（计算机系统结构专业论文）基于wsrf的fpga远程实验服务的研究与设计.pdf

江苏大学硕士研究生毕业论文 摘要 i n t e r n e t 的普及，多媒体技术，虚拟仪器技术以及计算机仿真技术的出现使 得远程教育得到了长足的发展。面对高校学生数量的急剧增加，实验室设备昂贵、 实验资源满足不了当前需要的情况，远程实验的建立能够很好地利用有限的资 源，满足实验教学的需要。本课题源于学校网络环境下计算机硬件实验新模式的 研究。 本文描述并实现的基于w s r f ( w 曲s e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ) 的f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y ，现场可编程门阵列) 远程实验服务，是针对目 前高等学校所开设的基于f p g a 的计算机硬件实验课程的远程化而研制的。本文 从分析w e b 服务资源规范技术的优势入手，系统地概述w s r f 用来实现互操作 性的一系列技术规范，其中着重研究w s r f 服务中的状态保持和服务封装模式。 研究了解其中的状态资源属性( r e s o u r c e ) 的定义和自动更新引用功能，结合 f p g a 硬件实验“设计配置验证 的过程和w s r f 协议通过暗含的资源 模式把w e b 服务和“状态资源”联系起来的特性，依据面向服务的体系架构思 想，提出基于w s r f 的f p g a 远程实验四层架构。 在客户端的实现上，以提高远程实验客户的高效体验为宗旨，设计实现灵巧 实用的客户端。通过j s 与f l e x 交互配合调用的技巧，解决了b s 模式下读取文 件的问题。同时很好地利用了f l e x 自身所具有的丰富的界面元素和丰富的数据 模型，使得学生在实验过程中能够很好地交互实验，并从人性化和直观、形象上 很好地呈现了实验结果，极大地增强了用户体验，很好地提高了学生实验的兴趣。 在服务端，首先介绍采用服务资源模式封装实验服务的过程和优势，然后使 用w s r f n e t 实现了基于w s r f 的实验服务a l u 运算器实验服务。按照 w s r f 规范封装成w e b 服务，采用标准的w e bs e r v i c e 描述语言( w s d l ) ，对 实验服务的方法接口，服务调用的入口参数，及返回值的类型进行描述。利用 w s r f 服务的资源属性定义和端点引用，很好地解决了实验过程中的状态问题。 在服务端的资源调度上，比较现有的先来先服务、优先级先服务和小服务优先服 务的调度策略，提出利用服务调度中反馈机制返回的历史服务时间来预测当前服 务的执行时间，优先服务能够最快执行完的服务，增强实验设备的利用率。 江苏大擘硕士研究生毕业论文 本文在设计好客户端和服务端之后，对客户端和服务端进行了联合调试，运 行完全正常，达到预期目标。 关键词：远程实验，f p g a ，w s r f ，状态资源，智能客户端 江苏大学硕士研究生毕业论文 a b s t r a c t d i s t a n c ee d u c a t i o nh a sb e e nd e v e l o p e dc o n s i d e r a b l yw i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no f i n t e r n e ta n dt h ea p p e a r a n c eo fm u l t i m e d i at e c h n o l o g y ，v i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g y a n dc o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g y t h e r eh a sas h a r pi n c r e a s ei nt h en u m b e ro f c o l l e g es t u d e n t s t h el a b o r a t o r ye q u i p m e n t sa ree x p e n s i v ea n dl a b o r a t o r yr e s o u r c e s c a nn o tm e e tc u r r e n tn e e d s i nt h ef a c eo ft h e s ep r o b l e m s ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft h e r e m o t ee x p e r i m e n tc a nm a k eg o o du s eo fl i m i t e dr e s o u r c e st om e e tt h en e e d so f e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g t h ei s s u es t e m sf r o mt h es t u d yo fn e wm o d e l sf o rt h e c o m p u t e rh a r d w a r ee x p e r i m e n tu n d e r t h es c h o o ln e t w o r ke n v i r o n m e n t t h i sp a p e rb a s e so nw s r f ( w e bs e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ) o ft h ef p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ) t h ed e s c r i b e da n di m p l e m e n t e dr e m o t ee x p e r i m e n t s e r v i c ei so n ea i mf o rt h ec o u r s ea b o u tr e m o t ee x p e r i m e n to fc o m p u t e rh a r d w a r e w h i c hi sb a s e do nf p g ao p e n e db yc o l l e g e sa n du n i v e r s i t i e s a b o v ea l lt h ea n a l y s i s o fw e bs e r v i c e ss p e c i f i c a t i o n sa n dt e c h n o l o g ya d v a n t a g e si nr e s o u r c e sw a sd o n e ， t e c h n o l o g ys p e c i f i c a t i o n sa b o u th o w t of u l f i l li n t e r o p e r a b i l i t yw a ss y s t e m a t i co u t l i n e d ， i nw h i c ht h i sp a p e rf o c u so nr e s e a r c ho fh o wt ok e e ps t a t ea n dt h es e r v i c ep a c k a g e m o d e li nt h ew s r fs e r v i c e t h ed e f i n i t i o no ft h es t a t eo fr e s o u r c ep r o p e r t i e sa n dt h e f e a t u r eo fa u t o m a t i cu p d m ew a ss t u d i e d c o m b i n e dw i t hf p g ah a r d w a r e e x p e r i m e n t a lp r o c e s sw h i c hc o n t a i n sd e s i g n ，c o n f i g u r a t i o na n da u t h e n t i c a t i o n ，a n dt h e w s r fp r o t o c o lw h i c hc o n t a c tw e bs e r v i c ea n ds t a t er e s o u r c e sb yi m p l i c i tr e s o u r c e m o d e l ，a n db a s e do nt h et h o u g h to fs e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，f o u rl e v e ls t r u c t u r e s w h i c hi sb a s e do nw s r fo ff p g aw a sp r e s e n t e d o nt h ei m p l e m e n t a t i o n ，t h ec l i e n ts i d ew a sd e s i g n e da n dr e a l i z e dd e f t l ya n d p r a c t i c a l l yt oe n h a n c et h ee f f i c i e n c yo ft h er e m o t ee x p e r i m e n tc u s t o m e r se x p e r i e n c e t h ep r o b l e mo fr e a d i n gf i l e su n d e rt h em o d eo fb sw a sr e s o l v e dw i t ht h es k i l lo ft h e m u t u a la s s o r t e dc a l lo ft h ejsa n df l e x t h es t u d e n t sw e r ee n a b l e dt oi n t e r a c t i v e l y e x p e r i m e n tw e l lb ym a k i n gg o o du s eo ft h er i c hi n t e r f a c ee l e m e n t sa n dd a t am o d e lo f t h ef l e xi t s e l f t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sw e r ep r e s e n t e dh u m a n i s t i c l y ，i n t u i t i v e l ya n d 江苏大学硕士研究生毕业论文 i c o n i c a l l y t h i sg r e a t l ye n h a n c e dt h eu s e r s e x p e r i e n c ea n di m p r o v e dt h es t u d e n t s i n t e r e s ti ne x p e r i m e n t w i t hr e g a r dt ot h es e r v e r , t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e dt h ep r o c e s so fh o wt op a c k e x p e r i m e n t a l s e r v i c ew i t hs e r v i c er e s o u r c em o d e la n di t sa d v a n t a g e s t h e n ，t h e e x p e r i m e n t a ls e r v i c eb a s e do nw s r fw a sf u l f i l l e dw i t hw s r f n e t , n a m e l ya l u e x p e r i m e n t a ls e r v i c e t h i sp a p e rp a c k e ds e r v i c ea c c o r d i n gt ow s r fs p e c i f i c a t i o n s ， a n da d o p t e ds t a n d a r dw e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ( w s d l ) t od e s c r i b et h e s e r v i c ei n t e r f a c e s ，e n t r yp a r a m e t e r sa n dr e t u r n e dr e s u l tt y p eo fs e r v i c e t om a k eu s e o ft h ed e f i n i t i o no fw s r fr e s o u r c ep r o p e r t i e sa n de n d p o i n tr e f e r e n c e s ，t h ep r o b l e mo f h o wt ok e e ps t a t ed u r i n ge x p e r i m e n tw a sr e s o l v e d f o rt h er e s o u r c es c h e d u l i n gi nt h e s e r v e r , t h i sp a p e rc o m p a r e dc u r r e n ts c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，s u c ha sf i r s tc o m ef i r s t s e r v e ，p r i o r i t yf i r s ts e r v e ，s m a l ls e r v i c ef i r s ts e r v e ，a n dt h e nf e e d b a c km e c h a n i s m w a s p r e s e n t e dw h i c hm a d eu s eo fs e r v i c et i m eo fh i s t o r yt op r e d i c te x e c u t i o nt i m eo f c u r r e n ts e r v i c e ，a n df i r s t l ys e r v et h es e r v i c ew i t ht h ef a s t e s tc o m p l e t i o nt i m e ，w h i c h c o u l di m p r o v et h eu t i l i z a t i o no ft h em a c h i n e a f t e rt h ed e s i g n i n go ft h ec l i e n ts i d ea n dt h es e r v i c es i d e ，t h i sp a p e rd e b u g e d t h e mj o i n t l y t h ep r o t o t y p es y s t e mr u n sc o m p l e t e l yn o r m a la n da c h i e v e st h ee x p e c t e d g o a l s k e y w o r d s ：r e m o t ee x p e r i m e n t ，f i e l dp r o g r a m a b l eg a t ea r r a y ，w e bs e r v i c e s r e s o u r c ef r a m e w o r k ，s t a t e f u lr e s o u r c e ，s m a r tc l i e n t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文 的规定，同意学校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，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大 学可以将本学位论文的全部内容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。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 靴一秭诈 汐珈年石月7 ，2 日 将教师签名：锨垂 o - o t b 年易月f 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引 用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的作品成果。对论文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明 的法律结果由本人承担。 学位论文作者鹤“1 盈 日期： 形汐年舌月f 珀 江苏大学硕士研究生毕业论文 第一章绪论 1 1 课题的研究目的和研究意义 2 1 世纪，互联网的飞速发展极大地改变了人们的生活方式，其丰富的信息资 源给人们的工作、生活和学习带来了极大的便利。互联网的普及，多媒体技术， 虚拟仪器技术以及计算机仿真技术的出现和发展给人们带来了希望。把这些信息 技术应用于实验室教学，于是就出现了网络实验室。网络实验室与传统的实验室 相比投资更少，可以方便地实现少量贵重实验室设备的共享，并且可以让学生随 时随地访问实验室来进行实验【1 1 。 现场可编程门阵列f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y ) 是一种新兴的可 编程逻辑器件，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的灵活性，被广泛应用 于各种电子类产品中。f p g a 以其现场设计、现场修改、现场验证、现场实现的 可达数万门级的数字系统单片化的应用优势，逐渐受到各国电子系统应用领域设 计工程师的广泛关注和欢迎【2 1 。由于f p g a 灵活的可重构性，它已成为计算机专 业课程重要的一部分，很多计算机硬件实验都要用到该器件，比如数字逻辑电路 设计、计算机组成原理、微机接口、嵌入式系统实验等等。而f p g a 实验器件的 高昂费用，学生想自己拥有实验设备的可能就非常小。 为了加强学生的技能训练，在f 常的理论教学之外往往需要进行实践教学， 学生能通过实验将理论知识运用于实践，训练动手能力，加深对知识的理解，并 且在实践中通过交流扩展知识结构，达到教育的目的。然而传统的实验教学模式 以学校为中心，空f b j 局限在实验室中，教学方式单一、时间和空问上受到限制、 资源共享性差、设备利用率低，这些问题都限制了实验室教学的发展，并且在实 验过程中学生之间、学生与外界的交流也有局限性，这样在某种程度上减弱了学 生对教学内容的理解和吸收【3 1 。 网络远程虚拟实验室是一个自主学习、自由交流的中心。通过计算机网络系 统，研究人员将不受时空限制地使用网络虚拟仪器，实现仪器设备、数据和计算 资源的远程自主使用，提高设备利用率避免设备的重复投资。通过网络进行实验 的预约，学生自主选择实验，充分发挥学生的个性【4 1 。 江苏大学硕士研究生毕业论文 由于互联网技术的成熟和计算机的普及，远程教育得到了长足的发展。然而， 与之配套的远程实验却始终停留在仿真的阶段，用抽象符号表示的实验设备往往 无法代表真正的实验环境，无法达到真正的实验目的【5 1 。因此，采用当今流行的 计算机自动控制技术、网络通信技术、仿真技术、多媒体技术、网络数据库技术 以及w e b 技术等设计完成的远程实验室，满足了教育信息化的发展要求，顺应 了科技发展方向，在目前的发展状况下具有广泛的应用前景和现实意义。 本课题在此背景下研究设计了基于w s r f 的f p g a 远程实验服务，进而设计 了远程实验原型系统。 1 2 远程实验的现状 1 2 1 国内现状 目前，国内对于远程实验室技术的研究正处于积极的探索中，基本上还局限 于c s 模式。北京师范大学、浙江大学、上海交通大学电子信息学院及中国科技 大学物理系等都研制出了基于c s 架构的远程实验室，华中科技大学研究了一个 b s 模式的在线实验平台。 北京师范大学所研制的是一个基于虚拟空间的三维电子线路实验环境。通过 这个系统，学生可以掌握电子线路实验中常见仪器的操作方法，并对基本实验电 路有更加深入的理解。在实现的过程中，采用虚拟现实技术设计了友好的用户交 互界面和实景建模的功能，构建出了具有良好交互性的、真实性很强的虚拟实验 室【6 1 。 浙江大学电气工程学院设计的远程实验室系统，将一系列真实实验设备连入 互连网而组成远程实验室，达到了远程实验和实验设备共享的目的。远程实验室 系统由服务器、控制器、实验设备、客户端和网络五个部分组成，客户端和服务 器间采用c s 模式，服务器和客户端软件采用j a v a 语言实现的。客户端通过网 络访问系统的主服务器，主服务器处理所有的请求，并根据用户的请求向控制器 发送命令，并存贮所有和实验以及用户相关的数据m 。 上海交通大学电子信息学院研制了一套机器人远程控制系统。该系统是基于 c s 模型的远程控制，实现了对机器人的运动以及产品加工过程的控制。客户端 2 江苏大学硕士研究生毕业论文 和服务器以自定义r p c ( 远程过程调用) 作为通讯协议基础。客户端发出请求 调用r p c 存根函数，通过存根函数将请求转换，并且为调用请求和变元进行网 络传输，服务器接收到数据后再调用r p c 存根函数转换控制命令，进而实现对 设备的远程控制。受宽带的限制，该系统主要局限于再局域网内运行【8 】。 中科大物理系研制了一套基于i n t e r n e t 的扫描探针显微镜远程控制系统【9 】， 在京沪两地试用，取得了良好的实验效果。浙江大学、哈尔滨工大等高校也进行 了一系列有益的探索。这些研究为本课题提供了素材，奠定了较好的基础【1 0 】。 华中科技大学研究并提出了一套以虚拟仪器系统为底层实验数据采集系统， 同时使用w s r f 封装并提供实验服务的在线实验平台。对实验客户代理进行了 重够，采用m v c 架构对实验的业务逻辑和表现层进行了划分，增强了实验平台 的健壮性和扩展性提高了实验平台的可维护性【】。 但是，当前的远程实验室建设仍然处于研究和探索阶段，许多实验系统属于 原型系统，没有得到充分的使用验证，存在许多问题，主要表现如下方面： 系统开放性差。远程用户通过选择编制好的实验算法和步骤，通过设定实 验参数来进行验证性实验，一般不能自行设计实验过程、实验算法，无法满足设 计型和综合型实验的需要。不方便增加新的实验或者开发新的远程实验系统，系 统开放性差。 基本上未考虑i n t e r n e t 的传输时延和可能出现拥塞、数据包丢失等固有的 特性导致的基于i n t e r n e t 控制失去了定常性、因果性、连续性和稳定性的问题。 安全问题未受重视，包括实验设备的安全性、实验过程的安全性和网络系 统的安全性。 1 2 2 国外现状 在国外，此类研究已经上升到b s 模式层次。新加坡国立大学研发了n u s 虚拟实验室，使用控制指令实现对仪器的控制，视频服务器与监视测量仪器的摄 像机相连实现真实实验体验，客户端通过j a v a 的a p p l e t 实现实验人员与服务器 的交_ v e t l 2 , 1 3 , 1 4 1 。麻省理工学院建设的在线实验室w e b l a b 就被瑞典、英国、意大 利、中国等国家的几千名学生访问【l5 1 。其在线实验室分为三个部分：即测试硬 件和被测设备；一个控制服务器同时作为w e b 服务器；远程的客户端【怕1 ，实验 4 苏 荦碰研究生毕论文 仪器是通过g p i b 总线与w e b 服务器相连 1 7 , 1 q 。现在w e b l a b 已经升级到6 0 版 本，新增了交互服务网关( i n t e r a c t i v e s e r v i c e b r o k e r ，i s b ) ，它允许实验用户与 实验室服务器直接连接2 0 1 。 2 0 0 5 年日本法政大学提出了一个新的远程实验室拥有资源共享和服务管理 的硬件实验。提出基于w e b 服务的资源共享和高级的服务管理调度。由于使用 网络的广泛普及与硬件设备进入家庭，急需为硬件实验课程开发一个无缝的远程 的真实的硬件实验室。已经存在的虚拟远程实验室仅仅是模拟真实实验设备，而 他们的这个实验室是利用真实的实验设备和真实的测试工具。考虑到硬件实验的 大部分时间都是消耗在模块设计、语言描述等，真正跟设备打交道的时间很短， 开发这个远程实验室就可以很好地利用昂贵的资源。 一个远程的多用户时日j 共享硬件实验系统，里面突出三个概念，一个是多用 户时间共享，一个是作业管理系统，另一个就是体验真实实验设备。系统结构图 如图1 1 所示l ”i 。 基于w e b 服务的课程资源分布，课程向导和收集报告也需要柬是远程实验室 的嵌入式自学系统。d r a s m 用来处理用户请求( 分布式资源和服务管理) 。 d r a s m 控制服务提供者，并返回能够处理用户请求的服务提供者。命令开始一 个即时处理，最后把服务的结果报告给用户。另外d r a s m 还将承担管理、注册、 健康检查和服务提供者处理过程中的锁存。 卫堂亚哇塑些坚虫l 泗堕堕塑里堕堂堂旦皿卿 图i l 多用户共享远程实验 2 0 0 8 年埃及的法尤姆大学和巴林的巴林大学嵌入式硬件实验课程f p g a 远程实验室。远程实验室包含2 0 个p c 机和2 0 个f p g a 丌发板，一个p c 机连 江苏走荦璜士研究生卓静走 接一个f p g a 板子。通过p c 的并行口来测试硬件电路，图形用户接口使用v b 来强制设置连接到p c 并行口的输入引脚，并从这个并行口读取输出数据。远程 使用u s b 端口来配置f p g a 芯片，提出了可以开发一个通过w 曲页面来访问远 程实验室，或者使用网络摄像头监视f p g a 开发板。系统结构图如图1 2 所示。 呸嘎赠嘎嘎嘎喱嘎哩赠 iilllllil i 豳啕啕豳豳嘲啕嘲豳嘲 杀”；! 1 1 3 图1 2f p g a 远程实验系统架构 本文在此背景下，借助现有的实验设备，提出基于w s r f 的f p g a 远程实验 服务来实现远程实验，针对性地设计了计算机组成原理中的a l u 运算器实验服 务并详细设计了远程实验的智能客户端测试了f p g a 远程实验服务。 1 3 论文研究的内容 本文研究了最新的w s r f ( w e bs e r v i c er e s o u w ef r 锄鲫。曲规范，提出设计 基于w s r f 的f p g a 远程实验服务来解决f p g a 硬件实验的中间状卷问题。论 文主要的研究内容与工作具体如下： l 、依据w s r f 规范，架构远程实验原型系统 研究w s r f 规范，着重了解其中的状态资源属性( r e s o u r c e ) 的定义和自动 更新引用功能，结合f p g a 硬件实验“设计配簧验证”的过程和w s r f 协议通过暗含的资源模式把w e b 服务和“状态资源”联系起柬的特性，提出基 于w s r f 的f p g a 远程实验四层架构。 江苏大学硕士研究生毕业论文 2 、针对远程实验客户的高效客户体验，设计智能客户端 实验客户端是与客户接触最直接的，因此要从人性化和直观、形象上去考虑。 本系统是基于b s 模式的，客户端也主要是使用浏览器来呈现，对此要设计智能 客户端。 3 、服务端的资源管理 比较现有的先来先服务、优先级先服务和小服务优先服务的调度策略，提出 利用服务调度中反馈机制返回的历史服务时间来预测当前服务的执行时间，在调 度时考虑服务的执行时间和截止时间。 4 、基于w s r f 的f p g a 远程实验服务的设计 研究了使用w s r e n e t 实现基于w s r f 的服务的过程和w e b 服务资源工厂 封装w e b 服务的过程，具体实现了计算机组成原理课程中的a l u 运算器实验服 务。 1 4 论文的组织 全文分为六章，各章节的内容组织如下： 第一章从介绍课题的研究背景及意义出发，同时指明本课题的主要研究方向 和具体研究内容并给出了论文的组织框架。 第二章介绍了远程实验平台的关键技术，并分析现有技术，引出新的实现方 法。其中介绍s o a 模型概念、w s r f 的五个主要规范、多用户操作解决方案、 网络通信方式和服务封装方式。 第三章从整体上讲述了系统的整体架构，并详细阐述了系统架构中基于 w s r f 的服务提供者的组成。最后介绍了系统开发工具、和测试工具。 第四章详细地介绍了远程实验系统方案的设计实现。首先描述了智能客户端 的设计与实现，然后介绍了基于w s r f 的f p g a 远程实验服务的设计实现。最 后，结合实现的客户端和服务端，介绍它们的联合通信过程。 第五章介绍了服务和系统的测试及结果分析。分别从功能性和性能上测试了 实验服务，然后依据实验调试的过程测试了系统功能，最后对结果进行了分析。 第六章对全文进行总结，并展望了后续研究方向。 6 江苏大学硕士研究生毕业论文 1 5 小结 本章主要介绍课题的研究背景，研究目的和意义。然后综合讲述了国内外远 程实验的现状，分析现状提出基于w s r f 的f p g a 远程实验服务束实现远程实 验。最后阐述了论文的主要研究内容及论文结构的组织。 7 江苏大学硕士研究生毕业论文 第二章f p g a 远程实验服务的关键技术 f p g a 硬件实验是计算机专业课程结构中非常重要的一部分，主要包括数字 逻辑电路设计、计算机组成原理实验、微机接口实验、嵌入式系统实验等。f p g a 硬件实验的主要对象是学生，使这种实验远程，就要把实验提供成服务，使用面 向服务的体系结构。同时要考虑学生同时访问实验问题、远程过程的通信问题和 实验的交互问题。下面将详细讲述问题解决所使用的技术和方法。 2 1s o a 的概念 面向服务的体系结构( s e r v i c e o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 能够通过复用现 有的不同计算机平台提供的各种独立的应用服务，灵活地将其整合成一种新的服 务。而s o a 可以建模并设计，组合，部署和管理这种新的服务【2 3 】。 面向服务的体系结构( s o a ) 通常采用一系列的技术规范来组成w e b 服务栈 ( w 曲s e r v i c et e c h n o l o g ys t a c k ) 来实现。目前这组技术由s o a p 、w s d l 和u d d i 组成，如图2 1 所示。 图2 1 面向服务的体系结构的交互模式 在w e b 服务体系架构中，服务提供者通过服务注册中心发布关于服务的描 述。服务请求者通过搜索服务注册找到满足他们需要的服务并且得到如何调用该 服务的信息，然后根据这些信息调用服务提供者发布的服务。 江苏大学硕士研究生毕业论文 2 2w s r f w e b 服务( w e bs e r v i c e s ) 的初衷试图强调某个w e b 服务的请求者只需关注 该服务的接口描述而无需明确服务内部的运行机制，然而w e b 服务实际上还管 理着与“状态”有关的一系列文档、数据，开发者也不得不从w e b 服务接口消 息中获取有状态资源的标识符才能实现对状态的调用和操作【2 4 1 。这导致w 曲服 务的实际应用过程无法回避状态的存在，而用一种标准方式明确地表述w e b 服 务与状态之间的关系就显得格外重要。 w s r f 的规范是针对o g s i 规范的主要接口和操作而定义的，它保留了o g s i 中规定的所有基本功能，只是改变了某些语法，并且使用了不同的术语进行表达。 w s r f 使w e b 服务体系结构发生了以下两点演变：第一，w s r f 提供了传输中 立机制来定位w e b 服务；第二，w s r f 提供获取已发布服务的信息机制集，具 体的信息包括w s d l 描述、x m l 模式定义和使用这项服务的必要信息。 w s r f 在w e b 服务环境中对状态进行建模，即提出w s r e s o u r c e 的概念。 w s r e s o u r c e 被定义为w e b 服务和有状态资源的组合【2 5 1 ，它具有两个特点：( 1 ) 组件状态用x m l 文档描述，使用x m l 文档定义它和w e b 服务的接口类型；( 2 ) 采用“隐性模式”寻址和访问有状态资源，通过w s a d d r e s s i n g 的端点引用( e p r ， e n d p o i n tr e f e r e n c e ) 来寻址。在隐性资源模式( i m p l i e dr e s o u r c ep a t t e m ) 中， 有状态资源标识符被封装在端点引用中，用来识别在执行w e b 服务消息交换的 过程中所使用的有状态资源。w s r f 通过约定的w e b 服务机制来使w s r e s o u r c e 可以被声明、创建、访问、监测改变和销毁，但是并不需要w s r e s o u r c e 中与有 状态资源关联的w e b 服务具有状态消息处理器的功能。 图2 2 说明了通过隐性资源模式创建w s r e s o u r c e 的过程【2 5 】。隐性资源模式 的“隐性是指，对客户端来说不需要了解有状态资源标识符( 标识符代表有状 态资源的身份信息，用来识别有状态资源) 的内容，有状态资源标识符只是对被 访问的w e b 服务有意义的，由w e b 服务以一种特殊方式去识别在请求过程中使 用的w s r e s o u r c e 。“模式”是指它们之间的关系是用现有的常规w e b 服务技术 ( 如x m l 、w s d l ) 来约束的【2 引。 9 江苏大学硕士研究生毕业论文 图2 2 通过隐性资源模式创建w s r e s o u r c e 的过程 w s r f 是一个包含5 个技术规范的集合【2 5 2 7 ，2 8 ，2 9 3 ，它包括w e b 服务资源 生命周期( w s r e s o u r c e l i f e t i m e ) 、w e b 服务可更新引用 ( w s r e n e w a b l e r e f e r e n c e s ) 、w 曲服务资源属性( w s r e s o u r c e p r o p e r t i e s ) 、w e b 服务服务组( w s s e r v i c e g r o u p ) 和w e b 服务基本错误( w s b a s e f a u l t s ) 规范。 它根据特定的w e b 服务消息交换和相关的x m l 定义确定了w s r e s o u r c e 方法的 标准化描述。表2 1 列出了这5 个技术规范。 表2 1w s r f 的5 个子技术规范及其功能描述 名称功能描述 w s r e s o u r c e l i f e t i m e 允许服务请求方销毁或是按预先计划销毁 w s r e s o u r c e ，从而灵活地设计w 曲服务应圳程序如 ( w e b 服务资源生命划规范) 何清除不再需要的资源 描述相关的有状态资源和w e b 服务来产生 w s r e s o u r c e p r o p e r t i e s w s r e s o u r c e ，以及w s r e s o u r c e 的公共可见特性如 ( w e b 服务资源特性规范)何被获取、更改、删除；w s r e s o u r c e 特性声明是 w s r e s o u r c e 状态的一个影射或视图 w s ；- r e n e w a b l e r e f e r e n c e s 为某个w e b 服务寻址端点引h j ( a d d r e s se n d p o i n t r e f e r e n c e ) 标注相关信息，当目前引h j 无效时可以重 ( w e b 服务可更新引川规范) 新获得新的端点引刚 w e b 服务和w s r e s o u r c e 可以为了某个领域的特定目 w s s e r v i c e g r o u p 的而聚集或组合；为了让请求者能够根据服务组 ( w 曲服务服务组规范)( s e r v i c eg r o u p ) 的内容进行有意义的查询，必须以某 种方式米限制组中成员的资格 w s b a s e f a u l t 为基本错误定义一个x m l 模式类型以及w e b 服务如 何使刚这种错误类型的规则。当米白不同接口的可h j ( w e b 服务基本错误规范) 错误信息都一致时，清求者理解错误就更加容易了。 l o 江苏大学硕士研究生毕业论文 在w s r f 中提到的状态是指那些，通过对服务消息的发送接收，对一系列的 状态资源提供访问和操作的服务所使用的资源。正是由于这种状态资源的特殊 性，g l o b u s 小组才提出了相应的w s r f 规范来对它进行描述和操作。 2 2 1w 曲服务资源生命周期 w e b 服务资源生命周期( w s r e s o u r c el i f e t i m e ) 定义了两种销毁w e b 服务 资源的方法：直接的和预先计划的。这使得设计人员可以灵活地设计他们的w e b 服务应用程序如何消除不再使用的资源。w s r e s o u r c e l i f e t i m e 规范是针对w e b 服务资源的生命周期的三个重要方面而制定的，这三个方面分别是创建 ( c r e a t i o n ) 、身份( i d e n t i t y ) 和销毁( d e s t r u c t i o n ) 。 2 2 2w e b 服务资源特性 w e b 服务资源的w e b 服务组件可以通过在w 曲服务寻址端点引用的引用属 性组件中包含有状态资源的标识符来构造w e b 服务资源的地址。于是，这个端 点引用被称作是限定的w e b 服务资源。然后，限定的w e b 服务资源端点引用对 于在分布式系统中的其他实体变得可用，随后它们就可以利用那个端点引用去引 导对于w e b 服务资源的请求。在逻辑上，这些请求“流 经w e b 服务资源的 w e b 服务组件，它了解封装在w s a d d r e s s 端点引用中实现相关的有状态资源标 识符的内容。w s a d d r e s s 端点引用的部分识别服务，反过来服务利用引用属性 来识别在消息执行中所使用的有状态资源。 相反，获得对w e b 服务资源限定的端点引用访问的服务请求者不应该检查或 者试图解释表示有状念资源的标识符的引用属性的内容。更甚者，服务请求者试 图比较两个有状态资源的标识符也都被认为是无效的。从服务请求者的角度来 说，w 曲服务资源的端点引用的引用属性组件的内容是不透明的。 那么，服务请求者将如何推断出w e b 服务资源的有状态资源组件的身份昵? 答案就是w e b 服务资源的有状态资源组件身份的语义的含义和方法是同w e b 服 务资源的实现相关的。目前，w e b 服务规范中还没有对状态资源身份的定义，而 对于服务请求者获得有状态资源身份的方法，也没有任何定义。 w e b 服务资源的有状态资源组件的身份是否向服务请求者公丌是与w e b 服 江苏大学硕士研究生毕业论文 务资源的设计相关的。但是，应该相信很多w e b 服务资源将提供检索身份的能 力。这个身份应该是一个可移植的、名称空间作用域已被限定的值。可移植性是 重要的，因为它使一个应用程序可以向另外一个应用程序传送这个身份。限定名 称空间作用域是重要的，因为它考虑到消除可能由于来自于不同的服务提供者而 产生的多种身份模棱两可的情况。 w e b 服务寻址的基础是收到w e b 服务寻址端点引用的w e b 服务请求者可以 将该端点引用传送给其他的服务，并确信接收者可以调用包括w e b 服务资源实 例在内的操作。 用于公开w e b 服务资源的有状态资源组件身份的常见方法将是把这个身份 看作一个或者多个在w e b 服务资源属性文档中所表示的资源属性。这种方法将 服务请求者能够凭借这个文档来引导查询，使得所理解的属性是表示有状态资源 的身份。如果身份作为一个或者多个资源属性来被公开，w e b 服务资源应该确保 只读访问那些属性。 作为另一个选择，w e b 服务资源可以实现特定于应用程序的消息交换，用于 提供对于有状态资源组件的身份的访问。期望很多的应用程序将认可引入相关有 状态资源的身份的消息交换的必要性。某些这样的交换可能用于检索身份，而某 些可能提供比较和相等核对。 2 2 3w e b 服务可更新引用 w e b 服务可更新引用( w s r e n e w a b l e r e f e r e n c e s ) 使用在端点引用变成无效 的时候所需要的用来检索更新版本的策略信息对于w e b 服务寻址端点引用的约 定修饰。w e b 服务可更新引用规范规定必须定义一些机制能够用来更新已经无效 的端点引用。这些机制可应用于任何的端点引用，但是对于指向w e b 服务资源 的端点引用尤为有用，因为它能够提供持久的、稳定的w e b 服务资源的引用， 能够允许同一状态随着时间的推移被重复访问。 w e b 服务寻址端点引用不仅可以包含寻址，而且还可以包含关于和服务交互 的策略信息。典型地，端点引用是由通过寻址和策略信息的权威来源构造的。对 于客户端可用的端点引用表现成那个信息的一个副本，有时由于权威源引入改变 而产生不一致。这些改变影响了端点的位置和或管理与w e b 服务之间消息交换 1 2 江苏大学硕士研究生毕业论文 的策略声明。在这种情况下，能