（计算机应用技术专业论文）基于市场经济的基础教育网格资源管理研究.pdf

江 苏 大 学 硕士 学位论 文 摘要 随着教育信息化的不断发展，海量的网络教育资源既为教育带来了强大 的服务功能，也为资源的建设与管理带来了新的挑战。如何将分散、无序的 资源整合起来并吸引各类教育资源使用者和教育资源拥有者参与资源建设， 最终使用户能方便、高效的将其利用于自己的学习和工作之中，并在大范围 内实现资源共享是网络教育资源管理必须慎重面对的问题。网格是继万维网 之后出现的一种新型网络计算平台，主要研究网络虚拟环境上的高性能资源 共享和协同工作，以消除信息孤岛和资源孤岛。将网格技术应用于基础教育 资源管理建设可以推动现代基础教育技术的发展。 论文将经济学原理引入基础教育网格资源管理之中，围绕基于市场经济 的基础教育网格资源管理，从模型设计、组件功能分析、交易流程、资源管 理与调度机制等几方面进行了研究和探索。论文的具体研究内容和研究成果 包括以下几个方面： ( 1 ) 针对我国基础教育资源建设现状，分析了基础教育网格环境中引入市 场经济学的必要性、合理性和可行性； ( 2 ) 参照目前常用的层次模型和计算经济模型，设计了一种基于市场经济 的教育网格资源管理模型，通过供需均衡实现教育资源优化分配。该模型还 利用已有的网格中间件简化教育网格资源的细节管理，并使系统具有良好的 兼容性和可扩展性； ( 3 ) 基于所提出模型的三大角色教育资源提供者、教育资源消费者和教育 资源市场以及它们之间的相互作用，详细分析了其对应模块包括市场交易模 块、应用代理模块、资源代理模块的功能和实现方式，并设计了教育资源市 场交易的具体流程。市场参与者根据教育资源的市场价格和自身的实际情况 自主决策，能够最大化各自的效用和利益。同时根据经济学中经济模型效能 的评价标准对模型进行了性能评价并分析了模型实现面临的困难； ( 4 ) 针对基础教育资源的特点，详细分析了基于市场经济的教育网格中资 t 江 苏 大 学 硕士 学位 论文 源管理机制，包括教育资源描述机制、注册机制、注销机制、价格管理及任 务执行机制等，并针对网格中基础教育资源的特点设计了一种分类调价策略； ( 5 ) 参照电子商务中信用度概念，构建了教育资源信用度体系，包括教育 资源信用度相关定义、注册和注销、以及更新等，分析了信用度的评价；提 出了基于信用度的资源调度算法，并通过实验与时间优化算法和成本优化算 法进行了比较分析。 论文是对基础教育网格资源管理问题的市场化解决之道的初步探讨，进 一步的研究工作包括如何防止教育资源的恶意占用及恶意欠债等。 关键词：网格资源管理经济模型基础教育网格市场经济 i i 江苏 大 学 硕 士 学 位论文 a bs t r a c t w i t ht h ec o n t m u o u sd e v e l o p m e n to fe d u c a t i o n a li n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ev a s t e d u c a t i o n a lr e s o u r c e so fn e t w o r kp r o v i d eap o w e r f u ls e r v i c ef u n c t i o n sf o re d u c a t i o n ，a n db r i n g n e wc h a l l e n g e sf o rt h ec o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n to fr e s o u r c e s i ti sac a u t i o u sp r o b l e mo f h o wt oi n t e g r a t es c a t t e r e da n dd i s o r d e r l yr e s o u r c e sa n da t t r a c ta l lt y p e su s e r sa n do w n e r so f e d u c a t i o n a lr e s o u r c e st op a r t i c i p a t ei nb u i l d i n gr e s o u r c e s ，m a k et h eu s e r sc a nu t i l i z ei ti ns t u d y a n dw o r kw i mc o n v e n i e n c ea n de f f i c i e n ti nt h ee n d ，a n dr e a l i z er e s o u r c es h a r i n gi nl a r g es c o p e g r i di san e wn e t w o r kc o m p u t i n gp l a t f o r mf o l l o w i n gt h em e s h e so fw o r l dw i d ew e b ，i tm a i n l y r e s e a r c hh i g h - p e r f o r m a n c er e s o u r c e ss h a r i n ga n dw o r kt o g e t h e ro nt h ev i r t u a le n v i r o n m e n to f n e t w o r kf o re l i m i n a t i n gi n f o r m a t i o na n dr e s o u r c e si s l a n d g r i dt e c h n o l o g yw i l lb ea p p l i e dt o b a s i ce d u c a t i o nr e s o u r c em a n a g e m e n tt op r o m o t et h eb u i l d i n go fm o d e mb a s i ce d u c a t i o n t e c h n o l o g y t h et h e s i si n t r o d u c ee c o n o m i c sp r i n c i p l e st ob a s i ce d u c a t i o nr e s o u r c em a n a g e m e n ti nt h e 酣d ，r e s e a r c ha n de x p l o r em o d e ld e s i g n ，f u n c t i o na n a l y s i s ，p r o c e s st r a n s a c t i o n s ，r e s o u r c e m a n a g e m e n ta n ds c h e d u l i n gm e c h a n i s ma r o u n dt h eb a s i ce d u c a t i o n 鲥dr e s o u r c em a n a g e m e n t b a s eo nm a r k e te c o n o m i e s t h es p e c i f i cc o n t e n ta n dr e s e a r c hf i n d i n g so ft h er e s e a r c hp a p e r s i n c l u d et h ef o l l o w i n g ： ( 1 ) a n a l y s i st h er a t i o n a l i t ya n df e a s i b i l i t yo fi n t r o d u c t i o no fm a r k e te c o n o m i c st ot h eb a s i c e d u c a t i o n 酊de n v i r o n m e n ti na c c o r d a n c e 丽t i lc h i n a sb a s i ce d u c a t i o nr e s o u r c e sb u i l d i n g ； ( 2 ) d e s i g nae d u c a t i o ne m dr e s o u r c em a n a g e m e n tm o d e lb a s e do nm a r k e te c o n o m yi nt h e l i g h to ft h ec u r r e n tl e v e lm o d e la n dc a l c u l a t i o ne c o n o m i cm o d e l ，o p t i m i z et h ed i s t r i b u t i o no f e d u c a t i o n a lr e s o u r c e st h r o u g ht h eb a l a n c e ds u p p l ya n dd e m a n d t h em o d e la l s os i m p l i f i e st h e m a n a g e m e n to f 西de d u c a t i o nr e s o u r c e st h r o u g ht h eu s eo fg r i dm i d d l e w a r e ，s om a k et h em o d e l h a sag o o dc o m p a t i b i l i t ya n ds c a l a b i l i t y ； ( 3 ) b a s e do nt h et h r e em a j o rr o l ea n dt h e i ri n t e r a c t i o nb ym o d e lp r o p o s e do ft h ep r o v i s i o n o fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e s ，t h ec o n s u m e ro fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa n dt h em a r k e te d u c a t i o n a l r e s o u r c e s ，t h et h e s i sa n a l y s i st h ef u n c t i o na n dr e a l i z a t i o n i n t e r a c t i o no fi t sc o r r e s p o n d i n gm o d u l e i n c l u d i n gm a r k e tm o d u l e ，a p p l i c a t i o na g e n tm o d u l e ，r e s o u r c e sa g e n tm o d u l e ，a n dt h ed e s i g no f e d u c a t i o n a lr e s o u r c e sm a r k e ts p e c i f i cp r o c e s s e s m a r k e tp a r t i c i p a n t sm a k ed e c i s i o na u t o n o m o u s a c c o r d i n gt ot h em a r k e tp r i c eo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa n dt h ea c t u a ls i t u a t i o ni nt h e i ro w n ，i tc a n m a x i m i z et h e i re f f e c t i v e n e s sa n db e n e f i t s a tt h es a m et i m e ，e v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo fm o d e l a c c o r d i n gt op e r f o r m a n c ee v a l u a t i o nc r i t e r i ao ft h ee c o n o m i cm o d e li ne c o n o m i c sa n da n a l y s i s f a c i n gd i f f i c u l t i e so fr e a l i z a t i o no ft h em o d e l ； ( 4 ) a n a l y s i st h ee d u c a t i o n 鲥dr e s o u r c em a n a g e m e n tm e c h a n i s m sb a s e do nm a r k e t e c o n o m yf o rt h ef e a t u r e so fb a s i ce d u c a t i o nr e s o u r c e s ，i n c l u d i n gt h ed e s c r i p t i o no fe d u c a t i o n a l r e s o u r c e s ，t h er e g i s t r a t i o na n dw r i t e o f fm e c h a n i s m ，p r i c em a n a g e m e n ta n di m p l e m e n t a t i o no f t h em a n d a t e ，a n dd e s i g nap r i c es t r a t e g yo fc a t e g o r i e s ； ( 5 ) b u i l dac r e d i ts y s t e mo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e si nt h el i g h to ft h ec o n c e p to fc r e d i ti n e - c o m m e r c e ，i n c l u d i n gt h ed e f i n i t i o no fe d u c a t i o nr e s o u r c e sc r e d i t ，t h er e g i s t r a t i o na n dw r i t e - o f f ， i i i t h eu p d a t eo fc r e d i ta n dt h ee v a l u a t i o no fi t 。p u tf o r w a r dt h er e s o u r c es c h e d u l i n ga l g o r i t h mb a s e d o nc r e d i t ，a n dc o m p a r a t i v ea n a l y s i so nt i m eo p t i m i z a t i o na n dc o s to p t i m i z a t i o nt h r o u g ht h e e x p e r i m e n t 1 1 1 et h e s i sp r e l i m i n a r ys t u d yt h em a r k e t o r i e n t e ds o l u t i o no ft h ep r o b l e mo f b a s i ce d u c m i o n 鲥d r e s o u r c e sm a n a g e m e n t ，f u r t h e rs t u d yo fe d u c a t i o n a l r e s o u r c e s i n c l u d i n gh o w t op r e v e n tt h e m a l i c i o u so c c u p i e ra n dm a l i c i o u sa n do t h e rd e b t s k e yw o r d s ：g r i d ，r e s o u r c em a n a g e m e n t ，m o d e lo fe c o n o m i c ，b a s i c e d u c a t i o ng r i d ，m a r k e te c o n o m y i v 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， 不保密幽。 学位论文作者签名：杓疚确 导师签名： l 固墨髫 签字日期：猁8 年垃月2 ze l签字日期：嬲年2 , 9 工2e l 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。除文中已经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。对本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。 学位论文作者签名：制矾 日期：2 卯g 年协月2 2 - 日 江苏大 学 硕士 学 位论文 1 1 网格的基本概念 第一章绪论 网格【1 1 是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。网格也是一种先进 的计算基础设施( 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 ，简称a c i ) ，用于研究与工程应用 相结合的项目，学科领域涉及超级计算技术、网络技术、数据库技术、中间件技术、并行 算法和各种计算科学研究与应用技术，是一个综合性的跨学科高技术研究课题。 网格的目的是为用户提供一种全面共享包括网页在内的各种资源的基础设施，在这个 平台上对来自用户的请求和提供资源的能力之间进行合理的匹配，为用户请求选择合适的 资源服务，可实现广域范围内的计算资源，存储资源，数据资源，知识资源，专家资源， 设备资源等的全面共享。通过网格基础设施，用户不需要了解其上资源的具体细节就可以 使用自己需要的资源。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2 1 。 网格概念的提出从根本上改变人们对“计算的看法，突破了以往强加在计算资源之 上的种种限制，给人们提供一种全新的更自由、更方便的方式使用计算资源，并且它提供 的计算能力也是目前通过其它方式和途径所无法达到的。 由于网格技术实现了更广、更深层面上的资源共享与协作，必将在人类探索自然科学 和改善社会生活方面发挥越来越重要的作用，对人们的生产、生活和学习等方方面面产生 日益深远的影响。 1 2 论文的研究背景 1 2 1 网格技术在基础教育资源管理中的应用 随着网格技术在教育系统，特别是基础教育系统中的应用，其带来的效益不言而喻， 至少有以下三点【3 】： 1 网格成为公用设施，促进教育均衡发展。 网格是全新的互联网，下一代的互联网，是后技术平民应用时代。有人说，网格与电 话、电力、水、煤气并列，被称为“第五公用设施”。随着网格技术成熟，逐渐成为公用设 施，犹如现在手机的普及，我国广大的农村和经济欠发达地区的中小学共享优质的教育资 源的途径也就会更加简便。从而会逐渐消除教育资源分配不均带来教育不公平的现象，促 进教育均衡发展。 江 苏大学硕 士 学位论 文 2 打破信息孤岛，实现教育资源多元一体化服务。 目前，教育信息化建设存在条块分割现象，低水平、重复建设的现象比较突出，缺乏 标准化、规范化和兼容性，而且资源分散，难以共享，形成一个个“资源孤岛”、“信息孤岛”。 这种差距在很大的程度上与技术因素有关，比如如何更好的促进教育教学资源无障碍、高 度的共建共享、互联互通就是一个技术因素。网格技术实现后，其访问就不必顾及计算机 在o j i u i ，也不用管是谁的计算机，你只要遵守协议，网格会把你需要的一切资源调到你面 l l 刚o 3 节省资源，促进资源效益最大化。 有调查资料显示：目前我们的宽带利用率只有5 ，软件也是5 ，服务器是2 0 。一 方面强调要降低成本，一方面却又是资源的巨大浪费。网格恰恰可以解决这个矛盾，若有 1 0 0 万台个人电脑加入到网格计算的行列，每天所形成的计算能力大约相当于1 0 0 0 台个人 电脑满负荷地工作一年。这样，不仅充分发挥了硬件的作用，避免重复投资，而且还可以 根据需要定制你的信息资源，从而有效的避免了优质资源闲置的状态。同时，网格是一种 分布式计算模式，可获得负载平衡，避免网络的拥堵和宕机，把数据分别存储，还可容错 容灾，就近服务。 网格技术将改变现有的资源共享的模式，我国基础教育网格的建设理念是，“人人为我， 我为人人”，每所学校都是“中心”、“主节点”，其他学校是“普通节点”；每所学校都是“主 角”，其他学校都是“配角”。在网格的环境下，每所学校都可以“以自我为中心”，资源建设 与共享的主动权将在学校自己手中。 1 2 2 网格环境中基础教育资源管理面临的挑战 目前教育信息化已经在各方面有了不同程度的发展，但其使用效率、应用效果及投资 效益与人们的预期相比仍存在着较大的差距。基础教育如何迎接网格时代的到来是一个迫 在眉睫的重大问题。所面临的挑战有： 1 应用问题。 现代信息技术进入基础教育领域已经快2 0 年了，在过去的十几年中，教育信息化方 面的投资在整个教育的投资中占有相当大的比重，其效果并不十分明显，其主要原因就是 应用问题。网格时代的到来，我们的教育理论研究、教师的综合素质如何能够很快的适应 并充分发挥其应有的功效，如何深化教育信息化建设工程，实现技术创新和机制创新，以 此促进整合优质教育信息资源，提高信息技术应用水平确实是一个值得思考的问题。 2 资源建设与共享问题。 江苏大学硕 士 学位论文 目前，教育信息化建设低水平、重复建设的现象比较突出，缺乏标准化、规范化和兼 容性，而且资源分散，不易共享，积压种资源和网站形成了不同的“资源孤岛”、“信息孤岛”。 如何消除孤岛现象，做到资源共享、优势互补，避免重复开发，节省人力、财力，是大家 都在努力解决的重要课题。有了网格，只是我们拥有了技术，技术的作用在人，因此，如 何建立合作机制，充分调动每一地区、每一所学校，每一位教师积极参与并利用网格技术 改变现状，利用网格实现教育资源建设与利用的生态圈建设。 3 硬件资源问题。 应该说网格中“硬件”的意义，并不仅仅是简单的硬件。“硬件资源”，包括存储空间、 计算能力及种种远程设备在内。网格中的硬件共享，是充分提升现有硬件资源利用率的重 要方式，也是为教育信息化提供教、学工具的重要途径；或者说，是营造以学生为主体或 学生、教师双主体的学习环境，构成相应学习方式的重要组成部分。基础教育信息化的硬 件建设本身，过于集中在计算机、网络和通信设备的大量投入上，而忽略了其他先进的教 学、科研仪器的投入。实现网格技术，在基础教育领域做到大范围的硬件共享不是一个小 问题。 1 2 3 国内外教育网格研究现状 1 欧洲的l e g e w g ( l e a r n i n gg r i do fe x c e l l e n c ew o r k i n gg r o u p ) 项目 4 1 欧洲l e g e w g ( l e a r n i n gg r i d o fe x c e l l e n c e w o r k i n gg r o u p ) 最初是由e u r o p e a n c o m m i s s i o n 资助的，其目的就是建立欧洲学习网格基础设施，使其能够支持信息的系统化交 换并且能够为不同的用户建立协作机会。该项目集合了技术学科、教育学以及政府里面对 网格计算以及e 1 e a r n i n g 有兴趣的专家学者，它促进了与这些专家相关的团体之间的交互。 该项目希望更加深入地理解支撑网格计算在e 1 e a r n i n g 中应用的一些基本问题。该项目还 致力于促进能够支持知识和技术的多维度转化的学习网格基础设施的构建。此外，该项目还 关注与e l e a r n i n g 相关的网格技术的其他方面，关注在网格技术应用以后出现的新型的学习 策略。 2 我国的l a g r i d 远程学习评价网格项目1 5 】 l a g r i d 项目由清华大学计算机系主持进行。项目主要研究面向e l e a r n i n g 的网格支撑 环境与关键技术，并以全球最大的远程教育体系中央广播电视大学系统作为应用背 景，建设学习网格示范工程。 该项目重点研究了面向服务的网格中间件技术，在服务网格体系结构与关键技术研究 方面取得了重要进展。该项目提出了下一代e l e a m i n g 平台支撑环境的网格体系结构模型， 3 江 苏 大 学 硕士 学 位论文 构建了支持开放、动态、群体行为的跨组织协同工作环境；该项目还提出了网格环境下的 任务调度机制，实现了广域分布资源的全局协调与普适存取；针对统一视图下的透明、按需、 动态数据聚合问题，该项目提出了一种新的数据聚合模型与算法；该项目还实现了基于 p u b l i s h s u b s c r i b en o t i f i c a t i o n 机制以及概念检索模型的学习资源推拉( p u s h p u l l ) j 艮务；该项 目在国内外率先将网格计算技术应用于远程学习评价研究，初步构建了基于网格环境的远 程学习评价理论与方法体系，建成了服务国家远程教育的学习评价网格l a g r i d ，为下一代 e l e a r n i n g 平台支撑环境研究提供了应用范例。该项目在面向e l e a r n i n g 的网格计算技术 研究领域做了开拓性工作，在体系结构、关键技术、应用示范等方面均取得重要的创新性成 果，填补了国内e l e a r n i n gg r i d 研究的空白，项目研究成果己在国家远程教育工程中得到应 用。 1 4 论文的研究目的、研究内容与研究工作 1 4 1 研究目的及意义 网格技术对于实现教育资源的充分共享，全面提高我国的教育信息化基础设施服务水 平具有极其重要的意义。尽管目前对其在教育领域中应用的范围、形式、方法等研究还不 够成熟，但是毋庸置疑，网格计算技术在教育中的应用必然使教育出现新的变革。但是，教 育信息化并不是从此就是艳阳高照。真正大面积普及应用网格技术，目前还并不现实。而 且，现在的应用示范也面临很多实际的难题需要解决。一个很关键的问题就是要解决发展 资源的机制问题，要找到一种合理的发展资源机制，能够充分调动广大教师参与建设资源 的积极性。如果没有大量的、有效的、集中的资源，又如何谈互联、共享与标准? 将经济 学原理引入基础教育网格资源管理之中，对于推动科研与教育的发展具有非常重要的理论 意义和现实意义。 1 4 2 研究内容与主要研究工作 论文分析了网格环境下的资源管理系统，深入探讨了网格资源管理的特性及引入市场 经济的原因、经济学用于网格资源管理的适用性及相关的网格资源管理经济学模型。 针对我国基础教育资源建设现状，提出了一种基于市场经济的基础教育网格资源管理 模型，并对模型组件功能、交易流程、资源管理与调度机制等几方面进行了研究和探索。 主要工作有： 1 参照目前常用的层次模型和计算经济模型，设计了一种基于市场经济的教育网格 4 江 苏大学硕 士 学位 论文 资源管理模型。 2 分析模型主要构件教育网格市场的功能并设计教育资源市场交易的具体流程，对 模型进行性能评价。 3 分析基于市场经济的基础教育网格中资源管理机制，包括教育资源描述机制、注 册机制、退出机制及价格管理机制等。提出基于教育资源种类的分类调价策略。 4 构建教育资源信用度体系，提出了基于信用度的资源调度算法并对其进行实验比 较。 1 5 论文的组织结构 本文的内容共分为六章，各章的内容安排简要描述如下： 第一章：绪论。介绍了网格技术的定义及其在基础教育资源管理中的应用、网格环境 中基础教育资源管理面临的挑战、国内外教育研究现状，给出课题研究目标、论文主要研 究内容和组织结构。 第二章：网格环境下的资源管理系统。介绍了网格资源的概念，分析了网格资源管理 系统的三种形式、资源管理的目的与功能以及资源管理的一系列操作，并介绍了常见的网 格资源管理模型，对现有的主流网格项目的资源管理系统进行分析。 第三章：网格环境下资源管理的经济模型。分析了网格资源管理中引入经济学的原因， 介绍了市场经济模型中的两个重要角色及其基本经济模型，分析了经济模型中的定价、计 费和付费机制，并对经济模型在实际中的应用做了介绍。 第四章：基于市场经济的基础教育网格资源管理模型。设计了基于市场经济的基础教 育网格资源管理模型及其组织结构，分析了其中模块的功能和实现方式，并设计了教育资 源市场交易的具体流程。 第五章：基础教育网格市场模型系统的资源管理机制。详细分析了基于市场经济的教 育网格中资源管理机制，包括教育资源描述机制、注册机制、注销机制、价格管理及任务 执行机制等。 第六章：基于市场信用度的教育资源选择调度机制。构建了教育资源信用度体系，包 括教育资源信用度定义、注册与注销、信用度的更新以及信用度的评价等；提出了基于信 用度的资源调度算法，并通过实验进行比较分析 第七章：总结与展望。总结课题研究工作，并提出下一步需要研究的课题。 江苏大 学 硕士 学 位论文 第二章网格环境下的资源管理系统 资源管理是网格计算的核心内容。它包括资源的组织、定位、发现、调度、分配、确 认、进程创建以及准备所需资源的其他活动。资源管理提供了管理的功能和概念，系统管 理员根据预先定义好的标准通过资源管理软件确保资源的合理分配和使用，以达到资源的 有效共享和协同工作。由于网格在逻辑上连接了属于不同所有者和组织的多重资源，因而 资源管理系统的好环直接影响网格的成败。开展网格资源管理关键技术的研究具有非常重 要的现实意义。 2 1 网格资源概述 资源是网格中所有可以被主体请求使用的实体的总称。它们的所有者可能向其他使用 资源的人收费，让他们共享或者独占的使用资源。资源可能被清晰的定义或用参数描述。 网格资源可以通过网格系统远程被使用，网格资源包括计算机软件、计算机硬件、仪器和 设备等。计算机软件资源包括系统软件、应用程序、数据等，除了这些物理资源外，在网 格设备旁工作的人员也是一种重要的资源，为了和其他资源相区别称为人类资源【6 1 。 与其他资源相比，网格资源有这样一些基本的特征：分布性、异构性、动态多样性、 自治性与管理的多重性，二分特性【1 】： 1 分布性 分布性是网格的最主要的特点。网格的分布首先是指网格的资源是分布的，是分布在 不同地理位置而不是集中在一起的。 2 异构性 网格中的资源种类繁多，功能各异，资源本地管理系统不同，共享规则不同，资源所 在主机的软硬件环境不同等等。 3 动态多样性 网格形态具有动态性和多样性特征，使得网格环境也不可能一成不变。网格环境中的 资源可以自由的随时加入和离开网格系统，它的可获得性也是随着时间动态变化的，一个 网格资源贡献给网格客户使用的能力也是动态变化的。 4 自治性与管理的多重性 网格资源应该首先处于本地的管理机构下面，这就是网格资源的自治性。但是网格资 源必须接受网格的统一管理，网格管理系统必须尊重本地管理者，不能把网格的意愿强加 6 江苏大 学 硕 士 学 位论文 到资源上。 5 二分性【2 】 网格大部分的资源都同时作为网格用户可以使用的网格资源和资源拥有者自己使用 的本地资源，网格用户远程使用资源不能损害资源拥有者和本地用户的利益。 2 2 网格资源管理系统 根据前面所述网格资源的定义和特点可以推出网格资源管理机制应该具备的功能和 特点。即要隐藏网格资源的异构性，为用户提供统一的访问接口；要屏蔽网格资源的分布 性和动态性，保证用户请求的访问质量；要尊重资源的本地管理机制和策略，使资源更好 地为网格服务；要仔细审查网格用户的请求，确保网格资源的安全和资源拥有者的权益【7 1 。 2 2 1 资源管理系统的三种形式 在资源管理系统中有资源请求者、资源中介者和资源提供者三个实体，分别扮演三种 角色。资源中介者也就是资源管理器，资源提供者有时就是资源本身。根据资源管理过程 中信息流动路径的不同，资源管理系统也有三种形式【1 1 。 1 直线形 资源请求者向资源中介者提出资源请求，资源中介者为用户寻找合适的资源并驱动资 源工作，为用户提供服务。资源为用户服务的结果仍然是通过资源中介者返回给资源请求 者。如图2 1 所示。 图2 1 直线形 2 折线形 用户向资源中介者提出请求，资源中介者为用户找到合适的资源并把资源标识和使用 资源的接口信息返回给用户。用户根据返回信息，组织消息和数据，驱动资源工作，得到 资源提供的服务。如图2 2 所示。 7 江 苏 大 学 硕士 学 位论文 图2 2 折线形 3 三角形。用户向资源中介者提出请求，资源中介者为用户寻找合适的资源并驱动资 源工作，并告诉资源把服务结果用什么形式、向哪个地址返回给请求者。资源开始工作， 服务结束后按照中介者提供的消息把服务结果告诉资源请求者。如图2 3 所示。 图2 3 三角形 这三种结构各自适合在不同要求的场合下使用。直线形用于追求用户接口简单的场 合，折线形适合用户和资源双方需要协商的情况，三角形则适合接口简单而又注重输出效 果的情况。 2 2 2 网格资源管理的目的与功能 资源管理的目的就是把网格中分散的各种资源管理起来，使多个资源请求者可以共享 使用网格中的同一个资源。一个资源请求者需要同时或者先后使用网格中的多个资源，这 些都由网格管理系统来完成，无需资源请求者付出额外的劳动。资源管理的目的总结起来 有以几点【l 】【8 】： ( 1 ) 为网格用户提供访问资源的简单接口。 将网格资源的具体细节隐藏起来，网格用户看到的是一个经过抽象的资源描述。资源 的物理细节一般都是很复杂的，但是经过抽象处理之后，复杂的技术细节都被隐藏了； ( 2 ) 协调网格资源的共享使用。 资源管理系统既要支持多个资源请求者使用同一个资源，也要支持一个资源请求者使 用多个资源。多个资源请求者使用同一个资源一般是采用先来先服务( f c f s ) 的排队策略， r 江 苏大学硕 士 学位 论文 还可以采用时间片轮换的分时共享策略，或是采用其他自定策略。这些都可以根据资源本 身的特性和资源所有者指定的规则确定； ( 3 ) 资源管理器要建立安全的网格资源使用机制。 在网格系统中，存在数量庞大的网格用户和网格资源，如果只是采用把网格用户映射 到同一个本地账户的策略，将造成多个网格用户在资源的同一个本地帐号下活动的安全隐 患。如果资源管理器是一个网格超级用户，这个超级用户可以代替网格用户在资源上进行 工作。用户请求到来时，资源管理器为该用户在资源本地建立一个进行活动的场所“用户 容器”。建立用户容器后，用户就可以在容器内使用资源。用户容器是动态建立的，严格 定义了用户拥有的权限和可以进行的操作等。用户容器在资源请求时建立，请求结束后就 撤销。 ( 4 ) 资源生命周期管理。 资源管理模块除了管理资源的使用过程之外，更主要的是管理资源的整个生命 周期。资源的生命周期包括从资源注册、共享到注销的整个过程。生命周期管理 是网格资源管理器必须具备的功能。如图2 4 所示。 蜊尸 图2 4 资源管理的全生命周期的状态转移 资源管理的生命周期的过程是： 向资源管理器注册； 资源管理器把资源的注册信息写到数据库中。注册之后的资源就变成了网格资源； 用户需要资源时，向资源管理器提出请求； 资源管理器从资源信息数据库中获得匹配资源的信息，返回给用户，用户获得了资 源的信息； 有了资源的信息，用户就可以同资源之间进行各种交互。 如果网格资源的拥有者不想让资源继续在网格上存在，可向资源管理器发出请求注销 自己，资源信息数据库中该资源的信息相应的被清除，该资源作为网格资源的生命周期就 9 江苏大 学 硕 士 学 位论文 结束了。 2 2 3 网格资源管理操作 为了管理资源的整个生命周期，网格资源管理器需要具备以下基本功能【1 1 = ( 1 ) 资源注册。资源管理器为各种资源提供统一的描述标准和接口来实现资源注册， 使资源能够被网格上的用户发现并使用； ( 2 ) 资源发现。向资源请求者提供描述资源需求的方式，能够根据此描述在资源信息 数据库中查找到满足需求的资源信息并返回给资源请求者； ( 3 ) 资源部署。有的资源是动态部署的，在使用之前需要部署到资源的运行环境或容 器中； ( 4 ) 资源调度。指在通过资源发现服务得到的可用资源列表中，选择适合特定任务的 资源集合的过程。 ( 5 ) 任务提交和监视。它指在为特定任务选定资源后，把任务提交给远程资源开始执 行，并在任务完成之前监视任务状态的过程。g l o b u s 中的资源管理组件g r a m ( g r i d r e s o u r c ea l l o c a t i o nm a n a g e m e n t ) 提供对任务提交和监视的支持，它包括远程提交任务、 任务执行状态查询等。 ( 6 ) 资源代理。在用户和资源之间充当一个中间环节，代替用户完成某些操作。在资 源上为合法用户设置使用资源的环境参数，传递两者之间的交互信息，并对信息格式进行 转换； ( 7 ) 资源注销。网格资源提出注销请求之后，对请求的合法性进行审核。确认有效之 后，从资源信息数据库中删除该资源的信息。 生命周期的资源管理是实现网格资源管理的前提。管理者要达到自己的目标还需要其 他模块提供帮助，如信息管理、数据管理、安全通信、任务监控等在资源的生命周期管理 过程中都是需要的。 2 3 常见网格资源管理模型 目前的网格资源管理模型按照体系结构可以分为三类：层次模型、抽象所有者模型和 计算经济模型。这三类模型分别体现了三种不同的技术思路，都不同程度的表达了上节所 述的功能需求。其中具有计算经济特征的经济市场模型有着很好的应用前景。实际的网格 资源管理系统往往是这三类模型不同程度的混合【2 】【9 】。 2 3 1 层次模型 1 n 江 苏大学硕 士 学位论 文 网格资源管理系统的层次模型【1 0 】【1 1 1 是在g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 第二次会议上提出 的。在实践中已被大多数网格系统采用。其基本思想就是把整个网格资源管理系统分成若 干功能层，较高层次的组件利用较低层次组件提供的服务实现自身的功能。它较好地解决 了计算网格环境中的一些挑战性问题，如站点的自治性、底层的异构性、可扩展策略以及 联合分配等问题。这些部件在资源分配、发现和调度过程中相互协调来完成用户提交的应 用任务。 按照逻辑功能划分，分层模型主要由被动组件与主动组件两类功能部件组成。其中， 被动构件有： 1 资源，包括c p u 时间、存储空间、通信带宽等设备，在特定的时间段内可用，可 能被更新或者不被更新。资源可以为实体所共享或互斥使用，或者以参数化来描述； 2 任务( t a s k s ) ，是资源的消费者，包括传统的计算任务和非计算任务； 3 工作( j o b s ) ，是分层的实体，可以包括递归结构，由子工作或任务组成； 4 调度( s c h e d u l e s ) ，是任务到资源的映射。 主动构件包括： 1 调度者( s c h e d u l e r s ) ，根据定义好的优化目标为一系列工作计算一个或多个调度； 2 信息服务，提供系统的一些信息，可以是商业数据库、l d a p 或别的实体； 3 域控制代理，也称为局域资源管理器，控制局域的一部分资源，能提供自己的状 态信息，可能包含内部调度程序。控制域外的调度者不能够控制资源，控制域内部的管理 对于超级调度者( m e t as c h e d u l e r s 或s u p e rs c h e d u l e r s ) 来说是一个黑盒，超级调度者不能 干涉控制域内部的调度； 4 、执行代理，通过和域控制代理协商获得资源以执行调度、运行任务； 5 用户，提交作业给资源管理系统执行； 6 许可控制代理( a d m i s s i o nc o n t r o la g e n t s ) ，判断系统是否能接受额外的工作，系 统已满负载时拒绝或延迟工作的执行； 7 监控器，跟踪工作的执行，获得工作的运行状态决定是否需要重新映射任务； 8 工作控制代理，协调资源管理系统的不同构件，可以作为用户的代理。 如图2 5 所示，当一个用户提交一个工作给工作控制代理，该代理会调用许可控制代 理，许可控制代理和网格信息系统通信，检查工作的资源需求是否得到满足，决定是否提 交给调度者，调度者使用网格信息服务发现资源并和域控制代理协商确定目前资源的状态 和可用性，然后做出映射决策并将之传送给执行代理，执行代理和资源所有域的域控制代 江 苏 大 学硕 士 学位论 文 理协商使用资源，有时可能需要预留资源。监控器监视工作的进程，如果性能比预期的要 低，则决定是否要重新调度。 图2 5 层次模型 2 3 2 抽象所有者模型 在抽象所有者模型【1 0 】【l l 】( a b s t r a c to w n e r ，a o ) 中，由资源经纪人( 抽象所有者) 代 表资源所有者与用户进行交互和协商。任务提交和结果收集时遵循定购和交货模式。 在实际应用中，网格资源的用户并不关心谁是资源的所有者，他们所关心的是资源的 使用机制、资源的使用条件和使用成本。通常，与用户交涉的实体并不是真正的资源所有 者，而是资源所有者的中介人，但用户可抽象地把它们当作资源的所有者。 如图2 6 所示，资源管理的抽象所有者模式将每个资源甚至网格本身都用一个或多个 抽象的所有者来表示，资源使用者和抽象的所有者之间可以签订合同或对话以获取资源。 该模式有点像购物过程，为了从一个a o 获得存取资源许可，客户首先创建示例资源对象 并