（计算机系统结构专业论文）网格环境中资源信息服务的研究与设计.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 过去几年中，网格社区致力于发展网格技术和w e b 服务的结合。0 g s a 定义网格 服务为w e b 服务的扩展，从而开发者可以集成分布、异构环境中的服务和资源。w e b 服务则定义了描述可访问的软件组件技术，访问这些组件的方法，以及相关服务 提供者的发现方法。w e b 月t 务和0 g s a 致力于在松散耦合的服务间实现互操作，这些 服务与实现、位置和平台是无关的。0 g s a 提供了一个开放式合作模型，允许网格 实体以分布的方式结合。因此，我们说0 g s a 模型提供了一个机会，在网格环境中 集成p g p 模型。 一个可以使用p z p 模式重新设计的核心网格功能是资源信息服务。资源信息 服务是网格环境中的核心问题，因为应用程序常由硬件和软件资源组成，这些都 需要被注册、发现和选择。在o g s a 模型中，每个资源都被描述为网格服务，因 此资源信息服务主要是注册、定位和询问有用的网格服务信息。本文中使用p 2 p 技术扩展了g t 3 中的索引服务，设计了一种新的网格资源信息服务：p r i s 。p r i s 系统中引入了v o 的概念，在每个v o 内至少建立一个索引服务，v o 内通过索引 服务服务实现资源信息服务，而v o 间则通过p 2 p 方式实现资源信息服务。p 2 p 层 定义在索引服务层次的顶层，它包括两种类型的网格服务；节点服务( p e e r s e r v i c e s ) 和联络服务( c o n t a c ts e r v i c e s ) ，节点服务用于执行资源发现，联 络服务用于在p 2 p 网络中组织各个节点。本文详细设计了网格资源信息服务系统 p - r i s 系统的资源发现服务：描述了全局查询和局部查询的软件组件；并在此基础 上，设计了p r i s 具体组件：信息提供者组件、服务聚合组件、注册组件、查询 组件等：最后对比了p - r i s 系统与已有的一些信息服务系统，显示了该系统的优 越性。p - p d s 系统采用了p 2 p 结构，并使用x m l 作为信息的传送格式，从而保证 了良好的可扩展性；同时使用了g r i d n m 协议，避免产生大量的冗余信息。 论文对网格环境下资源信息服务的相关问题作了一些有益的探讨，在o g s a 模型下，结合了网格技术和p 2 p 技术，设计了相关服务组件，实现了系统良好的 扩展性以及查询的高效性。 关键词：网格服务、p 2 p 技术、0 g s a 、w e b 服务 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h el a t e s ty e a r s t h eg r i dc o m m u n i t yh a su n d e r t a k e na d e v e l o p m e n te f f o r tt oa l i g n g r i dt e c h n o l o g i e sw i t hw e bs e r v i c e s t h eo p e ng r 埘s e r v i c e sa r c h i t e c t u r er o g s a ) d e f i n e sg r i ds e r v i c e sa sa ne x t e n s i o no fw e bs e r v i c e sa n dl e t sd e v e l o p e r si n t e g r a t e s e r v i c e sa n dr e s o u r c e sa c r o s sd i s t r i b u t e d ，h e t e r o g e n e o u s ，d y n a m i ce n v i r o n m e n t sa n d c o m m u n i t i e s w e bs e r v i c e sd e f i n eat e c h n i q u ef o rd e s c r i b i n gs o f t w a r ec o m p o n e n t st o b ea c c e s s e d ，m e t h o d sf o ra c c e s s i n gt h e s ec o m p o n e n t s ，a n dd i s c o v e r ym e t h o d st h a t e n a b l et h ei d e n t i f i c a t i o no fr e l e v a n ts e r v i c ep r o v i d e r s w e bs e r v i c e sa n do g s a a i ma t i n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e nl o o s e l yc o u p l e ds e r v i c e si n d e p e n d e n t l yf r o mi m p l e m e n t a t i o n , l o c a t i o no rp l a t f o r m t h eo g s ae f f o r ta i m st od e f i n eac o m m o nr e s o u r c em o d e lt h a ti s a 1 1a b s t r a c tr e p r e s e n t a t i o no fb o t hr e a l r e s o u r c e s ，s u c ha sp r o c e s s o r s ，p r o c e s s e s ，d i s k s ， f i l es y s t e m s ，a n dl o g i c a lr e s o u r c e s i tp r o v i d e ss o m ec o m l l - l o no p e r a t i o n sa n ds u p p o r t s m u l t i p l eu n d e r l y i n gr e s o u r c em o d e l sr e p r e s e n t i n gr e s o u r c e sa ss e r v i c ei n s t a n c e s 1 1 1 e o g s am o d e lp r o v i d e sa no p p o r t u n i t yt oi n t e g r a t ep 2 pm o d e l si ng r i de n v i r o n m e n t s s i n c ei to f f e r sa l lo p e nc o o p e r a t i o nm o d e lt h a ta l l o w sg r i de n t i t i e st ob ec o m p o s e di na d e c e n t r a l i z e dw a y ac o r eg r i df u n c t i o n a l i t yt h a tc o u l db ee f f e c t i v e l yr e d e s i g n e du s i n gt h ep 2 pm o d e li s r e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c e r e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c ei sak e yi s s u ei ng r i d e n v i r o n m e n t s ，s i n c ea p p l i c a t i o n sa r cu s u a l l yc o n s t r u c t e db yc o m p o s i n gh a r d w a r ea n d s o f t w a r er e s o u r c e st h a tn e e dt ob ed i s c o v e r e da n ds e l e c t e d i nt h e0 g s af r a m e w o r k e a c hr e s o u l t 七i sr e p r e s e n t e da sag r i ds e r v i c e 。t h e r e f o r er e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c e m a i n l yd e a l sw i t ht h ep r o b l e mo fp r o v i d i n g , r e g i s t e r i n ga n dq u e r y i n gi n f o r m a t i o na b o u t u s e f u lg r i ds e r v i c e s i ng l o b u st o o l k i t3 ( g 乃) 一t h ec u r r e n ti m p l e m e n t a t i o no ft h e o g s a i n f o r m a t i o na b o u tr e s o u r c e si sp r o v i d e db yl n d e xs e r v i c e s a ni n d e xs e r v i c ei s ag r i ds e r v i c et h a th o l d si n f o r m a t i o n ( c a l l e ds e r v i c ed a t a ) a b o u tas e to fg r i ds e r v i c e s r e g i s t e r e dt oi t ap r i m a r yf u n c t i o no ft h ei n d e xs e r v i c ei st op r o v i d ea ni n t e r f a c ef o r q u e r y i n ga g g r e g a t ev i e w so fs e r v i c ed a t ac o l l e c t e df r o mr e g i s t e r e ds e r v i c e s t h e r ei s t y p i c a l l yo n ei n d e xs e r v i c ep e rv i r t u a lo r g a n i z a t i o n ( 嘲w h e nav oc o n s i s t so f m u l t i p l el a r g es i t e s ，v e r yo f t e ne a c hs i t er u n si t so w ni n d e xs e r v i c et h a ti n d e x e st h e v a r i o u sr e s o u r c e sa v a i l a b l ea tt h a ts i t e n l e ne a c ho f t h o s ei n d e xs e r v i c e si si n c l u d e di n t h ev 0 ，si n d e xs e r v i c e 山东大学硕士学位论文 t h i sp a p e rp r o p o s e sa l la r c h i t e c t u r ef o rr e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e mt h a ta d o p t s ap 2 p a p p r o a c ht oe x t e n dt h em o d e lo f t h eg t 3i n f o r m a t i o ns e r v i c e i np a r t i c u l a r , ap 2 p l a y e ro fs p e c i a l i z e dg r i ds e r v i c e si sd e f i n e dt os u p p o r td i s c o v e r yq u e r i e so ni n d e x s e r v i c e so fm u l t i p l ev o si nap 2 pf a s h i o n t h ep a p e ra l s od e s i g nas e to fs o f t w a r e c o m p o n e n t so fg r i dr e s o u r c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ：s u c ha st h ep r o v i d e rc o m p o n e n t , r e g i s t e r i n gc o m p o n e n t ，s e r v i 6 e d a t ai n d e x e dc o m p o n e n ta n di n t e r f a c e sf o rc l i e n t a p p l i c a t i o n a tl a s t , t h ep a p e rc o m p a r et h ep - r i sw i t ho t h e ri n f o r m a t i o ns e r v i c e s y s t e m s ：s u c ha su d d i ，m d so f g l o u b s ，a n dp 2 pi n f o r m a t i o ns e r v i c e k e y w o r d s ：g r i ds e r v i c e ，p 2 p ，o g s a , w e bs e r v i c e i 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 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 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责 任由本人承担。 论文作者签名：圣叟驽 日期：矽：垒! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有 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；本人授权山东大学可 以将本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，缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：圣l 媾导师签名：姐日 期：里! ：兰： 山东大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 i n t e r n e t 的流行和高性能计算机的利用以及低消耗高速网络的发展，不但改变 着人们的思想观念和生活方式，也在改变人们使用计算机的方式。特别是近几年 来计算机硬件和软件的发展，使得计算机网络成为单个统一强大的计算机资源的 梦想正在逐步成为现实。人们希望更进一步地共享互联网上的一切资源，包括处 理能力、存储容量、数据库、应用软件、文件等。实现这一梦想的途径就是建立 各种“网格”，诸如计算网格、信息网格、知识网格、服务网格等【1 。 网格是一种分布式基础设施，用来在动态的、跨组织边界的虚拟组织内实现 资源的共享与协同。松散耦合、异构和动态的环境，以及跨多个组织边界是网格 区别于传统的分布式和并行系统的重要特征。网格研究来源于美国联邦政府过去 十年来资助的高性能计算科研项目，其最初的目的是将分布在各地的计算机资源 包括c p u 、存储器等以及各种贵重设备，通过高速的互联网组成充分共享的资源 集成，整合其成为一台巨大的超级计算机。 随着网格技术的不断发展，“在动态变化的多个虚拟组织间实现一致的、柔性 的资源共享与协同问题”开始逐步被确定为网格的重点研究问题，将需要共享的 动态资源从计算设施扩展到了信息与服掣”。网格中的“虚拟的超级计算机”的管 理范围进一步扩展到了数据、信息、服务等资源，开始致力于实现计算资源、通 信资源、存储资源、数据资源、信息资源、服务资源等的全面连通与共享。可以 说，i n t e r n e t 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，因而网格也被视为下一代的万维网f w e b ) 。随着网 络服务( w e bs e r v i c e s ) 的兴起，其跨i n t e m e t 的互操作和协同能力为网格提供了有力 的支撑，因此，开放式网格服务体系( o g s i ) 被确立为网格计算的体系结构1 2 1 。我们 认为，以网络为基础的科学活动环境就是一种网格，而网络计算环境综合试验平 台就是网格开发、部署、运行和管理的支撑环境 2 】o 目前，网格的研究主要发生在美国和欧洲。英国政府己投资1 亿英镑，研制“英 国国家网格”( u kn a t i o n a lg r i d ) 。美国政府用于网格技术基础研究经费己达五 山东大学硕士学位论文 亿美元。美国军方己在规划实施一个宏大的网格计划，叫作“全球信息网格” ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) ，预计在2 0 2 0 年完成。作为这个计划的一部分，美国 海军和海军陆战队己先期启动一个1 6 0 亿美元的八年项目，包括系统的研制、建设、 维护和升级。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知了 与网格目标一致的研究开发计划，如，i b m 最近宣布投资4 0 亿美元，启动一个全公 司的“网格计算创新计划”，太阳微系统公司在2 0 0 0 年9 月公布了它的网格引擎软 件。 全球网格论坛( g l o b a lg r i df o r u m ) 是目前主要的合作组织，g g f 己经成为事 实上的全球性的网格技术标准化组织。近两年来，与网格相关的另外两个组织 ( p e e r t o p e e rw o r k i n gg r o u p 与n e wp r o d u c t i v i t yi n i t i a t i v e ) 并入了g g f 。目 | ； ，国外已有多个网格软件系统的实现，如研究界的g l o b u st o o l k i t ，l e g i o n s y s t e m ，商业界的w e b s p h e r e ( i b m 公司) ，s u no n e ( s u n 公司) ，n e t ( 微软公司) 等 等。其中最具影响力的是o g s a 和g l o b u st o o l k i t ，已经成为g g f 的主要参考标准。 总而言之，网格应用已经成为当前计算机技术发展的一个重要方向，而面向 服务的开放式网格服务体系( 0 g s a ) 是网格发展的趋势。资源信息服务作为服务 信息组织和管理的基础服务，是面向服务的网格系统的一个重要技术内容。随着 网格应用需求的复杂化，应用资源的多样化，以及与网络服务的结合，网格服务 所提供的资源无论是数量还是复杂程度都有大幅度的提高，从而建立一种新的资 源信息服务体系结构，以实现资源信息的高效动态发现也就成为我们研究和设计 的一个基本目标。； 1 2 研究现状分析 面向服务的网格体系结构中，将任何的资源都封装为服务的标准模式，系统 对资源的定义、注册、更新和发现也就相应的被封装为服务信息的创建、注册、 更新和发现。信息服务成为网格系统识别和调度网格服务的主要功能承担者。 在主要的网格系统中，都专门针对信息服务进行了研究和设计，在几乎成为 行业规范的各版本的g l o b u st o o l k i t q a 都专门提供了信息服务的模块或者组件： 织女星网格专门提出了面向服务注册和发现的网格体系结构；w e b 服务中的u d d i 标 准构造的u d d l 注册中心也被广泛的应用。 山东大学硕士学位论文 ( 1 ) u d d i 注册中心： u d d i 是一套基于w e b 的、分布式的规范，同时也包含一组访问协议的实现标准。 为w e b 服务提供信息注册中心的实现标准它主要用于解决当前基于互联网的电子 商务和电子政务中存在的互操作性问题。u d d i 通过一个物理上分布、逻辑上集中 的注册中心和对应用服务进行描述的统一的x m l 应用程序来实现。其中，注册中心 是其核心组件，它由很多提供u d d i 注册服务的服务器组成，形成一个集群。对于 应用于局域网内的注册中心，尽管可能只有一个服务器组成，但是它们的数据结 构以及访问手段都是一致的。 u d d i 注册中心要求网络系统中遵从共同的安全和信任机制，但是位于公网的 安全信任管理目前并没有实现，所以在u d d i 注册中心的基础上又出现了私有 u d d i 注册中心与公有u d d i 注册中心相结合的模式 6 1 。即在每个独立的虚拟组织内 部实现一个私有u d d i 注册中心，然后由该注册中心与公有注册中心之间进行信息 的交互与同步，保障私有注册中心的自治权力但是私有注册中心对服务定义的 o i d 与公有注册中心的统- - o i d 往往会产生冲突，其安全信任机制也还需要进行大 量的工作。 ( 2 ) g l o b u st o o l k i t 中的服务管理： v e r s i o n1 0 ：用集中式的l d a p 系统存储信息，将全局信息集中到一个网格节点， 所有信息访问与操作都通过此节点完成忉。 v e r s i o n 2 o ：分布式l d a p 系统存储信息。采用层次的，树型的信息组织方式， 许多信息的访问与查询可以通过树型中的“父节点”进行，而不必完全通过树型 的“根节点”完成啪。 v e r s i o n3 o ：仍采用层次的，树型的信息组织方式，对信息的缓存、汇聚、管 理等通过分布的网格服务目录服务( g r i ds e r v i c e i n d e xs e r v i c e ) 完成。可以通过各级 i n d e xs e r v i c e 进行信息的访问。同时使用x m l 的数据库，增强了对信息动态性的支 持射。 ( 3 ) 织女星中面向服务发现的服务管理： 织女星采用层状结构，各服务管理节点存储了相近的部分网格节点的信息， 采用请求转发策略实现服务的发现与访问。由若干目录服务提供者构成的统一的 目录视图，对服务信息进行发现和存储【9 】。 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 对等的p 2 p 信息服务： 信息服务节点之间采用完全的对等身份进行通信，能够提供纯分布式的信息 服务，很好地解决了规模化的问题，但是同时带来了信息使用的低效性。 对这些设计和实现进行分析。我们可以发现，信息服务发展的基本趋势为： 由集中到分布的信息组织模式；对服务信息动态性的支持；多种技术的融合。 我们对网格资源信息服务的研究和设计将继承这些已有得信息服务的特点， 实现大规模资源服务的高效快捷发现。 1 3 研究内容与目标 研究网格的根本目的是为用户提供实现网格内各种资源充分共享的基础性平 台。然而资源共享的前提是要对资源的位置、属性、可用性等信息进行描述、存 储和提供访问接口等，所有这些都属于网格研究领域的一个重要问题，即网格信 息服务。网格计算模型提供有效的方式建立高性能计算系统，允许用户有效的访 问和结合位罱上分布的计算机、数据和应用程序。如今网格的一些特征是基于集 中或分层的服务。但是，由于网格用于复杂的应用，因此必须要分散其服务，以 避免瓶颈确保可扩展性。本文的主要目标是利用p 2 p 方式重新设计一种网格的资 源信息服务系统：p r i s ，并详细设计该信息系统的资源发现服务。 如今，网格社区致力于发展网格技术和w e b 服务的结合。o g s a 定义网格服务为 w e b 服务的扩展，并让开发者集成分布、异构环境中的服务和资源。w e b j 报务定义 了描述访问的软件部分的技术，访问这些组件的方法，相关服务提供者的发现方 法“”。w e b 服务和o g s a 致力于在松散耦合的服务间实现互操作，这些服务与实现、 位置和平台是无关的。最近，w e b 服务和网格服务间的完全集成w e b 服务资源 框架w s r f 已经被提出了。o g s a 定义了标准的机制，用于创建、命名、和发现持久 的和短暂的网格服务实例，为服务实例提供位景透明和多协议的绑定，并支持底 层平台设施的集成。o g s a 努力定义一公共的资源模型，该模型是关于所有现实资 源的抽象表示，如处理器、过程、磁盘、文件系统和逻辑资源。它提供一些公关 的操作，并支持多种潜在的资源模型，把资源描述为服务实例1 。o g s a 模型提供 了一个机会，在网格环境中集成p 2 p 模型，因为o g s a 提供了一个开放式合作模型， 允许网格实体以分布的方式结合。一个可以使用p 2 p 模式重新设计的核心网格功能 4 山东大学硕士学位论文 是资源发现。资源发现是网格环境中的核心问题，因为应用程序常由硬件和软件 资源组成，这些都需要被发现和选择。在o g s a 模型中，每个资源都被描述为网格 服务，因此资源发现主要定位和询问有用的网格服务信息。 在g t 3 中，资源信息由索引服务提供。索引服务属于网格服务，掌管注册到他 的网格服务信息( 也称为服务数据) 。索引服务的一个主要功能是提供接口，用 来请求服务数据的集成视图。一般来说，一个v o 中存在一个索引服务。当v 0 中包 含多个大站点，常常每个站点运行一个它自身的索引服务，以搜索该站点中不同 的可用资源。每个这些索引服务都包含于v 0 的索引服务中。 本文提出了一个新的信息模型结构，并重新设计了资源发现服务，采用p 2 p 方 法扩展了g t 3 信息服务的模型。本文中将该系统命名为p - r i s ，系统的研究达到以 下目的； 良好的扩展性：采用p 2 p 技术扩展t g t 3 的信息服务，从而实现系统的良好扩 展性，实现信息组织模式由集中到分布的转换。 资源信息发现的高效性：共享资源信息能够被快速的发现，同时在保证发现 的前提下尽可能占用较少的网络通信量，减少网络带宽在资源发现方面的占用， 我们在原有g n u t e u a 协议的基础了引入了新的传输协议g r i d n u t 。 对服务信息的动态性的支持：本文设计的p - r i s 系统基于开放式网格体系结构 o g s a ，采用) ( m l 作为信息传输的基本格式，从而也实现了良好的跨平台性。 1 4 内容安排和结构 网格资源信息服务的基础首先是资源信息服务的框架结构，以及面向服务的 网格应用具体服务以及接口，因此本文首先介绍了资源信息服务框架和相关技术， 在这个基础上，提出基于可扩展p 2 p 结构的资源信息服务组织模型，以及该模型中 资源发现服务的详细设计，然后设计出网格运行支持环境中的网格资源信息服务 主要组件，并给出的具体的实现方法和应用实例。 本文的章节组织如下： 第一章绪论，介绍了课题的研究背景和一些其他领域信息服务的研究情况， 以及论文的研究内容与目标。 第二章网格资源信息服务概述，本章中首先介绍了资源与服务的关系，然后 5 山东大学硕士学位论文 介绍了网格资源信息服务框架和相关技术。 第三章p - r i s 系统总体设计，本章提出了基于o g s a 的p r i s 系统结构模型，并 设计了p - r i s 系统总体结构。 第四章p - r i s 系统的资源发现服务设计，本节设计了p _ r i s 系统的资源发现服 务，以及资源发现服务的主要组件和接口。 第五章p - r i s 系统详细设计，在o g s a 结构下，设计t p - r i s 系统重要的组成组 件，并在模拟环境中实现了一个提供者实例。 第六章是对本文的结论部分，对本文的工作进行了总结与展望。列出了论文 中较有特点的工作，提出了进一步的研究方向。 山东大学硕士学位论文 第二章网格资源信息服务 2 1 资源与服务的关系 在大多数的技术文章以及规范中，术语“资源”和“服务”的定义是可以互 换的，他们指的是可以被共享以及( 或者) 能够被外部用户使用的一切事物。尽 管这样的概念在某些特定的情况下看上去是正确的，但是在本文的讨论中还是将 进一步阐明服务和资源的概念。 资源是能够被共享以逻辑或物理实体表示的事物( 例如软件应用程序、硬件、 操作系统、集群等) ，它拥有大量的接口以及应用提供者接口，用于管理、访问和 监控资源。服务则是某个接口的实现，该接口为客户的使用提供了必需的绑定以 及消 访问资源 图2 1 资源与服务的关系 2 2 网格资源信息服务基本功能 一个网格资源信息服务的主要目的是更好的管理和使用网格资源。使得资源 请求者可以方便的共享网格资源。系统可以比较简单，也可以十分复杂，这取决 于它所支持的具体网格的功能复杂性。但是网格资源信息服务系统提供最基本的 几种功能阴：资源信息登记、资源信息发现、资源信息更新、资源信息的分布式管 理、资源信息的最适应复制、安全访问控制和面向最终用户的访问接口。 山东大学硕士学位论文 网格资源信息的登记 网格信息服务系统必须为网格内的资源贡献者提供将其资源的描述信息发布 出去的接1 3 ，即信息登记的功能。信息登记实际上是一个从信息源到某个专用信 息集合目录的信息传输和存储的过程，涉及到的问题包括：网格资源原始信息的表 示，原始信息格式到集合信息目录存储格式的转换，数据传输的安全加密措施， 能够根掘资源生存期而调整的动态登记机制，信息冗余检测机制，网格资源失效 检测机制等。 资源信息发现 资源信息发现是资源信息服务最基本的功能，网格上各种活动的进行都依赖 于资源发现的结果。资源发现为资源请求者提供描述资源需求的方式，并能够根 据资源需求描述在资源信息数据库中查到满足需求的资源信息并返回给请求者。 要提供良好的查询方式和友好的查询接口，不仅网格管理系统要查询信息，以决 定如何进行下一步操作，而且用户和应用程序也要查询网格信息，以便决定某个 作业是否需要继续执行下去，是否可以取回作业的执行结果等。由于网格的每一 步操作都要用到网格资源信息，用获得的消息来确定下一步如何操作，因此资源 发现要快捷、迅速。 ，资滁信息史新 根据网格内资源的动态性，网格资源信息服务系统不能只存储长期不变的静 态信息，还必须支持信息的动态更新机制。从网格实体的表示即网格对象的层面 上看，网格信息的更新首先是指对网格对象的更新，包括对网格对象的( 属性，值) 对的修改、增加和删除。其次，信息更新还指对象类的创建、删除和修改，实际 上是对网格对象之间关系的更新一般地，对象类的更新频率要远远低于对象的更 新频率，以至于当网格规模较小时，网格信息服务系统可以采用对象类固定不变 的相对静念的数据模型。 信息分发 网格资源信息服务还要具备信息分发的功能。信息分发包括两个含义，一个 是把一条信息从注册中心分发到需要的多个注册中心中，另一个是把一条新产生 的信息发布到需要该信息的潜在使用者那里。资源信息的发布是一对多的方式， 因此需要用特定的协议来描述和实现。 山东大学硕士学位论文 2 3 相关技术介绍 资源信息服务首先是一种网格服务，同时又对网格服务信息进行组织和管理， 所以对资源信息服务的研究，首先就包括了对网格服务的研究，基于服务的网格 应用技术研究，以及实现资源信息服务的其他相关技术研究。本节从介绍w e b 服 务和网格服务入手，阐述了o g s a 结构的基本特征，并介绍了相关技术。 2 3 1w e b 服务技术 w e bs e r v i c e 是一种新型的软件应用，能够通过x m l 消息及i n t e r n e t 协议完成 与其他软件应用的直接交互。w e bs e r v i c e 的目的和作用是提供一种国际统一的规 范和技术，进行i n t e r n e t 上各种软件应用的统一功能描述和功能共享，为功能整 合集成和信息交换处理提供实现基础。x m l 提供了在不同平台系统之间的数据层 集成能力，w e bs e r v i c e 提供了一种在不同平台系统之间在软件应用层进行功能 自动整合集成和自动化处理所需要的技术架构。 w e b f l i 务技术建立在x 儿技术的基础上，其功能接口及调用形式可以通过x m l 标 准定义、描述和检索。构筑w e b 服务的w e b 服务技术家族的主要成员有x m ls c h e m a , s o a p 。w s d l 和u d d 工，它们都是完全基于x m l 技术的。其中x m ls c h e m a 为在不同系 统( w e b n 匣务) 之间交换数据而提供了一个核心的跨平台数据建模工具：s o a p 为在不 同系统之间实施平台无关的信息交互定义了一套基本的元规则和跨平台消息机 制，s o a p 是w e b j 报务体系中服务交互的基础架构：w s d l 贝i j 是w e b 服务接口界面的跨平 台描述工具，依靠w s d l ，w e b 服务的交互过程就能被系统自动处理；u d d i 贝i 是解决 动态服务集成问题的一种尝试，实现基于w e b 的信息与服务自动注册、查找和访问。 w e bs e r v i c e 技术使得底层平台对应用交互透明，应用的互操作能力得到了前所未 有的提升，从而成为新一代i n t e r n e t 软件技术。 w e bs e r v i c e 的模型 w e bs e r v i c e 的应用模型如图2 - 2 所示，使得驻留在网络上的软件组件能够被 发布( p u b l i s h ) 、发现( d i s c o v e r ) 和调用( i n v o k e ) 。一面向服务的体系结构 ( s e r v i c e - o r i e n t e da s c h i t e c t u r e ，简称s o a ) 的软件开发人员可以将服务以组件的 形式通过网络发布给任何人或发布到任何地方，任何服务应用程序都可以同其它 9 山东大学硕士学位论文 位置的基于w e b 服务的应用程序交互。 图2 2w e bs e r v i c e 应用模型 w e b 服务中的角色 从图3 1 可以看出，w e bs e r v i c e 模型中有三种角色：服务提供者s e r v i c e p r o v i d e r 、服务请求者s e r v i c er e q u e s t o r 和服务注册表s e r v i c er e g i s t r y 。 ( 1 ) 服务提供者s e r v i c ep r o v i d e r s e r v i c ep r o v i d e r 是s e r v i c e 的拥有者，从该模型中来看，s e r v i c ep r o v i d e r 是拥 有s e r v i c e 的一个企业、站点或者是门户。 ( 2 ) 服务请求者s e r v i c er e q u e s t o r s e r v i c er e q u e s t o r 是一个请求完成某项功能的服务请求者；从模型的体系结构 的观点来看，s e r v i c er e q u e s t o r 是一个和某个s e r v i c e 进行交互的程序。在这里， s e r v i c er e q u e s t o r 可以是通过浏览器访问，也可以通过一个标准应用程序。 ( 3 ) 服务注册表s e r v i c er e g i s t r y s e r v i c er e g i s t r y 是一个服务注册的地方，s e r v i c ep r o v i d e r 可以把他们所要提供 的服务在s e r v i c er e g i s t r y 进行注册。s e r v i c er e q u e s t o r 可以通过s e r v i e er e g i s t r y 来发现和绑定服务信息。 w e b 服务中的操作 对于一个利用w e bs e r v i c e 的应用程序，这里必须要完成三种操作：发布 ( p u b l i s h ) 、查找( f i n d ) 和绑定( b i n d ) ，下面详细解释这三种操作： ( 1 ) 发布( p u b l i s h ) 为了让别的应用能够访问，服务提供者必须发布自己的服务描述，发布的方 山东大学硕士学位论文 式根据需求的不同可以采用不同的途径。 ( 2 ) 查找( f i n d ) 服务调用者可以直接得到服务的描述文件，也可以通过查询服务注册表得到 服务的描述文件。服务的查找涉及到开发和运行两个生命周期的不同阶段，可以 在程序开发时直接得到服务的描述文件，也可以在运行的时候动态定位和绑定相 应的服务。 ( 3 ) 绑定( b i n d ) 操作的最终目的是要调用服务。服务的请求者，利用得到服务描述中的信息来 最终定位服务、调用服务。 2 3 2 开放式网格服务体系结构0 g s a 近年来，w e b 服务技术己得到快速发展和应用，并得到学术界和产业界的广泛 认可。将w e b 服务技术引入网格研究领域，有助于解决网格研究所面l 临的应用集成、 资源共享、系统互操作和标准化等问题。目前，一些研究工作也从不同的角度尝 试借助w e b 服务来部分解决网格系统的互操作性，如u n i v e r s i t yo fs o u t h a m p t o n 对 c o n d o r 的w e b 服务封装1 8 l 等。2 0 0 1 年，f o s t e r 提出了开放的网格服务体系架构( 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 ，简称o g s a ) 1 1 , 1 2 1 ，将w e b 服务的互操作模型引入到网格研 究中，确立了w e b 服务作为网格资源的新的抽象形式和构造基础。在2 0 0 3 年3 月的 g g f 7 上，o g s a 己经成为目前网格研究的主流方向因此，w 曲服务技术极大地增 强了网格协议和服务的互操作性，也为网格应用提供了一种统一的功能扩展机制。 领域相关的功能可以通过引入新的应用服务扩充到网格系统中，而新引入的服务 与其他网格服务之间的交互则采用一致的服务交互模型。这种融合不仅解决了网 格间的互操作问题，而且也使网格应用不再局限于科学计算方面。基于w 曲服务的 网格应用可能与更多地技术相结合。 网格服务 开放网格服务结构( o p e l lg r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 把开放式网格结构和w e b 服务结合在一起，形成了网格服务o g s a 采用了万维网服务的w s d l 和s o a p 规范。遵循o g s a 标准的系统都可以连在一起，用户可以很容易的集成、共享各 种系统提供的功能，可以节省用户的开发成本，提高开发效率。o g s a 将整个网 山东大学硕士学位论文 格看作是网格服务的集合，这个集合的动态性很强，是可以扩展的，体现了网格 的动态特性。o g s a 把网格中的所有资源都包装成服务，把网格中的各种资源的 异构性隐藏起来，用服务这种统一的实体提供共享接口。 网格服务是种特殊的月维网服务，它对外提供一组遵循网格服务规范的接口。 通过接口提供服务发现、服务创建、服务生命周期管理等功能。网格服务的标准 接口不依赖于具体的实现和运行环境。一个网格服务可以部署在不同的运行环境 中，人们也常常把网格的运行环境叫做容器。不同的容器包含不同的软件环境、 不同的机器型号、不同的操作系统等，甚至也可能是不同的设备1 1 1 1 。 网格服务句柄( g r i ds e r v i c eh a n d l e ，g s h ) 和网格服务参照( g r i ds e r v i c e r e f e r e n c e 。g s r ) 是o g s a 中关于网格服务的两个重要概念。g s h 只是一个u r i 形式的名字，没有携带访问网格服务实例所需要的信息，要访问一个g s h 对应的 网格服务实例，必须解析g s h 从而得到相应的g s r 。g s r 中包含访问对应服务实 例所需要的所有信息，有了个服务实例的有效g s r ，用户就可以访问相应的服 务实例。 网格服务结构 o g s a 的虚拟组织需要建立一个注册服务和一个句柄映射服务，将该组织范 围内的各种资源包装成服务，并把这些服务发布到注册服务可以提供查询的注册 中心。网格用户通过注册服务访问注册中心中所有服务工厂的信息和已经创建的 服务实例的信息。用户通过请求特定的服务工厂创建一个实例，并按照服务接口 描述把数据传递给该实例就可以开始访问服务实例，获得服务提供的功能田，如图 2 - 3 所示。 图2 3 网格服务框架 山东大学硕士学位论文 o g s a 模型定义了服务工厂这个端口类型( p o r tt y p e ) ，用于创建具体的服务 实例。在o g s a 中，每个服务实例都要被显示的创建，一旦客户获得了一个服务 实例的g s r ，就可以向访问万维网服务一样访问该服务实例。创建成功的每个网 格服务实例都被分配一个全局唯一的名称g s h ，g s h 能够把一个特定的网格 服务实例与其他所有的网格服务实例区分开来。 目前定义的网格服务接口如表2 1 所示。 p o r t t y p e方法 f h d s e r v i c e d a t a提供网格服务实例中各种信息的查询 g r i d s e r v i c e s e t t e r m i n a t i o n t m a e 设置或得到一个网格服务实例终止时间 d e s t r o y 终止一个网格服务实例 n o t i f i c a t i o n s o u r c e s u b s e r i b e t o n o t i f