（计算机系统结构专业论文）织女星网格数字图书馆通用平台研究.pdf

织幺足州懈暂，陶 5 馆通用甲台究：摘 摘要 面向服务的体系结构为网格技术的研究提供了符合丌放标准的网络组件，织女星网 格的v e g a 原理定义了网格研究的基本原则，而数字图书馆作为知识共享的重要平台也 已经有了长久的研究历史并在很多方面取得了令人瞩目的成绩织女星网格数字图书馆 通用平台是网格技术、v e g a 原理和数字图书馆领域知识结合的产物，目标是使具备一 定计算机知识的用户可以轻松、廉价地构建属于自己的数字图书馆，这些数字图书馆实 例可以被连接成一个整体，而且可以和传统数字图书馆进行资源共享；另外还提供给数 字图书馆用户比传统超文本方式更加灵活的资源测览、使用机制。 本文明确了织女星网格数字图书馆通用平台的研究意义和需要解决的关键问题，形 式化定义了通用平台的理论模型，使用模型一控制一视图分层的模式设计了通用平台的 体系结构。通过对数字图书馆领域共性需求的总结和抽象，本文规范了织女星网格数字 图书馆通用平台提供的标准服务集合，把原有数字图书馆中静态的资源扩展成更加灵活 且更具表现力的新型资源 实践过程中，我们使用由j a v a 语言编写的标准化w e b 服务作为提供功能的模块： 通过对象，关系映射连接异构数掘库；使用运行时可配置的依赖注入框架进行方便的扩 展；以及使用m v c 分层实现访问数字图书馆实例的w e bp o r t a l 。以上种种松耦合的技 术不但使织女星网格数字图书馆通用平台可以部署在绝大多数的系统上。而且提供了用 户在原有系统基础上进行扩展和定制的支持。 本文中我们定义了g s m l 语言作为织女星数字图书馆中新型资源的载体。g s m l 语 言却不只限于应用在数字图书馆中，它包括启发自演算的若干概念，使用这些概念统 一描述用户端组件和网格资源之日j 的交互关系，把它们连接成为完整的网格应用。g s m l 语言不但可以增强用户与资源的交互体验，也可用来描述灵活多变的网格应用逻辑，还 提供了相关工具集以支持网格环境中用户端的按需编程。同时g s m l 语言还对描述的网 格应用进行了递归定义，不同用户可以通过在各自的g s m l 浏览器中互相包含对方的应 用来实现协同工作。 关键词：织女星网格，数字图书馆，通用平台，面向服务，g s m l 坝缸臂h 格船1 - 旧书馆通斤l 甲行研究la l h a r n e t r e s e a r c ho nv e g ad i g i t a ll i b r a r yu n i v e r s a lp l a t f o r m h a o z h il i u j d i r e c t e db yz h i w e ix u s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r ep r o v i d e st h en e t w o r kc o m p o n e n t sw i t ho p e ns t a n d a r df o rt h e g r i dt e c h n o l o g y v e g at h e o r i e so f v e g ag r i dq u a l i f yt h ep r i n c i p l e sf o rg r i dr e s e a r c h d i g i t a l l i b r a r i e s r h i e ha r ei m p o r t a n tp l a t f o r m so fk n o w l e d g es h a r i n gh a v eb e e ns t u d i e df o ral o n g t i m ea n da c h i e v eg r e a tp r o g r e s s v e g ad i g i t a ll i b r a r yu n i v e r s a lp l a t f o r mi s ah y b r i do fg r i d t e c h n o l o g y , v e g at h e o r i e sa n dd i g i t a ll i b r a r ye x p e r i e n c e s ，a n di t sg o a li st oh e l pn o r m a l u s e r sw h oh a v es o m eb a s i cc o m p u t e rk n o w l e d g e , c o n s t r u c t i n gt h e i ro w nd i g i t a ll i b r a r y i n s t a n c e sf l e x i b l yw i t h o u tm u c hc o s t t h e s ed i g i t a ll i b r a r i e sc a l lb el i n k e dt o g e t h e rs i m p l yt o s h a r et h e i rr e s o u r c e s ta n dp r e s e n te n d u s e r sam o r ef l e x i b l em e c h a n i s mo fn a v i g a t i o nt h a n t r a d i t i o n a lw e b i nt h i sa r t i c l e ，w ea s c e r t a i nt h er e s e a r c h s i g n i f i c a n c eo ft h ev e g ad i g i t a ll i b r a r y u n i v e r s a lp l a t f o r ma n dt h e np r o p o s et h ef u n d a m e n t a lp r o b l e m st h a tn e e dt ob es o l v e d w e a l s od e f i n et h et h e o r ym o d e lo ft h eu n i v e r s a lp l a t f o r mf o r m a l l y , a n du s em o d e l - c o n t r o l v i e w d e s i g np a t t e r nt op a r t i t i o nt h ea r c h i t e c t u r eo ft h eu n i v e r s a lp l a t f o r m w i t ha n a l y s i sa n d a b s t r a c t i o no ft h ec o m m o nr e q u i r e m e n t so fd i g i t a ll i b r a r ya r e a , w ee s t a b l i s ht h es t a n d a r d s e r v i c es e tp r o v i d e db yv e g ad i g i t a ll i b r a r yu n i v e r s a lp l a t f o r ma n de x p a n dam o r ef l e x i b l e a n dm o r ei m p r e s s i v ef o r mo f r e s o u r c e st h a np r e v i o u ss t a t i cd i g i t a lo b j e c t s i nt h ei m p l e m e n t a t i o n , w eu s eas e to fs t a n d a r dw e bs e r v i c e sd e v e l o p e dw i t hj a v a p r o g r a m m i n gl a n g u a g ea st h ef u n c t i o nm o d u l e s w ea l s ou s eo b j e c t r e l a t i o nm a p p i n gt ol i n k h e t ，e r o g e n e o u s d a t a b a s e s ，u s eam n t i m ec o n f i g u r a b l ed e p e n d e n c yi n j e c t i o nf r a m e w o r kt o s u p p o r te a s y e x p a n s i o n m o r e o v e r w eu s em v cd e s i g np a r e r nt o ( e v e l o pt h ew e bp o r t a l a l l t h el o o s e c o u p l i n gt e c h n o l o g ym e n t i o n e da b o v em a k ei tp o s s i b l et h a tt h eo w n e r so fd i g i t a l l i b r a r i e sn o to n l yc a nd e p l o yt h ev e g ad i g i m ll i b r a r yu n i v e r s a lp l a t f o r mo i lm o s tc o m p u t e r s b u ta l s ob ee m p o w e r e dt od os o m ee x p a n s i o na n dc u s t o m i z a t i o nb a s e do nt h eu n i v e r s a l p l a t f o r m f u r t h e r m o r e ，w ed e s i g na n di m p l e m e n tg s m la st h em e d i u mo fr e s o u r c e si nd i g i t a l l i b r a r yi n s t a n e e s g m s lc a l lb o t he n h a n c et h ee x p e r i e n c eo fi n t e r a c t i o nb e t w e e nu s e r sa n d r e s o u r c e s ，a n db eu s e dt od e s c r i b et h ec h a n g i n gg r i da p p l i c a t i o nl o g i c s w ea l s oi m p l e m e n ta r e l a t et o o ls u i t ，i n c l u d i n gab r o w s e ra n dae o m p o s e lt os u p p o r to n - d e m a n dp r o g r a m m i n go n c l i e n t - s i d e t h ek e yc o n c e p t so fg s m la r ei n s p i r e db y “c a l c u l u s u s e rc a nu s et h e s e c o n c e p t st od e s c r i b et h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nc l i e n t - s i d ec o m p o n e n t sa n dg r i dr e s o u r c e s u n i f o r m l ya n dc o m b i n et h e mt oa l li n t e g r a t e dg r i da p p l i c a t i o n g s m le v e nd e f i n eg r i d 织缸军h 冰赞，r , d h 馆】f l i 用r 台j f 究： h q 忸c t a p p l i c a t i o n sr e c u r s i v e l ys ot h a td i f f e r e n tu s e r sc a ni m p o r to t h e r s g r i da p p l i c a t i o n si nt h e i r o w ng s m lb r o w s e r st oo b t a i nc o l l a b o r a t i o ns u p p o r t k e y w o r d ：v e g ag r i d ，d i g i t a ll i b r a r y , u n i v e r s a lp l a t f o r r a ，s e r v i c eo r i e n t e d ，g s m l 坝拓臂州揣故，嘲1 竹官通f l l 丫弁研究：例表h 录 图1e v p 模型示意图 图表目录 图2 织女星网格数字图书馆通用平台体系结构 6 2 5 图3 织女星网格数字图书馆通用平台持久化对象依赖关系图2 9 图4r e c o r d 持久化对象工厂实例 图5 资源索引服务依赖注入关系图 图6 g s m l 语言中概念之问依赖关系图4 2 图7 g s m l 语言递归定义示意图 图8 g s m l 语言的体系结构 图9p i p e 生命周期示意图 图1 0 g s m l 语言编辑器、 4 4 4 6 浏览器运行时刻示意图4 7 表lg s m l 语言的e b n f 范式 表2 织女星网格数字图书馆通用平台相比传统数字图书馆项目的特点5 l 表3g s m l 语言与其它相关标记、编程，工作流描述语言的比较5 2 表4 基于g s m l 语言的交互模式与传统交互模式的对比5 3 v 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已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：匆慑抱日期：捌口弓4 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。 作者繇郴粒燧名： 日期：文吣s - 上p 1 筑帝0 i 二 第一章引言 网格的英文名字叫做“g r i d ”，原意是指由发电厂和电线组成的电力传输网络从这 个英文单词中我们可以了解到发明网格技术的仞衷：即构建一种类似传统电力网的“计 算”基础设施通过网格基础设施，人们可以像使用电能一样使用网络上面的各种资源， 这些资源包括：计算资源、数掘资源，仪器设备甚至包括人们的智力资源 f k 0 4 根据目标资源的不同，网格可以被分为：计算网格( 计算资源) 、信息网格( 数掘资 源) 和知识网格( 智力资源) 。另外也可以通过使用领域的不同将网格分为：科学实验 网格、商业应用网格以及个人家庭网格等等 x - 0 0 2 。 网格作为一种新兴的、发展中的技术，目前还没有明确的定义我们只能从构建网 格的目标出发，对什么是网格进行一些限定性的描述： 根本目标：帮助人与计算机之且j 进行协同工作，以进行决策并应对各种复杂情 况，这些复杂情况并不紧密依赖于预先确定的计划或者程序 l i c k 6 0 。 基本问题：资源共享，即消除资源孤岛p ( u 0 2 】。前面提到的各种资源都体现出 了局部集中的特征，但是各个集中点之间结构差异很大而且缺乏一种方便有效 的方式把它们连接成为一个整体。i n t e r n e t 的出现解决了最基本的表现层互联问 题并部分解决了文件级的数掘共享( 但是效率不高，没有充分利用网络资源) 。 因此如何实现不同层次上的资源共享是网格技术拟解决的基本问题。 - 技术要求：由自述的基本问题，美国g l o b u s f k 9 6 项目的领导人i a n f o s t e r 提出 了检验一个系统是否可以称为网格的三个标准“1 整合或者协调的资源是否不只 限于集中控制：2 是否使用基于丌放标准的通用协议和接口；3 是否提供非平凡 的服务质量控制q o s ”v o s 0 2 。另外，由于网格是一个异构、动态的开放性分 布式系统，因此由中国科学院计算技术研究所提出的织女星网格在上述三个标 准之外提出了动态功能部署和单一系统映像的技术要求 x u 0 2 1 。 1 1 网格技术的发展历程 有关网格概念的起源可以追溯到2 0 世纪5 0 年代，i n t e m e t 发展的先锋人物j c r l i c k l i d e r 提出了“人机共生”f l i c k 6 0 1 的概念，确定了人与计算机、计算机与计算机乃 至人通过计算机与其他人之日j 进行交互，共同解决复杂问题的协同工作模式。之后发展 出包括i n t e r n e t 、分布式系统等在内的计算机领域重要分支都受到了它的影响。但是 l i c k l i d e r 当仞期望的有关数掘资源的无缝访问等需求一直不能得到满足。直到2 0 世纪 9 0 年代，随着问题规模的闩益庞大和全球计算资源总量的激增，网格技术应运而尘 网格技术从诞生之同起到今天，其发展呵大致分为三个阶段：元计算时代、工具时 代和s o a 时代。 中瑚学院伸it 扣毋迂织受牮h 格嚣7 i 笙i * 馆诵用r 舟研究 1 1 1 元计算时代 元计算( m e t a c o m p u t i n g ) l s c 9 2 1 叮以浼是网格的直接祖先：它产生于1 9 8 7 年，目 的是向科研团队提供“无缝w e b ”以连接用户界面和包括工作站及超级计算机在内的计 算资源。 1 9 9 5 年两个著名的元计算计划：f a f n e r f a f n e r 和i - w a y f g n s t 9 7 1 分别启动。 其中f a f n e r 目标是对非常大的数字进行因式分解，这个问题可以被分解成若干个较小 的部分，即使是计算能力不强的计算机也可以为整个项目贡献力量。f a f n e r 使用 h t t p 【h r r p l 协议作为连接计算机的通道，为基于w e b 的元计算项目( 比如用于搜寻外 星生命的s e t i h o m e s e t i 项目) 铺平了道路。i - w a y 项目的目标是使用当时存在的 宽带a t m 网络把美国的1 7 个超级计算机连接起来，在思想上和后来的网格中日j 件很相 似。 尽管f a f n e r 和i - w a y 都各自存在着一些缺点：f a f n e r 必须在每个客户端编译 并运行一个守护进程。而且各个单独的计算单元之间不能通信i 而i - w a y 系统中每个 超级计算机的关键节点都要安装名为i - p o p ( p o i n t - o f - p r e s e n c e ) 的软件，每个i - p o p 节 点都会成为系统的单一失效f i , d b j s 0 3 。但是元计算的优势已经通过它们体现出来。同 时随着针对上述问题研究的深入，网格的发展进入了下一个阶段。 1 1 2 工具时代 ， i - w a y 系统成功的连通了美豳的超级计算机，随着用户需求和宽带技术的发展，网 格技术的目标逐渐转交成为各种需要大规模计算和数掘资源的应用提供普遍分白的基 础设施。因此网格技术针对的问题可以归纳为三个： - 异构问题，网格中的计算和数掘资源多种多样，它们分布在全球规模的区域内； 一 可扩展性问题，网格中的资源数量变化很大，这些资源可能随时加入或退出， 如何使性能不受规模增加或减小的影响，如何解决远程资源的延迟以及如何保 护跨应用的知识产权等都是可扩展性需要考虑的问题； 适应性问题，网格应用涉及众多资源，这些资源都可能有出现故障的时候，适 应性问题主要研究如何使网格应用动态适应当时资源的状况以获得最好的性 能。 这个时期足网格技术蓬勃发展的时期，领域中涌现出了众多有影昀的核心技术，包 括：可以把分布的异构计算资源组成统一虚拟机供应用程序使用的g l o b u s 项目、基于 对象技术的元系统l e g i o n g w 9 7 】、山对象管理组 0 m g i 标准化的分布式对象计算基础 设施c o r b a c o r b a 】、可以在多个u n i x 平台上进行批作业和资源调度的软件系统 c o n d o r c o n d o r l 和p b s p b s 】、为科学家和工程师设计的问题求解系统c a c t u s 【a d f k r s t 0 1j 、欧洲粒子物理研究所领导的用于分析科学探索数据的d a t a g r i d 【d a t a g r i d 、提供统一图形化用厂l 界面的作业管理系统u n i c o r e a s 9 9 ，以及一种 更加分散的计算模型p 2 p 计剪i c l a r k 0 1l 等等。 毓一事l 击 上面提到的各种网格核心技术，尽管它们的侧重点各有不同：有的针对高性能计算 应用，有的注重资源的调度和组织，还有的主要研究系统的扩展性但是它们都希望 提供一种网格基础设施，因此这段时期可以称为“工具时代” 1 1 3 s o a 时代 前一小节提到的众多技术提供了对大规模计算问题的互操作性支持。人们丌始把目 光集中到了如何使网格变得方便使用，以及如何重复使用各种信息资源，这个目标要求 网格中的资源符合某种开放标准并且能够描述资源的语义，于是产生了面向服务的体系 结构( s o a ) 和语义嗣格s o a 中的核心内容就是w e b 服务，这是一个由工业界催生 的开放集合，由一系列相关标准组成，其核心包括：简单对象访问协议 s o a p i 、w e b 服务描述语言 i w s d l i 和全球描述信息发现整合机制 u d d i 。另外s o a 中还包括了若干 基于w e b 服务的工作流描述标准，比如w e b 服务流语言 w s f l 和业务过程执行语言 【b p e l 为了使w e b 服务能够用于网格科学计算，同时也希望网格可以提供对商业过程的支 持，g i o b u s 组织和i b m 公司共同提出了丌发网格体系结构o g s a , f k n t 0 2 。o g s a 中 定义了虚拟组织v g 【f k t 0 1 1 以确定服务的使用范围，还定义了包括动态生成服务、全生 命周期管理、异步通知机制等标准接口。之后g l o b u s 组织还提出了由6 个标准组成的 w e b 服务资源框架w s r f 【w s r f 】，希望工业界能够更好的接受网格概念 随着网格技术标准化过程的深入，符合开放标准w e b 服务成为网格上的基本资源。 本文开始处提到的计算资源、数掘资源、仪器设备等可供人们使用的工具都可以被服务 化但是还有一类资源不能简单用服务表示，那就是具有独立思考和行为能力的人本身 有关如何实现计算机辅助下的协同工作早就被提出【e n g l e 6 2 】，网格概念提出时也把人 与人之日j 的智力资源共享也被定义为网格的基本目标之一。目前，相关的典型项目有用 于分卸式会议和培训的a c c e s sg d 【a c c e s s g r i d 】、以及织女星个人网格 l 1 0 4 】。这些 用于协作的网格项目都比较注重视频、音频、共享白板之类传统协作模式。一些具有普 遍适用性的协同工作基础设施将成为列格发展新的生长点。 网格的自动控制也是第三代网格的热点，为了帮助人们管理大规模的异构系统，需 要提供一种能够代替人的程序，这种破称为a g e m j e n 0 1 1 的程序必须可以自我组织、配 置和优化，具有自我保护的功能并能够从异常状态恢复 a u t o m a t i c 。基于，a g e m 的 计算特别适用于持续变化的环境。 网格环境中除了人使用各种资源外。资源之问( 比如a g e n t ) 也存在着相互作用。 因此，需要提供一种机器可理解的机制确定资源的性质，这就是语义网格主要研究的内 容网格与语义网格之日j 的关系完全可以和w e b 与语义w e b b h l 0 1 , 之间的关系进行类 比 中i 词 簖伸10 伯小迂一一织舡甲州格敌7 嘲书馆通用吖i 台研究 1 2 织女星网格简介 中国科学院计算技术研究所的霞点研究方向织女星网格 x l z y l 0 3 】已有近五年 的研究历史，是国家8 6 3 计划网格系统软件课题的重要组成部分之一。同时织女星网格 也是计算所打造的三大品牌之一，与其它两个品牌( 曙光高性能计算机和龙芯通用c p u ) 相互支持、互相促进，从它们的研发模式汲取经验，同时也为计算所其它项目的发展提 供了一种新的思路。 1 2 1 织女星网格的基本原理 作为一个新兴事物，织女星网格从起步开始就面临无数的选择，为了充分发挥每个 成员的创造力，计算所副所长徐志伟研究员采用了l o u g e r s t n e r 的“l e a db y p r i n c i p l e s ” 的方法 x u 0 2 综合研发团队的共识，总结了若干条指导我们研究的基本原理，这些原理 的侧重点各不相同，相互补充和促进。它们并不完全，会随时加入实践中总结出来的新 原理 1 2 1 1 v e g a 原理 v e g a 原理是织女星网格对外呈现的系统特征，是它的核心原理，也是研发团队制 定设计目标和衡量是否达到设计要求的标准v e g a 分别代表：通用服务v e r s a t i l e s e r v i c e s 、辅助智能e n a b l i n gi n t e l l i g e n c e 、全局一体g l o b a lu n i f o r m i t y 和自主控制 a u t o n o m o l l sc o n t r o l x u 0 2 ，其中： - 通用服务，是指分析和抽取各种用户需求的交集( 即共性需求) ，使用最简单、 最稳定的方法实现，并提供功能独立的使用接口，以支持多种应用类型和模式， 并且可以和现有网格框架相互操作。所有的网格应用和交互都通过服务机制实 现，服务是一种网络化的组件技术，用户不能改变服务的内部逻辑，但是可以 使用服务自身提供的某种机制定制其行为； 辅助智能，具有三层含义：l 、织女星网格上的应用具备比现有w e b 模式更强 的智能；可以自动的产生信息和知识；运行在特定的上下文环境中，可以感知 上下文的变化并作出调整：用户b r 以修改和定制应用。2 、织女星网格本身不是 提供智能的主体，而足辅助人去提供智能。3 、织女星网格应该提供对用户、软 件组件、其它系统的协同工作支持以增强网格的整体智能： - 全局一体，同样具有三霞含义：1 、连通性，即在不考虑访问控制的前提下，网 格上所有的资源对任何用户都足可见可控的。2 、单一系统映像，即网格对于用 户来说就像“一台”计算机，对于网格上面不同角色的用户，单一系统映像也 具有不同的含义，连通性足惟一系统映像的充分非必要条件。3 、互操作性，由 于网格是一个异构平台，互操作性就成为保证连通性的基本需要，在实践过程 中互操作性一般由开放杯准和设计模式保证； j 旃一事j i7 自主控制，是指资源1 的提供肯f 有管理资源的自主权；从个人电脑的发展可以 看出，任何有关用户管理行为的假设都有可能阻碍网格的普及，因此以“人” 为中心的管理原则成为自主控制的核心，网格只是提供实现和支持用户策略的 助手。 1 2 1 2 服务原理 服务原理是对v e g a 中“通用服务”原理的具体化，其含义为：“以用户为中心， 以服务为唯一方式，通过轻量级结构，提供非平凡功能。” x u 0 2 ，其中： 以用户为中心，是指织女星网格中的应用逻辑的构建是以用户需求为出发点， 通过对用户描述的需求进行分析，构建服务流模型； 唯一方式，是指把服务作为网格应用逻辑中向用户提供功能的唯一方式，这里 的服务既可以是时下流行的w e b 服务，也可以是其它符合开放标准的服务； 轻量级结构，是指采用一种轻鼍的装载机制把为用户提供功能的服务组装成为 完整的网格应用逻辑； 非平凡功能，主要是指服务提供比传统w e b 更加灵活的交互功能。 1 2 1 3 社区原理 社区原理主要针对v e g a 原理中的“辅助智能”的特征，其含义可以表述为：“通 过用户与资源组成的社区，提升表示抽象，降低知识结构需求，变无界为有界、变无序 为有序，利用上下文，实现放大效应，从而e m p o w e ru s e r 。” x u 0 2 ，其中： 社区，是主体和客体有结构的集合。其中的结构是指主体和客体的关系，可以 用策略和上下文进行描述： 提升表示抽象，是指若m 个用户操作社区中的有效资源。而有效资源可以通过 e v p 模型( 参考后面章节) 映射到n 个实际的物理资源用户操作资源时需要 提供的策略种类从m x n 种减少到( m + n ) n 种，其中n 表示社区内的角色 数量： 。 降低知识结构需求，是指通过对用户进行社区式的分组，可以针对不同水平的 用户定制他们合适使用的资源。从而实现了对不同用户知识结构需求的细粒度 划分； 有界和有序，是解决服务爆炸问题的尝试用户也希望能够看到并操作种类有 限的服务； 放大效应，是v e g a 中辅助智能的另一种表述，社区可以帮助用户隐藏使用时 的策略和上下文信息，使用户的一点请求就可以完成大量动作，从而实现放大 效应。 1 奉文中资源和服务具自4 - 1 4 的台义资源足指只右地j i 卜用户町以访柚的客体它既包括符合开放标准的服务，也包 把传统的背暇务资源，l j 服务足资源的一种鬈 q 格脚盯| 的载体年f l 交且的上体 q 】 t , l i i 了院伸i 伸矿迁班赴牙m 格般7 恻- g 馆洒用甲台研究 1 2 1 4 平台和最小化原理 平台原理包含两层含义：首先“通用服务”原理要求织女星网格的中心任务是研发 针对用户共性需求的通用平台产品一系列最小化原理可以帮助构建这个通用平台，包 括：最小功能原理、最小共识原理、最小结构原理、最小知识原理、最小权限原理等等。 所谓最小，含义就是寻找并发掘用户功能、团队共识、系统功能结构、用户的知识要求 以及用户使用权限等各个不同层次用户需求的交集。获得这些交集之后需要进行分解以 找到组合后可以涵盖所有需求交集的互不相关功能单元分层实现这些单元，并可以通 过整合它们完成用户需求的平台就可以称为通用平台另外，通用平台还需要能够方便 的被用户扩展以完成他们的个性需求。 其次，平台还有参考c p u 、操作系统这类平台性产品设计的含义。使用计算机体系 结构的方法进行研究和开发，这也导致了织女星网格中两个最基本的概念：地址空间和 网程的产生。 1 2 1 5 ，e v p 模型 e v p 模型的提出最早是为了解决网格服务资源寻址问题它由三个层次组成： 一 e 代表有效层，是网格应用程序中使用的服务，可以保证使用该服务的有效性： - v 代表虚拟层，作用是把无界、无序的u r l 空间映射成为个有序的资源空日j ， 以方便资源的定位和使用： - p 代表物理层，是实际存在于互联网之上，由u r l 描述位置的服务资源。 随着研究的深入，e v p 模型已经扩展到了服务资源之外的其它领域，比如：使用e v p 模型进行数据库资源的抽象，e v p 模型还被用在用户管理领域等等。图( 1 ) 展示了e v p 模型的基本结构： 有效资源空h j e 虚拟资源空h j v 物理资源空f j p l 网格应用1 刚格j 、v 用2 网格应用3网格应用l i e l 旰3 网网”网毛2 l j 甚蜊嶂 图1e v p 模型示意图 1 2 1 6 f a s t 原理 从用户使用网格的角度出发n ，以定义织女星网格上应用逻辑的性质，该性质可以用 6 筑带0 l 二 f a s t 表示，其中： 有限性f i n i t e ，可以有两种解释：l 、用户操作的资源或者期望网格应用的行为 数量是有限的：2 、上述资源和行为町以有一组有限维的基底刻画。显然第一种 解释是第二章解释的充分条件，但是第二种解释的普遍性更强； 正确性a c c u r a t e ，即用户期望网格应用可以返回正确的结果； ：稳定性s t a b l e ，即用户希望当条件不变时，网格应用程序可以完成同样的动作； 终结性t e r m i n a b l e ，是指无论用户与网格应用进行何种交互，这种交互的结构都 是可终止的，并且用户町以观察到返回的结果。 f a s t 原理是一个发展中的原理，目i u 还没有最终确定。 1 2 2 织女星网格的组成 ij h 织女星网格项目有多个子课题，大体上可以分为知识网格、信息网格、网格平台和 基础研究四个部分，其中： 知识网格目标是发展出类似关系数掘库中关系代数的网格资源规范组织理论： ： 信息网格致力于消除信息孤岛、保证信息网格中资源的连通性和互操作性、探 索信息网格的时空模型、实现多策略的访问控制机制： 网格平台的目标就是构建织女星网格通用平台，它又可以分解为网格操作系统、 织女星个人网格、g s m l 语言及其工具包和网格文件系统等多个方向； ， 基础研究涉及网格的理论基础和未来发展方向，没有确定的目的。目前包括： 基于主动存储的网格计算机模型f x u 0 2 b 、面向用户行为的网格时空模型，使用 拓扑学划分用户行为等方向。 1 3 数字图书馆研究现状 书籍是人类文明的载体，图书馆则是书籍的宝库西方早在公元前就建成了辉煌的 亚历山大图书馆。据史记记载，我围占代著名的哲学家、道教的创始人老子就是当时的 国家图书馆管理员。随着信息化技术的发展，图书馆中资源的范畴也在扩展，从传统的 纸介质书籍，发展到集文、图、音、视频于一体的多媒体电子图书。图书馆也发生了巨 大的变化，提供存储和知识共享的数字图书馆出现在历史的舞台上。 1 3 1 数字图书馆的历史 数字图书馆是图书馆学和信息科学结合的产物。说到数字图书馆的起源我们不得不 再次提到一个熟悉的名字l i c k l i d e r ，在他1 9 6 5 年的著作未来的图书馆【l i c k 6 5 g b 首次提出了在世界范围内收集出版的书籍，并把它们放到互联的计算机上进行共享。随 着信息科学的发展，尤其是互联网的出现，终于使l i c k l i d e r 的设想成为现实 l m 9 5 但是很多传统的数字图书馆项目并没存很好的理解用户的需求和他们使用图书馆中资 料的目i 狗 l e s k 9 9 。一个名为d e l p h i 的研究项目首次结合用户的需要把数字图书馆领 7 川d 乍靛蛳i7 f ，i 产王- - 织罕川格嚣，嗍豫通用r f t 研究 域的各种概念结合在一起 k h 9 9 1 。x l q 总统信息技术建议委员会数字图书馆小组如下定 位了数字图书馆：“数字图书馆数字化文本、文档、图像、声音、科学数掘和计算 机软件的网络集合，将成为当今互联网的核心服务，并将成为未来可供全人类使用的知 识仓库”【r w o l l 。 1 3 2 数字图书馆领域热点问题 数字图书馆是一个极其复杂的信息系统，除了传统图书馆学的知识外，还涉及到包 括超文本、信息获得、多媒体服务、数掘库等方方面面的信息技术由美国国家科学基 金( n s f ) 发起的数字图书馆先导计划资助了一批数字图书馆领域的研究项目计划共 分为两个阶段 d l i i ，d l l 2 从1 9 9 8 年丌始各为期四年。研究目标在于通过通讯网络，大 幅提升搜集、储存、组织数字资源的方法，使其便于查找、存取和处理。该计划支持的 项目涵盖了上面提到的各种技术，包括： 研究数字图书馆基础理论的5 s 模型 g f w k 0 4 ： 用于图书馆资料编目和信息获取的丌放档案先导计划 o a t h 研究多媒体资源元数掘提取的h a r m o n y 项目【h a r m o n y ； 基于内容的多媒体资源查找项目【o m r a s ； 研究大规模资源存储的永久出版物l o c k s s 项目【r r 0 1 ； v 有关数字图书馆基础设施的i n f o b u s 项目f p p c c g 9 9 ； 大量的针对某一特定领域的专业数字图书馆项目，如：介绍中国历史的c m n e t 项目c h e n 0 1 、数字生物形态学图书馆 d i g i m o r p h 等等。 上面只是列出了数字图书馆先导计划支持项目中很少的一部分，该计划无疑极大的 推动了数字图书馆研究领域从理论到实践各个环节的研究。目前有关数字图书馆的理论 模型和元数掘标准方面的研究已经取得了相当程度的发展，研究的热点主要集中在多媒 体c g 其是音视频) 资源的元数掘化和基f 其内容的检索等方面，另外各种专业领域的 数字图书馆也层出不穷，其中最有影刚力的应属荚国国家科学数字图书馆【n s d l l ，它通 过o a i 提供的元数掘收集协议o a i p m t t 实现了对很多个专业数字图书馆实例的聚合， 可以进行统一的查询，并把用户t 曼定向到具体的资源。 除了美国的数字图书馆先导计划外，世界l 其它各国也纷纷启动了自己的数字图书 馆计划。我国在数图领域投入了大晕的资会和人力，目前国家数字图书馆项目d l c 】 已经启动并进入实施阶段，其它很多专j l e 领域数字图书馆已经初具规模，譬如：维普科 技期刊全文数掘库、中围财经报刊数掘库、超星数字图书馆等等。但是这些数字图书馆 项目大多由传统的图书馆建设，传统图书馆是资源的拥有者，它们建设的数字图书馆项 目大多是把自己的资源数字化后放到网络上面使用w e b 浏览器或者专用客户端进行访 问。 另一类具备数字图书馆特征的网络应用是网络百科全书 w i k i p e d i a ，这足一种j r 以由用户编辑和修改的w e b 应用，月j 户b r 以添加自己了解的知识，并且可以在自己编 毓一审一：l 三 写的页面罩链接其它的词条这捌嘶的尝试打破了传统数字图书馆的封闭边界，可以充 分利用使用者的知识资源，不过目前包含的内容一般限于词典类的文本资源，与用户端 的交互形式有限 1 4 本文贡献及内容组织 1 4 1 本文的贡献 目前数字图书馆领域的研究重点集中在有关多媒体内容的元数据特征提取和检索： 尽管有使用c o r b a c o r b a 技术实现的数字图书馆基础设施i n f o b u s ，但还没有一种使 用网格技术、基于s o a 架构的数字图书馆通用平台。目前大部分数字图书馆都由传统 图书馆搭建，很多设计都只针对某个具体的应用，存在很多重复建设的开销。而对于一 般用户来说构造一个数字图书馆的成本很高，用户很难承担。另外，现存的数字图书馆 中的资源都是静态数字对象( 比如：文本、文档、图形、音视频) 的简单组合，表现形 式比较单调，与用户交互的方式很有限，用户不能编辑和发布自己的作品，不能充分地 调动用户的积极性。 本文将网格技术应用于数字图书馆的研究，使用以服务为基础的网络组件技术构造 数字图书馆的通用平台，把织女星网格中v e g a 等基本原理作为设计织女星网格数字图 书馆通用平台的准则，针对用户的共性需求进行乎台的设计。用户可以通过组合平台提 供的基本功能组件，方便的构建属于自己的数字图书馆。在织女星网格数字图书馆通用 平台各个层次之间使用对象关系j i 兜射 b q 5 s s 9 7 1 ，虚拟化、控制反转 h a m 0 4 j ，依赖注 a f o w l e r 0 4 j 和服务定位器 f o w l e r 0 4 等松耦合技术，以方便用户根据需要定制个 性化的数字图书馆。而且这些符合丌放标准的数字图书馆可以再次聚合形成规模更大的 聚合体。另外用户使用g s m l 语毒作为浏览图书馆资源的手段，允许用户发布自己的作 品，增强了用户的体验效果。 本文的主要贡献在于： 1 定义织女星网格数字图书馆通用平台的理论模型。结合5 s 模型 g f w k 0 4 的基 本原理，本文形式化定义了织女足网格数字图书馆通用平台的各个要素，由于 5 s 模型中定义的数字图书馆资源模型为静态的数字对象，我们使用织女星网格 平台中的g s m l 语言对其进行了扩展，把通用平台中的每个资源都定义为一个 商状念的“活”数掘结构，另一方面由于静态数字对象中每一个子元素都是网 络上面的静念资源，因此不存在子7 亡素嵌套的问题而通用平台中每个活资源 的f 元素也可以是另一个活资源，因此新的数据结构必须包含状态信息且可嵌 套包含。织女星网格数字图书馆通用平台还定义了一套标准的服务集合，并把 资源知识库、元数据目录集合、杯准服务集合以及使用和支持数字图书馆的实 体集合组合在一起完成织女星网格数字图书馆通用平台的理论模型。 2 完成了对织女星网格数字图书馆通用平台体系结构的设计，参照模型一控制一 中闻中院修i 乍伸论卫坝盘牮格哲7