（计算机应用技术专业论文）关于计算网格调度模型的研究(1).pdf

中文摘要 网格技术是近年来迅速兴起的- - 7 新技术，它的出现掀起了下一波互连网技 术的浪潮。计算网格作为网格技术最早也是最主要的应用，目前己成为国内外研 究的热点。它最初的目标是通过互连网将超级计算机联合起来，解决复杂大型科 学计算问题；现在，这一目标已演变为通过互连网将分布在各地的各种不同类型 的计算机以合理的方式“粘合”起来，形成高度集成的有机整体，向普通用户提 供强大的计算能力，将i n t e r n e t 变为一个功能强大、无处不在的计算设施，使 人们在使用网格计算能力时就像现在使用电力一样方便。 同时，随着网格技术的推广，网格服务市场逐渐形成，计算网格提供的计算 能力演变为一种像电视、电信、供水、供电这样的资源服务，人们在使用网格提 供的计算能力时必须购买。然而，在网格环境中，有大量不同需求的应用和大量 广域分布的计算资源，这些资源没有全局的控制中心和统一的价格机制，且动态 变化。这样，网格调度就不仅要考虑如何按时完成用户的应用，同时还要考虑如 何协调资源提供者和需求者之间的利益。 本文以计算网格的调度为研究对象，尝试探索一种能够适应计算网格环境并 能较好协调各方利益的调度模型。本文的安排如下：首先概述了网格技术的基本 理论，接着讨论了传统分布式系统和现有网格系统的调度设计，在对计算网格调 度涉及的主要问题分析的基础上，最后本文提出了计算网格环境下一种基于代理 的调度模型，并对模型的结构设计、相关数据库设计、关键技术实现做了一个详 细的讨论。 关键词：计算网格，调度模型，映射 a b s t r a c t g r i di san e wt e c h n o l o g yw h i c hh a sf l o u r i s h e dq u i c k l yi nr e c e my e a r s i t s o c c u l t e n c eh a sw h i p p e du pt h en e x tw a v eo fi n t e m e tt e c h n o l o g y c o m p u t a t i o ng r i d o r i g i n a l l ya i m e d t oc o m b i n es u p e r c o m p u t e r st h r o u g hi n t e r n e ts oa st os o l v ec o m p l e x a n d l a r g e s c a l ec o m p u t i n gp r o b l e m s a tp r e s e n t ，t h ea i m h a se v o l v e di n t oc o m b i n i n g v a r i o u st y p e so fc o m p u t e r si nd i f f e r e n ta r e a si nar e a s o n a b l ew a ya n dt h eh i g n y i n t e g r a t c do r g a n i cu n i t y c a r ls u p p l yp o w e r f u lc o m p u t i n ga b i l i t i e st oc o m m o n u s e r s m e a n w h i l e ，w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no fg r i dt e c h n o l o g y , g r i ds e r v i c em a r k e th a s t a k e ns h a p eg r a d u a l l y c o m p u t i n ga b i l i t i e so f f e r e db yc o m p u t a t i o ng r i dw i l ld e v e l o p i n t oar e s o u r c es e r v i c el i k e ，t e l e c o m ，w a t e ra n dp o w e rw h i c hm u s tb eb o u g h t w h e r e a s t h e r ea r el a r g ea m o u n to fa p p l i c a t i o nw i t l ld i f f e r e n td e m a n d sa n dl a r g e a m o u n to f w i d e l y - s p r e a dc o m p u t a t i o n r e s o u r c e si ng r i de n v i r o n m e n t t h e s er e s o u r c e s h a v en oo v e r a l lc o n t r o lc e n t e ra n du n i f i e dp r i c em e c h a n i s m w h a t sm o r e ，t h e ya r e c h a n 百n gc o n s t a n t l y t h e r e f o r e ，g r i ds c h e d u l es y s t e ms h o u l dc o n s i d e rn o to n l yh o w t o f u l f i l lt h e a p p l i c a t i o nb u ta l s oh o w t oc o o r d i n a t et h ei n t e r e s t sb e t w e e nr e s o u r c e p r o v i d e r sa n d u s e r s t h a ti s w h yt h i sp a p e ra t t e m p t st os e e kas c h e d u l em o d e lw h i c hc a l ls u i t c o m p u t a t i o ng r i de n v i r o n m e n ta n da d e q u a t e l yc o o r d i n a t et h ei n t e r e s t so fa l ls i d e s t h i sp a p e ri sb a l a n c e da sf o l l o w i n g f i r s t l y , i ts u m m a r i z e st h eb a s i ct h e o r i e so f g r i d t e c h n o l o g y s e c o n d l y , i t d i s c u s s e st h es c h e d u l e d e s i g n o ft r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e d s y s t e m s a n dt h e p r e s e n tg r i dp r o j e c t s t h i r d l y , i ta n a l y z e st h em a i np r o b l e m s i n v o l v i n gc o m p u t a t i o n 鲥d s c h e d u l e m o d e l f i n a l l y , t h i s p a p e rd e v e l o p s a a g e n t - b a s e ds c h c d d em o d e lo fc o m p u t a t i o ng r i da n dd i s c u s s e st h ed e s i g no fm o d e l s t r u c t u r e ，r e l e v a n td a t a b a s e sa n dk e y t e c h n o l o g i e si nd e t a i l k e yw o r d s ：c o m p u t a t i o ng r i d ，s c h e d u l em o d e l ，m a p i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 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 确的说明并表示谢意。 签名：巨壁鱼日期：b ，咿坤月曰 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：醴导师签名： 日期：? 一 关于计算网格调度模型的研究 1 1 研究的背景和意义 第一章绪论 网格技术是近年来迅速兴起的- - 1 3 新技术，它的出现掀起了下一波互连网技 术的浪潮。计算网格作为网格技术最早也是最主要的应用，目前已成为国内外研 究的热点。它最初的目标是通过互连网将超级计算机联合起来，解决复杂大型科 学计算问题；现在，这目标己演变为通过互连网将分布在各地的各种不同类型 的计算机以合理的方式“粘合”起来，形成高度集成的有机整体，向普通用户提 供强大的计算能力，将i n t e r n e t 变为一个功能强大、无处不在的计算设施，使 人们在使用网格计算能力时就象现在使用电力一样方便。 同时，随着网格技术的推广，网格服务市场逐渐形成，计算网格提供的计算 能力演变为一种像电视、电信、供水、供电这样的资源服务，人们在使用网格提 供的计算能力时必须购买。然而，在网格环境中，有大量不同需求的应用和大量 广域分布的计算资源，这些资源没有全局的控制中心和统一的价格机制，且动态 变化，这样，网格调度就不仅要考虑如何按时完成用户的应用，同时还要考虑如 何来协调资源提供者和需求者之间的利益。 “关于计算网格调度模型的研究”这一课题就是在这种背景下确立的，旨 在尝试探索一种能够适应计算网格环境并能较好协调各方利益的调度模型。这一 课题跨度很大，既要求对网格相关的理论有一个清晰的了解，还要求对分布式系 统的设计、网络计算、并行设计、代理技术、数据库系统等相关知识有较强的把 握。通过这一课题的实施，对传统分布式系统和网格系统的调度器进行了总结， 同时提出了一个基于代理的计算网格调度系统模型，笔者认为本课题的确立和完 成将在网格调度领域做出一些有益的探索。 1 t 2 研究现状 目前，在网格调度研究方面，主要集中在国外，比如g l o b u s 项目、c e r n 、 n e t s o l v e 、c o d o r g ，a p p l e s 、n i m r o d g 等都在网格调度方面做了许多 探索，并且提出了许多策略与模型。然而他们提出的不管是面向系统的调度( 如 c o n d o r - g z ) ，还是面向服务的调度( 如a p l l e s 、n e t s o l v e 等) ，它们的 主要调度对象是面向科学计算任务的处理器、存储器和网络等“裸”的硬件资源， 它们面向用户提供的接口也是针对批处理作业提交设计的接口，它们的调度目标 单一，主要是实现计算接点的负载平衡。 在国内，网格研究正在迅速展开，主要有中科院牵头的“国家高性能计算环 关于计算网格调度模型的研究 境n h p c e ”项目、由教育部支持的重点项目“先进计算基础设施北京上海试点 工程”、8 6 3 计划支持的“中国网格( c h i n ag r i d ) ”、“上海教育科研网格”、由 航天二院和清华大学共同开展“仿真网格”的研究、由中科院计算所领衔开发“织 女星网格”。在调度方面，较典型的是中科院计算所在实际网格项目提出的系列 调度方法。 然而，由于网格技术本身不成熟，这些研究还处于发展阶段，比较随意，缺 乏系统的理论研究和客观实用的评价标准，因此还需要更多的机构和个人加入研 究来推动网格调度应用的发展。 1 3 作者的主要工作 在整个硕士论文期间，重点在计算网格环境下的资源映射和任务调度这两个 方面进行了探讨，本文的主要工作和创新在以下几个方面： 口 对计算资源的调度表现为对计算服务的调度 口调度功能分级管理 口 提供个性化的调度 口 调度结合了市场交易的思想 1 4 本文章节安排 全文共分七章。 第一章是绪论，介绍本文所涉及课题的研究背景和意义、国内外研究现状、 作者的主要工作以及整个文章的章节安排。 第二章介绍网格理论基础知识：包括网格内涵、体系结构、发展趋势、分类 以及计算网格调度特点。 第三章介绍目前调度方面的相关研究：包括介绍分布式典型调度器和现有典 型网格调度器的研究。 第四章是对计算网格调度涉及的主要问题做一个简析。 第五章详细讨论了一种基于代理的调度系统模型，包括其基本思想、详细设 计、相关数据库设计以及针对该调度系统模型的关键技术实现做了一个详细的讨 论，最后对该调度模型做了一个简单的分析。 第六章是全文工作总结以及迸一步的工作展望。重点介绍了本文作者在做硕 士论文期间针对所涉及的课题而产生的些思路和想法。这也是本文作者今后进 2 关于计算网格调度模型的研究 一步工作的方向和考虑的重点。 基于网格环境的调度是与多学科有联系的很新的领域，其研究范围十分广 泛，在实际应用的涉及面也很广，其中的许多理论和实际问题还有待进一步解决， 技术发展十分迅速，新的挑战层出不穷。而且，本文作者从事这方面工作的时间 不长，在理论或者实践方面的知识和经验欠缺，文中难免存在不少缺点和不足之 处，敬请读者批评指正。 关于计算网格调度模型的研究 第二章网格理论概述 2 1 网格内涵 “网格”是一个新出现的概念，代表了一种先进的技术和基础设施，是继 i n t e m e t 之后又一次重大的科技进步。本节从网格概念、网格特点以及基本要求 等方面对网格内涵进行论述，为后面的论文写作提供必须的基础知识。 2 1 1 网格概念的界定 全球网格研究的领军人物、美国阿岗( a r g o n n e ) 国家实验室的资深科学家、美 国g l o b u s 项目的领导人i a n f o s t e r 曾在1 9 9 8 年出版的网格：2 1 世纪信息技术 基础设施的蓝图一书中这样描述网格：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技 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，让人们透明地 使用计算、存储等其他资源。” 2 0 0 0 年，i a nf o s t e r 在网格的剖析这篇论文中把网格进一步描述为“在 动态变化的多个虚拟机构间共享资源和协同解决问题。”至此，人们仍然就什么 是网格而争论不休。2 0 0 2 年7 月，i a nf o s t e r 在什么是网格? 判断是否网格 的三个标准一文中，限定网格必须同时满足三个条件：( 1 ) 在非集中控制的环 境中协同使用资源：( 2 ) 使用标准的、开放的和通用的协议和接口( i a nf o s t e r 认 为目前只有g i o b u s 才算得上标准协议) ；( 3 ) 提供非平凡的服务。这三个条件 非常严格，象p 2 p 、s u ng r i de n g i n e 、c o n d o r 、e n t r o p i a 、m u l t i c l u s t e r 等都 被排除在网格之外。 至此，f a nf o s t e r 己经把他头脑中的网格概念描绘清楚了。但并不是所有人 都同意他的观点，例如，有许多人赞同广义的网格概念，它称作巨大全球网格 g g g ( g r e a tg i o b a l g r i d ) ，它不仅包括计算网格、数据网格、信息网格、知识网 格、商业网格，还包括一些已有的网络计算模式，例如对等计算e 2 e ( e e e r t op e e r ) 、 寄生计算等。可以这样认为，i a n f o s t e r 赞成狭义的“网格观”，而g g g 是一种 广义的“网格观”。 不管是狭义还是广义的网格，其目的不外乎是要利用互联网把分散在不同地 理位置的电脑组织成台“虚拟的超级计算机”，实现计算资源、存储资源、数 据资源、信息资源、软件资源、存储资源、通信资源、知识资源、专家资源等的 全面共享。其中每台参与的计算机就是一个节点，就像摆放在围棋棋盘上的棋 4 关于计算网格调度模型的研究 子一样，而棋盘上纵横交错的线条对应于现实世界的网络，所以整个系统就叫做 “网格”了。在网格上做计算，就像下围棋一样，不是单个棋子完成的，而是所 有棋子互相配合形成合力完成的。传统互联网实现了计算机硬件的连通，w e b 实 现了网页的连通，而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通。” 另外，有一点必须注意：网格不同子国外正在搞的i n t e m e t2 或下一代 i n t e m e t ( n g i ) ，网格可以称作是第三代i n t e m e t ，其主要特点是不仅仅包括计算机 和网页，而且包括各种信息资源，例如数据库、软件以及各种信息获取设备等， 它们都连接成一个整体，整个网络如同一台巨大无比的计算机，向每个用户提供 一体化的服务。 2 ，1 2 网格特点 网格作为一种新出现的重要基础性设施，和其他的系统相比，具有以下几个 重要特点： 1 ) 分布与共享分布性是指网格的资源是分布在地理位置互不相同的地方， 而不是集中在一起，它决定了基于网格的计算一定是分布式计算而不是集中 式计算。共享是指网格上的任何资源都可以提供给任何使用者。共享是网格 的目的，解决分布资源的共享问题是网格的核心内容。 2 ) 自相似性网格的自相似性是指网格的局部和整体之间存在一定的相似 性，局部往往在许多地方具有全局的某些特征，而全局的特征在局部也有一 定的体现。 3 ) 动态性网格的动态性包括动态增加和动态减少。具体是指原来拥有的功 能可能就会出现故障或者不可用；而原来没有的资源可能随着时间的推移会 不断加入进来。它决定了网格一定要具有很高的可扩展性和自适应性。 4 ) 多样性是指网格资源是异构和多样的，即在网格环境中可以有不同体系 结构的计算机系统和类别不同的资源，因此网格系统必须要能够解决这些不 同结构、不同类别资源之间的通信和互操作问题。 5 ) 自治性与管理的多重性网格上的资源首先是属于某一个组织或者个人 的，因此网格资源的拥有者对该资源具有最高级别的管理权限和自主的管理 能力，这就是网格的自治性。管理的多重性是指资源不仅可以被拥有者自主 管理阿格，也必须接受网格的统一管理，才能实现共享和互操作。 2 1 4 网格基本要求 网格的基本要求：可靠性要求、标准化要求、易访问性要求、价格低廉要求。 关于计算网格调度模型的研究 1 1 可靠性网格的可靠性是指网格提供的计算能力必须保证是持续、稳定 和安全的，不应该因为网格内部个别资源的变化而对网格应用造成影 响，即网格内部局部资源的变动对网格应用应该是透明的。 2 ) 标准化标准化的一方面是指网格资源之间应该有一个统一的可以相 互访问标准化的接口或者协议标准。标准化是共享的前提。另一方面是 网格对用户提供的计算能力应满足一定的标准，有一种比较统一的形 式，从而便于以一种统一的方式进行访问。 3 ) 易访问网格的易访问性是指用户可以在任何时间、任何地点、以自己 习惯的统的方式访问和使用各种资源。 4 ) 低廉性网格费用的低廉性是网格能够被普遍接受的前提。网格技术通 过将资源共享，最大限度的发挥资源的使用价值，不仅可以将原来闲置 和浪费的资源收集起来供用户使用，而且可以避免以前由于地理位置限 制所带来的各种额外开销。 2 2 网格体系结构 网格体系结构就是关于如何建造网格的技术。它给出了网格的基本组成与功 能，描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法，刻画了支持网格 有效运转的机制。 到目前为止，比较重要的体系结构有两个：一个是f o s t e r 等在早些时候提出 来五层沙漏结构；另一个是在i b m 为代表的工业界的影响下，在考虑到w e b 经济书的发展与影响后，f o s t e r 等结合w e bs e r v i c e s 提出的开放网格服务结构 o g s a ( o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 。 2 2 1 五层沙漏结构 五层沙漏结构是一种影响十分广泛的结构，主要特点是简单，主要侧重于定 性的描述而不是具体的协议定义，很容易从整体上进行理解，一个最重要的思想 是以“仂- 议”为中心。 2 2 1 1 基本思想 五层沙漏结构基本思想如下： 1 ) 共享 虚拟组织基于一些共享原则要有随时间变化的资源共享功能。是一 种深层次、广泛、动态、具有多种形式的有条件的、受控制的共享。 2 ) 互操作对各种资源要能直接访问。 3 ) 协议 为了实现互操作就要有相互遵守的协议。这里的协议是指为了实现 6 关于计算网格调度模型的研究 特定的操作而定义的分布式系统元素之间交互的方式以及交互过程中交换 的信息的结构。以“协议”为中心是五层结构最重要的思想。 4 、服务服务是由它使用的协议和实现的行为定义的。标准服务的定义抽象 掉了与资源相关的细节，非常有利于虚拟组织应用的开发。 5 、a p i s d k五层机构提供a p i 和s d k 使得在建立网格应用时可以在抽象的 基础上提高编程的级别，加速代码开发，实现代码共享，以及增强应用的移 植性。a p i s d k 是附属于协议的，而不是协议的替代。 6 ) 五层划分五层沙漏结构根据该结构中各组成部分与共享资源的距离，将对 共享资源进行操作、管理和使用的功能分散在不同的层次，越向下层就越接 近于物理的共享资源，因此该层与特定资源相关的成分就越多；越向上层越 感觉不到共享资源的细节特征，也就是说上层是更加抽象的共享资源的表 示，因此就不需要关心与底层资源相关的具体实现问题。 7 ) 沙漏形状沙漏形状的含义是因为各部分协议的数量是不同的，对于其最 核心的部分，要能够实现上层各种协议向核心协议的映射，同时实现核心协 议向下层其它各种协议的映射，核心协议在所有支持网格计算的地点都应该 得到支持，因此核心协议的数量不应该太多，这样核心协议就形成了协议层 次结构中的一个瓶颈，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈部分。 2 2 1 2 具体结构 具体五层结构及其与t c p i p 协议的对比如图2 1 中所示。 l应用层 i 汇聚层 资源层 l连接层 图2 一l 五层结构及其与t c p i p 网络协议的对比 7 骂蔓 关于计算网格调度模型的研究 最底层是构造层( f a b r i c ) ，构造层面对的是一个个具体的物理( 也可以是逻辑) 资源，它通过对这些局部资源的管理，向上层提供对这些资源的管理和控制界面。 构造层的上层是连接层( c o n n e c t i v i t y ) ，主要是为下层的物理资源提供安全的数据 通信能力，这是资源之间进行互操作的前提，使得孤立的单个单元之间建立了联 系。连接层的上面是资源( r e s 0 1 1 r c e ) 层，它反映的是抽象的局部资源之间的特 征，而资源层上面的汇聚( c o l l e c t i v e ) 层完成的功能是如何将下面以单个资源形 式表现出来的资源集中起来，协调解决多个资源之间的问题。最上面的应用层 ( a p p l i c a t i o n ) 和资源的距离最远，它关心的是有什么样的资源可以由下面提供 给虚拟组织，解决不同虚拟组织之间的具体问题。 2 2 2 开放网格服务结构( o g s a ) 开放网格服务结构o g s a 是g l o b a lg r i df o r u m4 的重要标准建议，是继五 层沙漏结构之后最重要、也是最新的一种网格体系结构，被称为是下一代的网格 结构。目前的大所数项目的研究和开发都从五层结构转到基于o g s a 架构。 2 2 _ 2 1 基本思想 ( 1 ) 以服务为中心的模型 o g s a 是以服务为中心的“服务架构”。这里的服务是指具有特定功能的网 络化实体，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等，一切都是服 务。五层模型实现的是对资源的共享，而在o g s a 中，实现的将是对服务的共 享。从资源到服务，这种抽象将资源、信息、数据库等统一起来，十分有利于灵 服务数据的访0 i + g r i d s e r v i c e 显式撤消 绑定特性 可靠激活 认证 其它接口-标准接口： 通知 授权 服务创建 - 服务注册 一管理 - 开发 图2 - 2 网格服务示意图 8 关于计算网格调度模型的研究 活、一致、动态的共享机制的实现，使得分布式系统管理有了标准的接口和行为。 为了使服务的思想更加明确和具体，o g s a 定义了“网格服务”( g r i d s e r v i c e ) 的概念。网格服务是一种w e bs e r v i c e ，该服务提供了一组接口，这些接口的定 义明确并且遵守特定的惯例，解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理、通 知等问题。在o g s a 中，将一切都看作是网格服务，因此网格就是可扩展的网 格服务的集合，即网格= ( 网格服务) 。网格服务可阻以不同的方式聚集起来满足 虚拟组织的需要，虚拟组织自身也可以部分地根据它们操作和共享的服务来定 义。简单的说，网格服务= 接口彳亍为+ 服务数据。图2 2 是对网格服务的一个简 单描述。 与五层模型相比，o g s a 中也非常重视互操作性，但是从服务的观点，0 g s a 将互操作性问题转化为两个子问题，即定义服务的接口和识别激活特定接口的协 议。以网格服务为中心的模型主要有两个好处：一是由于网格环境中所有组件都 是虚拟的( 指相对接口不同实现的封装) ，因此通过提供一组相对统一的核心接 口，所有的网格服务都基于这些接口实现，就可以很容易的构造出具有层次结构、 高级别的服务( 如图2 - 4 所示) ，这些服务可跨越不同的层次，以一种统一的方 图2 - 30 g s a 的服务结构示意图 式看待；二是虚拟化也使得多个逻辑资源势力映射到相同的物理资源上成为可 能，在对服务进行组合时不必考虑具体的实现，可以以底层资源组成为基础，在 虚拟组织中进行资源管理。通过网格服务的虚拟化，可以将通用的服务语义和行 为，无缝地映射到本地平台的基础设施之上。 ( 2 ) 统一的w e bs e r v i c e 框架 o g s a 是符合标准的w 曲s e r v i c e 框架的。w e bs e r v i c e 解决了发现和激发永 久服务的问题，但是在网格中，大量的临时服务，因此o g s a 对w e bs e r v l c e 进 9 差主笪簦塑塑塑壁堡型堕婴壅一一 行了扩展，提出了网格服务的概念，使得它可以支持临时服务实例，并且能够动 态创建和删除。图2 - 5 列出了网格服务的接口，其中只有g r i ds e r v i c e 接口是必 须的，而其它接口都是可选的。网格服务是由它们提供的能力来刻画的。一个网 格服务实现一个到多个接口，每一个接口定义了一些操作，这些操作通过交换定 义好的一系列消息来激活。网格服务接口和w s d l 的p o r t t y p e s 的集合，包括一 些与版本无关的附加信息，在网格服务中用s e r v i c et y p e 来描述，s e r v i c et y p e 是 o g s a 定义的w s d l 的扩展元素。 表2 - 1 网格服务的接口 p o r t t y p e 操作描述 查询网格服务实例的各种信息，包括 f i n d s e r v i c e d a t a一些基本的内部信息，大量的关于每 个接口的信息以及与特定服务有关 的信息。 g r i d s e r v l c e s e f i 苦r m i n a t i o n 五m e 设置并得到网格服务实例终止时间 d e s t r o y终止网格服务实例 s u b s c r i b e t o n o f i f i c a t i o n t o p i c 棍据惑兴趣的消息类型和内容说明， n o t i f i c a t i o n s o u r c e 向相关事件的通知发送者登记 u n s u b s c r i b e t o n o t i f i c a t i o n t o p i c 取消登记 n o t i f i c a t i o n s i n kd e l i v e r n o t i f i c a t i o n 异步发送消息 r e g i s t e r s e r v i c e 网格服务句柄的软状态注册 r e g i s t r y u n r e g i s t e r s e r v i c e 取消注册的网格服务实例 f a c t o r yc r e a t e s e r v i e e创建新的网格服务实例 f i n d b y p r i m a r y k e y返回特定链值车间的网格服务句柄 p r i m a r y k e y d e s t r o y b y p r i m a r y k e y 撒消特定键值创建的嘲格服务实例 返回与网格服务句柄相来年系的网 h a n d l e m a pf i n d b y h a n d l e 格服务实例 ( 3 ) 突破科技应用领域 正如w e b 技术一开始是为科学协作中的资源共享，后来在商业领域却大量 使用一样，o g s a 将原来主要在科技领域应用的网格技术转移到工商业领域。 o g s a 的重点是商业领域而不是像以前那样更侧重于科学应用，但是其原则和机 制适用于这两种环境。在商业的应用中需要无逢地和已有的服务与资源，以及负 载、安全、网络q o s 等的集成。o g s a 支持服务发现的特性方便了将高级网格 服务功能向原始平台设施的映射和应用。o g s a 面向服务的特点允许我们在不同 l o 羞主生竺塑塑塑堕堡型塑堑塞 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，或者是跨越多个接点的主机环境。 2 ，2 2 2o g s a 架构 o g s a 架构由四个主要的层构成：参见图2 - 4 。从下到上依次为：资源( 物 理资源和逻辑资源) 、w e b 服务以及定义网格服务的o o s i 扩展、基于o g s a 架 构的服务、网格应用程序。 匿e 图2 4o g s a 架构 口物理和逻辑资源层资源的概念是o g s a 以及通常意义上的网格计算的中 心部分。构成网格能力的资源并不仅限于处理器。物理资源包括服务器、存 储器和网络。物理资源之上是逻辑资源。它们通过虚拟化和聚合物理层的资 源来提供额外的功能。通用的中间件，比如文件系统、数据库管理员、目录 和工作流管理人员，在物理网格之上提供这些抽象服务。 口w e b 服务层o g s a 架构中的第二层是w e b 服务。这里有一条重要的 o g s a 原则：所有网格资源( 逻辑的与物理的) 都被建模为服务。o g s i 规范 定义了网格服务并建立在标准w e b 服务技术之上。o g s i 利用诸如x m l 与 w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l ) 这样的w e b 服务机制，为所有网格资源指定标准的接口、行为与交互。o g s i 进一步扩展 了w e b 服务的定义，提供了动态的、有状态的和可管理的w e b 服务的能力， 这在对网格资源进行建模时都是必需的。 关于计算网格调度模型的研究 口基于0 g s a 架构的网格服务层w e b 服务层及其o g s i 扩展为上一层提供 了基础设施：基于架构的网格服务。g g f 目前正在致力于在诸如程序执行、 数据服务和核心服务等领域中定义基于网格架构的服务。随着这些新架构的 服务开始出现，o g s a 将变成更加有用的面向服务的架构( s o a ) 。 d网格应用程序层随着时间的推移，一组丰富的基于网格架构的服务不断 被开发出来，使用一个或多个基于网格架构的服务的新网格应用程序亦将出 现。这些应用程序构成了o o s a 架构的第四个主要的层。 口 扩展网格的w e b 服务仔细考察o g s a 的两个主要逻辑组件：w e b 服 务加o o s i 层和基于o g s a 架构的服务层。参见图2 - 4 。因为g g fo g s a 工作小组相信，通过增加核心w e b 服务功能来满足网格服务需求是非常必要 的，所以二者看起来像是相互独立。o g s i 通过在以下两个领域引入接口和 约定来扩展w e b 服务。第一，网格中服务具有动态及可能瞬变的特性。在 网格中，特殊的服务实例会随着工作的分派、资源的配置与供给以及系统状 态的变化而不断地产生和销毁。因此，网格服务需要接口来管理它们的创建、 销毁以及生命周期管理。第二，就是状态。网格服务可以拥有与自身相关 的属性和数据。这在概念上类似于面向对象编程中对象的传统结构。对象有 其行为和数据。同样地，w e b 服务需要得到扩展，从而支持与网格服务相关 的状态数据。 2 2 2 3 o g s a 的两大支撑技术 建造网格的两大支撑技术是网格技术( 比如g l o b u st o o l k i t ) 和w e b s e r v i c e 。 g l o b u st o o l k i t 是一个软件工具包，它允许我们编写基于网格的应用。这个 工具包目前最新版是第3 版，基于g r i ds e r v i c e s 的。是已经被科学与过程计算领 域广泛接受的网格技术求解方案，该根据包解决了安全、信息发现、数据管理、 通信、错误、检测以及可移植等问题。 w e bs e r v i c e 是一种标准的存取网络应用的框架。w e bs e r v i c e 的定义是这样 的：一个w e bs e r v i c e 就是一个可以被u r i 识别的软件应用，它的接口和绑定可 以被x m l ( e x t e n s i b l em a r k u ol a n g u a g e ) 描述与发现，并且可以通过基于i n t e m e t 的协议直接进行支持与其它基于x m l 消息的软件应用的交互。w e bs e r v i c e 标准 正在w 3 c 内部以及其它的标准体内部被定义，三个与网格服务有关的标准分别 是s o a p ( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 、w s d l ( w e bs e r v i c e d e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 、u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di m e g r a t i o n ) 。w e bs 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，与d c e ( 分布式计算环境) 、 c o r b a ( 公共对象请求代理体系结构) 、r m i ( 远程方法引用) 等方法不同， 1 2 关于计算网格调度模型的研究 它更强调基于单个i n t e r n e t 标准( x m l ) 来解决异构分布计算问题。w e bs e r v i c e 定义了一种技术，用于描述被访问的软件组件、 访问组件的方法以及找到相关 服务提供者的发现方法，w e bs e r v i c e 并不倾向于特定的编程语言、编程模型以 及系统软件。 2 3 网格发展趋势 从目前来看，网格的发展主要有三大趋势：标准化、技术融合、大型化。 2 3 1 标准化趋势 就像i n t e m e t 需要依赖t c p i p 协议一样，网格也需要依赖标准协议才能共 享和互通。目前，包括全球网格论坛g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 、对象管理组织 o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 、寰球网联盟w 3 c ( w o r l d w i d ew e b c o n s o r t i u m ) 以及g l o b u s 项目组在内的诸多团体都试图争夺网格标准的制定权。2 0 0 2 年2 月，在加拿大多伦多市召开的全球网格论坛g g f 会议上，g l o b u s 项目组和i b m 共同倡议了一个全新的网格标准o g s a 。o g s a 叫做开放网格服务体系( o p e n g r i d s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ) ，它把g l o b u s 标准与以商用为主的w e b s e r v i c e s 的标 准结合起来，网格服务统一以s e r v i c e s 的方式对外界提供。o g s a 的诞生，标 志着网格已经从学术界的象牙塔延伸到了商业世界中，而且从个封闭的世界走 向了开放的环境中。o g s a 从一诞生，就得到业界的广泛支持，像微软、p l a t f o r m c o m p u t i n g ( 一家分布式计算软件公司) 、a v a k i ( 商用网格解决方案提供商) 、 e n l x o p i a ( 基于p c 的分布式计算网格技术提供商) 等从一开始就宣传支持 o g s a 。到目前为止，o g s a 已经广为接受，几乎所有的业界同仁都认为它就是 网格的未来。 2 3 2 技术融合趋势 在o g s a 出现之前，已经出现很多种用于分布式计算的技术和产品。例如， 1 9 8 7 年，s u n 公司就推出了开放网络计算( o p e n n e t w o r k c o m p u t i n g ) ，1 9 8 9 年 分别出现了o s f 的d c e 和对象管理集团o m g 的c o r b a ，1 9 9 6 年微软推出 了d c o m 。这些机制互不兼容，严重到了同一家公司的产品都不兼容的程度。 例如，从1 9 9 7 年开始，微软开始推动基于x m l 的分布式计算( 通过建构在h r r p 之上的远程过程调用r p c 实现) ，而这又与d c o m 的做法相冲突。其实，在 o g s a 出现之前，各种以填补异构平台之间的差异为己任的网格平台，如 c o n d o r 、l e g i o n 、n i n f g l o b u s 等，也都是各行其道、互不兼容的。9 0 年代末， 让人扼腕叹息的混乱局面终于有望结束，因为此时基于x m l 的w e bs e r v i c e s 技 术开始大行其道。w e bs e r v i c e s 之所以能够迅速走红，是因为它在各种异构平台 关于计算网格调度模型的研究 之上构筑了一层通用的、与平台无关的信息和服务交换设施，从而屏蔽了互联网 中千差万别的差异，使信息和服务畅通无阻地在计算机之间流动。w e bs e r v i c e s 得到了各大公司的支持，解决方案精彩纷呈，g l o b u s 项目组看到了w e bs e r v i c e s 的巨大潜力，在2 0 0 2 年迅速将g l o b u s t o o l k i t 的开发转向了w e bs e r v i c e s 平台， 试图用o g s a 在网格世界一统天下。基于o g s a 之后，网格的一切对外功能都 以网格服务( g r i ds e r v i c e ) 来体现，并借助一些现成的、与平台无关的技术，如 x m l 、s o a p 、w s d l 、u d d i 、w s f l 、w s e l 等，来实现这些服务的描述、查 找、访问和信息传输等功能。这样，一切平台及所使用技术的异构性都被屏蔽。 用户访问网格服务时，根本就无需关心该服务是c o r b a 提供的，还是n e t 提 供的。 2 3 3 大型化趋势 大型化趋势主要体现在两个方面：投入和参与者的大型化、规模的大型化。 前者体现在各国政府( 美国、英国、日本、中国、印度等) 对网格作了巨大投资， 而且各大公司( i b m 、s u n 、h p 、m i o r o s o f t 等) 也不示弱，分别投入巨资，全 面支持网格计算。参与者的大型化是指将会有越来越多的人来参与网格的研究， 支持网格的发展，使用网格为人们提供的种种便利。规模的大型化趋势是由网格 技术的特点决定的。网格的本质特征是资源共享和协同工作，它的最终目标是将 分散在网络上的所有可用资源以合理的方式“粘合”起来，形成高度集成的有机 整体( 超级计算机) ，为各种应用开发提供底层技术支撑，向普通用户提供强大 的计算能力、存贮能力、设各访问能力及前所未有的信息融合和共享能力，将 i n t e r n e t 变为一个功能强大、无处不在的计算设施，使人们在使用网格计算能 力时就象现在使用电力一样方便。因此，可以说，网格的目标决定了网格发展的 大型化趋势。 2 4 网格分类 根据求解问题的特点，网格大致被分为以下几种： 1 ) 计算网格强调计算力获取、管理等的网格。 2 ) 数据网格强调数据存储、管理、传输、处理的嘲格。 3 ) 信息网格强调信息存储、管理、传输、处理的网格。 4 ) 知识网格强调知识存储、管理、传输、处理的网格。 5 ) 服务网格强调应用服务集成的网格。 本文的研究是针对计算网格环境下的调度模型的研究，在此对计算网格