（计算机软件与理论专业论文）基于web服务的网格研究及改进的资源信息更新策略.pdf

中文摘要 网格是构筑在互联网上的一种新兴技术，正成为新一代的网络基础设施，网 格的研究是目前新的研究热点。网格的目的是把网络的资源有效地整合起来，实 现资源的跨组织，跨地域的动态共享，因此对网格资源进行有效的管理是网格的 一个关键任务。网格上的资源数量巨大，同时资源还具有动态特性，即资源的状 态在随时发生变化。为了让用户能够有效的使用资源，网格资源管理系统必须周 期性地对资源状态信息进行更新，以确保资源信息的准确性和有效性。大量的资 源更新信息会对网络产生负担，现有的资源更新策略采用降低更新频率策略和数 据变化更新策略，降低更新频率策略可以减少资源信息更新的次数，从而减少网 络上传输的更新信息的数量，但是其更新频率还是要有一个限度，否则，网格资 源管理系统所管理的资源信息和实际的资源状态会有很大的差异，导致用户对资 源的使用失效。数据变化更新策略是在资源状态发生变化时通知资源信息中心更 新数据。由于网格上大量资源的状态随时在发生变化，资源频繁地发出通知信息 和资源状态信息，所以采用这种方法的效果不是很好。事实上，资源状态发生变 化时，有时并不会影响用户的使用，这种情况下不需要更新信息；只有资源状态 变化幅度超过一定范围时，才会影响用户的使用，此时信息需要更新。基于此， 在数据变化更新策略的基础上。我们提出了一种改进的资源更新策略：如果资源 状态信息的变化超过了一定的幅度，资源才发出信息更新通知。 我们采用模拟实验对改进的资源信息更新策略进行验证，实验结果表明，使 用改进的策略可以有效地减少网络上数据的传输量。最后，我们使用o g s i 规范 实现了改进的资源信息更新策略。 关键词：网格o g s ao g s i 资源信息更新w e b 服务 a b s t r a c t g r i di san e wt e c h o n o g yt h a tb u i l do nw o r l dw i d ew 曲i ti sb e i n gan e w g e n e r a t i o no fn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e r e s e a r c ho ng r i d i sb e c o m i n gan e wh o t r e s e a r c ha r e ai nt h ew o r l d t h eg o a lo ft h eg r i di st oi n t e r g r a t et h er e s o u r c e si nt h e n e t w o r ke f f e c t i v e l y , t or e a l i z et h ed y n a m i cr e s o u r c e ss h a r i n ga c r o s so r g a n i z a t i o na n d a r e a s oi t sa ni m p o r t a n tt a s kf o rt h eg r i dt om a n a g et h er e s o u r c e si nt h eg r i d t h e r e a r en u m e r o u sr e s o u r c e si n 血eg r i da n dt h er e s o u r c e sa r cd y n a m i c ，t h a ti s 也es t a t eo f t h er e s o u r c e sa r ec h a n g e dm o m e n t a r i l y t ou s et h er e s o u r c e se f f e c t i v e l y ，t h eg r i d r e s o u c em a n a g e m e n ts y s t e mm u s tu p d a mt h es t a t ei n f o r m a t i o no fr e s o u r c e s p e r i o d i c a l l y n l e n u m e r o u ss t a t ei n f o r m a t i o np r o d u c e db yt h ec h a n g e ds t a t eo f r e s o u r c e sw i l li n e r c a s et h eb u r d e no ft h en e t w o r k s o m ep o l i c i e sa r et a k e nt oa v o i d t h i s a sd e c r e a s et h eu p d a t ef r e q u e n c ea n du p d a t ew h e nt h es t a t ei sc h a n g e d 曰l e p o l i c yo fd e c r e a s et h eu p d a t ef f e q u e n c ec a l l r e d u c et h em e s s a g e st r a n s f e r r e di nt h e n e tb yr e d u c i n gt h et i m e so fu p d a t e b u ti ft h eu p d a t ef r e q u e n c ei st o ol o w ，t h e r e s o u r c es t a t ei n f o r m a t i o nt h a tm a n a g e db yt h eg r i dr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e m d i s g r e ew i h tt h er e a l r e s o u r c es t a t e t h e nt h eu s e rw i l ln o tu s et h er e s o u r c e e f f e c t i v e l y t h ep o l i c yo fu p d a t ew i t hd a t ac h a n g i n gm e a n tt h a tt h er e s o u r c e w i l l n o t i f yt h ei n f o r m a t i o nc e n t e r w h e nt h es t a t ev a l u ei sc h a n g e d t h e r ea r en u m e r o u s r e s o u r c e st h a tc h a n g ea ta n ym o m e n ta n dt h en o t i f i c a t i o n sw i l lb ef l o o d i n g i nf a c t ，i f t h ec h a n g e ds t a t ev a l u ed o e s n ta f f e c tt h eu s e rw h ou s et h er e s o u r c ec o r r e c t l y , t h e r e s o u r c en e e dn o tt os e n do u tn o t i f i c a t i o ne v e ni t ss t a t ei sc h a n g e d w h e nt h ec h a n g e d s t a t ee x c e e dt h er a n g eo ft h es p e c i f i c i e dd a t a , t h er e s o u r c ew i l ls e n do u tt h e n o t i f i c a t i o n t h a ti st h ed i f f e r e n c ew i t ht h ep o l i c yo fu p d a t ew i ld a t ac h a n g i n g w e c a l lt h i s p o l i c y a s i m p r o v e dp o l i c yo fr e s o u r c es t a t eu p d a t e t h i sw o r ki s d e m o n s t r a t e db ys i m u l a t i o ne x p e r i m e n t f i n a l l yw ei m p l e m e n tt h ep o l i c yw i t ho g s i s p e c i f i c a t i o n k e y w o r d s ：g r i d ，o g s a ，o g s i ，w e bs e r v i c e ，r e s o u r c eu p d a t ep o l i c y 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘鲞盘鲎或其他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己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：界签字醐：沙口岁年月 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫望盘堂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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 米孑。 导师签名 厘长偾 签字日期毛厂年【月f 么日 签字日期：二缀r 年月2 1 = 1 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 计算机软件的发展极大地扩展了计算机应用的领域，使其从原来单一的计算 领域应用到商业领域，控制工程，娱乐设施等网络的出现改变了传统的计算机应 用模式，使得信息共享成为可能互联网的出现使得计算机的应用更是无处不 在，信息的共享程度也更加发达。但是信息孤岛问题仍然存在，各种资源不能最 大限度的得到利用如何有效的利用现有的基础设施，包括软件，硬件，数据，网 络等，实现资源的充分共享，成为当前研究的热点问题 在9 0 年代中期，在科学和工程计算领域对计算机的计算能力提出了更高的 要求，需要将不同组织的大型计算资源共享出来，完成一些计算密集型的任务。 在这种背景下，提出了网格的概念，并首先将其应用到高性能计算领域，实现了 计算机计算资源的跨组织共享 1 。 国际互联网的出现和发展，将网格的领域扩展到了更广的范围。美国阿尔贡 国家实验室的资深科学家、美国著名的网格计算项目g l o b u s 2 3 的主持人之一 i a n f o s t e r ，曾在1 9 9 8 年主编过题为网格：一种新计算的基础设施的蓝图 3 一书他在书中这样描述：“网格是构筑在互联网上的一种新兴技术，它将高速 互联网、高性能计算机、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、功能和交互性。互联网主要为人们提供电子邮 件、网页浏览等通信功能，而网格功能则更多更强，能让人们透明地使用计算、 存储等其它资源。” 由此可见，i n t e m e t 实现了计算机硬件的联通，w e b 实现了网页的联通，而网 格试图实现互联网上所有资源的全面联通。它要把整个互联网整合成一台巨大的 虚拟超级计算机，实现计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、 知识资源的全面共享。尤其是在2 0 0 1 年w e b 服务 4 技术出现以后，i a n f o s t e r 领导的g l o b u s 项目小组立即将网格技术建立在其上，推出了基于开放网格服务 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 体系结构o g s a 5 ，o g s a 结构建立在网格和w e b 服务的概念和技术之上，提 出了虚拟组织的概念，其实质就是利用网络技术，打破企业之间数据和资源共享 的障碍，实现信息的自由流动，提高资源的利用效率。 1 2 研究概要 本文主要研究基于w e b 服务的网格，对网格的支撑技术一w 曲服务进行了 深入的剖析，引入基于w 曲服务的圈格体系结构一开放网格体系结构( o g s a ) 和开放网格系统基础设施( o g s i ) 。网格的目的是实现资源的无缝共享，通过网 格系统，把世界上的各种资源整合进来，形成一个整体，供人们使用，就像现在 用电一样，因此对网格资源进行有效的管理是网格的一个关键任务。网格上的资 源数量巨大，同时资源还具有动态特性，即资源的状态在随时发生变化。为了让 用户能够有效地使用资源，网格资源管理系统必须周期性地对资源状态信息进行 更新，以确保资源信息地准确性和有效性。大量的资源更新信息会对网络产生负 担，现有的资源更新策略采用降低更新频率策略和数据变化更新策略，降低更新 频率策略可以减少资源信息更新的次数，从而减少网络上传输的更新信息的数 量，但是其更新频率还是要有一个限度，否则，网格资源管理系统所管理的资源 信息和实际的资源状态会有很大的差异，导致用户对资源的使用失效。数据变化 更新策略是在资源状态发生变化时通知资源信息中心更新数据，由于网格上大量 资源的状态随时在发生变化，资源频繁地发出通知信息和资源状态信息，所以采 用这种方法的效果不是很好。事实上，当资源状态发生变化时，并非每次变化都 会影响用户的使用，如果资源状态的改变不影响用户的使用，在这种情况下就不 需要更新信息；只有变化幅度超过某个范围时，影响到用户对资源的使用，信息 才需要更新。基于此，在数据变化更新策略的基础上，我们提出了一种改进的资 源更新策略：资源状态信息的变化超出了一定幅度，资源才发出信息更新通知； 否则，资源不发出信息更新的通知。采用这种策略可以有效的节约网络带宽，减 轻网络的负载。 我们采用模拟实验对改进的资源信息更新策略进行验证，实验结果表明，使 用改进的策略可以有效地减少网络上数据的传输量。最后，我们使用o g s i 规范 实现了改进的资源信息更新策略。 墨鲞奎兰堡圭堂垡兰奎 茎三兰璺垫塑垒童堕垦 第二章网格概念的发展 网格是继w e b 和w e b 服务之后出现的一种信息网络计算平台，目的是为用户 提供一种全面共享各种资源的基础设施。网格最早出现在科研领域，目的是通过 网络技术实现资源的有效共享。我们所关注的共享不是简单的文件交换，而是对 计算机硬件，软件，数据和其它资源的无缝访问，最终达到信息和资源的完全访 问。 2 1 网格概念 网格是把地理位置上分散的资源集成起来的一种基础设施。通过这种基础设 施，用户不需要了解这个基础设施上资源的具体细节就可以使用自己需要的资 源。分布式资源和通信网络是网格的物理基础，网格上的资源包括计算机，集群， 仪器，设备，存储设施，数据，软件等实体，此外，这些实体工作时需要的相关 软件和数据也属于网格资源。 网格：一种未来计算基础设施蓝图一书中把羽格描述为：“网格是构筑 在互联网上的组新兴技术，它将高速互联网、计算机、大型数据库、传感器、 远程设备的融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多更强的资源、功能和服 务。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览、网上购物等功能，而网格则能 提供更多更强的功能，它让人们共享计算资源、存储资源和其它资源。” 网格概念产生于9 0 年代中期，是从电力网借鉴过来的，最终目的是希望人 们能够象使用电力一样方便地使用分布在网络上强大而丰富的计算能力。网格概 念的出现是为了解决科学与工程计算领域中研究者所面临的基本问题。其主要目 的是将各种异构的大型计算资源通过网络技术无缝地集成为一个统一的整体，给 用户提供种基于国际互联网的新型计算平台，实现计算资源，存储资源，数据 资源，信息资源，软件资源得共享，以提供比单独的计算资源大得多得计算能力。 作为目前越来越重要的计算机技术研究领域，网格是一种关系科研、经济、社会、 国防的熏要国家基础设施，在国内外引起了广泛的关注，同时也引起了工业界的 关注。因为目前网络计算的发展，导致企业分布式计算已经成为必然，而w e b 天津大学硕十学位论文 第二章网格概念和发展 第二章网格概念的发展 网格是继w e b 和w e b 服务之后出现的一种信息网络计算平台目的是为用户 提供一种全面共享各种资源的基础设施。网格最早出现在科研领域，目的是通过 网络技术实现资源的有效共享。我们所关注的共享不是简单的文件交换，而是对 计算机硬件软件，数据和其它资源的无缝访问，最终达到信息和资源的完全访 问。 2 1 网格概念 网格是把地理位置上分散的资源集成起来的一种基础设施。通过这种基础设 施，用户不需要了解这个基础设施上资源的具体细节就可以使用自己需要的资 源。分布式资源和通信网络是网格的物理基础，网格上的资源包括计算机，集群， 仪器，设备，存储设旌，数据，软件等实体。此外，这些实体工作时需要的相关 软件和数据也属于网格资源。 网格：一种未来计算基础设施蓝图一书中把网格描述为：“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、 远程设备的融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多更强的资源、功能和服 务。互联网主要为人们提供电子邮件、网页测览、网上购物等功能，而网格则能 提供更多更强的功能，它让人们共享计算资源、存储资源和其它资源。” 网格概念产生于9 0 年代中期，是从电力网借鉴过来的，最终目的是希望人 们能够象使用电力一样方便地使用分砩在网络上强大而丰富的计算能力。网格概 念的出现是为了解决科学与工程计算领域中研究者所面临的基本问题。其主要目 的是将各种异构的大型计算资源通过网络技术无缝地集成为一个统一的整体，给 用户提供一种基于国际互联网的新型计算平台，实现计算资源，存储资源，数据 资源，信息资源，软件资源得共享，以提供比单独的计算资源大得多得计算能力。 作为目前越来越重要的计算机技术研究领域，网格是一种关系科研、经济、社会、 国防的重要国家基础设施，在国内外引起了广泛的关注，同时也引起了工业界的 关注。因为目前网络计算的发展，导致企业分布式计算已经成为必然，而w 曲 关注。因为目前网络计算的发展，导致企业分布式计算已经成为必然，而w e b 天津大学硕士学位论文 第二章网格概念和发展 的出现，使得电子商务也成为一种趋势。但由于各个企业采用的软硬件平台，实 现技术不尽相同，使得不同企业之间信息共享比较困难，应用的集成异常艰难。 即使是企业内部，也由于历史的原因，不同程度存在信息孤岛的现象。如何利用 网格技术，实现企业之间信息的自由流动，应用的无缝的集成，资源的充分共享， 也是网格研究的新的热点。资源共享是网格的基本特征，消除信息孤岛是网格的 奋斗目标6 。 2 2 网格的发展 网格技术是随着计算机技术和网络及其相关技术的发展而发展起来的。现在 的计算机所提供的计算能力比当初的大型机所提供的计算能力还要巨大，为了充 分利用这些计算资源，产生了并行计算技术，集群技术，分布式计算技术等，但 这些技术都只能帮助人们使用一定范围的计算资源，这个范围通常就是管理域的 范围。随着国际互联网和万维网技术的成熟和推广使用，人们产生了把国际互联 网资源集成起来使用的想法。人们利用互联网设施建立一种新的基础设施，把世 界上的各种计算资源集成在一起，为网格用户和上层应用提供访问网格中各种资 源的统一接口，提供了一种资源共享的机制。 总体说来，网格的发展大致分为三个阶段，如图2 1 所示： g l o b u sw e bs e r v i c e ! 二! 垒!l生旦星i q 望iq 鱼垒 1 9 9 5 年2 0 0 0 年 第一代第二代第三代 图2 1 网格发展的三个阶段 - 萌芽期：2 0 世纪9 0 年代早期，主要是千兆网的实验床，典型代表是f a f n e r 7 和i - w a y 8 两个项目。这个时期的网格都是把超级计算机节点连接起来，为 高性能应用提供计算资源，元计算的概念就是在这个时期提出来的。其目的 主要解决通信，资源管理和远程数据管理的问题。 - 实验期：2 0 世纪9 0 年代中晚期，学术性研究g l o b u s 、l e g i o n 9 以及一些应 用，尤其是g l o b u s 工具集的开发和应用，对网格的研究和发展起了显著的 推动作用。这个时期的网格要解决的问题涉及网格的异构性、可扩展性、适 应性等，网格安全也被关注。 一 发展期：本世纪以来，出现了大量的网格计算项目，出现了影响很大的组织 一全球网格论坛g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) ，同时网格计算也不再仅仅局限 4 天津大学硕士学位论文 第二章网格概念和发展 于科学研究，工业界与学术界联盟，正致力于使网格计算在更广泛的领域得 到推广和应用。典型代表就是万维网服务和开放网格体系结构。w e b 服务是 面向商业领域的应用框架，借助于一些基本的技术，简单对象访问协议， w e b 服务描述语言和统一集成、描述和发现规范。这个阶段网格的主要特点 是面向服务的网格结构，2 0 0 2 年2 月发布的开放网格服务结构把w e b 服务和计 算网格结合起来，建立了以服务为核心的网格结构。 2 3 网格的特点 研究网格特点可以更好地认识与把握网格的开发应用。网格具有分布共享 性、自相似及整体性、动态多样性以及自治虚拟性等特点。 1 0 - 分布与共享网格设备是地理上分布的，网格资源( 可以网格寻址的抽 象) 也是分布在不同的网格设备上的，因此只能是分布式的计算模式。 虽然网格资源存在分布性，但网格资源也是可以充分共享的，即网格上 的任何资源可以提供给网格上的任何用户。分布性网格资源的共享问题 是网格的核心问题。通过网络服务协作实现了物理上分布的网格资源的 全局共享，这是网格的本质特征。 - 自相似性与整体性网格系统的局部与整体具有一定的相似性，网格局 部也是网格，局部组合成整体时，功能与性能超线形增加，体现出“整 体大大大于部分和”的特性。 - 动态多样性网格的动态性是指网格设备的增加与减少，不影响网格 其它部分的功能与性能，网格可以自动迁徙相关资源或服务到其它部 分，不影响网格的应用性能。网格设备具有多样异构性，网格资源的多 样异构性，是网格的本质特征。解决异构资源的集成正是网格的吸引力 所在。 自治性网格资源是属于资源所有者的，所有者有权决定资源是否向网 格开放以及向谁、怎么公开。网格资源是否为网格接受并被用户租用， 要取决于网格及其用户，用户有权决定自己使用谁的网格资源。 2 4 网格的基本要求 对于网格提供的计算能力，有四个基本要求：可靠性、标准化、易访问和廉 价性。可靠性是指网格中个别资源或服务的失效，不影响网格整体性能，具有“地 球离开谁都照转”的效果。可靠性要满足各种安全要求，除了传统的加密、认证 天津大学硕士学位论文 第二章网格概念和发展 及防火墙等传统措施，更要有体现网格整体安全的“免疫”性，就象自然界通过 保持自然个体遗传物质的特异性来实现个体免疫一样，这是确保自然系统稳定性 的客观规律。 标准化是指网格作为社会基础设施，当然得到社会公认，网格的全部技术与 实现方法都是以公知的标准接口达到每一个社会成员。易访问性和廉价性也是基 础设施所必须具备的条件，这些体现出不同于科学研究的社会属性。 2 5 网格分类 从不同的角度出发，可以有多种网格分类方法。我们从网格的客体出发，按 照网格客体的不同层次，可以将网格分为资源网格、信息网格和知识网格，如图 2 2 所示： 图2 2 网格分类 资源网格包括我们平常所说的计算网格和数据网格。资源网格直接坐落在 互联网上，为上层应用提供数据层面的连通和共享。信息网格坐落在网格操作系 统之上，他的功能是为上层应用提供信息的无缝共享，包括信息数据库的构建、 信息的发现、连通、处理等。知识网格坐落在信息网格之上，它是网格的高层应 用，它的主要功能是从底层的数据和信息中发掘知识、处理知识、应用知识、处 在不同层次的用户可以在相应的层次上使用网格，从f e n 高的三个层次中，每层 都有与该层提供的功能相一致的用户接口。 按照网格客体对象的不同，网格可以分为计算网格，数据网格和服务网格。 计算网格中共享的是计算资源，计算资源为用户提供共享资源的良好的接口和机 制；数据网格共享的基本单位是数据，主要解决数据共享的问题；服务网格中共 享的对象是服务，以服务的形式提供共享资源的手段。在服务网格中，人们把不 同的资源经过封装成服务的形式提供给网格主体使用。 天津大学硕士学位论文 第三章网格支撑技术 第三章网格的支撑技术- w e b 服务 网格技术不是全新的技术，它是构造在当前互联网技术之上，采用互联网的 一些协议和标准，主要是w e b 服务技术，来构造网格服务。 w e b 服务是针对电子商务解决方案出现的，它提供了一种能够集成松散耦合 的、异构系统的技术，是一种基于标准技术的分布式计算范例。这些标准技术用 来描述软件组件的接口、通过互操作协议访问组件的方法，以及识别相关服务提 供者的发现方法。这些标准与编程语言，编程模型，以及系统软件无关。 3 1w e b 服务的定义 首先引用w e b 服务工作组对其定义：一个w e b 服务就是可以被u r i 识别的 软件应用。它的接口和绑定可以被x m le t 描述和发现，并且可以通过基于互联 网的协议与其他基于x m l 消息的软件应用交互。它描述了一种全新的分布式计算 方式，强调基于x m l 来解决异构分布计算问题。 尽管c o r b a ，r m i ，和d c o m 等技术已经在分布式系统得到了应用，但是这 些系统都存在一些本质的问题，都没有完全达到和平台无关的目标，也不容易穿 过防火墙，不能实现真正的互联互通。w e b 服务框架可以做到与具体的平台和实 现无关，从而实现真正意义上的互连互通。 3 2 面向服务的架构 面向服务的模式( s o a ) 1 2 1 3 e 3 1 构成了w e b 服务模式的基础。在s o a 中，可以将任意实体看作服务，可以使用对象来创建服务，s o a 提供了一种编 程模式，便驻留在网络上的服务都可以被其它服务发布、定位和调用。s o a 定 义了服务模式，服务模式具有如下特征： - 服务的抽象：定义了服务的特征，以唯一地将这一服务与其它服务相区剐 - 服务的封装：对服务的用户隐藏过程。封装对用户和实现者都有好处。用户 得益于使用这种服务的简单，不需要考虑服务抽象的内部处理。而且用户也 不需要关心结构细节，可以只为服务抽象提供即插即用逻辑。 天津大学硕士学位论文 第三章网格支撑技术 - 服务的模块化：将服务分割成松散耦合的服务抽象模块，可以将模块组合创 建新的可重用的服务库， - 服务的多态性：通过使用服务抽象的唯一通用定义的服务接口提供调用不同 的服务行为。服务接口展示了w e b 服务的多种服务方法。服务的多态性使得 服务的动态运行时绑定成为可能。这一特征使一个服务可以在运行时动态使 用另一个服务。 3 3w e b 服务基本结构 w e b 服务的基本结构是基于提供者，请求者和中介者三个角色，以及服务发 布、发现和服务请求者和服务提供者之间的绑定三个动作而定义的。如图3 1 所 示： 绑定调雕 图3 1w e b 服务角色之间的关系 简单来说，服务提供者是提供服务功能的实体，等待为其它服务和用户提供 自己的功能。服务请求者是服务功能的使用者，他向服务提供者发送服务请求消 息，请求使用服务。服务代理商是将服务请求者和合适的服务提供者联系在一起 的管理者。w e b 服务的三个角色是根据逻辑关系划分的。一个实际的服务既可以 扮演服务提供者的角色，也可以扮演服务请求者的角色，还可以扮演两种角色。 三个动作则是w e b 服务框架上服务生命周期的不同阶段的三个环节。发布 开发并部署好的服务是为了让用户或其它服务知道一个w e b 服务的存在和相关 信息。请求者从服务中介者那里发现服务是要找到适合自己需求的w e b 服务。 经过发现之后，服务提供者和服务消费者就绑定在一起，请求者和提供者之间建 天津大学硕士学位论文 第三章网格支撑技术 立了紧密的联系。 3 4w e b 服务相关协议 w e b 服务需要遵循一定的标准，规范和协议，才能实现信息的无缝沟通。其中 简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 1 4 1 5 协议和w 曲 服务描述语言( w 曲s e r v i c ed i s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l ) 1 6 是两项关键技术。 1 s o a p 协议 s o a p 是一种基于x m l 的用在计算机之间交换信息的协议。s o a p 能应用于 各种消息接发系统，并能通过各种协议传输，最初用在通过h t t p 传输的远程过 程调用。s o a p 为在一个松散的、分布的环境中使用x m l 对等地交换结构化的 和类型化的信息提供了一个简单且轻量级的机制。它采用成熟的基于h t t p 的 w e b 技术和x m l 的灵活性和扩展性组合在了一起，实现大量异构的程序和平台 之间的互操作性。s o a p 本身并不定义任何应用语义，如编程模型或特定语义实 现，它只是定义了一种简单的机制，通过一个模块化的包装模型和对模块中特 定格式编码的数据的重编码机制来表示应用语义。s o a p 的这项能力使得它可 被很多类型的系统用于从消息系统到r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 的延伸。 s o a p 协议的内容包括四个部分： ( 1 ) 、s o a p 封装结构( s o a pe n v e l o p e ) 是s o a p 消息的信息框架，用来表示 消息中包含什么内容，谁来处理这些内容以及这些内容是可选的或是必需的，它 定义了一个以s o a p h e a d e r ，s o a p b o d y 为子主体的描述结构。如图3 1 所示。 天津大学硕士学位论文 第三章网格支撑技术 图3 1s o a p 封装结构 ( 2 ) 、s o a p 编码规则( s o a pe n c o d i n g ) 定义了用以交换应用程序定义的数 据类型的实例的一系列机制，它们是程序语言、数据库和半结构数据中类 型系统的公共特性的泛化。 ( 3 ) 、s o a p 传输绑定框架定义了如何使用现有的网络传输协议来发送和接 收s o a p 消息。h t t p 就是一种应用广泛的应用层网络传输协议，将s o a p 消息绑定到h t t p 协议，必须利用h t t p 协议的请求应答方式发送和接收 s o a p 消息。 ( 4 ) 、s o a pr p c 表示( s o a pr p cp r e s e n t a t i o n ) 定义了一个用来表示远程 过程调用和应答的协定，利用x m l 的可扩展性和可伸缩性来包装和交换 r p c 调用。目前通过绑定各种已有的i n t e r n e t 协议，如h t t p 、s m t p 、p o p 3 等，利用这些协议的调用响应机制，完成s o a p 的调用和响应。 2 w e b 服务描述语言( w s d l ) 规范 w s d l 是一种规范，它定义了如何用共同的x l d l 语法描述w e b 服务。w s d l 在服务的提供者和请求者之间提供了一个协议，服务提供者用w s d l 文档来 描述自己的服务调用接口。服务请求者在获得自己需要的w e b 服务的w s d l 文档之后，可以通过w s d l 文档中提供的信息，生成调用该w 曲服务的接1 2 。 t y p e s 是一个数据类型定义的容器，包含了所有在消息定义中需要的x m l l o 天津大学硕士学位论文 第三章网格支撑技术 元素的类型定义。w s d l 没有自己的数据类型定义，但提供了一个引用其它语言 定义的数据类型的机制。 m e s s a g e 具体定义了在通信中使用的消息的数据结构，m e s s a g e 元素包含了 一组p a r t 元素，每个p a r t 元素都是最终消息的一个组成部分，每个p a r t 都会引 用一个d a t a t y p e 来表示它的结构。p a r t 元素不支持嵌套( 可以使用d a t a t y p e 来 完成这方面的需要) 。 p o r t t y p e 具体定义了一种服务访问入口的类型，何谓访问入口的类型呢? 就 是传入传出消息的模式及其格式。一个p o r t t y p e 可以包含若干个o p e r a t i o n ，而 一个o p e r a t i o n 则是指访问入口支持的一种类型的调用。在w s d l 里面支持四种 访问入口调用的模式：单请求；单响应；请求响应；响应请求。 在这里请求指的是从客户端到w e b 服务端，而响应指的是从w e b 服务端到 客户端。p o r t t y p e 的定义中会引用消息定义部分的一个到两个消息，作为请求或 响应消息的格式。比如，一个股票查询的访问入口可能就会支持两种请求消息， 一种请求消息中指明股票代码，而另一种请求消息中则会指明股票的名称，响应 消息可能都是股票的价格等等。 以上三种结构描述了调用w e b 服务的抽象定义，这三部分与具体w e b 服务 部署细节无关，是可复用的描述( 每个层次都可以复用) 。如果与一般的对象语言 做比较的话，这部分可以堪称是i d l 描述的对象，描述了对象的接口标准，但 是到底对象是用哪种语言实现，遵从哪种平台的细节规范，被部署在哪台机器上 则是后面的元素所描述的。 s e r v i c e 描述的是一个具体的被部署的w e b 服务所提供的所有访问入口的部 署细节，一个s e r v i c e 往往会包含多个服务访问入口，而每个访问入口都会使用 一个p o r t 元素来描述。 p o r t 描述的是一个服务访问入口的部署细节。包括通过哪个w e b 地址( u r l l 来访问，应当使用怎样的消息调用模式来访问等。其中消息调用模式则是使用 b i n d i n g 结构来表示。 b i n d i n g 结构定义了某个p o r t t y p e 与某一种具体的网络传输协议或消息传输 协议相绑定，从这一层次开始，描述的内容就与具体服务的部署相关了。比如可 以将p o r t t y p e 与s o a p h t t p 绑定，也可以将p o r t t y p e 与m i m e s m t p 相绑定 等。 d e f i n i t i o n s 是所有以上元素的根，是x m l 文档的头。 天津大学硕士学位论文 第三章网格支撑技术 3 5w e b 服务协议栈 w e b 服务定义了一系列技术用于描述被访问的软件组件、访问方法以及如何 发现服务的方法。其中主要的协议标准s o a p 、w s d l 、u d d i 等，它们都是以 x m l 为基础。这些协议构成了w e b 服务协议栈，如表3 1 所示； 表3 1w e b 服务协议栈 服务发现： u d d i ( 统一描述、集成和发现) 服务描述： w s d l ( w e b 服务描述语言) x m l 消息接发： s o a p ( 简单对象访问协议) 、x m l 、 x m l - r p c 服务传输： h n p 、f t p 、s m t p 、b e e p 服务传输：该层负责在应用程序间传输消息。目前这一层包括超文本传输协 议( h 1 v r p ) ，简单邮件传输协议( s m t p ) ，文件传输协议( f t p ) 等。 x m l 消息接发：该层负载用普通的x m l 格式编码消息，使服务器和客户 端都能理解消息。 服务描述：该层负责描述w e b 服务的公共接口，主要通过w s d l 处理。 服务发现：该层负责将服务集中到一个共同的注册中心，并提供容易使用的 发布和查找功能。 3 6w e b 服务流程 一个典型的w e b 服务完整过程包含许多步骤，包括服务部署，服务发布， 服务发现和服务绑定。服务部署是将服务的可执行代码和数据放置在真正的运行 环境中的过程。服务发布是把服务登记在服务发现中心、中介数据库和通知给潜 在用户的过程。服务发现是从服务中心找到服务或从其它媒介得到所需服务信息 的过程。绑定是服务请求者和服务提供者联系在一起的过程。其流程和协议示意 图如图3 2 所示： 1 2 天津大学硕士学位论文 第三章网格支撑技术 3 7 w e b 服务的优缺点 图3 2w e b 服务流程和协议图 w e b 服务架构还有如下优点： ( 1 ) 网络环境需要支持服务的动态发现与组织，在异构的动态环境里，这 就需要一些必须用于注册和发现接口的定义与端点实现的描述以及基于 特定接1 2 1 绑定动态产生代理的机制。w s d l 提供的标准机制支持这种要 求，可以将接口定义( 即w s d l 文档) 与特定绑定的实现( 即实现特定 网络服务功能的一段程序代码) 分开。 ( 2 ) 广泛接受的w e b 服务机制意味着基于网络服务的框架可以开发大量 的工具和服务应用。 w e b 服务提供了一种部署和使用永久服务的重要手段，但是现有的w e b 服 务标准不能解决有关基本服务语义相关的问题，例如服务是怎样创建的，存活多 久，怎样处理错误，如何管理长期状态。 天津大学硕士学位论文 第四章网格开放体系结构 第四章网格体系结构 网格以现有的国际互联网为基础，在其上建立一个满足人们对资源更高需求 的计算平台。网格是在国际互联网基础上建立的全新的计算平台，管理跨组织， 跨管理域的资源，为网络应用提供全面的资源共享接口，实现分布资源的有效集 成，提供共享各种资源的手段，提高资源利用率满足人们对广域范围内各种资 源的共享需求。 网格虽然建立在国际互联网基础上，但是它和万维网工作方式有以下重要区 别： 1 在网格环境下，一个客户请求能同时驱动多个资源工作，同时连接到多个 服务器上，但在万维网上，一个客户端可以先后访问多个服务器，但同时 只能访问一个服务器。 2 在网格环境下，运行某个客户程序的资源可以被其它客户请求作为资源使 用，客户端和服务器端的界限不明显。在万维网上，尽管服务器上可以运 行浏览器作为客户端使用，但客户端却不能作为服务器使用。 3 在网格环境下，客户端有多种形式，浏览器。命令行，设备终端等。 4 网格资源的种类将扩大到计算设备，存储设备，软件，仪器，家用电器等， 资源的功能将更加丰富，提供信息、加工数据、执行作业、实现操作等功 能都可以由不同的资源完成。 所示： 网格可以简单划分为分布式资源、网格系统、网格用户三个层次，如图4 1 1 4 天津大学硕士学位论文 第四章网格开放体系结构 图4 1 网格层次图 网格系统处在分布式资源和用户中间，作为用户和资源之间的桥梁，主要作 用是把用户和资源联系起来，提供用户对资源的透明使用，支持全方位的共享。 网格的体系结构需要解决的问题就是如何保障网格目的的实现。它给出了网格的 基本组成和功能，描述了网格各个组成部分之间的关系和它们之间集成的方式或 方法，刻画了支持网格有效运转的机制。网格以原有的国际互联网为基础构建， 需要已有的一些协议和规范作为支持 4 1 网格层次结构 层次结构是系统设计经常使用的一种结构，它的优点已经在计算机技术的不 同分支中体系出来，系统分层实现对软件复用、系统的可扩充性、系统的健壮性 等都有支持。 网格中层次结构对网格系统的设计、实现和应用都有很大的帮助。网格系统 的整体功能分散在不同的层次实现，把那些经常使用的基本功能在比较低的层次 上实现，扩展的或比较少使用的功能在较高的层次实现，用户特定的需要在最上 参由用户自己实现。网格系统为了把低层分布的资源的不同细节对高层用户隐藏 起来，给网格用户提供统一访问不同资源的接口，使网格上的资源使用简单，容 易，充分共享网格上的资源，也需要建立层次式的网格体系结构。 天津大学硕士学位论文 第四章网格开放体系结构 目前层次结构主要有面向协议的层次结构和面向服务的层次结构 1 7 1 8 3 1 9 。 l 应用接口( a p i ，命令，开发语言) i 网格软件( 系统软件。工具 ) i 网格协议( 描述，表示，组织) l 国际互联网( 分布式瓷源，土联网协泌) 图4 2 面向协议的网格层次结构 网格协议是对底层资源的第一级抽象，有了大家认识的标准协议，相互之间 就可以了解对方的意图。网格协议需要有软件来解释并处理，使用标准协议描述 的信息。用户通过网格提供给用户的接口使用网格资源，网格应用接口可以使用 a p i ，命令，应用开发语言等形式提供，用户和应用开发人员只要了解应用接口 中相应的内容，就可以使用网格或开发网格环境应用 把资源包装成服务，以服务的形式提供给用户使用也是共享网格资源的一种 重要手段，以服务为资源共享手段的网格结构从低到高依次可以划分为分布式资 源，服务协议和标准、基本服务、通用服务、应用支持环境、网格应用几个层次。 制定大家认可的统一协议仍然是以服务形式共享资源、把资源联成一片的基 础。有了统一的协议，就可以在其上开发一些基本的服务作为基础。基本服务是 任何网格活动都必需的一些核心服务，它们为网格提供基本的功能，类似与操作 系统的内核，如数据传输服务，通信服务、信息服务、安全服务、监控服务等都 是基本服务。基本服务要求具有运行的可靠性、实现的高效性等。通用服务是基 本服务层上的一些服务，与具体的资源没有太紧密的关系，如目录服务、资源发 现服务、作业服务等都是通用服务。如图4 3 1 6 天津大学硕士学位论文 第四章网格开放体系结构 图4 3 面向服务的层次结构 4 2 开放网格体系结构一o g s a 2 0 2 1 2 2 4 2 1 网格服务 开