（计算机系统结构专业论文）织女星信息网格评价.pdf

织女星信息网格评价摘要 摘要 信息网格旨在有效便捷的解决广域、异构信息的共享、互连和互操作的问题。织女 星信息网格的使用模式是让用户在任何时间、地点以及任何设备上使用网格，以达到高 生产率服务。信息网格具有动态开放和高生产率服务特性，相应地，信息网格需要新的 评价方法以体现这些新的特性。 面向全生命周期的评价方法从全局出发对信息系统进行评价，论文将全生命周期评 价方法应用到信息网格的评价中，并对织女星信息网格实例- n c i c g d 进行评价，结 果表明全生命周期的方法可以反映网格的优越性。同时，本文还把s l a ( s e r v i c el e v e l a g r e e m e n t ) 评价方法应用到n c i c g r i d 评价中，s l a 方法可以反映系统在一个时间段内 满足用户要求的情况，弥补了传统用峰值和均值方法进行评价的不足。 本文的主要工作包括： 一、把全生命周期评价方法应用到信息网格的评价中，体现信息网格动态开放 的特性。 二、提出全生命周期生产率的评价指标，该指标不但与信息网格的动态开放性 一致，而且能够反应网格高生产率的特性。 三、把s l a 的方法应用到信息系统评价中，开发了s l a 评价软件，并对 n c i c g r i d 实例进行了s l a 评价。s l a 评价法与传统方法的结合更全面地 反映整个信息系统的性能。 关键词：织女星网格，信息网格评价，生产率，全生命周期，服务水平协定 织女星信息 5 9 格评价a b s t r a c t e v a l u a t i o no f v e g a i f o r m a t i o ug r i d l ih u i ( c o m p u t e r a r c h i t e c t u r e ) d i r e c t e d b y s u nn i n g h u i i n f o r m a t i o ng r i df o c u s e so nt h er e s e a r c ho f e n a b l i n gt e c h n o l o g i e sf o rs 1 1 鲥r 喀i n f o r m a t i o na n da p p l i c a t i o n e f f e c t i v e l y a n d e x p e d i e n t l y o n a w i d e - a r e a a n d h e t e r o g e n e o u s e n v i m n n l e n t t h e u s e r m o d e o f v e g a n f o r m a f i o n g r i d a i m s t oe n a b l e u s e r t o u s e s t h e g r i d a t a n y t i m e ，a n y w h e r e b y a n y d e v i c e ，a n d t o a c h i e v e a h i g h p r o d u c t i v i t y s e r v i c e h a f o n n a t i o ng r i dh a st h eh j i g hp r o d u c t i v i t ya n dd y n a m i cf e a t u r e s a c c o r d i n g l y , t h en e we v a l u a t i o n a p p r o a c ho f i n f o r m a t i o n 鲥d i sn e e d e dt om e a s u r et h e s ef e a t u r e s t h ee v a l u a t i o na p p r o a c ho ff u l ll i f ec y c l ee v a l u a t e st h ei n f o r m a t i o ns y s t e ma saw h o l e t h i st h e s i s a p p l i e st h ea p p r o a c h 0 nt h ei n f o r m a t i o ng r i da n du s e st h ev e g a e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ng r i d ( e 1 g ) a c a s e s t u f f y t h er e s u l tp r o v e st h a tt h ef l a i ll i f ec y c l ea p p r o a c h c a l le m b o d yt h ea d v a n t a g eo f g r i d f u r t h e rm o l e ，t h e t h e s i su s e ss l a ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ) a p p r o a c ht oe v a l u a t et h en c i c g r i dw h i c hi sa r li m p l e m e n t a t i o n i n s t a n c e o f e i g s l a c a n r e f l e c t t h e p r o b a b i l i t y t h a t a n i n f o r m a t i o ns y s t e ms a t i s f i e s t h e r i s e s r e q u i r e m e n t , w h i l e t h et r a d i t i o n a le v a l u a t i o na p p m a c h o n l yf o c u s e s o i lt h ep c a kv a l u ea n da v e r a g ev a l u e t h ec o n t r i b u t i o no f t h et h e s i sc a nb ec o n c l u d e di n t ot h ef o l l o w i n ga s p e c t s f i r s t l y , t h ef u l ll i f ec y c l ea p p r o a c h i su s e di nt h ee v a l u a t i o no f i n f o r m a t i o ng r i da n de m b o d i e st h ed y n a m i c a d v a n t a g eo f g r i d s e c o n d l g t h e f i d l l i f e c y c l e p r o d u c t i v i t y i s p r o p o s 吐w h i c h i sc o n s i s t e n t w i t h t h e d y n a m i c c h a r a c t e r o f g r i d ， a n dc a l lr e f l e c tt h ef e a t u r eo f h i g hp r o d u c t i v i 寸s e r v i c e l a s t l y , t h es l aa p p r o a c h i sa p p l i e do nt h ee v a l u a t i o no f i n f o r m a t i o ns y s t e m t h es l a e v a l u a t i o ns o f t w a r e i sd e v e l o p e d t h ee x p e r i m e n t sa r ed o n eo nt h ee v a l u a t i o no fn c i c g r i da sac a s es t u d y t o g e t h e rw i t ht h e t r a d i t i o n a le v a l u a t i o n m e t h o d ，s l ac a nr e f l e c t t h ew h o l ec o n d i t i o no ft h ei n f o r m a t i o ns y s t e mi na c o m p r e h e n s i v ew a y k e y w o r d s v e g ag r i d ，i n f o r m a t i o ng i de v a l u a t i o n , p r o d u c t i v i t y , f u l ll i f ec y c l e ，s e r v i c e l e v e l a g r e e m e n t 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。就我所知，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。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：奄蓍蹶御一乒 关于论文使用授权的说明 中国科学院计算技术研究所有权处理、保留送交论文的复印件，允许论 文被查阅和借阅；并可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印 或其它复制手段保存该论文。 名：鸯慈新签孙一邪蹶- c = , a - - - c - i 第一章二引言 1 1 背景 第一章引言 伴随着计算机技术和网络通信技术的出现及发展，信息系统开始诞生并也蓬勃发展。 从1 9 4 6 年第一台计算机问世，人们开始用计算机来管理领域内的信息，到5 0 年代计算 机在数据处理技术上的突破给计算机的应用拓展了空间，陆续出现了数据统计系统、数 据更新系统、数据查询系统、数据分析系统、系统状态报告系统等，信息系统越来越受 到人们的重视。随着近期热门技术e r p 和电子商务的出现，信息系统的建设更成为现代 企业不可或缺的一项重要任务。 然而，信息系统的发展远没有达到人们对它期望。信息系统处理的主要对象是信息。 传播、共享和增值是信息的固有属性。共享在信息系统中扮着重要的角色。但是目前各 行业的信息服务系统大都是以某一厂家的操作系统与系统集成技术为基础，形成彼此隔 离的信息孤岛式的系统，数据格式也不相同，不能实现网络业务的交换、共享、协同和 控制，相互之间难以在业务与安全范围内实现互联互通与互操作。而且由于利益冲突和 业务的巨大差异，很难形成统一标准和规范；同时，建立规整的、一体化的、自底到顶 的信息服务平台也不可能的。 信息网格就是在这种背景下出现。信息网格力求提供一个基于i n t e r n e t w e b 统一的 信息管理和服务平台，这种统一的信息服务平台将最大限度地实现信息资源共享、重用 和互操作，这种真正开放的信息服务平台应能进行任何操作系统平台上的数据交换和程 序连接 1 】。它不仅能加快上层应用服务的开发，而且能消除信息孤岛。目前，国内外对 共享技术及信息网格的研究众多，中国科学院织女星信息网格就是其中之一。信息网格 中用户广泛，服务或网格应用多样化；网格用户和资源是动态生成和创建的，用户使用 具有透明性，这些基本网格特性可以用动态开放来概括。网格动态开放性可以大大提高 用户的生产率水平，提高程序开发、部署效率，方便用户使用和管理。 评价一个信息网格主要有两个方面内容，其一，从微观性能来看，该信息网格是否 满足信息系统用户基本要求，可用性，响应时间等传统指标是该方面的主要评价依据。 其二，从信息网格产生的需求来看，动态开放性是网格评价的一项重要内容。然而目前 国内外还没有对网格这一特性的评价研究，本文则应用全生命周期的思想对网格进行评 价，定义了全生命周期生产率这一评价指标。该指标能够体现网格的动态开放性，并为 网格的需求提供了理论依据。 1 2 传统的计算机评价技术 计算机评价技术的研究主要是指在对计算机系统性能的评价及评测。计算机的性能既 是设计者的目标，又是购买者的依据，因此对计算机性能的评价一直是业界的一个热点 织女星信息网格评价 问题。 1 2 1 性能评价 无论是生产计算机的厂商还是计算机的用户都需要有某种方法来衡量计算机的性 能，但是由于计算机系统是一个极其复杂的系统，其体系结构、组成和实现都有若干种 策略，而且其应用领域也千差万别，所以很难找到统一的规则或标准去评测所有的计算 机。所以人们不断的努力，在理论和实践中去总结经验。现有的性能评测常用方法有： 时钟频率：计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度。般来说，主频越高， 速度越快。但是相同频率不同体系结构的机器，其速度可能会相差很多倍，因此还需 要用其他方法来测定机器性能。 指令执行速度：速度是计算机的主要性能指标之一。在计算机发展的初期，曾用加法 指令的运算速度来衡量计算机的速度，因为加法指令的运算速度大体上可反映出乘 法，除法等其他算术运算的速度，而且逻辑运算，转移指令等简单指令的执行时间往 往设计成与加发指令相同，因此加法指令的运算速度有一定代表性。当时表征机器运 算速度的单位是k i p s ( 每秒千条指令) ，后来随着机器运算速度的提高，计量单位由 k i p s 发展到m i p s ( 每秒百万条指令) 。 等效指令速度法：随着计算机指令系统的发展，指令的种类大大增加，用单位指令的 m i p s 值来表征机器的运算速度的局限性目益暴露，因此很快出现了改进的办法，称 之为吉普森( g i b s o n ) 混a 合法或等效指令速度法。等效指令速度法统计各类指令在程序 中所占比例，并进行折算。设某类指令i 在程序中所占比例为w i ，执行时间为t i ，则 等效指令的执行时间为：t = e ( w i * 6 ) ，其中n 为指令的种类数。 数据处理速率p d r ( p r o c e s s i n g d a t a r a t e ) 法：因为在不同程度中，各类指令的使用频率是 不同的，所以固定比例方法存在着很大的局限性，同时这种方法也不能反映现代计算 机中高速缓冲存储器( c a c h e ) 、流水线、交叉存储等结构的影响。数据处理速率p d r 法则克服了这些局限，它采用计算“数据处理速率”p d r 值的方法来衡量机器性能， p d r 值越大，机器性能越好。p d r 值主要对c p u 和主存储器的速度进行度量，但不 适合衡量机器的整体速度，因为它没有涉及c a c h e ，多功能部件等技术队性能的影响。 核心程序法：上述性能评价方法主要针对c p u ( 有时包括主存) ，它没有考虑诸如i o 结构，操作系统，编译程序的效率等系统性能的影响，因此难以准确评价计算机的实 际工作能力。核心程序法是研究较多的一种方法，它把应用程序中用得最频繁的那部 分核心程序作为评价计算机性能得标准程序，在不同的机器上运行，测得其执行时间， 作为各类机器性能评价得依据。机器软硬件结构的特点能在核心程序中得到反映，但 是核心程序各部分之间得联系较小，由于程序短，所以访问存储器得局部性特征很明 显，以致c a c h e 得命中率比一般程序高。基准程序法( b e n c h m a r k ) 是目前一致承认得测 试性能的较好方法 2 】，目前，业界有多种多样的基准程序，下节主要是对基准程序的介 绍。 第一章：引言 1 2 2 几种基准程序介绍 基准程序种类繁多，但任何一种测试程序都是有一定的适用范围的。下面是几种基 准程序的介绍： 1 2 2 1 整数测试程序 d h r y s t o n e 是一个综合性的基准测试程序，它是为了测试编译器和c p u 处理整数指 令和控制功能的有效性，人为地选择一些“典型指令综合起来形成的测试程序。用c 语 言编写的d h r y s t o n e 基准程序用了1 0 0 条语句，由各种赋值语句，各种数据类型的数据区， 各种控制语句，过程调用和参数传送，整数运算和逻辑操作等操作组成。d b r y s t o n e 程序 测试的结果由每秒1 7 5 7 d h r y s t o n e s ，为便于比较，人们假设lv a xm i p s = 每秒 17 5 7 d h r y s t o n e s ，将被测机器的结果除以17 5 7 ，就得到被测机器相对v a x11 7 8 0 的m i p s 值。有些厂家在宣布机器性能时就用d h r y s t o n em i p s 值作为各自机器的m i p s 值。不过 不同厂家在测试m i p s 值时，使用的基准程序一般不一样的，因此不同厂家机器的m i p s 值有时虽然相同的，但是性能却可能相差很大，那是因为各厂家在设计计算机时针对不 同的应用领域：如科学和工程应用、商业管理应用、图形处理应用等，而采用了不同的 体系结构和实现方法。同一个厂家的机器，采用相同的体系结构，用相同的基准程序测 试，得到的m i p s 值越大，一般说明机器速度越快。 1 2 2 2 浮点测试程序 在计算机科学工程应用领域内，浮点计算工作量占很大比例，因此机器的浮点性能 对系统的应用有很大的影响。有些机器只标出单个浮点操作性能，如浮点加法、浮点乘法 时间。而大部分工作站则标用l i n p a c k 和w h e t s t o n e 基准程序测得浮点性能。 l i n p a c k 是最早的评测系统浮点运算性能的程序之一。主要功能是求解线性方程组和 最小二乘问题。对参数矩阵，l i n p a c k 使用面向列的算法来提高c a c h e 命中率，最早的 l i n p a c k 采用矩阵大小为1 0 0 1 0 0 ，后来有3 0 0 3 0 0 及1 0 0 0 1 0 0 0 的版本问世。l i n p a c k 的问题在于仅评测了系统的一种计算模式，很容易被向量化，在向量机上能够获得较优的 性能。 w h e t s t o n e 是一个综合性测试程序，除测试浮点操作外，还测试整数计算和功能调用 等性能。 1 2 2 3s p e c 基准测试程序 s p e c ( s y s t e m p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n c o o p e r a t i v e ) 是由3 0 个左右世界知名计算机大厂 商所支持的非盈利的合作组织，旨在开发共同认可的标准基准程序 3 。s p e c 基准程序是 s p e c 开发的一组用于计算机性能综合评价的程序。s p e c 发展到现在有很多测试程序。 s p e c e p u 基准程序测试结果一般s p e c m a r k ( s p e c 分数) 、s p e c m t ( s p e c 整数) 和 s p e c f p ( s p e c 浮点数) 来表示。 s p e c w e b 9 6 表示服务器每秒能够支持的连接数量，它由客户端向服务器发送h t t p 织女星信息网格评价 g e t 请求，s p e c w e b 9 6 评价的是w e b n 向应用户w e b 点击的性能。 s p e c w e b 9 9 评价的是w 曲服务器综合性能。假设每个用户具有带宽为4 0 0 k b s ( 5 0 1 d 3 s ) 的通信线路，s p e c w e b 9 9 定义如果客户和服务器之间的连接传送各种大小不同的页面，能 保持平均带宽在3 2 0 k b s ( 4 0 k b s ) 以上，则称为一个“顺畅连接”( c o n f o r m i n g c o n n e c t i o n ) 。 s p e c w e b 9 9 就是评测服务器究竟能支持多少个“顺畅连接”。 s p e c s f s 9 7 评测系统的n f s 性能采用客户机服务器模式，客户机向服务器发送特定的 n f s 请求，测试得到n f s 文件服务器的吞吐量和响应时间。 s p e c i v m 9 8 是使用8 个应用来评测j a v a 虚拟机的性能。 1 2 2 4t p c 基准程序 t p c 是t r a n s a c t i o np r o c e s s i n gc o u n c i l ( 事务处理委员会) 的缩写，t p c 基准程序是由 t p c 开发的评价计算机事务处理性能的测试程序，用以评价计算机在事务处理、数据库处 理、企业管理与决策支持系统等方面的性能 5 。 1 9 9 2 年，t p c 提出了评钡, l j o l t p ( o n - l i n e t r a n s a c t i o n p r o c e s s i n g ) 环境性能的评测程序 r p c c 。它是只读事务和修改事务的混合，模拟了在复杂o l t p 3 叼：；境中的系统行为。 t p c c 模拟了普通货仓的日常行为，包含了五种不同的事务，新订单事务，订单状态查询 事务，付款事务，库存货物状态查询事务和发货事务。每种事务都有响应时间的限制，比 如新订单事务就规定必须在5 秒之内完成。最后系统得到的评测结果是t p m c ，表示在满足 其它四种事务完成时间的前提下，系统在一分钟之内能够处理多少个新订单事务。 1 9 9 5 年t p c 提出了t p c d 来作为决策支持的评测程序，它包含1 7 个复杂的查询和 两个修改操作。t p c - d 需要能支持s q l 和并发查询修改的d b m s ( d a t a b a s em a n a g e m e n t s y s t e m ) ，得到的性能极大程度依赖于查询优化、数据库表格切分、s q l 效率和高级索引 技术。在t p c - d 的1 7 个复杂查询中绝大部分是针对多个表的联合操作。根据这1 7 个复杂 查询和两个修改操作得到的运行时间平均后便显示了数据库的性能。 t p c h 模拟一种拥有大量数据并且需要与在线生产数据库实现同步的决策支持系统。 这项测试使用旨在回答真实商务问题( 例如价格与促销、供应与需求、利润与收入以及市 场份额等) 的高度复杂性专用查询语句。标准化报表生成性能应通过另一种不同的基准测 试t p c r 加以测定。t p c h 与t p c - r 均是从目前已经撤销的t p c d 基准测试发展 而来的。 1 3t p 0 与t c 0 以上节介绍的基准评测程序为代表的传统性能评价，关注的是某种具体配置下、某 一时刻的具体性能指标，进而在此基础上进行的评测、分析和预测，而随着对计算机应 用越来越多，人们开始关注总拥有性能( t p o ，即t o t a l p e r f o r m a n c e o f o w n e r s h i p ) ，而不 是某一时刻的性能，总拥有性能与总拥有价格( t c o ，即t o t a lc o s to fo w n e r s h i p ) 的比 值成了成为企业信息主管选型时的主要考虑因素，即用户更加注意自系统购买之日起系 4 第章；引言 统i 午匀整个生命周期内( 一般五年左右) 所能得到的总的性能和总的花赞 8 。 从出现的背景看，信息网格归根到底也是为了达到更高t c o t p o 而提出计算机新技 术。信息网格是指利用网格技术实现信息的共享、管理和信息服务的系统。网格技术是 想通过共享广域分布的各种计算机资源的途经获得超级计算能力、数据处理能力和信息 处理能力，从而使一个系统在总拥有价格一定的情况下，总拥有性能尽可能的提高。信 息网格及网格的这种共享资源的特征具体可以被细化为以动态开放性为核心的几个相关 特性，这些特性又体现在网格运行的各个阶段。为评价网格运行时期的总性能，我们从 分析信息网格的各个阶段入手，最后给出网格系统的评价，上述这种思想就是本文应用 的面向全生命周期评价的思想。 1 4 论文贡献 本论文把全生命周期思想引入了对织女星信息网格的评价，还提出与网格的动态开 放性一致的全生命周期生产率的指标，该指标能够体现网格的高生产率、高的总拥有性 能的特性。论文还介绍了s l a 方法，打破传统评价只关心服务及应用峰值或某时刻性能 的束缚，s l a 评价方法力图用达到用户满意的概率来评价一个信息网格系统。本文把s l a 的方法应用到信息系统评价中，开发了s l a 评价软件，并对n c i c g r i d 实例进行了s l a 评价。 总的来说，本论文的评价已经满足了信息网格评价的要求，体现了t p o t c o 的思想。 同时，s l a 方法评价也就是面向用户服务水平协议的评价，它关心用户需要被满足的情 况，这又与网格按需计算的思想一致。 1 5 论文组织 本论文共分为六个章节，具体组织如下： 第一章( 即本章) 为引言部分，说明了本研究课题的重要性，对论文的研究动机、主 要工作和内容作了简要阐述，同时概括介绍了国内外的相关研究进展。 第二章对网格计算是什么、网格的国内外研究进展、分类进行了较为全面的介绍，最 后是信息网格的描述，织女星信息网格作为一个典型的信息网格被重点阐述。 第三章根据网格动态开放使用模式的特点引入新的面向全生命周期的评价方法，给出 全生命周期理论的基础定义及原理；随后引出一个网格评价的重要指标全生命周期 生产率，并结合网格的用户主体和资源服务客体进行详尽的讨论。 第四章介绍s l a 评价方法，重点讲解s l a 的生命周期，s l a 描述语言以及s l a 方法 评价的优势等。 第五章则是前两章的原理在织女星信息网格的一个实例i n c i c 叫d 上的一个实 现。本章用s l a 的方法结合生产率的指标给出了n c i c g r i d 的评测结果，最后还讨论得 出面向全生命周期的生产率能够体现网格的优势。 第六章概括全文，并给出下一步工作的一些思考 第二章织女星信息网格 第二章织女星信息网格 网格是构建在互联网上的上的一组新兴技术，将高速互联网、大型数据库、存储资 源、信息资源、知识资源等全面共享、消除信息孤岛和资源孤岛 9 。简单的讲，传统因 特网实现了计算机硬件的连通；而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通。网格最 早来源于人们对高性能计算能力的追求，将局域网内或者广域网上地域分布的若干高性 能计算机合成一个虚拟的大计算机，解决一个单台计算机无法完成的大问题，或者让许 多用户透明的共享这些昂贵的计算、存储、设备资源。它力求在动态变化的多个虚拟机 构间共享资源和协同解决问题。网格计算被人们认为是未来2 0 年内计算机技术的发展方 向。 本章第一节概要阐述了网格技术的发展及特点；然后第二节中介绍网格分类；第三 节则详述网格的一个分支信息网格：第四节总结现在信息共享的热门技术：第五节， 织女星信息网格作为一个典型的信息网格被重点介绍；最后，小结本章。 2 1 网格计算 2 1 1 什么是网格计算 网格计算( g r i d c o m p u t i n g ) ，又称为元计算( m e t a c o m p u t i n g ) 是近几年迅速发展的 一种计算机技术。网格计算的核心思想是共享广域分布的各种计算机资源，从而获得超 级计算能力、数据处理能力和信息处理能力y o 。 网格技术的产生、发展必须具备以下三个基本条件：计算资源的广域分布、网络技 术( 特别是i n t e m e t ) 以及不断增长的对资源共享的需求。在计算机技术发展的早期阶段， 只有很少数量的大型计算机并且集中在相互独立的计算中心内。多个计算机用户只能使 用终端来共享一台大型机的资源，而不能同时使用多个计算中心的计算资源。随着网络 技术的发展，多个大型计算机可以互连在局域网( l a n ) 内，用户可以通过网络同时使 用多个计算机的资源。目前，i n t e m e t 的发展，计算机的普及使用已经用户对计算资源大 量的需求，使得网格计算技术的产生成为可能。 网格系统可以分为三个基本的层次 1 0 ，即资源层、中间件层和应用层。 网格资源层是构成网格系统的硬件基础，其中包括各种计算资源，如超级计算机、 贵重仪器、可视化设备、现有应用软件。这些计算资源通过网络设备( 如广域网) 连接起来。网格资源层仅仅实现了计算资源在物理上的连通性，而逻辑上这些资 源仍然是孤立的，不能解决共享的问题，因此，在网格资源层上要实现网格中间 件层来完成广域计算资源的有效共享。 网格中间件层是指实现的一系列工具和协议软件，其功能是屏蔽网格资源层中计 算资源的分布、异构特性，向网格应用层提供透明、一致的使用接口。网格中间 织女星信息阿格评价 件层也称为网格操作系统( g r i d o r , e r a t i n gs y s t e m ) 。网格中间件层同时需要提供 用户编程接口和相应的环境支持网格应用的开发。 网格应用层是用户需求的具体体现。在网格操作系统的支持下，网格用户可以使 用其提供的工具或环境开发各种应用系统。能否在网格系统上开发应用系统解决 各神大型计算问题是衡量网格系统优劣的关键。 2 1 2 国外网格计算技术 2 1 2 1g i o b u s 国外计算网格的典型代表是美国的g l o b u s 项目【1 1 ，其主要的研究目标有两个：网格 技术的研究与相应软件的开发和标准的制定。同时，g l o b u s 项目还涉及到网格应用的开 发以及试验床的建立。最近，g l o b u s 项目提出了网格的体系结构模型如图2 1 所示。 网格体系结构主要分为以下几个部分 1 2 】： 网格结构层( g r u df a b r i c ) 1 3 。网格结构层提供了资源相关、站点相关的基本 功能，以便于高层的分布式网格服务的实现。 网格服务层( g r i ds e r v i c e s ) 1 4 。网格服务层实现资源无关和应用无关的功能， 网格服务的实现涉及到地域和机构的分布。 网格应用工具层( g r i da p p l i c a t i o nt o o l k i t s ) 1 5 】。网格应用工具层将提供更为专 业化的服务和组件用于不同类型的应用。 应用层( a p p l i c a t i o n ) 。网格应用层由用户开发的应用系统组成，网格用户可以使 用其它层次的接口和服务完成网格应用的开发。 厂瓦泵面鬲 厂看面五甭 厂至砀匠甭 厂- 网格应用层 圈圈回国目囵一期 网格服务层 网格结构层 图2 - - 1g l o b u s 项目提出的网格体系结构模型 2 1 2 2w e bs e r v i c e 企业界的网格相关研究开发工作中，最重要的就是万维网服务( w e b s e r v i c e s ) ai b m 公司的w e bs e r v i c e s 技术推出了较成熟的解决单个孤立商务站点之间商业计算服务共享 的解决方案。w e b s e r v i c e s 技术能使全球范围内的采购商、供应商和交易市场以低廉的代 价共享商业服务。 第= 章织女星信息网格 为了让地理上分布在不同区域的计算机和设备一起工作，为用户提供各种各样的服 务。使用户可以控制要获取信息的内容、时间、方式，而不必像目前这样，在无数个信 息孤岛中浏览，去寻找自己需要的信息，w e b 服务技术基于w e b 的分布式计算和处理， 兼容现有的w e b 技术，将彻底改变现在w e b 上的信息获取方式，提供一个与操作系统无 关、与程序设计语言无关、与机器类型无关、与运行环境无关的平台，实现网络上应用 的共享。w e b 服务支持在w e b 站点上放置可编程的元素，用户可以抓取已有的元素，构 成自己的新服务。 w e b 服务技术的实现是通过下面协议栈来实现的。 统一描述、集成和发现( u d d i ) w e bs e r v i c e 描述语言( w s d l ) 简单对象访问协议( s o a p ) 可扩展标记语言( x m l ) 国际互连网( h t t p 、f r p 、s m t p ) 图2 - - 2w e b 月务协议栈 x m - l ：可扩展标记语言。具有标准、通用、可扩展、内容和应用分离、自解释等 优点。由x s l 语言来描述x m l 文档显示格式，s c h e m a 来定义x m l 文档的结 构、内容和语义。 s o a p ：以x m l 形式提供一个简单、轻量的用于在分散或分布环境中交换结构化 和类型信息的机制。s o a p 本身并没有定义任何应用程序语义，如编程模型和特定 语义的实现。他提供了一个有标准组件的打包模型在模块中编码的机制。s o a p 消息包括一个必有的s o a p 信封、一个可选的s o a p 头和一个必有的s o a p 体，信 封是文档的顶层元素。s o a p 通过请求或应答消息，实现网络上不同应用之间的 集成和交互。 w s d l ：w e b 服务描述语言。将w e b 服务描述为一组服务访问点，客户端可以通 过这些服务访问点对包含面向文档信息或面向过程调用的服务进行访问。它抽象 描述访问的操作和访问时使用的请求响应消息，将其绑定到具体的传输协议和消 息格式。使相关的具体部署的服务访问点通过组合就成为抽象的w e b 服务。它所 描述服务的主要元素：t y p e s 、m e s s a g e 、o p e r a t i o n 、p o r tt y p e 、b i n d i n g 、p o r t 、 s e r v i c e u d d i ：统一描述、发现和集成。u d d i 计划最初是由总部在美国加利福尼亚的 a r i b a 发起的，并在m m 和微软公司积极参与下开发的。它的提出是为了尝试 解决电子商务交易的集成和自动化问题。u d d i 在两个方面提供了其解决方案； 首先，它定义了一系列技术规范，使商家可以用来描述自身、他们的产品和服务， 以及他们在w e b 的商业过程。其次，有一个全球企业注册表，能使跨越多个平台 上的企业方便地搜索和发现对方。这个注册表将是免费的。 织女星信息网格评价 2 1 2 3 其他技术 微软的n e t 技术宣称是超越浏览、超越网站具有革命性的新技术，其基本理念就是： 不再关注单个的网站和与i n t e m e t 连接的单个设备，而是要让所有的计算机机群、相关设 备和服务商协同工作，提供更加广泛和丰富的解决方案，人们能够控制何种信息、在何 时、以何种方式传送给自己。微软的n e t 是微软x m lw e b 服务平台。x m lw e b 服务 允许应用程序通过i n t e m e t 进行通讯和共享数据，而不管采用的操作系统、设备或编程 语言是否相同。而m i c r o s o f t n e t 平台则提供创建x m l w e b 服务并将这些服务集成在 一起所需要的功能。n e t 研究的目标是跨平台的交互，多种语言支持、代码重用、自动 管理资源、类型安全、错误处理、消除d l l ( d y n a m i c l i n k i n gl i b r a r y ) h e l l 和安全。 s u n 公司s u n o n e ( s u n o n e s t u d i o ，s u n o n e i n f r a s t u c t u r e ) 、f o r e f o r j a v a e n t e r p r i s e e d i t i o n3 0 、s u nj d k & j 2 e e 项目，在分布式资源管理、网格开发工具、网格基础设施、 网格系统管理和网格安全方面都取得了一定的成果，而且一些成果都付诸了实践，例如； s u no n eg r i d e n g i n e 帮助f o r d m o t o r c o m p a n y 提高生产，它还帮助m o t o r o l a 找到设计处 理器的更好p r o c e s s ，u n i q u e p h a r m a c e u t i c a l r e s e a r c h p r o j e c t 依赖s u n c o m p u t e f a r m 等等。 o r a c l e 公司推出o r a c l e 应用服务器l o g ( o r a c l ea p p l i c a t i o n s e r v e rl o g ) 和o r a c l e 企 业管理器( o r a c l e e n t e r p r i s e m a n a g e r l o g ) 一起共同构成了全球首个面世的集成式网格计 算架构软件o r a c l e 网格计算( o r a c l e g r i d c o m p u t i n g ) 。o r a c l e g r i d c o m p u t i n g 解决了 企业资源信息孤岛，集成和管理困难的业务难题，通过把行业标准的服务器和存储设备 汇集成具有适应能力并能满足不断变化业务需求的架构，帮助客户节省玎运营时间、劳 力和成本。 惠普公司也有h p a p p l i c a t i o ns e r v e r 8 0 、i - i p t o t a l e - s e r v e r 7 3 d e v e l o p e r e d i t i o n 、h i w e b s e r v i c e sp l a t f o r md e v e l o p e re d i t i o n 、h pi n t e m e ts e r v e r 、h pc o r es e r v i c e sf r a m e w o r k 、肿 t o t a l e s e r v e rl o c a l i z a t i o n ( l 1 0 n ) p a c k 等一系列研究。 2 1 3 国内网格计算技术 与国外相比，我国对网格计算的研究起步较晚，相关的工作开始于1 9 9 8 年左右。由 于网格计算技术是一项刚起步的研究，因此我国网格计算关键技术的研究水平与国外差 距不大，可以说基本处于相同的起跑线上。同时，我国计算机界已经认识到网格计算研 究的重要性，并开始投入大量的人力物力进行相关的研究和开发工作。 我国的网格计算研究主要集中于中科院计算所、国防科大、江南计算所和清华大学 等几家在高性能计算方面有较强实力的研究单位。这些单位在高性能计算研究方面有很 好的技术积累和很强的科研能力。从1 9 9 9 年底到2 0 0 1 年初，中科院计算所联合了上述 等十几家科研单位，共同承担了国家8 6 3 重点项目“国家高性能计算环境”的研发任务。 国家高性能计算环境( n a t i o n a lh i 。g hp e r f o r m a n c ec o m p u t i n ge n v e r o n m e n t 简称n h p c e ) 建立了一个计算资源广域分布、支持异构特性的计算网格示范系统 1 6 。国家商性能计算 环境将我国的8 个高性能计算中心通过i n t e m e t 连接起来，进行统一的资源管理、信息管 第二章织女星信息网格 理和用户管理，并在此基础上开发了多个需要高性能计算能力的网格应用系统，取得了 一系列研究成果。 2 0 0 3 年启动的国家8 6 3 重点项目中国国家网格( c n g d d ) 专项，该专项由旨在建立面 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。主节点采用岿行研制 的、面向网格的高性能计算机。若干工业、服务业、科学研究以及资源环境领域的f 回格 应用投入运行，实现资源共享、协同工作。专项的主要任务包括建设中国国家网格实验 床；建立具有4 万亿次以上计算能力的网格主节点：支持网格应用以及维护网格系统运 行的网格软件；开发具有代表性的网格生产性应用。 中科院计算所的织女星网格( v e g ag r i d ) 在网格研究方面也有较多工作，下节将做 详细介绍。 2 1 1 4 织女星网格 织女星网格是中科院计算所于2 0 0 1 年启动的科研项目，其研究重点在于网格体系结 构和网格操作系统上。 网格体系结构的研究：计算所认为这将是计算机体系结构研究领域中一个新的发 展方向，继主机( m a i n 触m e s ) 、机群( c l u s t e r ) 之后，将会产生全新的网格体系 结构。这方面的任务将集中在网格系统的组成、组成之间的连接、相关协议等研 究工作上。织女星网格体系结构设计继承了已有计算机系统的设计方法，即将网 格看成是一台虚拟的、具有单一系统映像的计算机系统。与现有的计算机系统类 似，织女星网格也将包括硬件、系统软件和应用三个组成部分。图2 - - 3 中给出 了微机与网格、织女星网格之间的对比。 微机网格织女星 应用 界面 操作系统 硬件 办公、上网、薪戏等等 命令行、视窗、巍b b a s i c ，c ，i a ，c o m 1 i ；i r i n d o w m 丑c o 毫l i r e 】：x i 瑚体系结构 i n t e l ， i 咣理器 f 跗晷应用 网格界面 网格操作系统 网格硬件 图2 3 微机、网格与织女星结构比较图 知识网格 信息两格 网格计簿协议栈 ( g c p ， 织女星网格操作系统 f 器c o s ) 曙光高性能计簿机 面向弼格的超级服务器 网格操作系统的研究。网格操作系统是网格应用系统使用网格计算资源的支持平 台。与通用操作系统类似，网格操作系统是网格计算资源的管理者，但是i 删各操 作系统依赖的底层体系结构与以前的计算机系统相比有很大差别。织女星网格的 主要工作将是设计和实现基于网格体系结构的网格操作系统，向用户提供稳定、 织女星信息网格评价 高效、易用的开发环境和使用环境。织女星网格结构包括计算网格、信息网格和 知识网格三部分。计算网格是其它网格的基础，计算网格实现的网格操作系统将 向信息网格和知识网格提供基