（计算机科学与技术专业论文）高性能计算门户的研究与实现.pdf

国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 摘要 随着科学技术的快速发展，高性能计算资源的应用范围越来越广，然而与p c 不同的是，高性能计算机是一种稀缺的资源，对普通用户来说它的应用门槛仍然 较高。如何更加方便有效，更加安全的使用这些资源，提高资源的利用率，成为 目前用户和开发者共同关心的问题。面向高性能计算应用门户的作用在于把高性 能计算机虚拟化为抽象的计算资源，为用户访问和使用高性能计算资源提供一致 的w e b 接口，有效的降低用户使用资源的门槛，提高资源的利用率，因此对它的 研究也越来越受到重视。 本文结合目f ； 高性能计算应用领域的具体需求，基于一个具体的高性能计算 平台，设计和实现了一种新的高性能计算门户。文中首先给出了门户的整体框架 设计，然后对该框架在实现过程中的关键技术进行了深入的研究，对重要的功能 模块进行了优化，让门户最终达到需求分析的要求。在门户层服务方面，本文基 于用户分组的思想设计和实现了一套权限管理系统，对门户视图层的优化技术进 行了研究，实现了无限级联菜单在g r i d s p h e r e 框架的成功应用，研究了v n c 在门 户的应用技术，这些优化工作都是针高性能计算门户相对于普通门户特有的问题 进行的。 围绕门户对高性能计算资源的管理问题，本文研究了中间件访问资源的适配 器技术，实现了g t 4 访问高性能计算资源的适配器，解决了一些资源如y h 计算资源不能被门户所管理的问题。适配器是门户的中间件层访问计算资源层的 中介，属于中间件的一个组件，它使高性能计算门户不仅能够访问大部分高性能 计算资源，而且能更有效的管理和维护这些资源。 本文最后设计和实现了将元调度引入高性能计算门户的作业管理系统。该系 统为整个门户增加了元调度层，在内部结构上，作业管理系统实现了对各个功能 模块的划分，能比较容易的移植到原有门户系统，具有良好的可扩展性和可修改 性。因为元调度功能的引入，门户能够将多个计算资源在一定程度上虚拟成为一 个超级计算机，使计算资源对用户更加透明，并且资源之间能够更好的协同工作， 提高了资源的利用率，最后，本文给出了作业管理系统的实现。实践结果表明， 该高性能计算门户具有一定的应用价值和学术价值。 主题词：高性能计算，网格门户，权限管理，资源适配器，元调度 第i 页 国防科学技术人学研究牛院硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs c i e n t i f i ct e c h n o l o g y ，t h ea p p l i c a t i o no ft h eh i g h p e r f o r m a n c er e s o u r c eb e c o m em o r ea n dm o r ew i d e b u tt h ed i f f e r e n c eb e t w e e n p e r s o n a lc o m p u t e ra n dh i g hp e r f o r m a n c er e s o u r c ei st h a th i g hp e r f o r m a n c er e s o u r c ei s n o tac o m m o nr e s o u r c e ，m a n yp e o p l eu s u a l l yc o u l dn o tr e a c ht h er e q u e s to fi t s a p p l i c a t i o n b o t ho fu s e ra n dd e v e l o p e rf a c e t h ep r o b l e mo fh o wt ou s et h e m c o n v e n i e n t l y ，e f f i c i e n t l y ，s e c u r e l y t h eu s eo fh i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t i n g ( h p c ) p o r t a li st oc o n v e r tt h eh ig hp e r f o r m a n c ec o m p u t e rt ov i r t u a lc o m p u t i n gr e s o u r c e ， p r o v i d ec o n s i s t e n tw e bi n t e r f a c et oa c c e s sh p cr e s o u r c e ，r e d u c et h ed i f f i c u l t yo fu s i n g r e s o u r c ea n di m p r o v et h er e s o u r c eu t i l i z a t i o n b a s e do nt h ep r e s e n td e m a n do fh p ca p p l i c a t i o nd o m a i na n dac o n c r e t eh p c p l a t f o r m ，t h i sp a p e rf i r s td e s i g nan e wh p cp o r t a lf r a m e ，t h e nr e s e a r c ht h ek e yh p c p o r t a lt e c h n o l o g y ，i m p r o v es o m ei m p o r t a n tf u n c t i o nm o d u l ei nt h ei m p l e m e n tp r o c e s s ， s op o r t a lc a nr e a c ht h ed e m a n do fr e q u e s ta n a l y s e t h i sp a p e rd e s i g na n di m p l e m e n ta r i g h t sm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nt h ei d e ao fa d d i n gu s e rt og r o u p s ，r e s e a r c ht h e p o r t a lv i e wl a y e rt e c h n o l o g y ，s u c c e s s f u l l yi m p l e m e n ta d d i n gd t r e et og r i d s p h e r e f r a m e ，a n dr e s a r c ht h ei m p l e m e n to fv n ci np o r t a l a l lt h e s ew o r k sa r ei no r d e rt o s o l v et h ep r o b l e m so n l ye x i s ti nh p cp o r t a lb u tn o ti nc o m m o np o r t a l t ov i r t u a l i z et h er e s o u r c e ，t h i sp a p e rf i r s ts t u d yt h ea d a p t e rt e c h n o l o g yo fl o c a l r e s o u r c es c h e d u l e r , i m p l e m e n ta na d a p t e ru s e db yg t 4t oa c c e s sy h r e s o u r c e ，s o l v et h e p r o b l e mt h ts o m er e s o u r c e sf o ry ha sa ne x a m p l ec a nn o tb em a n a g e db yh p cp o r t a l t h ea d a p t e ri sp a r to ft h em i d d l ew a r e ，a n di st h em i d d l et h a tm i d d l ew a r el a y e ra c c e s s r e s o u r c el a y e r ，i tm a k em o s tr e s o u r c e sc a nb ea d d e dt ot h ep o r t a ls y s t e m ，a n db e m a i n t a i n e dm o r ee f f i c i e n t l y t h i sp a p e ra tl a s td e s i g na n di m p l e m e n taj o bm a n a g es y s t e ms t r u c t u r et h a t i n t r o d u c et h em e t a s c h e d u l ef u n c t i o nt ot h eh p cp o r t a l t h es t r u c t u r ed e s i g n e db yt h i s p a p e ra d dam e t a - s c h e d u l el a y e rt ot h ew h o l ep o r t a ls y s t e m ，a c h i v et h ep u r p o s eo f d e v i d ee a c hf u n c t i o nm o d e lt h a tm a k ei te a s yt ot r a n s p l a tt h es y s t e mt ot h ef o r m a lp o r t a l b e c a u s eo ft h em a t a s c h e d u l e ，t h ep o r t a lc a nv i r t u a l i z es e v r a lr e s o u r c e st oa “s u p e r c o m p u t e r ，s ou s e r sc a l la c c e s st h er e s o u r c em o r et r a n s p a r e n t l y ，c o m p u t i n gr e s o u r c e sc a n w o r kt o g e t h e ra n di m p r o v er e s o u r c eu t i l i z a t i o n a tl a s t ，t h i sp a p e rs h o wo n ei m p l e m e n t o ft h i sj o bm a n a g es y s t e m t h ep r a c t i c er e s u l ti n d i c a t et h a to u rh p cp o r t a lh a st h e c e r t a i na p p l i c a t i o nv a l u ea n dt h ea c a d e m i cv a l u e k e yw o r d s ：h p c ，g r i dp o r t a l ，r i g h tm a n a g e m e n t ，r e s o u r c ea d a p t e r ， m e t a - s c h e d u l e 第i i 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 表目录 表2 1o g s i 与w s r f 规范之间的映射1 3 表4 1 服务配置文件的内容4 1 第1 v 页 国防科学技术人学研究生院硕+ 学位论文 图目录 图1 1高性能计算门户体系结构3 图2 1 具有4 个p o r t l e t 的门户7 图2 2 通过网格p o r t l e t 访问网格资源8 图2 3g t 、o g s a 与w s r f 关系图1 4 图2 4g t 4 组件图15 图3 1门户的物理拓扑结构1 7 图3 2 高性能计算门户体系结构1 9 图3 3g s i 结构示意图2 3 图3 4 门户证书的签发2 4 图3 5 用户可以访问的结点的计算方式2 6 图3 6 高性能计算门户实现界面2 8 图4 1中间件访问资源机制3 6 图4 2g t 4 通过适配器访问g r i d l 3 7 图4 3m d s 中的信息流动3 8 图4 4 适配器和作业提交g r a m 4 4 图5 1 元调度和超级计算机4 9 图5 2 g r i d w a y 系统结构5 0 图5 3第一种元调度实现方式51 图5 4 第二种元调度实现方式5 2 图5 5 用户选择结点方式5 2 图5 6 两种授权机制的对比5 3 图5 7 门户处理作业提交5 4 图5 8 元调度作业管理系统结构5 6 图5 9 控制器与辅助器的交互6 l 第v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它 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。 学位论文题目：高性能i 土篡f 应的盟究皇塞理 学位论文作者签名： 盏f ：擎 日期： 砷年f z 月7 。日学位论文作者签名： 固【：翠 日期： 柳年f z 月7 t 一日 学位论文版权使用授权书 本入完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅；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 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文作者签名：益益 作者指导教师签名：主受兰堕 日期：1 年1 2 月吞日 日期： 知叩年l 乞月口日 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 在计算机发展的初期阶段，电脑是一种比较昂贵的设备，为了最大限度的共 享资源，人们设计了分时的操作系统，一个处理器，多个终端的模式曾经被普遍 采用。经过九十年代和最近十年的发展，计算机技术取得了突飞猛进的发展，现 在，普通用户的p c 比1 0 多年前巨型机的性能都要强，面对性能如此优越价格又 便宜的电脑，之前那种多人同时共享一个处理器的模式逐渐消失，取而代之的是 每个人都有一台专用的个人电脑，大部分任务都由本地电脑完成。然而尽管个人 电脑的性能仍然不断在增强，很多用户却正在希望能够通过网络共享计算资源， 而不是把所有任务都放在本地电脑上完成。目前，通过网络为用户提供资源服务 的技术已经成为研究的热点。 出现这种现象的原因是计算机硬件性能提高的同时，软件技术也在不断发展 目前，互联网也在不断的发展，这些技术的长足进步使人们希望把计算机相关的 资源当作一种虚拟的资源来使用，并且能够通过终端简单快捷的获得这些资源和 服务。尽管能够在个人的机器上安装很多软件，或者在公司企业的服务器上丌发 软件平台，但要购买和安装这些软件，或开发维护软件平台，有时需要花费很大 的代价，于是“软件即服务( s o o a ) ，【啦l ，“b s ” 3 , 4 1 等模式逐渐受到人们的青睐， “瘦客户端”正在成为一种趋势。 高性能计算资源是用户希望通过互联网获得的重要资源之一。高性能计算资 源是高性能计算应用必不可缺少的条件，假设一个单位或者组织的用户有一个并 行程序必须在高性能计算资源上彳能运行，该单位或者组织为此购买一台高性能 计算资源，这显然是不现实的，另一方面，拥有高性能计算资源的大型企业和公 司，它们却希望能够利用空闲的计算资源为用户提供服务，以提高资源的利用率， 获得相应回报。 以上的现象说明了两点需求：通过浏览器获得服务，通过网络获得资源。高 性能计算应用门户正符合了这两点，它把多个异构的高性能服务器虚拟成为对用 户透明的计算资源，以门户的方式为用户提供高性能计算和与之相关的服务。通 过高性能计算应用门户提供的w e b 接口，用户能够不用了解高性能服务器的使用 方法，只需要通过浏览器，就可以使用高性能计算机完成其计算任务，另外，因 为大部分的操作系统都会安装有浏览器，门户实现了只要有一个终端就可以共享 高性能计算资源的目的，将来的高性能计算应用门户将是人们使用高性能计算机 的一个工作平台，这不仅符合了人们的期望，也是未来获取计算资源和服务的发 第l 页 国防科学技术人学研究生院硕十学何论文 腱趋势。 1 2 高性能计算门户研究现状 高性能计算应用门户是通过网格门户发展而来的，它通过底层高性能计算环 境的支持，向上为用户使用计算资源提供统一的w e b 接口，满足其应用要求；向 下则通过中问件来达到访问和管理计算资源的目的。用户通过门户提交作业的步 骤一般都是先通过资源发现服务找到合适的计算集群，然后再把程序或者作业上 传到该集群上，等程序运行完毕后，再通过门户得到结果。整个过程用户都只和 门户直接通信，而不用和计算资源交互。 1 2 1 门户提供的核, bj t 务 因为已有的高性能计算门户大都是基于第二代网格门户技术构建的，网格中 间件在整个门户系统具有十分重要的作用，大多数门户提供的服务都包括资源发 现和作业提交等网格服务，具体来说有以下服务： ( 1 ) 安全服务由全球网格论坛提出的网格安全基础设施g s i 是保证网格计 算环境安全性的核心部分，负责在广域网络下的安全认证和加密通信，采用先进 的安全技术( 如x 5 0 9 ，k e r b e r o s ，s s l 等) ，实现了相互认证、单点登录、远地身份 鉴别、数据传输加密等功能【s , 6 1 。门户的安全服务大都是建立在基于网格中间件的 g s i 之上，如g l o b u s ，当用户登录时，门户服务器根据用户登陆的账号和密码， 向专门的m y p r o x y l7 1 服务器中索取用户的代理证书，并且在会话期间内持有代理证 书，以认证和授权用户使用门户提供的其它服务。 ( 2 ) 数据管理服务数据管理服务也就是我们所说的文件传输和管理，它是 在g s i 安全认证的基础上通过j a v a c o g 接口调用g r i df t p ，执行文件传输操作， 使用户能够通过w e b 浏览器在底层的计算资源上执行与文件有关的任务【8 】，数据 管理服务可以让用户方便的上传作业，下载其运行结果，以及在资源结点问进行 数据传输等操作。 ( 3 ) 作业管理服务作业管理是高性能计算门户提供的基本服务，特别是面 向高性能计算应用的门户，它的安全服务，数据管理，包括将要介绍的资源发现 服务，都是围绕作业管理服务展开的。具体来说，作业管理服务分为作业提交， 执行和监控三个部分，这三个部分大都需要中问件和本地资源管理器的支持，也 就是遵循从门户到中间件，从中f 日j 件到本地资源管理器的流程，作业最终交给本 地资源管理器去管理。作业管理的目标就是为用户向计算资源提交作业提供一致 的w e b 接口，也就是说，无论用户向哪一个计算节点提交作业，它在页面上的操 作都是相同的。通过w e b 界面提交，用户无需记住复杂的作业提交命令，更不用 第2 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 熟悉某个集群的作业管理系统，对- j 非计算机专业人士，他们只要住直脱的负血 上填上参数，不用为直接与计算机打交道而多费心思。当作业提交后，门户还应 该为用户提供作业的执行情况，显示作业的标准输出和标准错误输出，这就是作 业的监控功能。 ( 4 ) 资源发现服务资源发现服务是为用户选择作业的运行结点提供决策信 息的，网格门户的资源发现机制一般都是通过访问资源监控中i h j 件，让中间件收 集资源结点的信息，有的门户网站为了向用户提供详细的结点信息，会选择专门 的资源监控中间件来收集信息。门户在得到这些信息之后，再以一定的方式显示 在页面上供用户查看。一般的面向高性能计算门户都会提供用户感兴趣的各种资 源的索引，资源的详细信息，如c p u 的利用率等。 1 2 2 门户的结构 第二代网格门户大都是通过专门的门户框架构建的，如g r i d s p h e r e ，它们为门 户丌发提供高度定制的环境，在门户框架内可以很方便的丌发p o r t l e t i 们。图1 1 是 大多数面向高性能计算门户的结构图，门户容器运行于w e b 容器之内，门户服务 由不同的p o r t l e t 组成，p o r t l e t 通过网格中间件访问高性能计算资源，这些p o r t l e t 浏览器 一一一一- t 一一一一一一一一一一一皇堡蝗硅簦奎旦 w e b 容器 ，、 f 1， j 户容器f 二溺 - 1 、 l 三i 舭。凸：怎l 啦白忐h 侮名 ji 州格服务：安个服 “。弋7 务：单点谨陆， - 务，资源发现，作业 l i q 视化 f 理，个性设置等 一 1r 提交，数据竹理 0 岛9 榭 图1 1 高性能计算门户体系结构 运行在门户容器之内。如果要为门户增加一项服务，可以开发出一个新的p o r t l e t ， 然后将其部署到门户里面。 第3 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 高性能计算门户的服务大体可以分为三类，第一类是门户的基本服务，如登 陆，账号管理等等。第二类是门户的核心服务，也就是上面提到的四种服务，每 种服务都对应一些具体的p o r t l e t ，如安全服务一般就有m y p r o x yp o r t l e t ，它负责对 用户代理证书进行管理，包括申请、更新和销毁等，当它把代理证书存入用户 s e s s i o n 后，其它p o r t l e t 可以使用s e s s i o n 中存放的证书，与资源发起交互。而作 业管理服务都会包含提交作业的p o r t l e t ，它从页面上收集作业信息，通过中间件把 作业提交到资源节点上。第三类是门户的可视化服务。通过这罩，可以看到门户 在w e b 和计算资源之间起到了桥梁的作用，我们要做的就是使这座桥梁越来越方 便用户使用计算资源，使计算资源更加有效的协同工作。 1 3 论文的主要结构 第一章：绪论。介绍了课题研究的背景，高性能计算门户的现状，高性能计 算门户的体系结构，为用户提供的服务，并介绍了论文的结构和主要创新点。 第二章：相关技术的研究。对与高性能计算门户相关的主要技术进行了研究， 介绍了第二代网格门户和网格门户框架g r i d s p h e r e ，介绍了基于g r i d s p h e r e 的门户 开发步骤，分析和研究了网格中间件g t 4 的主要功能和主要技术。 第三章：高性能计算门户框架。本章给出了我们设计的高性能计算门户的整 体框架，介绍了基于该框架的f - j p 的实现方案：然后对该框架下门户层的功能模 块进行了研究和优化设计，基于证书签发机制和用户分组的思想设计了一套门户 权限管理系统，对门户视图层进行了优化设计，实现了无限级联菜单在g r i d s p h e r e 框架的应用，研究了v n c 在门户的应用技术。 第四章y h 高性能计算资源适配器的研究与实现。针对门户管理的是虚拟的 计算资源，通过实现g t 4 在y h 高性能计算资源的适配器，研究了如何通过中问 件将任意的高性能计算机虚拟化的技术。具体包括资源的发现与监控，如何访问 计算资源以及对运行在计算资源上的作业的监控，使大部分的高性能计算资源都 能接入门户系统。 第五章：支持元调度的作业管理系统的设计与实现。本章首先分析了门户对 元调度的需求，介绍了元调度器g r i d w a y ，然后研究了如何将元调度引入门户，设 计了一个基于g r i d w a y 的支持元调度的作业管理系统，最后给出了一个该系统的 具实现。 第六章：结束语。对论文的研究工作进行了总结，并且展望了未来的研究方 向。 1 4 论文的主要研究成果 第4 页 围防科学技术人学研究乍院硕十学何论文 本文通过研究相天技术，设计与实现了一个高性能计算| 、j 户，陔l 、j 户以 g r i d s p h e r e 作为门户的编程框架，在第二代网格门户结构的基础上进行了较大的改 进，可以有效的管理多个异构的高性能计算资源，为用户访问高性能计算资源提 供更多更好的服务，同时还研究了门户的发展趋势。本文对高性能计算门户体系 的改进与创新主要在以下几点： ( 1 ) 基于证书签发和用户分组的思想设计了一套门户权限管理系统，降低了 门户在证书授权等门户管理和维护的困难；实现了按照需要对g r i d s p h e r e 页而框 架进行修改，将无限级联菜单成功的应用在g r i d s p h e r e 门户框架。 ( 2 ) 研究了资源虚拟化过程中的适配器技术，实现了g t 4 访问y h 高性能计 算资源的适配器，使我们能够将大部分的高性能计算资源接入门户系统，让门户 能够更加有效的管理和维护计算资源，对于提升整个门户性能的提升具有重要意 义。 ( 3 ) 提出了将元调度功能引入门户的思想，设计了支持元凋度的作业管理系 统，给出了基于g r i d w a y 的一种实现方法，该系统结构具有较好的可扩展性，可 修改性，可移植性。因为在原来门户的体系结构上增加了元调度层，一定程度上 实现了将门户管理的多个资源结点虚拟化为一个超级计算机，降低了用户使用门 户的门槛，并且加强了资源之间的协同工作，提高了资源的利用率。 第5 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 第二章相关技术研究 门户是网络用户迈入i n t e m e t 的第一道门槛，各种各样的网络资源在门户的组 织和协调下，成为进一步满足用户各种访问需求的资源。高性能计算门户是门户 在高性能计算领域的应用，它能够将各种高性能计算资源和服务有机地组织和协 调起来并提供给用户使用。目前的高性能计算门户是由第二代网格门户发展而末， 本章首先介绍了第二代网格门户和p o r t l e t 技术，然后介绍了门户开发框架 g r i d s p h e r e ，并介绍了基于g r i d s p h e r e 的门户开发步骤，最后介绍了网格计算应用 中大量使用的中间件g t 4 1 1 0 j 。 2 1 第二代网格门户 2 1 1 第二代网格门户优势 第二代网格门户的产生起源于可插入的网格p o r t l e t ，p o r t l e t 运行在p o r t l e t 容器 中，可以方便地加入门户或者从门户中删除，给用户提供了在门户层上定制网格 服务的能力。网格p o r t l e t 是基于网格服务的独立组件，利用网格p o r t l e t 建立的网 格门户能使用户集成那些不同的网格服务。具有p o r t l e t 的第二代网格门户和第一 代网格门户相比具有如下优点。 ( 1 ) 门户定制：用户而不是门户丌发者可构建它们个性化的门户，以满足其 特定的需要。p o r t l e t 可以比较容易的从门户中加入或删除。 ( 2 ) 可扩展的网格门户服务：由p o r t l e t 建立的门户与网格中间件技术是松散 耦合的，因为网格服务可当作标准的p o r t l e t 。由p o r t l e t 构建的门户能够集成来自 不同网格服务提供程序的服务。 ( 3 ) 动态的网格服务：可不断为网格丌发新的服务组件。网格门户给用户提 供一种能力，使用户可以在一个网格环境中访问动态的网格服务。最后，网格门 户提供一种机制，将网格服务当作个人p o r t l e t ，并可通过门户来发布和访问它们。 2 1 2p o r t l e t 介绍 p o r t l e t 是一个特殊的，更先进的j a v as e r v l e t 形式，它继承自s e r v l e t 。它们在 p o r t l e t 容器中运行，p o r t l e t 在s e r v l e t 容器内部，运行于应用服务器的上层。和j a v a s e r v l e t 相似，p o r t l e t 处理h t t p 请求并产生h t m l 输出，例如使用j s p ，但是这些 h t m l 输出仅是w e b 页面的一小部分，剩下了就是p o r t l e t 的视图部分。p o r t l e t 内 部设计遵循模型视图控制器m v c ( m o d e l v i e w - c o n t r o l l e r ) 模型【12 1 ，此模型将 第6 页 国防科学技术犬学研究生院硕十学位论文 p o r t l e t 功能划分如f ：一个控制器接受米臼p o r t l e tp i i 的请求，然后渊用模型上的 命令操作，此模型通过封装应用程序数据和逻辑来访问后台w e b 内容或应用程序， 最后调用视图来展示结果。和i a v as e r v l e t 相比，可以用动态灵活的方式管理p o r t l e t ， 不需停止和重启门户服务器就可以应用以下的更新： 可以使门户管理用户接口安装和删除一个p o r t l e t 应用程序( 山几个p o r t l e t 构成) ； 管理员可以改变p o r t l e t 的设置； p o r t l e t 可以动态创建和删除。 p o r t l e t 也具有很多i a v as e r v l e t 不具备的标准特性，特别是对于不同的用户设 备，能自动使用不同的j s p 接口。这就使用户开发的p o r t l e t 可以在很多设备上工 作，例如具有w e b 浏览器的计算机、带有有限w e b 浏览器的掌上型电脑等，用 户不需要通过其最小共同特征来提供可移植性。通过重复使用相同的基础业务逻 辑，门户服务器将为每个客户端选择最合适的方式。用户甚至可以操纵多个p o r t l e t 控制器，使得不同的页面动作序列可用于每个设备类型。 从用户的角度看【1 1 】，p o r t l e t 是门户中的一个窗1 2 1 ，每个窗口都提供一种特定 的服务。从门户的开发者角度看，p o r t l e t 是一个由i a v a 语言编写的软件组件，运 行在p o r t l e t 容器中，它处理用户的请求并产生动态内容。如图2 1 所示，作为一个 可插入的用户接口组件，p o r t l e t 可以将信息传递到门户系统的表示层。每在门户容 器中添加一个p o r t l e t ，就会在客户浏览器端增加一个p o r t l e t 视图。p o r t l e t 的内容通 常与其它p o r t l e t 内容聚合而成为一个门户页面。p o r t l e t 容器管理门户中p o r t l e t 的 生命周期。 图2 1 具有4 个p o t t i e r 的fj 户 2 1 3 使用p o t t i e r 开发门户 p o r t l e t 技术获得了网格团体的关注，被用来构建第二代网格门户，解决了第一 代网格开发框架和工具箱所遇到的问题。网格门户中的p o r t l e t 不仅仅是一个插入 第7 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 剑门户的通常的p o r t l e t ，它还和一个后台洲格j j 艮务相关联，我们把与网格服务相关 的p o r t l e t 称为网格p o r t l e t 。图2 2 说明了通过网格p o r t l e t 从网格门户访问网格服 务的模型。这个模型是网格p o r t l e t ，它与由网格中川件如g l o b u s 提供的网格服务 进行交互来访问后台资源，由p o r t l e t 构建的门户与网格中间件技术是松散耦合的。 门户框架如w e b s p h e r ep o r t a l 、j e t s p e e d 和g r i d s p h e r e 已广泛应用于w e b 门户，它 们是网格服务的集成，利用网格p o r t l e t 构建网格门户。 图2 2 通过网格p o r t l e t 访问网格资源 目前，通过第二代网格门户技术构建网格门户已有很多成功的案例，如中国 国家气象网格门户，高校的教育网格门户，还有高能物理网格门户，生物网格门 户等等。 2 2g r i d s p h e r e 门户框架 基于p o r t l e t 的门户正在同益成为开发w e b 服务器平台的一个前沿领域，j a v a s p e c i f i c a t i o nr e q u e s t ( j s r ) 1 6 8 1 1 3 j 标准的发布，为p o r t a l 的开发提供了统一的p o r t l e t a p i 规范。g r i d s p h e r e t l 4 l i _ 户框架是一个丌源的基于p o r t l e t 技术的w e b 门户。它允 许门户开发者创建并打包第三方的基于p o r t l e t 的w e b 应用程序，这些w e b 应用程 序可以通过在p o r t l e t 中调用并在g r i d s p h e r ep o r t l e t 容器中执行和管理。 2 2 1g r i d s p h e r e 特征 g r i d s p h e r e 包括一系列的核心p o r t l e t 和服务，提供了开发和管理w e bf - j p 的 基本结构。g r i d p h e r e 的一个关键特性在于它支持第三方的p o r t l e t ，通过这种方式， 我们的高性能计算门户可以很方便的加入和发布一些服务，如果解决了其它技术 问题，很方便的将门户打造成一个用户的工作平台。g r i d s p h e r e 具有以下特征【1 5 】： 第8 页 国防科学技术人学研究牛院硕十学何论文 1 0 0 的支持j s r1 6 8p o r t l e ta p i ； 实现了和i b m 的w e b s p h e r e 几乎一致的p o r t l e ta p i 并且完全兼容； 支持易于丌发和集成“第三方p o r t l e t s ”； 支持并提供了大量可视化b e a n s 和g r i d s p h e r eu s e ri n t e r f a c e ( u i ) 标志库来构建 复杂的p o r t l e t s ； 通过灵活的x m l 配置文件描述门户的内容，可以很容易地被修改来定制门户 布局； 构建了支持基于角色访问控制内置支持，用户角色包括来宾、一般用户、管 理员和超级用户； 成熟的p o r l e t 服务模型允许创建“用户服务”，即指可以限制用户权限的服务 方法； 数据的持久性使用支持r d b m s 数据库的基于o r m 框架的h i b e r n a t e ； 集成了j u n i t c a c t u s 单元测试，从而对服务端的p o r t l e t 服务进行全面的测试， 包括产生测试报告。 g r i d s p h e r e 核心p o r t l e t s 提供基本的功能：登录、登出、用户和访问控制管理； 在p o r t l e ta p i 中实现了本地化支持，并且g r i d s p h e r e 核心p o r t l e t s 支持英语、 法语、德语、捷克语、波兰语、匈牙利语和意大利语 g r i d s p h e r e 容器负责提供p o r t l e t s 运行的环境和管理它的运行生命周期，其中 g r i d s p h e r es e r v l e t 是总控制器，用p o r t l e t m a n a g e r s e r v i c e 来管理p o r t l e t s 的加载， 移除，初始化和关闭，当p o r t l e t m a n a g e r s e r v i c e 被g r i d s p h e r es e r v l e t s 中的i n i t o 方 法实例化后，它就负责加载需要的核心p o r t l e t s ，并管理这些p o r t l e tw e b 应用，这 些p o r t l e t s 是由g r i d s p h e r e 框架提供的，实现了一些基本功能。因为p o r t l e t s 是作 为独立的w e b 应用被封装的，一般p o r t l e tw e b 应用都包含多个小的应用p o r t l e t ， 所以p o r t l e tw e b 应用需要把这些应用p o r t l e t s 组织成一种数据结构，而这种结构是 由p o r t l e t 注册服务通过个简单的散列表来维护的。 2 2 2 基于g r i d s p h e r e 的门户开发步骤 下面介绍介绍使用g r i d s p h e r e 作为f - i p 框架开发一个门户的步骤，第一步是构 建本文高性能计算门户特有的步骤。 ( 1 ) 搭建底层高性能计算环境。 门户是一种特殊的网站，通过门户直接访问高性能计算资源，并向资源提交 作业，显然很难办到，解决这个问题的办法是通过中问件间接访问高性能计算资 源。因此在开发高性能计算门户之前要先搭建底层高性能计算环境，提供门户访 问高性能计算资源的机制。本文选用的是g t 4 ，下一节将做详细介绍，不管搭建 第9 页 国防科学技术人学研究生院硕十学位论文 何种环境，都要提供l j 户访问资源的接口。 ( 2 ) 创建数据库。 g r i d s p h e r e 集成了h i b e r n a t e 数据库丌发的接口和创建h i b e r n a t e 数据库的第三方 软件，因此数据持久层的丌发十分方便，必须先根据需求分析创建数掘库，彳能 进行后面的丌发。 ( 3 ) 编写p o r t l e t 。 p o r t l e t 类似于s e r v l e t ，在m v c 体系中用于事务逻辑的处理。它接收来自于j s p 页面的请求，组织居于底层的模型( b e a n s ) 提供的数据，更新视图层，响应用户的 请求。p o r t l e t 的编写也类似于编写s e r v l e t 。只是p o r t l e t 继承自a b s t r a c t p o r t l e t ，而 且至少需要重写a c t i o n p e r f o r m e d 0 和d o v i e w 0 方法。这些方法如下： i n i t 0 方法创建服务实例。在此方法中首先获取服务的句柄，接着得到工厂的一 个引用最后就是创建服务实例。 a c t i o n p e r f o r m 0 方法。a c t i o n p e r f o r m e d 0 方法中完成对用户动作的处理，其传入参 数是一个a c t i o n e v e n t 类型的事件对象。a c t i o n p e r f o r m e d 0 方法应该完成从 a c t i o n e v e n t 事件对象的g e t p o r t l e t r e q u e s t 0 方法中获取传入请求参数，并根据请求 的具体内容调用服务引用的相应方法。 d o v i e w ( ) 方法。实现服务的相应接口中获取数据结果，并将其在j s p 页而中显 示给用户。g r i d s p h e r e 为j s p 页面的编写提供了非常有用的标签库，用于构造用户 界界并减少公共例程。在编写j s p 页面时不仅可以使用其内部标签，也可以使用 g r i d s p h e r e 中提供的标签。 ( 4 ) 部署p o r t l e t 。 p o r t l e t 和j s p 页面编写完后，还需要创建g r i d s p h e r e 使用的部署描述符，把 p o r t l e t 部署到g r i d s p h e r e 中去。所需要的部署描述符有如下几个： p o r t l e t x m l 。p o r t l e t 部署描述符提供g r i d s p h e r e 容器使用的p o r t l e t 属性定义。 p o r t l e t 必须有一个a p p l i c a t i o np o r t l e t 定义和一个或多个c o n c r e t ep o r t l e t 定义。 c o n c r e l ep o r t l e t 定义提供了一个由该p o r t l e t 显示的标题，可能由容器使用的描述 和关键字。 w e b x m l 。w e b x m l 文件实现将具体的p o