（计算机软件与理论专业论文）基于网格的远程教学平台研究.pdf

西北大学硕士学位论文 摘要 网格技术可以实现分布资源的共享，其目的就是管理网格中的资源，并提供 给用户。g l o b u s 是一种用于构建网格的开放体系结构、开放标准的项目，g l o b u s t o o l k i t 是一个开放源码的网格的基础平台，它能为构建网格应用提供中间件服务 和程序库。全国各远程教育系统都建立起了自己的远程教学平台，并通过互联网 实施教学活动。各远程教学平台虽积累了大量的教学资源，但大都相对孤立，没 有实现资源的共享。 本文针对以上问题，采用g l o b u st o o l k i t 技术平台，以广播电视大学远程教学 平台为研究对象，提出一个开放资源网格o r g ( o p e nr e s o u r c eg r i d ) 的理论框 架，并研究实现该网格必须具备的资源管理、信息管理、数据管理的关键技术， 旨在实现广播电视大学各教学平台资源的共享。 论文首先研究了g l o b u s 提供信息服务的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 ) 组件，实现了基于m d s 的教学资源的注册、发现及查询，然后研究了 g l o b u s 用于提供资源管理的g r a m ( g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o nm a n a g e r ) 组件，实 现了基于w s d l 的教学资源服务化描述及o r g - g r a m 、c o n d o r 的作业调度管理， 最后研究了用于提供数据管理服务的g r i d f t p 组件，设计了一个基于g r i d f t p 协 议开发工具包c o gt o o l k i t 的客户端，可以实现基于网格的文件传输。本文结尾 对所做的工作进行了概括性的总结并给出了未来可能的研究方向。 关键词： 网格，o r g ；g l o b u s m d s ，o r g - g r a m , g r i d f t p 西北大学硕士学位论文 ab s t r a c t t h es n dt e c h n o l o g yi su s e dt or e a l i z et h ed i s t r i b u t i o no fr e s o u r c e ss h a r i n g ，i t s p u r p o s ei st om a n a g et h eg r i dr e s o u r c e s ，a n dt op r o v i d ef o ru s g l o b u si sa no p e n s y s t e ma n do p e ns t a n d a r di t e m sf o r 鲥ds t r u c t u r e , g l o b u st o o l k i ti s a l lo p e ns o u r c e p l a t f o r m , i tc a nb u i l dg r i dm i d d l e w a r es e r v i c e sa n dp r o g r a m sp r o v i d e t h ed i s t a n c e e d u c t i o ns y s t e m sa r ea l ls e tu pt h e i rd i s t a n c el e a r n i n gp l a t f o r m , a n dt h r o u g ht h e i n t e r n e t t e a c h i n ga c t i v i t i e s e v e r yd i s t a n c el e a r n i n gp l a t f o r ma c c u m u l a t e sm a s s i v e e d u c a t i o nr e s o u r c e s ，b u tm o s t l yo ft h e ma r ei s o l a t e d ，n o tr e a l i z i n gas h a r i n go f t h ep a p e ra i m i n ga tt h e s ep r o b l e m s ，u s i n gg l o b u st o o l k i tt e c h n o l o g yp l a t f o r m , s t u d yr a d i oa n dt e l e v i s i o nu n i v e r s i t y sd i s t a n c el e a r n i n gp l a t f o r m 船f o rr e s e a r c ho b j e c t ， p u tf o r w a r dag r i dr e s o u r c e so r g ( o p e nr e s o u r c eg r i d ) t h e o r e t i c a lf r a m e w o r k , t o s t u d yt h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h eg r i dr e s o u r c em a n a g e m e n t ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t a n dd a t am a n a g e m e n t ，a n da i ma tr e a l i z i n gt h er a d i oa n dt e l e v i s i o nu n i v e r s i t yl e a r n i n g p l a t f o r mr e s o u r c e ss h a r i n g f i r m l y t h ec o m p o n e n t ( m d s ) o fg l o b u sw h i c hi sp r o v i d e di n f o r m a t i o ns e r v i c e a n dd i s c o v e r ys e r v i c ei ss h o w e di nt h i sp a p e ra n dt h er e g i s t e r e d ，f o u n da n dq u e r yo f r e s o u r c e sb a s e do nm d si st u r n e di n t or e a l i t y t h e nt h ec o m p o n e n t ( g r a m ) o f g l o b u sw h i c hi s p r o v i dr e s o u r c em a n a g e m e n ti ss t u d i e d ，r e a l i z i n g t h ee d u c a t i o n r e s o u r c ed e s c r i p t i o nb a s eo nw s d la n dt h ej o bs c h e d u l i n gm a n a g e m e n tb a s eo n o r g - g r a m c o n d o ca tl a s tt h ec o m p o n e n tg r i d f t po fg l o b u si sp r e s e n t e da n da c l i e n tb a s e do nc o gt o o l k i ti sd e s i g n e dt or e a l i z ed a t ao f g r i dt r a n s m i s s i o n f i n a l l y , w e s u m m a r i z e de x i s t i n gw o r ka n dp r e s e n t e ds o m ea d v i c e sf o rt h ef u t u r er e s e a r c h k e y w o r d ：g r i d ，o r g , g l o b u s ，o r g - g r a m , m d s ，g r i d f t p 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使j 日! 学位论文的规定。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北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，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名： g 幺止 指导教师签名： 砂了年月g 日吲年么月g 日 西北大学学位论文独创性声明 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，本论文不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而 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。 靴沦则睹驯l - t - ：曩凯 沙肛。j j 6 l i 西北大学硕士论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 通过网络实施远程教育的方式在全国范围内迅速普及，各远程教育系统主要 的教学手段就是建立自己的远程教学平台，教学平台上承载了各个教育系统独具 特色的教学资源，学生们利用这些资源在各自的网络范围内进行学习。 结合自己的工作背景，作者有针对性地对目前几个远程教学系统进行了研究。 目前已有的教育部批准的网络学院，如清华大学网络学院、湖南大学网络学院、 陕西师范大学网络教育学院，还有依托覆盖范围广从传统电视教学转入网络教育 的广播电视大学开放教育系统，各远程教育系统具有地域性、教育多向性、资源 各异性、网络技术多样性等特点，而且各远程教育系统都有自己优质的资源，但 其资源范围还是有一定的局限性，正是因为这些特点，各个系统都在建立自己的 远程教学平台，建设自己的教育资源，势必造成资源的重复建设。资源共享成了 目前的主要问题。战略上解决这些问题的根本出路是制订网络教育技术标准，用 标准化办法保障网上学习资源共享和系统互操作。教育部已成立了现代远程教育 标准化委员会，并制订了现代远程教育标准体系，初步形成了一批技术标准的草 案，但这些草案的实施还有定的时间性及难度。 目前，全国广播电视大学的远程教学平台分为四级结构，分别由中央电大的 一级远程教学平台，省级分校的二级远程教学平台、地市级的三级远程教学平台 和各县级工作站的四级远程教学平台构成，这个结构覆盖了全国4 4 家省级电大， 形成了一个覆盖面非常广的远程教学环境。四级结构中的每个平台都是独立安装、 配置，彼此之间没有直接的联系，目前为一种垂直相关的关系，如下图1 1 ： 第一章绪论 一级平 二级平 三级平 四级平 图1 1 广播电视大学教学平台关系图 平台的教学资源主要是由中央电大与各大高校联合集中制作，资源靠卫星传 送和网络h t t p 和f t p 下载分发到各级平台，资源主要提供了文字、图象、图形、 声音和动画信息，学生通过平台的浏览功能查阅、使用各种资源。 经过近1 0 年的应用，中央电大以及各级电大教师根据自己实际教学情况，制 作出了数量庞大的教学资源。分布在各级平台的资源是电大系统教学平台的优势， 但却造成了水平方向教学平台之间的资源无法交流与共享，很多资源重复建设， 资源还包括视频点播、视频会议、虚拟实验室、课件制作等教学服务，占用了大 量的存储、计算资源。 1 2 研究意义 目前要统一全国远程教育各系统的远程教学平台是不现实的，分析现有各远 程教学平台运行现状，考虑利用网格技术在不影响各远程教育系统教学平台的情 况下，构建一个位于各教学平台上层的远程教学平台资源网格以实现各平台资源 共享，通过网格技术对分布在各远程教育系统教学平台的资源进行管理和通信， 这样，各个远程教育系统只需根据自己的特点，利用各自先进的技术和条件提高 资源建设的质量，而不必追求资源的数量，各系统分而治之，但逻辑上形成一个 大的共享资源的教学平台，其不失为一个良好的解决办法。 以广播电视大学为研究对象，重点研究广播电视大学教学平台网格的资源描 述、资源发现、资源传输，凭借其覆盖全国的网络系统优势( 广播电视大学远程 教学平台没有实现资源的完全共享) ，对网格理论进一步探讨，这将对已有的远程 教育系统的教育资源共享起到巨大的推进作用，对国家在远程教育资源的建设上 2 西北大学硕士论文 节约大量的财力、人力和物力，对接受各远程教育的学生来说，其不必考虑自己 到底在用那所高校那个远程教育系统地资源，就像用电一样，不必考虑是谁供电， 只需享受集合了各远程教学平台优势于一体的高质量教学资源就可以了。 1 3 国内外研究现状 网格1 1 】出现于2 0 世纪9 0 年代中期，当时是用于描述高级计算项目的分布式 计算基础设施。按照网格的应用目标来划分，网格主要划分为计算网格 ( c o m p u t a t i n o a l g r i d ) 、数据网格f 2 j 、科学网格【3 j 、地球系统网格1 4 】、地震网格i 卯、 信息网格、军事网格【6 1 、服务网格等。这些网格包括s e t i h o m e ，其目的是通 过无线电天文望远镜探索地球以外的早期宇宙、超新星、木星、银河系的组成以 及宇宙射线的来源等，n p a c i ( n a t i o n a lp a r t n e r s h i p sf o ra d v a n c e dc o m p u t a t i o n a l i n f r a s t r u c t u r e ) g r i d 是美国自然科学基金会( n s f ) 资助的网格项目，目的是建立 一个能够满足n p a c i 科学计算需求的先进计算机体系，还有目前国际上最有影响 的网格计算项目g l o b u s ，由美国a r g o n n 国家实验室研发，主要研究任务包括网 格基础理论研究、软件及工具的开发、试验平台的建立和网格应用的开发等。以 上提到的网格研究主要集中在计算网格。 教育资源开放与共享是由麻省理工学院开放项目首倡使用的开放课件( o p e n c o u r s ew a r e ) 3 6 1 发展而来，是指通过信息与通讯技术( i c t s ) 向教育者、学生、 自学者提供的，基于非商业用途，可被自由免费查阅、参考或应用的各种教育类 资源，m i t 共享开放资源的手段是通过学校门户网站发布信息。其实大部分国外 的教育资源共享基本上是各高校及科研机构根据自己的特色来建设及发布使用 的，由于教育机制不同，其基于网格的区域性教育资源共享系统较少见，教育机 构间大规模共享资源的项目也不多。 我国在网格方面的研究进步飞速，著名的网格研究项目主要有清华大学的 a c i ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) 和以中科院计算为主的国家高性能计 算环境n h p c e ( 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 i r o n m e n t ) 。目前，正在建 设中的“大学堂”，其前身是“中国教育科研网格计划”( c h i n a g r i d ) 立项建设的“大 学课程在线”，由北京大学网络实验室开发和部署，全国多所大学的自愿者参与维 护运行，其间也得到“8 6 3 计划”的支持。这些网格有计算网格和教育资源网格， 3 第一章绪论 计算网格主要用于科研项目，教育资源网格也刚起步。资源获取方式单一，使用 也有一定的限制。资源共享项目正在实施的还有全国节点资源库项目，其目的就 是统一资源建设标准，采用n e t 技术构建分布式远程教学平台，对所有资源进行 详细的分类和定义，采用分布式结构构建全国网络，依托广播电视大学网络，在 中央电大建设中央节点，各个省市广播电视大学为分节点，吸收普通高校为会员 参与节点，各节点资源可以按照统一标准通过节点资源库平台重新发布，资源索 引信息通过网络自动同步更新，从而实现资源的共享。虽然出发点很好，但这个 项目前提是各个节点都必须搭建新的统一的教学平台系统( 硬件及软件) ，放弃原 有的教学平台，有重新建立一个覆盖全国的远程教育系统趋势，且节点间只实现 了信息通信，没有实现资源实体的传输，从实施几年的效果来看，效果不佳。 从以上形式分析，国内、外基于教育资源的网格还很少，且具备一定规模的 能实现资源信息和资源实体共享的系统也很少。本文旨在建立一个区域性的教育 资源共享系统，立足于分布全国的广播电视大学教学平台系统，采用网格技术实 现广播电视大学的资源共享，其特点是对本身已有的教育资源系统没有影响，构 建在现有教学平台之上，方便引入已有资源，获取资源灵活、高效。 1 4 论文的主要内容 本论文旨在研究利用网格技术解决目前各远程教学平台之间资源共享的问 题，以广播电视大学远程教学平台系统为研究对象，建立一个区域性的资源网格 即广播电视大学远程教学平台开放资源网格o r g ( o p e nr e s o u r c eg r i d ) 。 首先，本文介绍了o r g 要涉及到的网格基本理论，提出了基于o g s a 、w r s f 网格体系结构的o r g 的理论框架及功能模块，然后重点研究了实现广播电视大 学o r g 的关键技术，包括广播电视大学远程教学平台基于m d s 的信息的注册、 发布方法，研究了基于o r g - g r a m 的资源的定义、描述、作业调度机制，包括 网格中提交请求作业的管理方法，研究了g r i d f t p 协议，实现了分布在不同地方 的远程教学平台资源的数据传输，即基于g l o u b s 的g r i d f t p 的数据传输方式的设 计。 4 西北大学硕士论文 1 5 论文的组织结构 全文共分六章，第一章为绪论，介绍了论文所涉及研究项目的背景与意义。 第二章介绍了论文涉及的构建网格的关键技术，包括网格资源信息管理、资源管 理及数据管理网格技术技术。第三章从网格体系结构o g s a 出发，对o r g 进行 了分析和设计，提出了o r g 的系统模型、体系结构及功能模块设计，指出了本 文重点研究的信息管理、资源管理及数据传输的关键技术。第四章重点研究o r g 的信息管理及资源管理，对g l o b u s 的信息管理及资源管理组件进行了分析，给出 了在m d s 环境下使用w s r f 服务来实现m d s 下教学资源注册及请求的方法， 从g r a m 的资源管理技术入手，实现了基于w s d l 的资源描述技术以及 o r g - g r a m 与c o n d o r 结合的o r ( 3 作业调度方法。第五章重点研究了数据传输 的关键技术，通过对g r i d f l p 协议的研究，讨论了将g r i d f t p 协议应用于o r g 网格文件传输所涉及的工具及技术，包括c o gt o o l k i t 和o r g 的g r i d f t p 系统设 计。第六章对本文所做的工作进行了概括性的总结并给出了未来的研究方向。 西北大学硕士论文 第二章网格相关技术概述 2 1 网格技术和体系结构 本节主要介绍构建广播电视大学远程教学平台开放资源网格( o r g ) 所依据 网格的基本组件，即网格的基本功能模块和两种具体网格体系结构。 l 、网格的基本功能模块 网格体系结构要考虑到如何向用户提供一个接口，通过该接口接收来自用户 的请求，发送来自网格的信息。实际上，网格系统中是由一系列的基本功能模块 协作，向用户提供服务的，网格系统的基本功能模块如图2 1 所示。 广播电视大学开放资源网格( o r g ) 体系结构的构建要依据两种网格体系结 构。 2 、开放网格服务体系结构( o p e n g r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ，o g s a t 9 1 ) o g s a 包括两大关键技术，即网格技术和w e bs e r v i c e 技术，它是在五层沙漏 结构的基础上，结合w e bs e r v i c e 技术提出来的，解决了两个重要问题标准 服务接口的定义和协议的识别。o g s a 最基本的思想就是以“服务”为中心。在 o g s a 框架中，将一切抽象为服务，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、 数据库等，这种观念，有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格。 0 g s a 定义了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 的概念，网格服务是一种w e bs e r v i c e ， 该服务提供了一组接口，这些接口的定义明确并且遵守特定的管理，解决服务发 现、动态服务创建、生命周期管理、通知等问题。简单地说，网格服务= 接口 行为+ 服务数据。图2 2 是对网格服务的简单描述。 7 第二章网格相关技术概述 服务数据访问 显式撤销 软状态生命周期 绑定属性 一可靠激活 一认证 话i 笛管v ic e 其他接口 必须的) ( 可选的) ：二h ：h： 服务数fi 服务数ji 服务数 据元索ii 据元索ii 据元素 实现 图2 2 网格服务示意图 标准接口： 一通知 一授权 一服务创建 一服务注册 一管理 一开发 应用相关接口 3 、w e b 服务资源框架( w e bs e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ，w s r f ) 在o g s a 提出之后，g g f 便推出了o g s i t l o 2 0 l ( 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 ，开放网格服务基础架构) 草案，o g s i 通过封装资源的状态，将具 有状态的资源抽象为w e b 服务，w s r f 采用了与网格服务完全不同的定义：资源 是有状态的，服务是无状态的，其推出的目的在于，定义一个开放且通用的架构， 利用w e b 服务对具有状态属性的资源进行存取，并包含描述状态属性的机制，同 时也包含如何将机制延伸至w e b 服务中的方式。 2 2g l o b u s g l o b u s 是已经被科学和工程计算领域广泛接受的网格技术解决方案。它是一 种基于社团的、开放结构、开放源码的服务的集合，也是支持网格和网格应用的 软件库。该工具包解决了安全、信息发现、资源管理、数据管理、通信、错误监 测以及可移植等问题。目前g l o b u s 项目发布软件的最新版本是g l o b u st 0 0 l k i t v 4 0 ( 以下简称g t 4 ) ，o g s a 是由该开发项目组于2 0 0 2 年初提出的。 g l o b u s 工具包( g l o b u st o o l k i t ) 提供了一套用于应用程序开发的a p i 和相应 的系统开发工具s d k 。它提供的工具包包括：建立在网格安全基础设施g s i ( g r i d s e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e ) 之i - 的网格资源管理( r e s o u r c em a n a g e m e n t ) 、信息服务 ( i n f o r m a t i o n s e r v i c e s ) 和数据管理( d a t am a n a g e m e n t ) _ 三个主要模块。它们分别提供以 下服务： 1 资源管理，提供的功能包括： 8 西北大学硕士论文 资源分配： 作业提交； 管理作业的状态与进程。 2 信息服务，提供基于轻型目录访问协议( l d a p ) 的网格信息收集与查询服 务； 3 数据管理，为网格下的文件传输与管理提供支持。对以上每一个模块， g l o b u s 都提供了一个相应的组件来实现它们所要求的功能，具体说来，g l o b u s 中 的g r a m ( g r i dr e s o u r c ea l l o c a t i o nm a n a g e r ) 组件用于提供资源管理，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 e ) 组件用于提供信息服务，g r i d f t p 组件用于提 供数据管理服务。由以上组件构成的g l o b u s t o o l k i t 系统结构如下图2 3 所示。 g r a mm 0 $ g d a f t p c l e n t 图2 3g l o b u st o o l k i t 系统结构示意图 2 3 网格服务描述和发现技术 目前关于资源描述的技术主要有r s l ( r e s o u r c es p e c i a f c a t i o nl a n g u a g e ) 、 w s d l l l l l ( w e bs e v r i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 。本文主要研究w s d l 的应用。 1 、服务描述语言是w e bs e r v i c e 技术的重要组成部分，w s d l 描述了分布在 i n t e m e t 环境中服务操作的抽象定义接口和服务的具体实现端口【1 2 l 。对于使用标准 化的消息格式通信协议的w e b 服务，它需要以某种结构化的方式( 即x m l ) 对w e b 服务的调用通信加以描述，w s d l 定义了一套基于x m l 的语法，将w e b 服务描 述为能够进行消息交换的服务访问点的集合，从而满足了这种需求。w s d l 服务 定义为分布式系统提供了可机器识别的s d k 文档，并且可用于描述自动执行应用 程序通信中所涉及的细节。 o 第二章网格相关技术概述 2 、x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，可扩展的标识性语言) 是一种简单、功 能强大且有效的扩展性标识语言。它是一种标准语言，被用来描述数据并将之结 构化。x m l 使用标记界定内容，x m l 中的标记可用来说明所描述的概念，使用 属性来控制它们的结构，允许用户自行定义任意复杂度的结构。 3 、m d s 信息管理 g l o b u s 提供了基于g t 4 版本的元计算目录服务( m e t a c o m p u t i n gd i r e c t o t y s e r v i c e ，m d s ) 称为m d s 4 或w sm d s ，用来满足网格环境中信息的发现、注册、 查询、修改和注销等服务。 m d s 是由为网格信息服务提供的资源和客户端工具组成的，它包括以下3 个组件： w sm d si n d e xs e r v i c e 一该服务搜集网格资源的状态信息，并将其存入一个 存储单元。通常来说，虚拟组织会部署一个或多个索引，m d s 解决了所有这些问 题，并允许用户对关于资源和计算状态的查询进行搜集、管理、编索引和响应。 w sm d s 基于g t 4 的w sc o r e ，使用j a v a 珊、c 和p y t h o n 实现，它贯彻了w e b s e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ( w s i 强) 和w s n o t i f i c a t i o n 。这些技术为资源的监 控和发现提供了有用的构建块，并使用户可以定义一些监控和发现的属性，引服 务，这些服务随后搜集该v o 中所有可用的网格资源的数据。 w sm d st r i g g e rs e r v i c e 一该服务按照管理员的指示，从网格资源中搜集数 据，并将这些数据传递给适当的程序，从而根据事件执行各种操作。例如，当一 个计算资源的队列长度达到一个特定的闽值时，系统就可能给管理员发送一封电 子邮件。 w sm d s a g g r e g a t o r 一这是另外两个服务构建于其上的软件框架。a g g r e g a t o r 框架负责对a g g r e g a t o r 源中的数据进行搜集、管理和编索引，并将这些数据发送 给一个a g g r e g a t o r 接收器进行处理。使用g l o b u st o o l k i t 进行分布的a g g r e g a t o r 源包括：查询服务数据的模块、通过订阅通知来获取数据的模块以及执行程序来 生成数据的模块。a g g r e g a t o r 接收器包括用来实现w sm d si n d e xs e r v i c e 接口和 w sm d st r i g g e rs e r v i c e 接口的模块。 l o 西北大学硕士论文 2 4 网格的资源管理技术 g l o b u s 资源管理结构包括中介者、协同分配器和g r a m ( g l o b u sr e s o u r c e a l l o c a t i o na n dm a n a g e m e n t ，g l o b u s 资源分配和管理) 几个部分，它是应用和资 源之间的桥梁。各部分之间的关系如图2 4 所示： 图2 4g l o b u s 资源管理结构 g r a m 与本地资源管理器，如图2 4 中的l s f 、c o n d o r 等打交道，负责处理 来自远程应用的资源请求，为请求资源的应用分配所请求的资源，并管理作业的 执行过程。g r a m 也负责向m d s 报告资源的有关信息。g r a m 主要由门卫和作 业管理器两部分构成。门卫是资源上所有远程请求的一个单一入口点，负责用户 认证，把远程用户映射到本地的一个安全环境中，让本地资源开始为其服务。 网格资源管理模块的基本操作有以下三个，实际的资源管理可以在这些基本 操作的基础上提供更复杂的操作。它们是：资源信息收集、资源信息更新、资源 发现。 2 5 网格数据管理研i d f t p 在图2 1 中，g r i d f t p 用于在网格节点之间提供安全可靠的数据传输。g r i d f t p 包含着一个协议( 打i df i l et r a n s f e rp r o t o c o l ，一个服务器g r i d f t ps e r v e r ，以及 一套为g r i d f t p 客户定义的工具、库和控制工具。 网格文件传输协t 义g r i d f t p ( g r i df i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 是个独立于底层架构 的通用协议，它不仅使用g s i 和k e r b e r o s 技术来提供安全保障，而且为实现高性 1 1 第二章网格相关技术概述 能、可靠与断点续传等要求提供了各种传输特征。 g r i d f t p 完全兼容f t p 协议，包含t f t p 协议中端对端传输、并行传输、断 点续传等功能，并在安全性、可靠性及性能等方面进行了扩展。在f t p 协议的基 础上，g r i d f t p 实现了控制通道与数据通道上的安全传输保证，并增加了带状传 输( s t r i p e dt r a n s f e r ) 、部分文件传输( p a r t i a lf i l et r a n s f e r ) 、第三方传输( t h i r d p a r t t r a n s f e r ) 等传输方式，以及协商双方数据缓冲区大小和数据完整性等技术。 g r i d f t p 工具集包括客户库和控制库两个方面的内容，客户库和控制库为 g r i d f t p 客户端和服务端应用程序的开发提供了基本的开发工具包。 2 4 本章小结 本章主要介绍了网格系统的o g s a 、w s r f 体系结构、g l o b u s 网格技术以及 g l o b u s 基础上研究远程教学平台网格所需要的关键技术：g l o b u st o o l k i t 工具包开 发环境；m d s 的信息管理组件，o r g - g r a m 资源管理组建，x m l 及w s d l 资 源描述语言g r i d f i p 协议及其文件传输原理和功能。本文研究基于g l o b u st o o l k i t 4 的一个远程教学平台教育资源的数据网格。 1 2 西北大学硕士论文 第三章o r g 的体系结构 3 1 需求分析 o r g 是运行在目前已有的各个广播电视大学远程教学平台上的网格系统，要 将现在已有的分布的教学资源逻辑上统一在一个组织内。解决资源共享的关键技 术是把网格组织内已有的教育资源通过资源描述语言统一定义、描述，然后通过 资源管理机制协调、调度资源，最后用户通过资源发现机制找到并使用这些资源。 电大远程教育资源的种类较多，目前使用较多的包括各种文本、p p t 、音频、视 频、多媒体课件等，资源还包括应用服务，例如论文、电子图书查询系统、视频 点播系统、即时通讯系统等，根据o g s a 、w s r f 的定义，把所有资源都抽象为 服务概念，在o r g 中管理这些服务，然后根据需求进行服务数据的存储及传输。 3 2 总体设计 本文研究构建o r g 系统，采用融合w e bs e r v i c e 技术的开放网格服务体系结 构o g s a 作为网格系统架构，利用构建网格系统主流的g l o b u st o o l k i t4 0 1 网格 平台及相关开发工具包，用j a v a 语言进行编程开发，按照该系统模型设计、系统 架构设计和系统功能设计的要求，实现各远程教学平台数据信息与资源文件等统 一描述与发布功能，具体包括对分布式在不同教学平台上网络教学资源动态管理、 调度及数据传输等，提供一个虚拟化网络教学资源分布应用环境。 3 2 1o r g 的分层模型 首先，图3 1 给出了根据o g s a 体系结构设计的o r g 的分层模型。 资源查询资源浏览数据传输 o g s aa r c h i t e c t e ds e r v i c e s 服务管理服务通信策略管理安全管理 1 0 g s i o p e n g r i d i s e r v i c e si n f r a s t r u c t u r e s 服务的创建、注册生命期管理状态查看 安全i 数据库 l 文件系统 目录 消息 il 广播电视大学服务器存储系统基础网络 图3 10 r g 分层模型 1 3 应用层 网格服务 w e b 服务层 资源层 第三章o r g 的体系结构 o r g 分为四层结构，由低到高分别是底层的资源层，包括基础的服务器、存 储系统及基础网络，此资源层为目前各广播电视大学已有的基础性资源，我们在 构建o r g 时正是利用目前已有的这些庞大的分布式资源，而无须重新构建，本 文要做的是把这些资源统一在一个逻辑组织内；第二层为w e b 服务层，包括服务 资源的创建、生命期管理、状态查看等，在这一层需要对已有的教育资源利用 w e b s e r v i c e 技术将资源服务化，构建一个灵活、动态的资源服务层，为用户访问 各种资源提供一个接口，以便用户查询与使用；第三层为网格服务层，即资源抽 象为服务后的通信、策略及安全管理，主要是教育资源服务化后的资源及资源信 息的传输及安全管理；最高层是具体的应用层，包括o r g 内的各种应用。 根据o r g 的分层模型，本文确定了广播电视大学的系统模型。 3 2 2o r g 的系统模型设计 图3 2 给出了基于网格的o r g 系统模型。 图3 20 r g 系统模型图 各个教学平台资源都描述为x m l 文件，通过w s d l 描述为可请求的服务， 这些服务由m d s 统一管理，学生或教师通过互联网访问现有资源管理系统中的 p o r t a l 接口，对已有的资源进行查询，由o r g - g r a m 对o r g 中提交的作业进行 自动的统一调度，为每个作业分配从m d s 中查询到的请求资源，m d s 数据库可 对o r g 中的资源及时更新，o r g - g r a m 协调各任务，透明地调用r f t 和r l s ， 再调用g r i d f t p 将教育资源信息或文件同步到各电大节点上，或者传输到需求用 户的客户端，实现教育资源信息同步和资源传输的功能。 1 4 西北大学硕士论文 3 2 3o r g 的系统架构设计 o r g 将分布在不同地方的各远程教学平台教育资源整合成具有统一逻辑视 图的教育资源服务系统。整个系统主要包括开放资源网格门户o r g - p o r t a l 、开放 资源网格数据同步系统o r g d s ( o p e nr e s o u r c eg r i dd a t as y n c h r o n i z a t i o n ) 、全局命 名服务器g n s ( g l o b a ln a m e s e r v e r ) 、认证服务中心c a s ( c e r t i f i c a t ea u t h o r i t y s e r v i c e ) 、开放资源网格管理器o r g r m ( o p e nr e s o u r c eg r i dr e s o u r c em a n a g e r ) 、 开放资源网格服务代理o r g s a ( eo p e nr e s o u r c eg r i ds e r v i c ea g e n t ) 、及资源传输 客户端，如图3 3 所示。 同步数据通道 控制通道 数据通道 c e r t i f i c a t ea u t h o r i t y g l o b a ln a m es c 玎v o r 图3 3 开放资源网格0 r g 系统架构 o r g p o r t a l 是整个系统的入口，除中央门户外，节点门户分布在各远程教学 平台上，所有节点门户地位平等，用户通过o r g - p o r t a l 访问o r g 教育资源，各 节点门户与中央门户主要提供数据同步a p i 、f t p 、c a s 、e r m 和g n s 等接口； 节点门户与中央门户随时保持数据信息和教育资源的同步。 g n s 负责系统的元数据管理，主要包括元数据操作接口、元数据容错系统、 元数据搜索系统。 c a s 包含证书管理系统，主要负责系统的安全性和数据的访问控制。 o r g r m 包括教育资源调度模块和副本管理模块，其主要负责资源的申请和 第三章o r g 的体系结构 调度，同时提供透明的副本创建和选择策略，自动地实现教育资源分布和节点间 教育资源同步。 o r g s a 透明地提供多样性资源访问，为系统提供统一资源访问接口，同时 提供了文件操作方式和扩展的f t p 操作方式，并对文件复制管理操作提供支持， 为高效传输提供服务。 客户端采用基于g r i d f t p 协议开发的特制客户端。用户通过系统提供的特制 客户端，不但能够具有搜索和共享等功能，还可以获得高性能的服务。 其中系统同步数据和用户访问流程如图3 3 的三个通道标志所示，即在双箭 头线上所标识的数字为该访问步骤。系统同步数据：o r g d s 将现有教育资源数 据库的信息和资源文件同步到0 r g 主系统中( 步骤0 ) 。用户访问资源流程：用 户首先访问整个系统的入口o r g - p o r t a l ( 步骤1 ) ，通过o i 婚p o r t a l 访问c a s ， 获得认证( 步骤2 ) ，认证通过后，由o r g - p o r t a l 访问g n s 获得资源信息( 步骤 3 ) ，根据获得资源信息，再由o r g p o r t a l 访问o r g s a ( 步骤4 ) ，o r g s a 给用 户提供资源访问服务( 步骤5 ) 。 3 2 4o r g 的系统功能设计 o r g 功能包括教育资源服务点、信息服务器、命名服务器、教育资源管理器、 资源服务代理、客户端和系统监控等部分，如图3 4 所示。 基于网格的开放教育资源管理系统o r g 信息服命名服教育资源 资源服 数据传输 o i 崛节点p o r t a l 务器务器管理器务代理客户端 教育用终 go r g证 全兀兀兀资副资广基于 资源户端ni 蝴 书 局数数数源本源域 g r i d f t p 数据管服 s 通信管信据据据调管 调网 的信息及 同步理务通模块 理 息 服容 搜度 理度传 资源传输 接口 模 模 信 模管务错索模模模输客户端 模块块块 模 块理模模模块块块模 块模块块块块 块 图3 4 开放资源网格o r g 系统功能模块 1 6 西北大学硕士论文 o r g 节点p o r t a l 包括教育资源数据同步接口模块、用户管理模块、终端服务 模块、g n s 通信模块和o r g r m 通信模块等。利用d e l e g r a t i o n 开发代理功能 模块，由g r a m 进行统一调度。 信息服务器包括证书管理模块和全局信息管理模块，由s i m p l e c a 来实现安 全认证，利用m d s 收集信息并汇集到中央节点。命名服务器包括元数据服务模 块、元数据容错模块和元数据搜索模块，通过m d s 协议i n d e x 、t i g g e r 来实现。 教育资源管理器包括资源调度模块和副本管理模块，利用g r a m 、 i d f t p 、 r l s 、r f t 和d r s 来实现。建立了一个在广域网上的高效数据传输机制，包括 分布式合作传输、分片传输、部分数据传输和断点续传等。