ；i n s o r s 。在日本的网格项目有n i n 一”j 。 网内的网格计算尚处于研究阶段，主要集中于中科院计算所、国防科大、江南计算 所、清华大学、山东大学等几家在高性能计算方面有较强实力的研究单位。目前，我国已 启动了五个网格项目，科技部负责的中国国家国格( c n g r i d ) 、教育部负责的中国教育科研 网格技术( c h i n a g r i d ) 、国家自然科学基金委负责的e s c i e n c e 网格研究计划、上海信息网格、 中国空间信息网格。其中，中国国家网格( c n g f i a ) 由国家8 6 3 高技术研究发展计划资助， 旨在建立面向企业、高等院校、科研机构、政府部门的国家高性能计算环境。中国教育科 研网格项目是“c e r n e t 高速地区网和重点学科信息服务体系建设”项目中的重要建设内 容，是迄今为止由政府推出的最宏大的网格工程。c h i n a g r i d 的目标是在2 0 0 5 年建立聚合 能力超过1 5 万亿次量级的教育科研网格，形成世界上最大的超级网格之一，并争取在网格 计算的基础研究和应用研究方面走在世界前列。 分析目前的研究和应用现状，网格计算应在以下几个方面重点开展工作： ( 1 ) 网格安全由于可扩展性的要求，性能和异构是任何分布式系统的奋斗目标， 但网格计算的特点导致了在分布式系统中已有的安全技术尚不能解决的问题。网格应用所 涉及的大量资料和计算内容在各组织之间是否能安全共享，内部系统环境中一些常常被忽 略掉的问题，如安全和可靠性等，在任何分布式环境下都必须得到解决。 ( 2 ) 资源监视确定并监测网格资源状况，收集任务运行时的资源占用数据。用户 提交的任务要由系统来分配资源并控制其运行，包括要将其分配到哪些主机上运行、调用 哪些数据、启动何种应用程序、何时开始运行等。 ( 3 ) 资源管理为了使网格的性能达到最佳，需要管理信息在网格中分配的方式。 如何分配工作、工作传输的频率、以及它分配给每一个客户机的方式都会影响服务器的负 载、网络的负载，并最终影响网格的性能。通过精心管理，如控制工作单元分配、在代理 端保持记录以及分析每一个客户机的性能，应当可以使网格的性能达到最大化。通过管理 服务器( 将作业提交给网格的工作代理) 和客户机( 所需资源的提供者) 的带宽，应当能 够使网格环境的性能达到最大化，同时防止过度使用网络、c p u 和其他资源。 ( 4 ) 带宽管理不管是何种网格类型，带宽管理都是要对若干个变量进行调整以支 持系统并使网格性能带宽最大化，同时减少对网络或者c p u 带宽的影响。例如，改变工作 的分配方式可能会减少网络带宽，而代价则是c p u 的性能。 综上所述，网格计算方面进行研究和探索的内容是极其丰富和具有挑战性的，资源管 理是网格的核心服务层技术，包括网格资源管理和分配、网格资源信息服务、网格资源发 现与监视、网格资源需求描述等方面。 1 3 本文的研究工作 本论文在几个方面开展了研究工作。首先重点研究了网格环境下的资源管理以及监视 问题，设计了一个基于移动a g e n t 的网格资源监视系统m a g m ( g r i dr e s o u r c em a n a g e m e n t s y s t e m b a s e d o i l m o b i l e a g e n t ) ，对移动a g e n t 技术和l d a p 协议也做了一定的阐述。另外 2 一一 些奎堕垄查兰壁兰垡堡塞 在系统原型建立的基础上，利用国外的m i e r o g r i d 工具进行了网格节点的模拟，并将m a g m 系统在模拟的网格环境中进行测试，验证了上述网格资源管理系统的效果。 主要研究成果： ( 1 ) 建立了基于移动a g e n t 的网格资源管理系统的体系结构，使网格管理与监视环境 中的各个组件协调工作，实现管理监视功能。 ( 2 ) 建立了基于移动a g e n t 的网格资源管理系统，可以在局域网范围内按照注册、更 新、查询等步骤实现各种异构环境的网格资源节点的监视，获得网格中各个节点当前的状 态，移动a g e n t 的使用有效地减少网格资源发现和监视过程中的通讯代价。 ( 3 ) 引入了l d a p 技术和移动a g e n t 技术，设计了全局l d a p 和本地l d a p ，并开发 了多个a g e n t 用于网格资源监视中。 ( 4 ) 研究了网格模拟工具m i e r o g r i d 的原理和应用，并使用此工具进行了网格节点的 模拟，在模拟网格环境中成功进行了m a g m 系统的测试，验证了本系统的可行性。 1 4 论文的结构 论文具体的安排如下： 第一章绪论本章首先对网格的基本概念做了介绍，从网格、网格计算、网格研究现 状几个方面进行了论述。提出了网格计算应在网格安全、资源监视、资源管理、带宽管理 等方面重点开展工作，最后说明了本论文的研究内容和具体章节安排。 第二章网格资源管理机制介绍了网格的体系结构和目前主要的三种网格资源管理体 系结构模型：分层模型、抽象所有者模型和计算经济模型。并重点介绍了网格计算项目 g l o b u s 以及其元计算目录服务( m d s ) 。为提出新的网格资源管理系统奠定了基础。 第三章移动a g e n t 技术主要介绍了移动a g e n t 的基本概念、特点、体系结构，以及 几种主要的移动a g e n t 系统，并重点阐述了a g l e t 系统j 第四章基于移动a g e n t 的网格资源管理模型的设计介绍了l d a p 协议，在g l o b u s m d s 基础上，有机结合移动a g e n t 技术和l d a p 协议，提出了基于移动a g e n t 的网格资源 管理模型。 第五章基于移动a g e n t 的网格资源管理系统的实现主要本系统的实现过程，使用了 i b m 的a g l e t 软件包作为移动a g e n t 的运行环境。m a g m 系统中设计了多个不同类型的 a g e n t ，本章对每个类型的a g e n t 及其作用进行了介绍。 第六章模拟网格环境下的测试应用m i e r o g r i d 工具模拟网格环境和多个网格节点， 并将m a g m 系统在模拟环境中进行测试。 山东师范大学硕士学位论文 第2 章网格资源管理机制 2 1 网格的体系结构 网格体系结构是关于如何建造网格的技术，包括对网格基本组成部分和各部分功能的 定义和描述，网格各部分相互关系与集成方法的规定，网格有效运行机制的刻画。网格体 系结构是网格的骨架和灵魂，只有建立合理的网格体系结构，才能够设计和建造好网格， 使网格有效地发挥作用。 目前比较重要的网格体系结构有两个：一个是f o s t e r 等在早些时候提出的五层沙漏模 型；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 等结合w e bs e r v i c e 提出的开放网格服务结构o g s a ( 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 ) 1 6 1 。 2 1 1 五层沙漏模型 五层沙漏模型是一种以“协议”为中心的结构，强调协议在网格的资源共享和互操作 中的地位。为此根据与底层具体物理资源的距离，从下到上将网格划分为五层，分别是构 造层( f a b r i c ) ，连接层( c o n n e c t i v i t y ) ，资源层( r e s o u r c e ) ，汇聚层( c o l l e c t i v e ) 和应用层 ( a p p l i c a t i o n ) 。五层结构的一介重要特点就是“沙漏”形状，其原因就在于各层协议的数量 是不同的。对于最核心的部分，由于要能够既实现上层各种协议向自身协议的映射，同时 实现自身协议向下层其它各种协议的映射，核心协议在所有支持网格计算的地点都应该得 到支持，所以核心协议的数量不应该太多，这样核心协议就形成了协议层次结构中的一个 瓶颈。在五层结构中，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈部分。图2 1 是五层沙漏 模型的示意图。 工具与应用 匝至二亘二口 1 篆厂一蚕一 ：鎏二二熏二 各种资源：计算 机、存储介质、网 络、传感器等 图2 - 1 五层沙漏模型 2 2 2 开放网格服务结构( o g s a ) o g s a 最突出的思想就是以“服务”为中心。在五层沙漏模型中，强调的是被共享的 物理资源或者这些资源所支持的服务。在o g s a 框架中，服务所指的概念更广，将一切都 抽象为服务，包括计算机、程序、数据、仪器设备等。这种观念有利于通过统一的标准接 山东师范大学硕士学位论文 口来管理和使用网格。简单的说，“网格服务= 接口，彳亍为+ 服务数据”，“网格= 网格服务) ”。 图2 2 是对网格服务的简单描述。 服务数据的访问 g r i d s e r v i c e 显示撤消。 ( 必需的) 软状态生命周期 绑定特性 一可靠激活 认证 其他接口 ( 可选的) 标准接口： 一一通知 授权 一服务连接 一服务注册 一管理 一并发 + 面向特别应 用的接口 图2 2 网格服务示意图 与五层模型一样，在o g s a 中也非常重视互操作性，但是从服务的观点，o g s a 将互 操作性问题转化为两个子问题，即定义服务的接口和识别激活特定接口的协议。五层模型 是按照支持虚拟组织互操作的协议要求来构造的，而o g s a 强调的是与协议相对应的服务， 侧重于实体表现出来的行为特征。 2 2 网格中的资源 2 2 1 网格资源的定义 资源是网格中所有可以被主体请求使用的实体的总称。网格资源指所有能够通过网格 远程使用的实体，它是网格中所有可以被主体请求使用的实体的总称。网格中一切都是资 源，除了资源没有其他什么东西。网格资源包括计算机软件、计算机硬件、仪器和设备、 人力资源等。人力资源包括人的知识、能力等多种因素，是网格上最具有伸缩性的资源。 资源所有者可能向其他使用资源的人收费。资源可共享或独占。资源可被清晰地定义，或 用参数描述。 2 2 2 网格资源的特点 无论是简单的计算机系统还是复杂的集群系统、并行系统、分布式系统都存在着不同 的资源，但是那些资源无论是种类的多样性还是功能的多样性方面，都不能和网格系统相 比。网格中的资源具备了以往系统中的资源所不具备的特点，网格资源具体有如下特点：， ( 1 ) 资源的地理分布极广，资源之间、资源与客户以及客户之间往往通过广域网( 如 i n t e r n e t ) 连接。 ( 2 ) 资源种类多样、数目巨大，工作在异构平台上，并且由不同的管理策略控制，同时 又要求一定程度的协同工作。 6 山东师范大学硕士学位论文 ( 3 ) 资源具有动态性 资源可以自由地加入网格和离开网格系统，网格资源的可获得性以及一个网格资源提 供给用户使用的能力是随时间的变化而动态变化的，网格资源的负载也是动态变化的。 ( 4 ) 资源既是私有的又是可共用的 资源是由资源拥有者提供的，资源的拥有者对该资源有最高的使用权限，但是该资源 又是网格中的资源要被网格用户共享。 此外，网格资源共享的方式也不同于传统的共享，传统的共享往往停留在文件传输的 层次，而网格资源的共享允许直接控制其他资源。 2 3 网格资源管理 网格环境下的资源管理十分复杂，因为它们地理上分布、异构，被不同的个人或组织 拥有，每个部有它们各自的资源管理政策、不同的访问及成本模型。网格资源管理应包括 网格资源发现与监视【1 7 1 ，资源调度18 】【1 9 】，资源映射【20 1 ，资源协同分配【2 1 1 等方面。 目前主要的三种网格资源管理体系结构模型：分层模型 2 2 ( h i e r a r c h i c a lm o d e l ) 、抽象所 有者模型【2 3 】( a b s t r a c to w n e rm o d e l ) 、计算经济( 市场) 模型 2 4 1 ( c o m p u t a t i o n a l m a r k e t e c o n o m ym o d e l ) 以及它们的混合模型。 2 3 1 分层模型 n 分层模型是g l o b u s 2 5 1 ，l e g i o n 2 6 ，n i n 中刀等计算网格系统所使用的资源管理模型。它较 好地解决了计算网格环境中的一些挑战性问题，如站点的自治性、底层的异构性、可扩展 策略以及联合分配等问题。该模型中包括调度器、信息服务器、域控制器、监视器、作业 控制器等网格服务部件，这些部件在资源分配、发现、和调度过程中相互协调来完成用户 提交的应用任务。 按照逻辑功能划分，分层模型主要由两类功能部件被动组件与主动组件。被动组件包 括：资源、任务、作业、进度表。主动组件包括：调度器、信息服务、域控制代理、分配 代理、用户、监视器、作业控制代理。分层模型各组件之间的关系如图2 - 3 所示。 图2 - 3 分层模型 图中的箭头意味着组件之间发生的通信，这是个协议定义的开始。一个用户提交一 个作业到一个作业控制代理，它调用一个访问代理。访问控制代理分析作业的资源请求， 并判断网格是否能满足其资源需求，若能满足则把作业传递给全局调度器，调度器在网格 信息服务器中查询和匹配资源，并咨询领域控制代理来确定资源当前的状态和可用性，调 度器负责制定资源映射策略并将这些资源映射传递到分配代理。分派代理根据进度表中的 资源与域控制代理协商，并且为资源进行预约，这些预约被传递给作业控制代理。在合适 的时间，作业控制代理和另一个分配代理合作，此分配代理与合适的域控制代理协商来开 始任务运行。监视器负责跟踪作业的进程，如果性能比期望值低要决定是否重新调度。这 些步骤是理论化的，在实际的网格项目中常常省略或合并某些步骤。 2 3 2 抽象所有者模型 在抽象所有者模型( a b s t r a c to w n e r ，a o ) 中，由资源经纪人( 抽象所有者) 代表资源所有 者与用户进行交互和协商。任务提交和结果收集时遵循定购和交货模式。 在实际应用中，网格资源的用户并不关心谁是资源的所有者，他们所关心的是资源的 使用机制、资源的使用条件和使用成本。通常，与用户交涉的实体并不是真正的资源所有 者，而是资源所有者的中介人，但用户可抽象地把它们当作资源的所有者。任何网格资源 都能被一个或多个“抽象所有者”( a o s ) 所代表。客户和a o 之间可以通过协商的方式对获 得和使用资源进行协调。 为了从a o 处获得访问资源，客户与a o 在定购窗口就资源是否可用、价格如何以及 获取资源时所使用的协议进行协商。若客户对协商结果满意，则进行预定，否则终止协商。 预定后，客户可在规定的时间通过交货窗口从a o 处获取资源。 客户与a o 在定购窗口的协商过程如下( 如图2 _ 4 ) ，客户首先创建示例资源对象并对 其属性进行赋值，即客户将实例对象属性、变量限制列表、协商类型、提取方式、授权、 山东师范大学硕士学位论文 投标和协商i d 提交给定购窗口。协商的类型有要求a o 立即调度资源的“立即”型；返回 指定数目的协商变量的建议值的集合的“待定”型；基于先前返回的协商变量的值的集合结 束调度的“确认”型以及取消先前的“待定”型协商的“取消”型。提取方式指在交货窗 口客户和a o 之间所使用的协议。授权是指系统赋予a o 决定客户是否有访问资源的权利， 并在资源传递时给客户开账单。投标指的是客户愿意为资源所支付的最高价格，并用合同 指定在特定条件下资源的价格。协商i d 在客户与a o 之间传递以提供多交互协商的同一性 和连续性，当协商i d 为0 时表示新的协商的开始。 譬 图2 4 抽象者模型 对所有的协商，a o 将返回一个代码通知操作的成功、协商i d 及其有效期。一旦“待 定”型或“确认”型协商获得成功，客户可向交货窗口提交协商i d 并提取资源。” 抽象所有者模型在资源共享过程中遵循定购和交货模式，模型中存在拥有网格资源的 抽象实体，用户只需要同这个抽象所有者协商就获取所需资源。此模型虽然简洁明了，但 它是一种基于代理的资源分配模式，实际使用时还有许多尚待解决的问题，如客户如何发 现合适的资源的a o 。该模型目前还未有具体的网格计算系统采用。 2 3 3 计算经济( 市场) 模型 计算经济模型( 如图2 - 5 所示) 在资源发现和调度过程中遵从市场经济中的供求原则， 通过将用户的资源购买报价与各个资源所有者的服务报价进行匹配，对资源的所有者和使 用者进行调节以保证双方互利互惠。它融合了分层模型和抽象所有者模型的设计思想，可 以很好地兼容现有网格系统。基于计算经济模型对资源进行管理的系统主要有n i m r o d g 1 2 8 j 和j a w s 2 9 】等。 在网格资源管理中引入市场机制为资源所有者提供了更好的动机来积极地贡献和更 新其资源，投资回报是资源的拥有者将资源加入网格的根本动机，同时也促进了计算服务 质量的提高和资源的升级：由于资源服务价格的竞争，也会使用户能使用到最廉价的资源。 经济是调节供求关系最有效的机制。 但是资源用户希望最小化费用，而资源所有者希望最大化投资回报。这就需要系统提 供合适的工具和服务来使资源用户和所有者表达他们的要求。例如：用户能指定其所需服 务的质量及价格，资源所有者能指定收费标准以及使用方式。网格资源管理体系结构的计 算经济模型综合了上述分层模型和抽象所有者模型的实质。 9 ：些查堕蕉盔堂塑兰垡鲨塞 计算经济模型的主要组件有用户应用、网格资源代理、网格中间件和局部资源管理( 本 地调度器) 。 ( 1 ) 网格资源代理通过网格中间件来协调用户资源请求和网格资源之间的匹配，、它 负责资源发现、资源选择、计算的初始化，并向用户提供一个单一的、全局的资源视图。 网格资源代理的主要构件包括：作业控制代理、调度顾问、网格探测器、交易代理和分配 代理。 作业控制代理是管理系统中作业的中心组件，它负责作业的创建和作业状态的保 持，并与客户、调度顾问和分配代理进行交互。 调度顾问负责进行资源发现( 使用网格探测器) 、资源选择以及作业分配。 交易代理通过资源选择算法来确定资源的访问代价，它能够与交易服务器协商尽可 能以较低的成本使用费资源。 网格探测器负责资源的发现，通过网格信息服务器来实时跟踪资源状态信息。 分配代理负责在选择的资源上的任务执行，定期更新作业控制代理中任务的执行状 态。 。 ( 2 ) 网格中间件通过资源代理来提供网格用户和网格资源之间的匹配服务，它提供 了远程进程管理，资源的联合分配，存储访问，信息，安全等核心服务。网格中间件的主 要构件包括；交易服务器、价格算法和记帐系统。 交易服务器是资源所有者代理，负责与资源用户进行协商以出售资源的访问权，它 的目标是资源利用率和利润的最大化。 价格算法根据供求原则制定资源所有者向用户收取资源使用费的原则。 记帐系统负责记录资源使用情况，并根据资源代理和交易服务器达成的协议来向用 户收费。 ( 3 ) 局部资源管理( 本地调度器) 负责管理本地资源和调度计算任务，还提供数据 库、存储等资源服务。基于供求原则的对资源进行管理的经济模型提供了对资源的分散管 理能力，并且能适应环境和用户需求的变化，它是可扩充、可操作的，并且易于理解的资 源管理策略。资源管理的计算经济模型在最优和最有效地利用资源方面显示了巨大的潜力。 l 应用程序f 卜 作i 网格探测器 嘴熊服姗秽觜 业 了 锄 控 叫调度顾问i ，| 交易服务器i 蔓垂口 制 飞出 用户 代毒 陌而嗣剧 号一“ 镱霹鬻涠【 丽弋一 圆慧 1 分配代理 l 资源经纪人 中间件设备 资源控制领域 山东师范大学硕士学位论文 图2 - 5 计算经济模型 2 4 网格计算项目g l o b u s 2 4 1 g l o b u s 项目介绍 g l o b u s 项目是目前国际上最有影响的网格计算项目之一。它发起于2 0 世纪9 0 年代中 期，其最主要的目的是希望把美国境内的各个高性能计算中心通过高性能网络连接起来， 方便美国的大学和研究机构使用，提高高性能计算机的使用效率。当时在美国建立了一个 实验环境iw a y ，它把位于美国1 7 个不同地点的6 0 多个组织的超级计算机和资源通过 高性能网络联系起来，进行大规模仿真模拟、协同工作、并行计算等科学研究，这实际上 是g l o b u s 的前身。随着对g l o b u s 项目的深入研究，科学家希望对地理上分布的研究人员 建立虚拟组织，进行跨学科的虚拟合作。目前g l o b u s 项目把商业计算领域的w e bs e r v i c e 技术融合在一起，希望不仅仅局限于科学计算领域，还能够对各种商业应用进行广泛的、 基础性的支持，实现更方便的信息共享和互操作。 g l o b u s 项目是美国a r g o n n e 国家实验室等科研单位的研发项目。g l o b u s 对信息安全、 资源管理、信息服务、数据管理以及应用开发环境等网格计算的关键理论和技术进行了广 泛的研究，开发出能在多种平台上运行的网格计算工具包g l o b u st o o l k i t 此工具包能够用来 帮助规划和组建大型的网格实验和应用平台，开发适合大型网格系统运行的应用程序。 ( 3 1 0 b u s t o o l k i t 是g i o b u s 项目最重要的实践成果，其第一版在1 9 9 9 年推出，其后的主要版 本有1 1 3 和1 1 4 ，目前最新版本是2 0 0 2 年底推出的2 2 版。并且g l o b u s 项目在2 0 0 3 年 初尝试推出了基于o g s a 体系结构，融合了w e bs e r v i c e 技术的3 0 a l p h a 版。目前，g l o b u s 工具包已经在n a s a 网格、欧洲数据网格以及美国国家技术网格等众多项目中得到应用。 2 4 2g l o b u s 系统结构 为了有效地支持网格计算环境，g l o b u st o o l k i t 针对g l o b u s 项目中的各种协议，提供 了一系列的服务、软件库、编程接口。从总体上讲，g l o b u s t o o l k i t 的实现主要有四个方面 的内容： 1 ) 网格安全 这是网格计算环境正常运行的保证。g l o b u s 主要结合目前成熟的分布式安全技术，并 进行一定的扩展，以适应网格计算环境的特点。 2 ) 网格信息获取与分布 在网格计算环境中如何发布资源信息，如何查询和检索资源信息是有效使用各种资源 的前提条件。 3 ) 网格资源管理 由于网格环境中的资源主要分布在广域网环境中，采用目前常用的局域网管理技术不 能有效地对其进行管理，为此g l o b u s 在局域网资源管理之上实现了更高层次的资源管理技 术。在信息服务的支持下，可有效地支持广域范围内的资源管理。 4 ) 网格远程数据传输 网格远程数据传输实现广域网环境下的高速、可靠的数据传输和实现对应用程序基本 些奎堕堇盔兰亟兰笪迨塞 透明的远程文件i ，o 访问。 上述四方面的技术可以使得在网格计算环境下开发应用更加方便，而且使得网格应用 程序的执行效率更高。 2 4 1 3g l o b u s 的) s 元计算目录服务( m e t a c o m p u t i n g d i r e c t o r ys e r v i c e ，m d s ) 是g l o b u s 提供信息服务的 一个模块。它的主要任务是管理网格中的各种信息，其功能包括信息的发现、注册、查询、 修改、注销等。它提供了一套工具和应用程序接口用于发现、发布和访问计算网格中的各 种资源信息，也是g l o b u s 中的资源发现和监视模块。 m d s 为用户和应用提供网格环境中的各种信息，具体功能有：根据请求发现信息， 给用户提供注册信息的机制，支持用户对信息的查询和修改工作。其中，网格中各种资源 信息包括数据、服务、用户等实时信息。在m d s 中，由信息提供者为m d s 提供各种信 息，信息提交到m d s 之后，由m d s 提供查询或更新服务。信息提供者可以提供各种各样 的信息，包括操作系统分类、软件版本号、c p u 型号、c p u 数目、内存空间大小、主机的 i p 地址等。 m d s 中的角色可以分成三个层次，中间层次是m d s ，上层是各种可以访问m d s 的 高层应用，下层是为m d s 提供各种信息的信息提供者。应用与m d s 之间、信息提供者和 m d s 之间采用特定的协议通信。信息提供者用软状态注册协议向m d s 注册自己感知的信 息，应用通过查询协议从m d s 中请求自己需要的信息。高层应用除了可以采用查询手段向 m d s 发出查询请求获取其中的信息之外，还可以向m d s 订阅自己感兴趣的信息，由m d s 通知自己信息的更新和变化。 m d s 中包含了关于计算资源的静态信息和动态信息。利用m d s 可以定位指定了操作 系统、应用软件、存储空间、网络带宽等特性的资源，也可以查询一个特定资源的i p 地址、 可用软件、系统管理者、连接的网络、操作系统版本、负载、进程信息、外存信息、主存、 队列等信息，还可以获取网络的带宽、延迟、协议和逻辑拓扑等特征，利用m d s 依然可以 获取g l o b u s 基础设施的信息，如主机信息和资源管理器的类型等。 g l o b u st o o l k i t 工具包中m d s 的内容主要包括资源( 服务) 发现、资源( 服务) 描述 和资源( 服务) 监视与更新【3 0 l 。m d s 使用l d a p 模型和分级方式，结果以目录信息树的形 式表现。m d s 体系结构由两个基本