（计算机应用技术专业论文）一种基于多agent的网格资源监控系统.pdf

一种草于多a g e n t 的刚格资源监控系统 图表目录 图2 - 1 网格技术的发展6 图2 2 五层沙漏结构7 图2 3o g s a 网格服务示意图8 图2 4g t 4 的基本组件 图3 - 1 基于生产者消费者的网格监控体系。1 8 图5 - 1 区域监控子系统的逻辑结构 图5 - 2 多a g e n t 的网格资源监控系统的功能架构3 0 图5 - 3 基于多a g e n t 的网格资源监控系统的总体框架3 2 图5 4 监控代理的层次结构 图5 5 监控代理的架构3 6 图5 - 6 主监控代理的工作流程4 1 图5 7 区域管理代理的架构4 2 图5 8 监控数掘的模型结构4 3 图5 9 用户代理的工作流程 图6 - 1m a g m s 系统的实现结构5 2 图6 2 基于j a d e 的监控信息采集组件a g e n t 的基本架构5 3 图6 - 3 网格资源监控系统门户的结构5 7 图6 4 网格资源监控系统的网络拓扑。 图6 5 网格资源监控系统门户中的用户管理晃面6 0 图6 - 6 网格资源的静态信息6 0 图6 7 网格资源的动态信息6 1 图6 - 8 主机t e s t l a b 的c p u 利用率的视图6 1 图6 - 9 主机t e s t l a b 的可用内存的视图6 2 图6 1 0 主机t e s t l a b 的文件系统可用空间的视图 表2 - 1w s r f 框架的五个通用规范9 表6 - 1 软硬件资源信息5 5 一种基于多a g e n t 的网格资源监控系统 摘要 网格是由许多地理上分布的，异构的且动态的资源构建而成，以一种透明的方式 向用户提供对可计算资源的访问。网格资源监控是网格系统中不可分割的一个重要组 成部分，负责对网格范围内的资源信息进行监测，从而为状态检查，性能分析和调度 决策等提供全面的支持。 本文首先对目前已知的一些网格监控系统进行了分析和评价，指出了其存在的主 要问题；然后研究了网格资源监控系统中需要解决的关键技术，包括网格资源信息的 组织，分类，表示和有效期；接着设计了一种新的基于多a g e n t 的网格资源监控系统 ( m a g m s ) 。整个系统根据网格应用系统的一般特点采用层次架构，其基本架构遵循全 球网格论坛提出的网格监控架构g i v l a 。在该系统的研究中引入了多a g e n t 系统中多 个a g e n t 间的协作技术解决了网格资源的动态性、可扩展性和异构性。在此系统的监 控服务设计中，运用目前网格研究中的最新体系架构规范一w 曲服务资源架构( w s r f ) 构建网格监控服务，从而为与其他网格监控系统的互操作提供了统一的访问接口。 在该系统原型的实现中，我们引入了目前应用广泛的g l o b u st o o l k i tv e r s i o n4 工具 包作为建造网格资源监控系统的平台，在该平台上实现了论文中设计的网格监控服 务。初步的实验结果表明，系统能够有效地收集监控数据并为用户提供实时的网格资 源监控服务。 关键字：多a g e n t 系统，网格监控，服务，g t 工具包 中图分类号：t p 3 9 3 一种基于多a g e n t 的网格资源髓拧系统 a b s t r a c t g r i di sc o m p o s e do fm a n yd i s t r i b u t e d ，h e t e r o g e n e o u sa n dd y n a m i cr e s o u r c e s i tc a n p r o v i d e a c c e s st oc o m p u t a t i o n a lr e s o u r c e si nat r a n s p a r e n tf a s h i o n g r i dr e s o u r c e m o n i t o r i n gi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc o m p o n e n t s i ti sr e s p o n s ef o rm o n i t o r i n gg r i d r e s o u r c e s ，a n dp r o v i d e sc o m p l e t es u p p o r tf o rs t a t u sc h e c k i n g ，p e r f o r m a n c e a n a l y s i s ， s c h e d u l i n gd e c i s i o na n de t c i nt h i sp a p e r , s o m ef a m o u sg r i dm o n i t o r i n gs y s t e m sa r ea n a l y z e da n d 翻o m ee x i s t i n g p r o b l e m sa r ep r e s e n t e d t h e ns o m ec r i t i c a lt e c h n o l o g i e si n 卯dm o n i t o r i n gs y s t e m sa r e p o i n t e do u t ，s u c ha so r g a n i z a t i o n ，c l a s s i f i c a t i o n ，r e p r e s e n t a t i o na n dp e r i o do fv a l i d i t yo f 鲥d r e s o u r c ei n f o r m a t i o n f u r t h e r m o r e ，w ed e s i g nan e wm u l t i a g e n tb a s e dg r i dm o n i t o r i n g s y s t e m ( m a g m s ) i ta d o p t sh i e r a r c h i c a la r c h i t e c t u r ea c c o r d i n gt ou s u a lr i da r c h i t e c t u r e s i t sb a s i ca r c h i t e c t u r ei sa c c o r d a n c ew i t hg r i dm o n i t o r i n ga r c h i t e c t u r e ( g m a ) ，w h i c hi s p r o p o s e db yg l o b a lg r i df o r u m i nt h er e s e a r c ho fs y s t e m ，c o l l a b o r a t i o nt e c h n o l o g i e si n m u l t i a g e n ts y s t e m sa r eu s e dt os o l v ed y n a m i c ，e x p a n da n dh e t e r o g e n e o u s n e s so fg r i d r e s o u r c e s i nt h ed e s i g no fs y s t e mm o n i t o r i n gs e r v i c e ，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 ) i su s e dt oc r e a t eau n i v e r s a li n t e r f a c et of a c i l i t a t et h ec o o p e r a t i o no fd i f f e r e n tg r i d m o n i t o r i n gs y s t e m s i nt h ei m p l e m e n t a t i o no fs y s t e m ，g l o b u st o o l 虹tv e r s i o n4i su s e da sap l a t f o r mt o c o n s t r u c t 鲥dm o n i t o rs y s t e mr e f e r r e di nt h i sp a p e r t h ep r i m a r ye x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w t h a ts y s t e mc a nc o l l e c tm o n i t o rd a t ao f 鲥dr e s o u r c ea n dp r o v i d eu s e r s 鲥dm o n i t o rs e r v i c e m o r ee f f i c i e n t l ya n de a s i l y k e y w o r d s ：m u l t i - a g e n ts y s t e m ，g r i dm o n i t o r i n g ，s e r v i c e ，g l o b u st o o l k i t c h i n e s el i b r a r yc l a s s i f i c a t i o nn u m b e r ：t p 3 9 3 一种摹于多a g e n t 的网格资源j 矗控系统 1 1 研究背景 第1 章前言 上世纪中后期，随着以i n t e m e t 为代表的计算机网络的日益普及和飞速发展，信 息技术革命对人们的生活、学习和交往方式等各个方面都产生了巨大的影响。同时， 对整个社会经济的发展产生了不可逆转的影响。至上世纪末，科研工作人员在研究分 布式计算系统的过程中提出了一种全新的先进基础设施一网格f 3 】。这是继i n t e m e t 之 后信息技术方面的又一次重大的技术进步。网格是架构在当前i n t e m e t 这一网络基础 之上的更高层次的应用技术。它充分吸收了各种计算资源，并将它们转化为一种随处 可得的、可靠的且标准的计算能力【2 】。网格的概念从提出至今已经有近十年的历史。 这期间，计算机及相关领域的技术均发生了巨大的变化，同时人们对于以技术作为支 撑的各种服务提出了更高的要求。在这样的大背景下，许多国家及大型跨国公司均投 入巨资建立了大量复杂的网格应用系统，如：数据网格，科学网格和视频网格等等。 这些应用涉及工业，学术等各个领域，它向人们提供了各种资源，使人们比过去任何 时候都能更方便快捷地获得资源和服务。但是，随着各种网格系统的建立和实际在科 研工作中应用的逐步深入，人们发现要使得网格真正能够被更多的用户使用和接受， 除了网格应用要满足科研和工业领域的相应需求之外，如何使网格应用获得更优异的 服务质量 4 8 1 是当前网格设计和开发人员急需解决的问题。网格中各种分布式资源管 理的复杂性和网络的不可靠性等因素直接导致了网格服务质量难以保证。典型的网格 环境是由许多元素构成的高度复杂的分布式系统。网格向用户隐藏了系统的复杂性， 使得当系统出现问题时很难找出问题的根源。人们需要一些方法或是手段比较准确地 看到系统中发生的问题，网格监控系统正是用来解决上面的这些问题。它用来度量网 格组件在某一时刻的状态，网格资源和应用的异构性，多样性，地域分布和变化频繁 等特性，使得检测和监控数据有了更加广泛的用途。这些给网格监控系统的研究提出 了巨大的挑战【4 】。同时，它的发展也必将为网格的广泛应用创造新的机遇。随着网格 技术的体系结构和标准的发展，网格监控系统也需要随之做相应的调整。目前，在网 格监控系统这一研究领域中，人们遇到了很多有待解决的问题【3 】，如监控信息的表示， 监控服务的设计等。本文在充分分析网格监控系统实际需求的基础上，结合目前最新 的a g e n t 技术，设计并实现了一种新的网格资源监控系统。 1 2 内容与结构 本文的结构组织如下：第1 章是i j 言部分，描述了论文的研究背景，内容与结构， 创新与成果。第2 章介绍了与论文相关技术的发展和现状。其中主要包括网格技术的 3 一种草于多a g e n t 的嘲格资源监控系统 概念，发展历程以及网格的应用前景。同时对目前最流行的网格中间件- - g l o b u st 具 包( g t 4 ) 适当作了简要介绍。另外，由于系统运用了多a g e n t 系统的概念和相关技术， 因此，介绍了多a g e n t 系统的一些基本知识和它在各种领域中的应用。这些基本知识 的介绍将会有助于理解论文中提出的网格资源监控系统。第3 章是当前网格监控系统 现状的介绍。在这一章中主要从网格监控的用途的角度对网格监控系统的要求做了分 析。同时，也对网格监控系统实现中的已有技术和当前网格监控系统的架构做了介绍。 最后，在对当前已有监控系统的优缺点详细分析的基础上，指出了目前已有网格监控 系统中存在的问题。第4 章对网格资源监控系统的关键技术做了深入研究，主要包括 网格资源信息的组织、分类和表示，资源信息模型，信息有效期和信息的存储等方面 均做了研究，使得网格资源监控系统产生的信息更加适合用户和网格组件的需要，且 能够高效地收集和存储资源信息。第5 章是论文的主体部分。在这个章节中，我们提 出了一种基于多a g e n t 的网格资源监控系统的总体架构，并给出了监控代理( m a ) ，主 监控代理( m m a ) ，区域管理代理( d s a ) 和用户代理( u a ) 等一些网格监控组件的设计， 同时利用a g e n t 的通信语言实现a g e n t 之间的数据交互和信息交换。最后，给出了用 户代理应当具有的功能和具体的工作流程。第6 章主要介绍了基于多a g e n t 的网格资 源监控系统( m a g m s ) 拘实现细节，其中包括实现相关的技术，实现结构，信息存储和 优化等内容。我们先设计了基于g t 4 工具包的分布式局域网网格计算平台。在此系统 平台中，我们利用j a d e 这一a g e n t 开发环境实现了设计的网格资源监控系统的系统 原型。同时，利用最新的网格体系规范- - w s r f 开发了网格资源监控服务。系统原型 的测试工作表明我们设计的基于多a g e n t 的网格资源监控系统能够有效收集被监控资 源的静态和动态信息，并为用户提供需要的和可理解的网格资源信息数据和视图。第 7 章是总结和展望。通过系统原型的实现我们对设计的网格资源监控系统的优缺点作 了分析。同时，对于网格监控系统的未来发展方向给出了一些想法。 1 3 创新与成果 本文的创新点在于提出了一种基于多a g e n t 的网格资源监控系统m a g m s 。在充 分分析目前网格监控系统的优缺点的基础上，同时结合已知的网格监控系统的用途和 需求，m a g m s 系统提供了一种有效的可扩展的架构。它利用多a g e n t 技术充分整合 了不同网格资源的状态信息，并透明地向用户和其他网格组件提供网格资源信息的查 询服务。特别需要指出的是在网格资源监控系统的服务设计中，我们采用了网格技术 的最新标准一w e b 服务资源框架( w s r n 向用户提供统一的访问服务的接口。这个新的 网格资源监控系统在我们的基于g t 4 工具包的分布式计算环境中得到了实现和验证。 这个系统不但可以帮助用户监控网格的状态信息，同时为用户的应用在网格环境中进 行资源调度和管理提供综合的可用信息。 - 4 一种摹于多a g e n t 的刖格资源监控系统 第2 章相关技术简介 本文关注的重点是网格环境中的资源监控问题，因此有必要先对网格的基本概 念，发展历程和应用前景适当地做些铺垫。同时，多a g e n t 技术在我们的系统中具有 很好的应用，介绍多a g e n t 系统的相关知识能够帮助我们理解系统的设计和实现细节。 2 1 网格的产生与发展 网格发展历史虽然不过十年左右，但是在这十年的时间里，网格技术的发展非常 迅速。它的体系结构和相关标准随着其他计算机相关技术的发展不断变化。纵观网格 的发展历程给我们在设计网格监控系统时提供了很多启发。 2 1 1 网格技术的概念 网格这个概念最早出现于上个世纪九十年代中期，由美国阿尔贡国家实验室的i a n f o s t e r 和南加利福尼亚大学c a r lk e s s e l m a n 研究员在其著作“t h eg r i d ：b l u e p r i n tf o ra n e wc o m p u t i n gi n f r a s t r u c t u r e ”【3 】中提出。人们对于网格的定义如下：计算网格是一个 硬件和软件的基础设施，它提供了可靠的、一致的、普遍的以及廉价的方法来获得高 端的计算能力【5 4 】。 网格的思想主要来源于电力网。在我们的日常生活中，电是家家户户都要使用的 一种能源。电是通过发电厂通过高压配电线发送至各个变电站供居民和工厂使用。我 们不需要关心我们使用的电力具体是来自哪个发电站。这就是网格技术希望达到的目 标。对于网格中资源的使用，无需知道具体是来自于哪个资源提供者。这种方式使得 用户对于资源的访问更加透明，也从某种程度上保证了资源的安全性。 网格是个计算资源池。它能够充分吸收各种计算资源，并将它们转化为一种随处 可得的，可靠的且标准的计算能力。除了各种计算机，网格中的计算资源还包括网络 通信能力、数据资料和各种仪器等【2 】。 网格是一种新兴的基础设施，它将从根本上改变人们思考和使用计算的方式。由 于网格最初是由研究大规模分布式计算发展而来。因此，人们最初将网格简单等同于 网格计算。实际上并非如此，网格计算是指将分布的计算资源组织起来协同解决复杂 的科学和工程问题。 随着人们认识的不断深入，人们提出了各种网格。如：以处理数据密集型问题的 数据网格，以解决科学问题的科学网格，以及地震网格，军事网格，访问网格( a c c e s s g r i d ) 等。 一种基于多a g e n t 的网格资源犄控系统 2 1 2 网格技术的发展历程 纵观网格技术的发展历程，学术界和企业界历经十年左右的研究和开发，网格技 术已基本成形，并延续至今继续发展。到目前为止，整个网格的发展过程明显区分为 四个阶段【3 】，如图2 - 1 所示： 图2 - 1 网格技术的发展 网格是一种新兴的技术，虽然发展历程不长，但是网格的标准和规范已经经历了 几次较大的改变。最初提出网格概念的时候，网格这一基础设施的整体架构即网格体 系结构主要有两种：五层沙漏结构和开放网格服务架构。这两种体系架构是网格发展 史上非常重要且具有深远影响的结构形式。 1 、五层沙漏结构 2 0 l 这一结构主要是以“协议”为中心，同时强调服务与m i ( 应用编程接口) 和s d 软 件开发工具集) 的重要性。五层沙漏不提供严格的规范，它是对该结构中的各部分组件 的通用要求进行定义，同时将这些组件形成一定的层次结构关系，每一层组件具有相 同的特征，上层组件可以在任何一个底层组件的基础之上建造。下面简要介绍一下五 层沙漏的具体结构及各层间的关系。图2 2 给出了沙漏结构的结构图和对应各层的关 系。 一种基于多a g e n t 的嘲格资源监摔系统 工具与应用 裹露隧 机- 存储设备，仪 器等 图2 2 五层沙漏结构 在五层沙漏结构中，构造层主要是控制局部的资源，向上提供访问的接口。构造 层的资源是非常丰富，包括计算机资源，各种设备及网络基础设施等等。连接层主要 是提供便利的安全通信，它定义了核心的通信和认证协议。资源层是实现对单个资源 的共享。汇聚层则是协调各种资源的共享，而资源层是与单个资源的交互。最上层的 应用层是在任一层次上构造的，提供多种工具与特定的应用。 五层沙漏结构特点是简单，容易理解，但是它主要侧重于定性的描述，而不是具 体协议的定义。 2 、开放网格服务体系结构( o g s a ) 1 6 ，2 1 ，3 1 1 自五层沙漏架构提出之后，随着w e bs e r v i c e s 8 这一新兴技术的出现和繁荣，一 种新的基于w e bs e r v i c e s 的网格体系结构诞生了。这就是开放网格服务体系结构 ( o g s a ) ，并被称为下一代的网格体系结构。该体系结构的规范( o g s i ) 于2 0 0 3 年7 月 发布。这一网格体系结构是以服务为中心的，它融合了许多成熟的w e bs e r v i c e s 技术。 o g s a 定义了“网格服务”这一全新的概念。网格服务是一种w e b 服务，它提供了 一组接口，接口的定义遵循一定的规范，能够解决服务的动态发现、动态服务创建、 状态更新、生命周期管理以及消息通知等问题。实际上，网格服务可以简单的理解为： 网格服务= 实现接口，行为+ 服务数据。图2 ，3 是开放网格服务体系结构中的网格服务示 意图。 、 霎；驰等 鸦啪璇可骥舅嚣篙 一种基于多a g e a t 的嘲格资源监控系统 同格服务其他接口 f 必需)( 可选) j 燃ii 燃i i ：鬈l 实现 图2 - 3o g s a 网格服务示意图 与过去的五层沙漏结构有很大不同的是o g s a 侧重于商业应用，而不再是像以前 那样只关注科学计算，但是它的原理同样适用于两种环境。这种新的体系结构需要网 格技术( g l o b u s 软件包) 和w e bs e r v i c e s 技术的支撑。g l o b u s 已经被广泛用于构建各种 科学计算网格中，而w e bs e r v i c e s 是一种标准的网络应用框架。这两种技术目前已经 比较成熟，网格技术和w e bs e r v i c e s 的结合将对解决异构网络及不同系统间的通信等 复杂性问题有所帮助。 3 、w e b 服务资源框架( w s r f ) 1 7 1 网格作为一种新兴的基础设施，需要随着技术的进步和人们认识水平和需求的发 展而不断发展。在2 0 0 4 年初，网格之父一i 姐f o s t e r 及其合作者又提出了一种最新的 网格体系结构，即w s r f ( w e bs e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ) 。它是从o g s a 进化而来 的，目的是利用最新的w e bs e r v i c e s 标准，尤其是w s 寻址( w s a d d r e s s i n g ) 。w s r f 保留了o g s a 中现有的各种基本功能，而改变了一些语法，在它的表示上也采用了新 的术语。为了简化0 g s a 的复杂性，w s r f 将o g s a 中的功能划分为五个不同的可组 合的规范。w s r f 除了综合了w e bs e r v i c e s 的最新发展，尤其是w s 寻址。同时，它 还指出了o g s i 设计方面的缺陷： ( 1 ) 在一个规范中综合了太多的内容，o g s i 没有明确的功能划分以支持增加颏的 内容。 ( 2 ) 与已有的w e bs e r v i c e s 和x m l 工具存在兼容性问题。 ( 3 ) 过多的“面向对象”。o g s i 将一个封装了资源状态的w e b 服务称为有状态资 源 1 s 1 。服务的生命期、标识符以及资源的状态是耦合的。 ( 4 ) o g s i 利用建议的w s d l 2 0 草案作为对w s d l l 1 不支持的拓展。然而 w s d l 2 0 标准迟迟未发布，这使得o g s i 规范的定义对已有的w e bs e r v i c e 工具和运 行环境的支持变得困难。 w s r f 是由o g s i 进化和分解而来【1 5 】，这些分解的步骤主要有：w s 资源 ( w s r e s o u r c e ) 概念的引入，其他w e bs e r v i c e s 规范的功能和使用的恰当划分，一种更 8 一种摹于多a g e n t 的网格资源 临拧系统 宽泛的通知视图( i 塞是状态变化通知所创建于其上的一种通用w e bs e r v i c e 要求) 。 w s r f 与o g s i 相比的优势在于：其一，它更好地利用了x m l 标准和新推出的 w e bs e r v i c e s 标准，如w s 寻址。其二，w s r f 更容易让人理解。w s r f 中元素结构 更加简化，有状态资源和w e b 服务等概念更加清晰，各种对于w s 资源的操作更加方 便。 总的来说，w s r f 结构提供了描述有状态资源和w e b 服务之间关系的方法。w s r f 是由一组w e b 服务规范组成，包括：w s 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 s 资源 生命期( w s r e s o u r c e l i f e t i m e ) ，w s 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 s 服务 组( w s s e r v i c e g r o u p ) 和w s 基本错误( w s b a s e f a u l t s ) 组成。表2 1 简要概括了上述规 范的具体内容。 表2 - 1w s r f 框架的五个通用规范 名称描述 定义了w e b 服务资源的各种属性，用于 w s 资源属性( w s r e s o u r c e p r o p e r t i e s )检索、更改和删除w e b 服务资源特性的 机制。 定义了w e b 服务资源的销毁机制。主要 w s 资源生命期包括消息的交换，它可以直接或是通过 0 v s r e s o u r c e l i f e t i m e )基于时间的调度机制销毁w e b 服务资 源。 这是一个具有策略信息的w s 端点引用 w s 可更新引用的约定描述，当端点引用失效时，这些 o v s r e n e w a b l e r e f e r e n c e s )策略信息用于检索一个端点引用的更 新版本。 定义了一个接口，该接口连接异构的通 w s 服务组( w s s e r v i c e g r o u p ) 过引用指定的w e bs e w i c e 集合。 定义了一个基本的x m l 类型，用于在 w s 基本错误( w s - b a s e f a u l t s ) 一个w e bs e r v i c e 消息交换中返回错误。 w s r f 将有状态资源和w e b 服务结合为w s r e s o u r c e 。人们可以通过特定的w e b 服务接口创建、控制和销毁资源。它为w e bs e r v i c e 提供基于消息发布的预订能力， 建立在已存在的w e b 服务定义和技术基础之上，可以更加平滑地大致统一网格计算， 系统管理和w e bs e r v i c e s 。w s r f 的定义意味着网格和w e b 服务团体将在一个共同的 基础上自u 进。 一种基于多a g e n t 的嘲格资源监拧系统 2 1 3 网格技术的应用前景 网格技术最初起源于上世纪末的g l o b u s 项目，主要是研究分布式计算问题。但是 随着新的融合了当前成熟w e bs e r v i c e s 技术的体系结构规范的产生，网格已经不仅仅 局限于原来的科学计算领域。它同时在人们社会生活，尤其是商业领域中扮演着越来 越重要的作用。新的应用领域主要有以下这些： 科学计算领域仍然是未来网格应用比较广泛的领域之一【2 1 。 分布式超级计算。目前在科学计算领域经常会遇到单台超级计算机上也无法解决 的问题。这就需要通过网格将分布在不同地点的计算机集中起来，协同解决复杂的科 学计算问题。 高吞吐率计算。这种计算关注的是在一段时间里能够完成的计算量，而短期内能 够求解多少问题并不十分关心。对于这种情况，人们可以通过网格将网络中闲置的 c p u 周期利用起来，达到低成本提高吞吐量的目标。 数据密集型计算。这是一种比较典型的科学计算。对于这种问题，一般需要利用 网格进行数据采集、处理、分析以及可视化。许多高性能的物理实验就是数据密集型 计算的典型例子。 同时，随着人们的需求和相关技术的不断发展，网格在社会经济生活中的作用也 必将更加明显。主要体现在： 基于广泛信息共享的人与人之间的交互。原来的人与人之间的交互受到地理位 置，交互能力等条件的约束。一个跨国的会议需要人们花费大量时间和精力在路途中， 如果每个人在自己的工作地点，通过现代化的通信工具达到原先在会场开会的效果， 这必将大大减少开支，提高效率。目前利用网格的人与人之间的交互典型项目有 a c c e s s g r i d 4 9 。a c c e s s g r i d 综合各种资源为人们提供通过网格的组与组之间的交互， 主要用于大规模分布式会议，协作工作对话，技术讲座和演讲等。 更广泛的资源共享。当今的互联网上拥有各种各样的资源，通过网格可以将这些 闲置的资源利用起来为人们提供更优质的服务。除了一般的计算资源之外，人们可以 远程利用各种程序，数据，文件以及价格昂贵的仪器等资源。这大大降低了运输和时 间费用。 互联网通过几十年的发展逐渐成熟并被人们广泛接受，网格还是一个比较新的基 础设施。它的各种规范，标准以及中间件还处于发展阶段。近年来，网格的发展前景 也曾受到了一些人士的质疑。所以，网格技术真正得到人们的认可和广泛使用还任重 而道远。虽然如此，近几年各国政府和大型跨国公司，如i b m ，微软等等纷纷投入巨 资构建各种网格应用平台。从目前的效果来看，网格的确给人们带来了收益。随着网 格技术和商业化的w e bs e r v i c e s 技术【8 】的紧密结合，它必将在商业领域拥有更加广阔 的发展前景。 一种草于多a g * n t 的网格资源监控系统 2 1 4g l o b u st o o l k i t ( g t ) 工具包简介 g l o b u s 项目3 0 1 是目前国际上最有影响的与网格相关的项目之一。它发起于上世 纪九十年代中期，目的是将美国境内的众多高性能计算机通过高速的计算机网络连接 起来，方便各大学和科研机构使用，提高高性能计算机的使用效率。g l o b u s 项目主要 是利用高性能计算机进行计算机模拟，协同工程和并行计算等科学研究。随着g l o b u s 研究的不断深入，地理上分布的研究人员建立虚拟组织进行跨学科的虚拟合作。目前 g l o b u s 项目的应用已经不仅仅局限在科学计算领域，它已经将w e bs e r v i c e s 技术融入 进来，希望在商业应用领域进行更加广泛的基础性的网格环境的支持。 g l o b u s 项目是美国a r g o n n e 国家实验室的开发项目。它涉及信息安全，资源管理， 信息服务，数据处理以及应用开发环境等诸多网格计算中的关键技术。该项目开发了 能够在多种平台上运行的网格计算工具包软件- - g l o b u st o o l k i t ( 简称g t ) 。它能帮助人 们组建大型的网格实验平台。开发大型网格应用程序。g l o b u st o o l k i t 是g l o b u s 项目 的一项重要的研究成果。它已在n a s a 网格( n a s a i p g ) ，欧洲数据网格( d a t ag r i d ) ， 英国国家技术网格( n t g ) 中取得较好的应用。 g t 是一组基于开放架构，开放源码的服务集合和软件库。它可以用来支持网格 及其应用。g t 关注的问题包括安全，信息发现，资源管理，数据管理，通信，故障 检测和可移植性等。下面简要介绍一下g t 工具包的发展历程。 g t 工具包的第一版于1 9 9 9 年正式对外发布。它主要包括网格资源管理( g r a m l 和网格监控与发现服务。 2 0 0 1 年末，g t 第二版g t 2 问世。g 1 r 2 工具包主要包括三个部分：资源管理，数 据管理和信息服务。 g t 3 于2 0 0 2 年末发布。它是基于o g s a 架构，且融合了w e bs e r v i c e s 技术。g t 3 在原有g t 2 的基础上对关键的协议做了较多的变动。主要包括：在安全方面，采用 x 5 0 9 代理证书，集成已出现的w s 标准；网格资源信息服务( g r i s l d a p 4 2 ) 方面， 抽象的概念作为服务数据集成进o g s i ；网格资源管理( g r a m ) ，m a n a g e d j o b f a c t o r y 和相关服务定义；以o g s i 的相关规范改写数据收集服务，如r f t ( r e l i a b l ef i l e t r a n s f e 0 ，r l s ( r e p l i c al o c a t i o ns e r v i c e ) 等等。 g t 4 1 4 ，1 9 于2 0 0 5 年发布，是g l o b u st o o l k i t 工具包的最新版本。目前的版本号 是4 0 2 。它实现了w e b 服务资源框架( w s r f ) 。g t 4 是完全基于w e bs e r v i c e s 的网格 开发软件库。在第四版中，相比过去的三个版本，除了实现了最新的网格计算的体系 结构之外，还对原有版本在众多特性上做了大的改进，其中包括：健壮性，性能，易 使用性，文档，标准的兼容性及功能性等方面。 总之，g l o b u st o o l k i t 工具包随着网格最新标准和技术的发展不断做着改进。作为 架构网格系统的基础平台和软件库，相信在众多科研和丌发人员的共同努力下，g t 一种基于多a g e n t 的网j 幸 资源监 卒系统 必将成为未来建构网格应用的优秀平台。 g t 的基本组件如图2 - 4 所示： 曰曰圉因 图2 - 4 g t 4 的基本组件 安全组件主要包括认证管理，认证授权，社团授权，委派等组件。对于安全方面 的关注一直是网格计算中重要的且极具挑战性的。g t 4 中将安全作为一个独立的模块， 它的消息层，用户名和密码及传输层采用x 5 0 9 证书的认证机制。 数据管理组件包括了网格文件传输，可靠文件传输，复制位置管理，数据访问及 集成和数据复制。这些组件为在网格环境中进行安全的，可靠的，高性能的数据传输 服务提供了库和工具。 执行管理组件包括网格资源分配和管理，工作空间管理，社区安全调度框架和网 格远距离控制协议。这其中最为重要的就是网格资源的分配与管理。因为在网格中存 在大量的地理分布的，异构且多样性的资源。如何管理和向用户提供最适合的资源是 关键。g t 4 的g r a m 服务提到了这些主题，同时提供了一个w e bs e r v i c e s 接口用于 初始化，监控和管理在远程计算机上的任务的执行操作。 信息管理组件包括索引服务，事件触发服务和监控信息的w e b 浏览服务 ( w e b m d s ) 。这些组件的目的主要是发现网格中可以运用且适合用户需求的资源，同 时监控资源和服务的状态。监测允许我们探测和诊断在网格应用中出现的问题，而发 现可以标识具有期望属性的资源和服务。 通用的运行环境组件包括j a v a ，c 和p y t h o n 语言的运行环境。在这些编程开发环 境上可以用这些语言开发网格服务和应用，并在g t 4 平台上配置和运行。 g t 4 工具包实现了最新的w s r f 架构，在性能等诸多方面比先前版本的g t 均有 一种草于多a g e n t 的网格资源瓶拧系统 了很大的提高。它为期望开发网格服务的人员提供了很好的开发平台【2 7 ，2 8 】。g t 4 作 为一个开放源码的工具将随着网格技术的发展不断改进和发展。 2 2 多a g e n t 系统简介 2 2 1 多a g e n t 系统介绍 a g e n t 技术起源于二十世纪的分布式人工智能的研究。近几年来该技术在多个领 域有愈加广泛的应用。a g e n t 技术主要是强调软件的分布性，自治性和智能性。软件 a g e n t 是模型化的复杂软件系统的高级抽象。软件a g e n t 是一种比较复杂的计算机程 序，采取自治的行为，与周围的环境协同交互以完成特定的目标。美国斯坦福大学的 教授h a y e sr o t h 认为“智能体a g e n t 能够持续执行三项功能：感知环境中的动态条件， 执行动作影响环境条件，进行逻辑推理解释感知的信息，求解问题，产生推断和决定 动作。”【4 6 】 a g e n t 智能体的主要特点是自治性，主动性，社会能力和反映能力。它对于环境 的变化能够适时做出响应，自主决定其行为，并利用通信手段和其他a g e n t 进行通信。 多a g e n t 系统是一个高度交叉的研究领域，它吸收了不同领域的内容，如经济学、 哲学、逻辑学、生态学、和社会科学【6 】。对于多a g e m 系统课题有着非常多的观点。 由于多a g e n t 系统的研究是和多个学科和领域交叉的，所以实际上多a g e n t 不是一种 单纯的分布式系统并发系统，也不完全是人工智能或是经济学，对策论以及社会学。 它是一个综合的研究方向，利用其他学科领域的新的研究成果并结合最新计算机技术 的发展。虽然多a g e n t 系统的研究问题很多是和其他研究领域相类似的，但是多a g e n t 系统研究领域与其他领域的不同之处在于多a g e n t 系统强调a g e n t 是有计算能力的信 息处理体。 在网格监控环境中引入a g e n t 技术，主要有以下这些优点【5 】： ( 1 ) a g e n t 运用j a v a 技术实现，而j a v a 语言具有平台无关性。这可以充分满足网 格监控需要的异构跨平台的需要。 ( 2 ) a g e n t 通过在网络中的服务器之间传递相应的资源信息，负载信息等。 ( 3 ) a g e n t 不需要统一的调度，可以异步执行。 目前已经有一些科研人员将多a g e n t 技术应用于网格资源的管理和监控【5 ，1 3 】。当 然这只是一个初步的尝试，还需要对这些方面进行更为深入的探讨和研究。 2 2 2 多a g e n t 系统的应用 a g e n t 技术在很多领域有着广泛的应用【6 】。广义上可以将a g e n t 的应用分为两个 部分： 分布式系统在分布式系统中，a g e n t 是处理结点，在这种系统中强调的是多a g e n t 一种摹于多a g e n t 的刚格资源监控系统 系统的“多”这个方面。 个人软件助手在个人软件助手中，a g e n t 扮演的是处理某种问题的用户的主动助 手角色，这个强调的是“单个”a g e n t 。 具体来说，a g e n t 技术的实际应用可以有如下这些，但也不局限于下面的这些： 工作流和业务过程管理a g e n t ，分布式感知a g e n t ，信息检索和管理a g e n t ，电子商务 a g e n t ，人机界面a g e n t ，虚拟环境a g e n t ，社会仿真a g e n t 以及其他一些在工业，航 空航天方面的a g e n t 。 在我们的网格资源监控系统中引入a g e n t 是其在分布式系统方面的应用。这里主 要强调监控网格资源的a g e n t 数量“多”这个方面。 一种基于多a g e n t 的嘲格资源监拧系统 第3 章网格监控系统综述 3 1 网格监控的用途 典型的网格环境是由许多元素组成的高度复杂的分布式环境【3 】。在这种环境中， 一方面需要准确掌握某个时刻网格的性能状态；另一方面，在可用的资源中，网格需 要有一种方式提供对当前可用资源状态的查询以帮助对资源分配进行决策。一个网格 监控系统的目的就是收集网格环境中关于资源状态的信息，并向用户和其他网格组件 提供这些信息。这是和捕获监控信息的任务分离的，监控信息是在本地实现对计算资 源，存储资源或是网络节点之间带宽等信息的采集，例如：网络监控的测量可以使用 i p e f f 工具【4 7 】测量两个网络节点之问的吞吐率。这些本地的监控任务的结果将通过网 格直接被网格监控系统获得。 为了讨论网格监控的需求，我们可以先讨论网格监控信息的具体用途。这些用途 能够帮助我们理解网格监控具体需要哪些信息，以及该如何收集这些信息。网格监控 有以下这些用途： 1 、故障处理和错误检测 在网格系统正常运行的情况下，隐藏系统的复杂性是非常有必要的。但是一旦系 统出现故障( 如作业提交失败等) ，查找故障的源头是很困难的。实时的数据收集和事 后分析处理需要收集比较全面的监控数据。 2 、性能分析和调整 由于网格系统的复杂性，当网格出现明显性能下降时( 如作业执行时间增加) ，如 何定位它的性能瓶颈一直以来是个很棘手的问题。网格系统需要在运行一段时间后， 通过不断调整调度算法等方法提高网格总体的运行性能和效率。此时，监控数据起到 重要的作用。通过对历史监控数据的分析，我们可以发现性能瓶颈所在，从而对症下 药，真正提高网格的总体性能。 3 、指导调度和决策 网格具有动态的特性。其中的异构资源和组件等状态会随着时间的推移不断变 化。因此，需要通过一定的监控机制对网格中这些变化做相应记录，便于调度程