（计算机应用技术专业论文）基于模糊多目标决策的网格资源分配策略研究.pdf

! 型! 、：尘型兰! 笙兰 基于模糊多目标决策的网格资源分配策略研究 如k计算机应用技术 研究生冯剑红 指导教师谢汶 网格计算是近年来的研究热点之一。它可将高速互联网、电脑、人型资料 库、传感器、远端设备等融为一体，实现它们的全面共享与协同工作。由于网 格资源有分布性、异构性、动态性，并且由多个组织所拥有，具有不同的使用、 防问及收费方式等特点，因此给网格环境下资源的分配造成困难。网格资源分 配已成为网格技术研究的重点之。 资源选择是网格资源分配的决策活动，资源分配负责根据用户的资源需求 描述发现最佳资源服务。而在实际应用q j ，用户的资源需求带有很大的模糊性， 导致了网格服务质量很难满足用户的要求。 本文介绍了i n 格计算的基本概念、特点、国内外研究现状、当前比较流行 的网格体系结构以及典型的网格系统，针对网格计算提出了一种新的基于模糊 多目标决策的资源分配策略。该策略以用户满意度为主要目标，通过组建模糊 多e 标决策模型来解决用户的资源选择问题。论文还详细描述了该策略的实现 方法。通过对模型的分析，表明了该模型不但可以满足用户的要求，还可以提 高资源的分配成功率和利用率。 关键词：嘲格计算o ( s a资源分配 模糊决策 阴i i ! ，、学顷 学位论文 r e s e a r c ho fg r i dr e s o u r c ed i s t r i b u t i o nb a s e do nf u z z y 弋 m u l t i o b j e c t i v ed e c i s i o nm a k i n g s m a j o r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y p o s t g r a d u a t o ：f e n gj i a n - h o n g s u p e r v i s o r ：x i ew e n g r i dc o m p u t i n gi so n eo ft h em o s ta t t r a c t i v er e s e a r c hf i e l d se 删t l y , w h i c h e n a b l e sa l lt h eg e o g r a p h i c a l l yd i s t r i b u t e dr e s o u r c e st ob ew i d e l ys h a r e da n d c o l l a b o r a t e ，s u c h 嬲h i g h - s p e e di n t e r a c t , m a i n f r a m e s ，l a r g e s c a l ed a t a b a s e s ，s e n s o l s ， r e m o t ed e v i c e s ，e t c b e c a u s eo fi t sd i s t r i b u t i v e n e s s ，h e t e r o g e n e i t y , d y n a m i c ，a n d p o s s e s s e db ym a n yo r g a n i z a t i o n sa n dd i s t i n c tu s i n g ，a c c e s s i n g , m o d eo fc h a r g e ，e r e ， r e s o n r t ：ed i s t r i b u t i o nu n d e r 鲥de n v i r o n m e n ti sv e r yd i f f i c u l t r e s o u r c ed i s t r i b u t i o n h a sb e e no n eo f t h ek e yr e s e a r c hf i e l d so f 鲥ds y s t e m s r e s o u r c es e l e c t i o ni ss t r a t e g i cd e c i s i o n - m a k i n go fg r i dr e s o u r c ed i s t r i b u t i o n r e s o u r c ed i s t r i b m i o ni sr e s p o n s i b l ef o rp r o v i d i n gt h eb e s tr e s o u r c cs e r v i c e s a c c o r d i n gt o t l s e r s r e q u i r e m e n t b u tu s e r sr e q u e s th a sm u c hf u z z ya c t u a l l y s o q u a l i t yo f 鲥ds e r v i c ei sh a r d l yt om e e tr i s e r sn e e d s i nt h i sp a p e rt h eb a s i cc o n c e p t so fg d dc o m p u t i n g ，c h a r a c t e r i s t i c ，c u r r e n t l y r e s e a r c hs t a t u s ，t h ep o p i l l a r g r i d i n f r a s t r u c t u r e sa n dt y p i c a l 鲥ds y s t e mw e r e i n t r o d u c e d an e ws t r a t e g yo fr e s o u r c ed i s t r i b u t i o nb a s e do nf u z z yd e c i s i o n m a k i n g sw a sp r o v i d e d ，a n dam o d e lo f m u l t i - o b j e c t i v ef u z z yd e c i s i o nm a k i n g sw a s b u i l tt os o l v et h er e s o u r c ed i s t r i b u t i n gp r o b l e m si n 鲥dc o m p u t i n g a l s oi m p l e m e n t o ft h es t r a t e g yw a sd e s c r i b e di nt h et h e s i s a n a l y s i sp r o v e dt h a tt h i sm o d e ln o to n l y p r o v i d e dt h eb e s tr e s o u r c e st ot a s k s ，b u ta l s oe n h a n c e dt h es u c c e s s f u l n e s so f r e s o u r c e m a t c h i n ga n dt h ee f f i c i e n c yo f r e s o u r c eu s i n g k e y w o r d s ：g r i dc o m p u t i n g ，o g s a ，r e s o u r c ed i s t r i b u t i o n , f u z z yd e c i s i o nm a k i n g s 叫r l 上学修 + 学位论文 1 1 研究背景 第一章网格计算的研究背景与现状 随着计算机性能的不断提高和网络通信技术的迅猛发展，应用需求日益朝 着高性能、大规模、多样性、多功能的方向发展，这就要求将地理上分布的、 异构的各种商性能计算资源、存储资源、数据资源和其他特殊资源通过高速网 络连接起来，实现高性能联合计算，共同完成重大应用问题，即广域商性能元 计算技术，也称为网格计算技术。不同于传统并行计算，网格计算着重于大范 围、多样性的资源共享以计算服务，并在一定情况下定位于高性能计算。网格 技术已经成为下一代互联网络研究的一个重要的核心领域。 1 1 1 网格的概念 网格技术出现于2 0 世纪9 0 年代，它代表了一种先进的技术和基础设施， 是近年来在学术界和产业界逐渐兴起的一个研究领域，也是继i n t c r n c t 之后又 一次重大的科技进步。那么究竟什么是网格，什么是网格计算呢? 美国阿尔贡 国家实验室( m g o n n en a t i o n a l l a b o r a t o r y ) 的资深科学家、美国著名的网格计算 项目g l o b u s 的主持人之一i a nf o s t e r 在他主编的网格：一种新计算的基础设 施的蓝图一书中这样描述：“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。川”简单地说，网格就是一个集成的计算与资源环境， 或者说是一个计算资源池。网格能够充分吸纳各种计算资源，并将它们转化成 一种随处可得的、可靠的、标准的同时还是经济的计算能力。除了各种类型的 计算机，这里的计算资源还包括通信能力、数据资料、仪器设备、甚至人等各 种相关的资源。 凹。f 从学颂 。学位论文 1 i 2 网格的由来 网格这个名词是从输电网来的。2 0 世纪经济的发展、工业的发展、人类社 会的发展，很大程度上是因为电力可以从墙上插座方便地得到。网格试图提供 这样一种技术：人们可以把自己的微机插入网格，然后就可以透明地使用网格 上的各种计算资源和知识资源，就象今天人们将任何一种家电设备插进墙上的 插座，就可以方便地使用电一样。与电力网相比，网格的结构更复杂，需要解 决的问题也更多，但是它也会给我们带来更大的便利和帮助。 网格的发展经历了三个阶段：第一阶段是网格的萌芽阶段，开始于2 0 世 纪9 0 年代早期，研究内容是关于千兆网试验床以及一些元计算方面的工作； 第二阶段是一些早期的试验，时间大概从2 0 世纪9 0 年代中期到晚期，出现 了一些比较重要的开创性和奠基性的研究项目，比如i - w a y ，g l o b u s 、l e g i o n 等。目前处于网格计算的迅速发展阶段，关于网格的研究、开发和应用项目大 量出现，同时网格计算也不再仅仅局限于科学研究，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。 1 1 3 网格的特点 1 ) 分布性与共享性：分布性是网格的一个最主要特点，即构成网格的资源 是分布在不同地理位置的。网格的根本特点是资源共享。构建网格的主要目的 是实现对分布资源的共享。用户利用互联网向网格提交任务，网格就会分配相 应资源( c p u 、存储器、应用或数据等) 来完成任务。网格资源共享的规模不一定 要求非常大，可根据需要构造个人网格、家庭网格、企业内部网格和地区性网 格等。 2 ) 动态性与异构性：网格的动态性主要表现在构成网格的资源是动态变化 的，动态地增加或减少。而网格的异构性主要表现在网格存在于异构环境中， 它可以包含多种异构资源，包括跨越地理分布的多个管理域。与网格的动态性 相适应，网格应该设计得容易扩展和重组。网格必须能适应规模的变化，通过 扩展，网格规模可以不断扩大。而网格的异构性意味着在网格环境中要解决对 2 网1 lj 大学颂 学位论文 异构资源的访问问题，以实现资源共享。 3 ) 自治性与统一性：构成嘲格的资源是分布资源。嘲格的自治性主要衷现 在资源的所有者对所拥有的资源可以自主进行管理。而网格的统一性主要表现 在网格要对分布的资源提供统一管理，形成一个整体提供给网格用户使用。网 格的自相似性在网格的建造和研究过程中有重要的意义。 1 1 4 网格计算的应用 网格的应用领域十分广泛，人们将其称为第三代i n t e r n e t ，网格试图实现互 联网上所有资源的全面连通，用g g g ( g r e a tg l o b a lg r i d ) 代替w w w 的地位， 影响人类的尖端科研到商业应用乃至日常生活。目前网格计算在科学计算领域 有如下几个方面的应用： 1 ) 分布式超级计算 分布式超级计算是指把分布在不同地点的超级计算机用网格中间件联合起 来，以满足更大规模的计算需要。g l o b u s 最初的创建目的就是为了满足这样的 需求。 高吞吐率计算 高吞吐率计算针对的是一个较长时问段内系统完成的总的计算量，根据实 际的问题求解过程中的要求，将大量空闲的计算资源集中起来，让它们共同来 完成大量的计算。 3 ) 分布式仪器系统 分布式仪器系统( d i s t r i b u t e di n s t r u m e n t a t i o ns y s t e m ) 是使用网格来管理 分布在不同地区的仪器系统，这样就把分布式仪器系统变成了一个很易于管理 的系统。例如美国能源部支持的x p o r t 项目。 4 ) 数据密集型计算。 许多高能物理实验、气象预测等都是数据密集型问题，由于它们的数据采 集地点、数据处理、分析地点等往往分布在不同的地区，导致对这类问题的求 解往往会产生很大的通信、计算需求，使用网格可以很大程度上解决了这种需 求。 5 1 远程沉浸 阴i i 上学颂 。学位论史 远程沉浸是指不同地区的用户聚在同一个虚拟空l b j 垦，可以相互沟通，还 可以与虚拟环境交互，目前已广泛应用于教育、训练、娱乐、工业设计、等许 多领域。 总之，网格可提供计算服务、数据服务、应用服务、知识服务等，具有航 空建模、高能物理、计算化学、数据挖掘等广泛的应用领域。随着网格技术的 不断完善和应用领域的不断扩展，网格可以在更多的领域得到应用，发挥更大 的作用。 1 1 5 网格计算的研究现状与发展趋势 面对即将到来的第三代互联网应用网格技术及其应用，世界上许多国 家对网格技术非常重视，很多发达国家都投入了大量研究资金，希望能抓住机 遇，把网格计算技术应用在各个领域，如高能物理、全球变化、地震监测、商 业计算等。从美国、欧洲、日本等发达国家到印度等一些发展中国家，都启动 了大型的网格研究计划，并得到了商业界的大力支持。 这方面的代表性研究工作包括荚国国家科学基金资助的n p a c i 、“国家技术 网络”0 q t o ) 、分布式万亿次级计算设旌( u r f ) ，以及欧盟的d a t a o z r i d 、u n l 2 c o r e 等。 英国建立了全球最大的网格计算机系统，该网格系统由6 0 0 0 多台分散在7 8 个国家的计算机组成，而英国就拥有其中的1 0 0 0 多台，它是“大型强子对撞机 计算网格”( l c g ) 的一部分，l c g 是全球目前最大的网格系统，而且也是第一 个永久性网格系统。 同时，随着网格研究在学术界的加速，信息产业界的大公司也相继公布了 与网格目标一致的研究开发计划。惠普、i b m 、微软等公司最近取得共识，支 持x m l 、s o a p 、u d d i 等网格和w e b 服务等标准、从而更有利于开发新一代 的网格应用。近几年，i b m 、s u n 、p l a t f o r m 、惠普等公司推出了一系列网格平 台软件和网格实施方案，其目的是将因特网上的资源和信息汇聚在一起，组合 成企业和消费者所需要的服务。世界上许多顶级企业集团都宣布了建设内部网 格的计划。 网格技术也引起了我国高度重视。网格的研究和应用已被列为“8 6 3 计划” 4 网f l 学碾 学位论上 的一个专项，通过“国家8 6 3 计划高性能计算争项”的形式在十血期问支持网 格计算的技术研究和应用工作。 目前国内正在进行的网格研究项目主要有： 1 )“国家网格c n g r i d ”( 科技部) ，有多家单位参加； 2 )“中国教育科研网格计划c h i n a g r i d ”( 教育部) ，有多家单位参加； 3 )“e s c i e n c e 网格研究计划”( 国家基金委) ； 4 )“上海教育科研网格”，多所上海的大学参加： 5 )“仿真网格”的研究，由航天二院和清华大学共同开展； 6 )“织女星网格”，由中科院计算所领衔开发。 随着网格技术的发展，呈现出以下的趋势： 1 ) 标准趋向开放、统一：国际上网格技术的研究基本上采用了因特网的开 放标准路线，以层次化开放式为基础，在多个层次上建立横向技术标准和平台， 以满足不同层次资源和应用集成的需要，这些标准中最主要的是g l o b u s 和 o g s a 。迄今为止，基于o g s a 的g l o b u s t o o l k i t 已经成为事实上的网格标准。 2 ) 技术融合趋势：许多网格应用和系统是综合网格技术和其它多种主流技 术建立而成的，这些技术包括中间件技术、p 2 p 、w e b s e r v i e e 等等。网格技术解 决了网格应用面临的一些问题，而现行的许多技术很好地解决了系统集成的各 种问题。例如2 0 0 2 年后的g l o b u st o o l k i t 借助一些现成的、与平台无关的技术， 如x m l 、s o a p 、w s d l 、u d d i 等来实现这些服务的描述、查找、访问和信 息传输等功能。 3 ) 网格进入商用化：原来的网格计算主要集中在科学计算等学术领域，而 目前正在走向实用并与市场结合，直接服务于生产和各种商业活动。2 0 0 4 年1 月2 0 日，g l o b u s 联盟、i b m 和h p 等联合发布了新的网格标准草案w s r f ( w e b s e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ) ，使网格服务已经与w e b 服务彻底融为一体，这 标志着网格商用化的时代已经来临。 此后几年，必将会出现大量将w e bs e r v i c e s 和网格服务融为一体的新型服 务，让计算机跨越时间和空间的限制，自动获取和处理信息成为现实。 叫。f f 人学帧j 学位论史 1 2 研究的意义 与资源相关的问题是网格的核心问题。在网格环境中，资源是分散在各个 不同地域和管理域中的，由不同的组织拥有和操作，并且在使用策略和安全机 制上各不相同，不同站点可能会使用不同的局部资源管理系统；同时，网格中 的资源有不同的存取收费方式，资源可以动态地随时加入和离开网格环境，在 很多情况下资源的状态是随机的和不确定的，并且用户对资源的要求存在模糊 性等等，因此如何有效对资源进行分配，是网格研究的基础和难点。网格资源 分配是根据用户的服务请求，资源管理系统r m s ( r e s o u r o em a n a g e m e n ts y s t e m ) 把最合适的资源分配给该服务，这是网格任务调度的重要组成部分。 目前国内外很多研究组织进行的项目都在对网格中的资源分配进行研究 ( 如：g l o b u s 、l e g i o n 、n i n 、n i m r o d g 等等) ，他们对网格特点进行归纳和抽 象，提出了用贪心算法、经济学原理等来解决网格资源分配。但是这些网格项 目多是从任务执行时间、资源利用率的角度来研究资源分配问题，忽略了用户 关心的服务质量问题等。 本文通过分析网格服务的特征、体系结构，在o g s a 的框架下，从资源的 动态分配方法方面研究，针对目前资源分配算法对用户服务质量考虑不足，并 且用户对资源的要求存在模糊性的情况，提出了基于模糊多目标决策的资源分 配策略，把现有的资源作为研究对象，根据用户的多种要求，求解数学模型， 根据计算结果找到最合适的资源分配给用户。 1 3 本文的组织 全文共分为六章： 第一章：网格计算的研究背景与现状。简要介绍了研究的背景、现状和本 文的主旨。 第二章：网格体系结构。对网格计算的两种主流体系进行了比较，并对支 撑o g s a 的两大技术进行了详细阐述。 第三章：网格资源分配。阐述了网格资源的特点，以及网格资源分配的相 关技术。 6 网川人学碗 学位沧文 第四章：模糊决策机制。对横糊集理论和模糊决策机制进行了详细的描述， 并介绍了模糊多目标决策的解决方法。 第五章：基于模糊多目标决策的网格资源分配。给出了基于模糊多目标决 策的网格资源分配的具体实现，并与其它分配策略进行了比较。 第六章总结与展望。对本文的工作进行了总结与展望。 1 4 小结 本章介绍了课题的研究背景，简要阐述了网格的基本概念，包括网格的特 点、网格应用领域以及国内外研究现状。最后简要介绍了本文要解决的主要问 题和组织结构。 7 网f 从学硕l 学 置论上 第二章网格体系结构 网格体系结构是关于如何建造网格的技术，包括对网格基本组成部分和各 部分功能的定义和描述，网格各部分相互关系与集成方法的规定以及网格有效 运行机制的刻画。网格体系结构是网格的核心技术，只有建立合理的网格体系 结构，才能更好地设计和建造网格并使网格有效地发挥作用。 随着网格的发展，现在主要有两个网格体系结构标准：一个是面向协议的 五层沙漏结构”，另一个是面向服务的开放式网格服务体系结构( o g s a ) t 3 。在网 格的初期发展中，主要面向于科学研究、高性能计算，此时的体系结构也满足 了这种发展的要求。随着网格在科学研究的成功应用，工业界对网格的兴趣也 日益增加，希望将网格应用在电予商务等领域，因此网格的体系结构也发生了 相应的变化，采用了服务的概念来构建网格体系结构( 0 g s a ) ，而o g s a 的基础层 也经历了从最初的开放网格服务基础设施( o g s i ) “到网络服务资源框架( w s r f ) 的演变。 2 1 五层沙漏结构 五层沙漏结构以协议为中心的，它由底向上分别是构造层、连接层、资源 层、汇聚层和应用层，每一层中的各个组件都具有共同的特点，它们建立在它 下面任意一层所提供的能力和行为之上。模型中资源层与连接层是协议层次结 构中的最核心部分，它支持上层协议( 沙漏的顶层) 向核心协议的映射，同时 实现核心协议向下层协议( 沙漏的底层) 的映射。在五层结构中，资源层和连 接层共同组成这一核心的瓶颈部分，它促进了单独的资源的共享。如图2 1 所 示。 五层沙漏结构解决了通用的网格平台所面临的异构性、扩展性以及适应性 等问题。五层沙漏结构以g l o b u st o o l k i t 版本2 ( g t 2 ) 的形式出现，g t 2 着重 于可用性和互操作能力，它定义并实现了一些协议、a p i 和服务，g t 2 在世界范 围内上千个网格中的应用。由此五层沙漏结构也成为一个网格体系结构的事实 8 四i i i ，、学坝! 卑q 论文 标准。 图2 i 五层沙漏结构 五层沙漏结构中，各层的功能： 1 ) 构造层：面对的是具体的物理资源。它通过对局部资源的管理，向上层 提供对这些资源的管理和控制界面。构造层组件实现了基于底层特定资源的高 层共享操作。在构造层实现的功能有紧密的相互依赖性，它们支撑着上层可共 享的功能。构造层功能越丰富，就越能更好地实现上层功能的共享。 2 ) 连接层：主要为下层的物理资源提供安全的数据通信能力。连接层为各 个孤立的单个资源之间建立了联系，这是资源之间进行互操作的前提。该层定 义了网格中网络处理的核心通信协议和认证协议。通信协议使构造层的资源间 的数据转换成为可能。 3 ) 资源层：反映抽象的局部资源特征。建立在连接层协议之上，定义安全 握手、资源初始化、监测和控制资源的运行状况，统计与计费有关的资源使用 情况。资源层调用构造层的功能实现对本地资源的访问和控制。资源层协议主 要分两类，一类是信息协议，用于获得资源的结构和状态信息，例如，它的配 置、当前的负载、资费等，另一类足管理信息，用于协商对特定共享资源的访 问，例如，资源需求( 包括高级预留和服务质量要求) 。 4 ) 汇聚层：汇聚层关注的是全局的状态以及跨多个资源的交互，实现更广 泛的资源共享，它包括目录服务、资源分配、进度安排，业务代理、资源监视 9 四1 1 人掌修i 学位论文 和诊断、负载控制、软件发现( 基于求解问题参数的最住软件实现和运行平台) 、 安全认证、计费等。 5 ) 应用层：作为网格体系结构中的最高一层，由用户的应用程序构成，应 用程序通过a p i 调用下层提供的服务，再通过服务调用网格上的资源实现。 2 2 开放网格服务体系结构o g s a 开放网格服务体系结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 是g l o b a l g r i df o r u m 的重要标准建议，是继五层沙漏结构之后最重要的，也是目前最新 的一种网格体系结构，被称为下一代的网格结构。通过这样一组软件体系结构 标准和其它框架倡议来使资源共享的过程标准化，以便提供更佳的软件互操作 性、高级别的安全性、资源定义和发现、策略和可管理性。 2 2 1 基本思想 0 g s a 是一种以服务为中心的模型，具有统一的w e b s e r v i c e 框架，并且将原 来主要在科技领域应用的网格技术转移到商业应用领域。 与沙漏模型以协议为中心的“协议结构”相比较，0 g s a 是以服务为中心的 “服务结构”。在沙漏结构中，强调的是被共享的物理资源( 或者是这些资源所 支持的服务) ，试图实现的是对资源的共享。而在0 g s a 中，服务所指的概念更 广，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，实现的将是对 服务的共享。 由于采用了统一的w e b s e r v i c e 框架，o g s a 很自然地具各了原来w e b s e r v i c e 的所有有利因素：标准的接口定义机制；多主机运行环境；支持c 、j 2 e e 、n e t ； 可以从服务描述中自动生成客户与服务端的代码，将服务描述和互操作的网络 协议绑定在一起，和新出现的高级开放标准服务和工具兼容，有广泛的商业支 持等等。 o g s a 的重点是商业应用而不是像以前那样更侧重于科学与技术应用，其原 则和机制可以同时适用于两种环境。但是在商业的应用中需要无缝地和已有的 服务、资源、负载、安全、网络o o s 等集成。o g s a 支持服务发现的特性方便了 1 0 刖川大掣坝t 学位论文 将高级网恪服务功能向原始平台设施的映射与应用。o g s a 面向服务的特点允许 我们在不同的层次上虚拟化资源，因此相同的机制与抽象可以应用于多个组织 之间的分布式网格支持的协作，或营是跨越多个结点的土机环境。 简单地说，网格服务= 行为接口+ 服务数据3 1 。如图2 2 所示，其中，g r i d s e r v i c e 接口用于网格服务数据的访问、服务的生命周期管理以及服务的显式撤 销：其他接口主要完成通知、授权、服务创建、服务注册、服务管理、应用开 发等，同时也可以包括某些面向特别应用的服务接口。 图2 2 网格服务的基本原理 2 2 2 开放网格服务基础构架0 6 s 0 g s i 是作为0 g s a 核心规范提出的，它对o g s a 的主要方面具体化、规范化， 它是中间件，是网格服务的开发工具。本质上，0 g s a 标准定义了什么足网格服 务，网格服务可以做些什么，以及网格服务所基于的技术。但是，0 g s a 并没有 深入阐述规范中的技术细节，它的主要目的是澄清什么是网格系统，什么不是 网格系统。0 g s i 是0 g s a 所描述的概念的正式技术规范。0 g s i 中包含如何管理 任务、分配任务以及如何描述服务提供者和网格服务的规范。 0 g s i 规定了向网格发送处理请求时所使用的接口，相当于w e b 服务中的 w s d l ，在网格计算相关标准中处于核心地位。0 g s i 规范通过扩展w e b 服务定义 语言w s d l 和x 虬s c h e m a 的使用，来解决具有状态属性的w e b 服务的问题。它 四0 1 1 人学妒f 半位论文 针对可管理网洛服务定义了一套标准化的接口和行为，定义了服务实例的创建、 命名和生命期管理，服务状态数据的声明和查看，服务数据的异步通知，服务 实例集合的表达和管理，以及一般的服务调用错误的处理等，定义了客户如何 和网格服务交互。 2 0 0 3 年初g l o b u s 推出了基于开放网格服务体系结构o g s a 支持网格服务的 g l o b u st o o l k i t s 3 o ( g t 3 ) 工具包。g t 3 是o g s i 标准的第一个参考实现，它包含 组服务和软件库，支持基于o g s a 的网格服务开发。g t 3 是对2 版本的扩充和 改进，它兼容2 版本所提供的a p i ，但在体系结构的组织上已经发生了较大的变 化。 2 2 3 从o g s i 到w s r f 随着w e b 服务体系结构的不断演变和发展以及w s d l 2 0 与诸如 w s a d d r e s s i n g 这样的新兴w e b 服务标准的公布出现，并且近几年的实践证明， 0 g s i 存在明显的不足，它过分强调网格服务和w e b 服务的差别，导致了两者 之间不能更好地融合在一起。人们开始考虑o g s i 将如何利用这些扩展的w e b 服 务特别是w s a d d r e s s i n g ，以及如何将o g s i 的功能和w e b 服务体系结构整合在 一起。 因此2 0 0 4 年1 月2 0 日，g l o b u s 联盟、i b m 和h p 等又联合发布了新的网 格标准草案w s r f ( w e bs e r v i c e sr e s o u r c ef r a r a e w o r k ) 旧，把0 g s i 转换成了 6 个用于扩展w e bs e r v i c e s 的规范，使各个子规范的功能更清晰，并充分支持 现有的w e bs e r v i c e s 工具，并保留纯粹的无状态w e bs e r v i c e s ，将有状态的 资源和无状态的w e bs e r v i c e s 区别开来。这时，网格服务已经与w e bs e r v i c e s 彻底融为一体了。w s r f 基本保留了o g s i 中的所有功能，更改了一些语法。 w s r f 的核心是在w e bs e r v i c e 的永久无状态服务基础上加入有状态的( 临时 的) 资源。 w s r f 采用了与网格服务完全不同的定义：资源是有状态的，服务是无状态 的”】。w s r f 根据特定的消息交换和相关的x m l 模式来定义给定的w e b 服务资源， 并定义了有状态资源的w e b 服务访问模式和阐明如何将“状态”和w e b 服务结 合的一簇w e b 服务约定。而w s n o t i f i c a t i o n ”则为w e b 服务提供基于消息发布 四f 人掣缈卜学q 论主 和预定能力。 w s r f 的目的是要阐明怎样把“有状态”加入到w e b 服务中。如表2 1 所示， w s r f 包括w e b 服务资源特性( 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 e b 服务基本错误( w s b a s e f a u l t s ) 、w e b 服务服务组( w s s e r v i c e g r o u p ) 规范。 表2 1w s r f 五大标准规范 名称功能描述 w e b 服务资源特性规范 此项定义包括web 服务资源的类型以及如何与w e b 服务的 ( w s r e s o u r c e p r o p e r t i e s ) 接口描述相关联的方法，检索、更改或删除w s - r e s o u r c e 属 性的消息交换过程。 w e b 服务资源生命周期规范对w e b 服务资源( w s r e s o u r c e ) 的破坏机制进行定义，这包括 ( w s - r e s o u r c e l i f e t i m e )允许请求方以立即或使用基于时间调度的预先规定的资源终 止机制来销毁w e b 服务资源的消息交换机制。 w e b 服务可更新引用范围定义在服务访问节点引用失效的时候如何进行更新的机制和 ( w s - r e n e w a b l e r e f e r e n c e s )方法。 w e b 服务服务组规范异构的w e b 服务是通过引用集合的方式汇聚在一起的，此项 ( w s s e r v i c e g r o u p ) 规范主要是定义了异构的引用集合访问w e b 服务的接口描 述，说明了表示和管理异构的w e b 服务集合的方式。 w e b 服务基本错误规范此项规范定义了在w e b 服务消息交换过程中返回的错误信息 ( w s - b a s e f a u l t s )的基本x m l 错误类型，用于报告错误。 2 0 0 5 年4 月2 9 日，符合w s r f 规范的0 g s a 实现g l o b u st o o l k i t4 0 正式 发布，这标志着o g s a 已经从一种理念、一种体系结构，逐步走到付诸实践的阶 段。 2 3o g s a 的两大支撑技术 0 g s a 的两大支撑技术：网格技术( 1 l pg l o b u s 软件包) 和w e b s e r v i c e 。g l o b u s 是已经被科学与工程计算广泛接收的网格技术求解方案，w e b s e r v i c e 是一种标 准的存取网络应用的框架。 四川大学硕 学位论丈 w e b s e r v i c e 是传统对象组件技术在i n t e r n e t 中的延伸，它是独立化、模 块化的网络应用。w e b s e r v i c e 描述了一种新出现的，重要的分布式计算范式， 和d c e 、c o r b a 、j a v ar m i 等方法不同，它更强调单个i n t e r n e t 标准( x m l ) 来 解决异构分布计算的问题。w e b s e r v i c e 可以分散于互联网上的各个地方，通过 相互调用来协同完成特定任务。 2 3 1 1w e b s e r v i c e 的基本架构 w e b s e r v i c e 的体系结构中，应用系统被分割为若干高内聚、弱耦合的独立 服务，以通过网络进行访问和调用。 w e b s e r v i c e 主要涉及到两个方面的内容：服务的自身功能；对服务的描述 和实现；使用w e b s e r v i c e 的基本过程是：服务提供者开发一个可通过网络被进 行访问的服务；然后将服务的描述发布到服务注册库或发送给服务请求者；服 务请求者通过查找动作在本地或服务注腮库中检索服务描述，若找到，通过绑 定动作即可使用该项服务。 在w e b s e r v i c e 基本架构9 1 的三个要素中，服务提供者主要为能够实现一组 特定功能的网络应用提供相应接口；服务注册库( s e r v i c er e g i s t r y ) 发布并管 理服务，有时也可通过其代理进行；服务请求者( s e r v i c er e q u e s t o r ) 是服务的 调用方，它将请求参数发送给服务提供者并接收响应结果各角色问主要有三种 操作：发布( p u b l i s h ) 、查找( f i n d ) 和绑定( b i n d ) 。如图2 3 所示。 1 4 四川大学碗 学位沦上 图2 3w e b s e r v i c e 基本架构 2 3 1 2w e bs e r v i c e 架构的核心技术 w e bs e r v i c e 是对传统w e b 应用的扩展，这就决定了其对已有技术的兼容性 和突破w e b 应用瓶颈的创新性。在全面继承t c p i p 协议簇的基础上，一系列基 于w e bs e r v i c e 的技术标准被陆续提出，其中，x m l s o a p w s d l u d d i 构成了目 前w e bs e r v i c e 架构中最核心的技术。 1 ) x m l 为了满足商业w e b 出版的需要和解决w e b 技术在新的分布式文件处理 领域的应用，w 3 c ( w 6 r l d 伽d cw e bc o n s o r t i u m ，万维网联盟) 开发了一种新 的可扩展的标记语言- x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 1 a ox m l 是 s g m l ( s t a n d a r df o rg e n e r a lm a r k u pl a n g u a g e ) 的一个子集，一个摒弃了其中一 些复杂性并考虑到适合w e b 特性的子集。目前，基于的表现技术有x h t m l ， c s s ，x s i ，w m l ，v o i c e x m l 等；基于的操作技术有x p a t h 、x l i n k 、x q u e r y 等。 与s g m l 一样，x m l 也是一种元语言，利用x m l 可以定义其它的语言。 其优势主要体现在以下几点： 自由扩展性 在x m l 中可以自由定义标签，所定义的标签可以按用户的意思充分地表 阴i l 大学修 学怡论文 达文件的内容，譬如可以定义 和 这样充分达意的标签。另外 x m l 只注重内容，这与h 刑l 强调布局的做法大不相同。x m l 是一套可无 限延伸、用以设计各式各样标记语言的准则，亦称为m e t a - l a n g u a g e ( 元语言) 。 异构系统间信息互通 使用x m l 作为信息表示标准，异构系统之间可以很方便地进行信息交流。 系统之间不用再关注如何理解对方的数据格式，信息交流双方也不需要知道对 方内部采用的数据存储格式。 准确无误的搜索 通过x m l ，用户可以自行设计具有语义的标签，如： 、 和 等。通过这些含义丰富的标签，搜索引擎可以明确标签和内容数 据的依存关系，准确地加以定位，并找到合理的目标。 灵活的w e b 应用 x m l 格式的数据文件能被发送到其它应用软件、对象或中间层服务器做进 一步的处理。它也可以被发送到客户浏览器浏览。x m l 和h t m l 、脚本、公 共对象模型一起为灵活的w e b 应用软件的开发提供了所需的技术。 数据长久存储 由于x m l 的语义明确，因此，以x m l 作为数据存储方式，使得现各种 文档和数据资料都可以长久的保存。 简单对象访问协议s o a p s o a p “”种在分散、分布环境中用来交换结构化信息的轻量级协议。s o a p 使 用x m l 技术来定义一个可扩展的消息框架，这个消息框架提供了一个能在各种 下层协议上进行交换的消息构造。s o a p 本身不定义任何语义，它只是通过摸块 包装机制，对特定格式编码的数据进行重编码，以此来表示应用语义。构架被 设计成独立于任何特定的编程模型和其他实现的具体语义。其特点是：简单性、 可扩展( 松散耦合) 、能使用多种下层网络协议、独立于编程模型。 s o a p 的应用环境如图2 4 所示： 1 6 四川人学颂i 学位论上 图2 4s o a p 的应用环境 3 ) 万维网服务描述语言w s d l 结构化方式描述通信协议和消息格式是w e b s e r v i c e 成功的关键。w s d l 把 网格服务描述能交换消息的通信端点的集合体。w s d l 为分布式系统提供了技 术文档，并为自动处理应用通信提供了机制。与i d l 一样，w s d l 是一种接口 语言，但具有更高的灵活性和扩展性。 w s d l 文档把服务定义为网络端点或端口的集合体，把端点的抽象定义和 消息与具体网络部署或数据格式绑定分离，从而实现了抽象定义如消息和端口 类型的复用。 w s d l 定义了一个通用绑定机制，用于把某个协议或数据格式( 结构) 与 一个抽象消息、操作或端点联系起来，这样就允许抽象定义的复用。用于某个 端口类型的具体协议和数据格式即构成了一个可复用的绑定。 w s d l 首先对访问的操作和访问时使用的请求响应消息进行抽象描述，然 后将其绑定到具体的传输协议和消息格式上，以最终定义具体部署的服务访问 点，相关的具体部署的服务访问点通过组合就成为抽象的w e b 服务。 w s d l “2 的组成一般包括六种元素：类型( t y p e s ) 、消息( m e s s a g e ) 、入1 2 类 型( p o r t t y p e ) 、操作与消息绑定( b i n d i n g ) 、服务访问点( p o r t ) 、服务访问点集合 ( s e r v i c e ) 。 4 ) u d d i u d d i “”( 统一描述、发现和集成) 计划是一个广泛的、开放的行业计划， 它使得商业实体能够彼此发现，并且定义他们怎样在i n t e r n e t 上相互作用，并在 一个全球的注册体系架构中共享信息。它主要面向企业级的商业信息发布。通 阴1 1 大学黟 学位论文 过u d d i 注册机制，可以建立一个全球性的在线目录，为企业提供统一的方式 束描述其提供的服务、查找其他的服务、获取实现服务的软件接口。u d d i 注册 信息包括三个方面的内容：企业联络信息的“白皮书”；依据标准分类法的商业 分类“黄皮书”；提供破发布服务功能描述信息的“绿皮书”。 2 3 1 3w e bs e r v i c e 组成 w e bs e r v i c e 由服务发现( s