（通信与信息系统专业论文）基于globus的网格资源信息服务系统研究与设计.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 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。网格中信息服务( g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e ，g i s ) 主要完成对网格 计算环境中资源信息的发现、注册、查询和修改等工作，提供对网格计算环境 的一个真实、实时的动态反映。其处理的信息主要是网格计算环境下的各种资 源( 包括数据资源、计算资源等) 、服务和其它实体的描述。正因为网格信息服 务在网格应用中所起的重要作用，网格信息服务系统也是网格设计的核心之一。 随着人们对网格技术的日益关注，对g i s 的研究也成为网格技术的一个重点和 难点。 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，本文首先介绍了基于g l o b u s 的网格资源信息服 务框架和相关技术，研究了网格与p 2 p 技术结合的资源发现机制，既考虑网格 资源的各种特点，又利用p 2 p 网络的结构特点和高效的资源搜索技术，提出基 于可扩展p 2 p 结构的资源信息服务组织模型，对该模型中资源发现服务进行了 详细设计，包括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 具体的实现方法和相应的接口设计，对系统进行模拟仿真，并与现有信息服务 系统在信息服务性能进行分析比较。通过系统性能分析可以证明运用该模型能 提高资源发现效率，更好地实现网格资源共享。 关键字：网格计算；资源发现；监测；优化f l o o d i n g ：g l o b u s 开发工具包 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t 1 1 圮p u r p o s eo fg r i di s t ob u i l dap l a t f o r mf o rc l i e n t ss h a r i n gt h ed i f f e r e n t r e s o l l r c e s 1 1 1 cp r e c o n d i t i o no fr e s o u r c e ss h a r i n gi st od e s c r i b e s t o r er e s o u r c e s i n f o r m a t i o ns u c ha sl o c a t i o n , a t t r i b u t e ，u s a b i l i t ye t ca n dt op r o v i d et h ei n t e r f a c ef o r a c c e s s i n g a l lt h e s ea r ev e r yi m p o r t a n tp r o b l e m si nt h ef i e l do f g r i dr e s e a r c h ，w h i c h i sc a l l e d “g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e s ”1 1 啦m a i nf u n c t i o n so fg r i di n f o r m a t i o n s e r v i c ea r ct 0d i s c o v e r y , r e g i s l 既q u e r ya n dm o d i f yt h er c s o u l e si n f o r m a t i o n , p r o v i d i n gaa c t u a la n dr e a l - t i m ed y n a m i cr e a c t i o ni nt h eg r i dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t n l ci n f o r m a t i o ni tp r o c e s s e di sd e s c r i p t i o no f e v e r yr c s o u g c e ( i n c l u d e s ：d a t ar e s o u r c e s c o m p u t i n gr e s o r i c , e $ e t c ) ，s e r v i c e sa n do t h e r e n t i t i e si nt h eg r i dc o m p u t i n g e n v i r o n m e n t a st h ei m p o r t a n tr o l ei nt h eg r i da p p l i c a t i o n , n eg r i di n f o r m a t i o n s e r v i c e ss y s t e mi st h ec o r ei ng r i dd e s i g n n l ef o u n d a t i o no ft h eg r i dr e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c e si st h es t r u c t u r eo f r e s o u r c ei n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，s e r v i c e s - o r i e n t e dg r i da p p l i c a t i o ns e r v i c e sa n dt h e i r i n t e r f a c e s n l i s p a p e rf l r s f l y i n t r o d u c e st h ef r a m e w o r ko ft h eg r i dr e s o u r c e i n f o r m a t i o ns e r v i c e sb a s e do nt h eg l o b u sa n dc o r r e l a t i v et e c h n o l o g y , d o e st h e r e s e a r c ho nt h er e s o u r c e sd i s c o v e r ym e c h a n i s mc o m b i n e dt h eg l o b u sw i t hp 2 p n e t w o r k s ，w h i c hi sc o n s i d e r e de i t h e rt h ef e a t u r e so fg r i dr e s o u r c e so rt h ee f f e c t i v e s e a r c h t e c h n o l o g y i nt h ep 2 pn e t w o r k s t h e nw eb r i n gf o r w a r dan e wg r i d i n f o r m a t i o nm o d e lu s e dp 2 pt oe x t e n dt h eg t 4i n f o r m a t i o ns e r v i c e s a n dm a k et h e p a r t i c u l a rd e s i g no ft h er e s o u r c ed i s c o v e r ys e r v i c e si nt h i sm o d e l ，i n c l u d i n gt h em a i n c o m p o n e n t sd e s i g no ft h em o d e li nag r i dr u n t i m es u p p o r t e de n v i r o n m e n t , t h e a p p r o a c ha n di n t e r f a c e sd e s i g n a tl a s tw ed i dt h em o d e ls i m u l a t i o na n dc o m p a r ei t w i t ho t h e rs y s t e m s i tc o u l di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h er e s o u r c ed i s c o v e r ya n d r e a l i z et h er e s o u r e e ss h a r i n gb e t t e rt h a no t h e r s k e y w o r d s ：g r i dc o m p u t i n g ；r e s o u r c e sd i s c o v e r y ；m o n i t o r i n g ； f l o o d i n go p t i m i z a t i o n ；g t 4 独创性声明 本人声明，所呈交的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。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 他人已经发表或撰写的成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构学 位证书而使用过的材料。与我一起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了谢意。 签名：运塾日期：堡翌：誓 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 计算机、网络技术等信息产业的飞速发展，极大地改变了人类的生活和思 维方式。计算机中的各种资源，如c p u 、内存、硬盘等不断的更新换代，互联 网技术的兴起和广泛的应用，有力地推动了人类科技的发展，为人类的生活和 工作提供了很大的便利，并从不同的角度解决实际处理能力与用户应用需求之 间的矛盾【l 】。可是，人们的应用需求也在同时朝着高性能、多样性、多功能方向 不停发展，在这之中，有着许许多多的大规模科学计算应用己经不仅仅是单独 的一台高性能计算机就可以满足要求的，它还同时需要多种设备( 数据采集仪器、 图象处理设备、数据存储仓库等) 、多个系统的协作，才能够顺利完成。为此人 们提出网格计算( g 棚c o m p u t i n g ) 技术，试图构建一种能够联合网络中所有资源， 为用户提供一种虚拟的巨型超级计算机系统【2 】。网格技术一经提出，立即引起世 界上许多国家和科研组织的广泛关注与重视，成为当前计算机技术研究中的一 个热点问题。二十世纪末，高性能计算与当代先进的网络技术相结合，产生了 网格( g 咖) 技术，网格被称为下一代i n t e r n e t ，成为了当前的一个研究热点 3 1 。 到目前为止，网格计算的发展过程可以分成三个阶段1 4 1 ： 第一阶段：元计算。网格计算最初的研究目标是把地理分布的超级计算中 心连接起来，构成更大规模的超级计算环境，提供更大规模的计算能力，充分 共享各个计算中心的计算资源。这一时期，网格计算被称为元计算【5 1 ，对元计算 的研究构成了网格计算研究的第一阶段，目前最著名的网格计算工具包软件 g l o b u s 工具包( g l o b u st o o l k i 0 州在当时称为元计算工具包。 第二阶段：计算网格。在这一阶段，网格计算的目标是聚合广域网络上更 多的计算资源而不仅限于多个超级计算中心来构建一个大规模计算基础设施。 为了实现这一目标，利用中间件技术解决了三个最主要的问题：异构性、可扩 展性和自适应性。通过提供一组标准的接口解决了各种异构环境之间的互操作 问题，为用户和应用提供了一个无缝的计算环境。 第三阶段：服务网格。为了构建更多的网格应用，拓展网格计算的应用领 武汉理工大学硕士学位论文 域，并且能够重用己有的软件构件和信息资源，在网格计算的进一步发展中结 合了w e bs e r v i c e ；q 技术，采用了面向服务的架构，在2 0 0 2 年2 月召开的全球网 格论坛( g l o b mg r i df o r u m ，g g f1i s 】第四次会议上，g l o b u s 研究组织 9 1 和i b m 联 合提出了开放网格服务体系结构( o p e ng r i ds e r v i c e a r c h i t e c t u r e ，o g s a ) 框架1 1 0 。 在这一过程中，许多著名的i t 企业投入到了网格计算研究当中，参与了许多标 准的制定，极大地推动了对网格计算的发展。在服务网格环境中，一切提供特 定服务的软硬件资源都表现为网格服务，这样不仅可以将原有的计算网格中的 处理能力包装成服务，还可以利用更多的已有的分布计算环境下的w e b 服务来 构建网格应用。 与此同时，p 2 p ( p e e r - 2 p e e r ) 技术正在复兴【l ”。早在上世纪九十年代初期， c s 模式就成为网络计算中最流行的模式，信息和数据都保存在服务器端，为下 载特定的文档，客户机需要先定位一个正确的服务器，然后向该服务器发送对 文档的请求并取得返回结果。在这种模式下，服务器及网络的带宽决定网络的 性能。每台服务器所能提供的信息数量受到自身存储空问的限制，而任意时刻 它所支持的客户端访问数量既受到自身处理能力的限制，也受到服务器所在网 络吞吐能力的限制。9 0 年代后期，虽然网络带宽成倍增长，但是一些热门站点 仍然不堪重负。p c 机的性能在速度和处理能力上按照摩尔定律在飞速增长，但 增加的计算能力并未被充分挖掘，空闲的链路带宽也被白白浪费掉。于是人们 开始意识到可以将服务器软件放在单独的p c 机上，而且可以在p c 机之间初始 化全双工的信息流，从而导致了p 2 p 技术的兴起。 网格与p 2 p 网络有相同的目标即实现资源的共享，而要实现资源的高度共 享，关键是要实现资源发现。资源发现机制是关系到广域分布式环境中资源共 享和协同工作效率的关键，在网格技术、w e b 服务和p 2 p 技术中，都在对这个 问题进行深入研究。网格计算作为分布式计算中一个新领域，通过对各种分布 的、异构的、动态的计算资源的集成，向用户提供随处可得、灵活可靠的服务。 然而由于网格环境中主体和客体的数量都很庞大，因此把一个主体与相应的客 体联系起来都需要网格信息服务的支持。网格中信息服纠1 2 1 ( g r i di n f o r m a t i o n s e r v i c e ，g i s ) 主要完成对网格计算环境中资源信息的发现、注册、查询和修改 等工作，提供对网格计算环境的一个真实、实时的动态反映。其处理的信息主 要是网格计算环境下的各种资源( 包括数据资源、计算资源等) 、服务和其它实 体的描述。正因为网格信息服务在网格应用中所起的重要作用，网格信息服务 2 武汉理工大学硕士学位论文 系统也是网格设计的核心之一。随着人们对网格技术的日益关注，对g i s 的研 究也成为网格技术的一个重点和难点。 1 2 网格资源信息服务研究现状 随着w e b 技术的不断发展，越来越多的技术被应用到基于w e b 的服务中。 近年来，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 服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【1 7 】。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。w e b 服务和网格服务间的完全集成一w e b 服务资源框架w s r f 的提出。无疑进一步紧密了两者之间的联系。w e b 服务资 源框架( 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 ) 通过一个隐含的资源模式为在w e b 服务之间创造有状态的资源定义了一个系统同时定义了使用w e b 服务来访问有 状态资源的一系列规范。它包括w e b 服务资源特性( w s r e s o u r e 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 服务基本故障 ( w s b a s e f a u l t s ) 和w e b 服务服务组( w s s e r v i c e g r o u p ) 规范。这些新规范 的动机是，虽然w e b 服务实现在它们交互的过程中并不维护状态信息，但是它 们的交互必须经常性地为状态操作考虑，也就是说，数据的值通过w e b 服务交 互得以持久化，并且作为w e b 服务交互的结果而保存。在w e b 服务资源框架 ( 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 ) 中，状态作为有状态资源来建模并且通过 一个隐含的资源模式使w e b 服务之间的关系条文化1 1 ”。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 位置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。它提供一些公共的操作，并支持多种潜在的资源模型， 把资源描述为服务实例1 1 0 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。 武汉理工大学硕士学位论文 现今网格技术已不在仅仅停留在科技计算等相对较为狭小的空间范围内， 并越来越被广泛的应用到我们生活中的方方面面，于是面向服务的网格体系结 构孕育而生。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 中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 i 注册中心也被广泛的应用。 1 ) 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 o ：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【”】。 v e r s i o n2 0 ：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。 v e r s i o n3 0 ：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( c , 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【1 4 1 。 v e r s i o n4 , 0 ：在g t 3 的基础之上，进一步优化原有目录服务功能，并将w s r f 引入到其中1 7 】。在g t 4 中，资源信息由索引服务( i n d e xs e r v i c e 。i s ) 提供。索 引服务属于网格服务，掌管注册到它的网格服务信息( 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 o 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 o 的索引服务中。 2 ) 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 4 武汉理工大学硕士学位论文 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【”】。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 心对服务定义的全局i d 与公有注册中心的统一全局m 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。 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 的目录视图一对服务信息进行发现和存储【1 6 1 。 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，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。 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 本文主要研究工作与组织结构 1 3 1 主要研究工作 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，本文主要研究基于g l o b u s 的网格资源信息服务 框架和相关技术以及网格与p 2 p 技术结合的资源发现机制，既考虑网格资源的 各种特点，又利用p 2 p 网络的结构特点和高效的资源搜索技术，提出基于可扩 展p 2 p 结构的资源信息服务组织模型，对该模型中资源发现服务进行了详细设 武汉理工大学硕士学位论文 计，包括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 实现方法和相应的接口设计。主要研究工作有： ( 1 ) 采用p 2 p 技术扩展了g t 4 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。 ( 2 ) 采用c a c h e 机制使得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，在原有g - n u t e l l a - f l o o d i n g 方法的基础了进行了优化使之更加适应系统的快速 查询。 ( 3 ) 采用基于开放式网格体系结构o g s a ，以w s r f 作为资源管理框架的 系统结构，实现对网格资源有状态管理，采用x 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。 ( 4 ) 对系统进行仿真，并将模型与现有模型进行分析比较。 1 3 7 本文结构 全文共分为6 章： 第1 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2 章基于g l o b u s 的网格资源信息服务，本章中首先分析了网格中资源与 服务的关系和网格资源信息服务的基本功能，然后对g l o b u s 中的资源监测和发 现服务展开研究。 第3 章p m d s 网格资源发现服务设计，本节设计了系统模型的资源发现服 务，以及资源发现服务的主要组件和接口。 第4 章p m d s 网格资源发现服务实现，在o g s a 结构下，采用w s r f 框 架，设计了系统模型重要的组成组件，并在对各组件的接口进行了详细设计。 第5 章系统性能分析，在对模型进行实验仿真的基础上，对系统性能做了 数据分析，主要针对系统响应时间和单位时间内可处理请求这两个性能指标与 现有其他模型进行比较分析。 第6 章总结与展望，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。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于g l o b u s 的网格资源信息服务 2 1 网格资源信息服务 2 1 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 定以及消息交换模式信息1 1 9 1 。如图2 - l 所示。 图2 - 1资源与服务的关系 2 1 2 网格资源信息服务的基本功能 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【”】：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。 7 武汉理工大学硕士学位论文 1 ) 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息发布 出去的接口，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，能够根据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。 2 ) 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。 3 ) 资源信息更新 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态的数据模型。 4 ) 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。 2 2g l o b u s 中的资源发现与监测服务 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 8 武汉理工大学硕士学位论文 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，面向服务 的网格应用技术研究，以及实现资源信息服务的相关技术研究。本节从介绍 o g s a ，w s r f 和w e bs e r v i c e s 的关系入手，阐述了o g s a 结构和w s r f 规范 的基本特征，并介绍了g t 4 中的资源监测与发现服务( m d s ) 。 2 2 1o g s a ，w s i t f 和w e bs e r v i c e s o o s a 和w s r f 都是建立在诸如s o a p 和w s d l 等w e bs e r v i c e s 技术之上 的，图2 2 显示了三者的关系 2 0 l 。 图2 - 2o g s a ，w s r f 与w e bs e r v i c e s 的关系 ( 1 ) 开放网格服务体系结构( o p e n g r i ds e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ，o g s a ) o g s a 包括两大关键技术，即网格技术和w e bs e r v i c e 技术，它是在五层沙 漏结构的基础上，结合w e bs e r v i c e 技术提出来的，解决了两个重要问题一标准服 务接口的定义和协议的识别。以服务为中心是o g s a 的基本思想，在o g s a 中 一切都是服务【2 n 。这一结构的意义就在于它将网格从科学和工程计算为中心的 学术研究领域，扩展到更广泛的以分布式系统服务集成为主要特征的社会经济 活动领域。 1 ) o g s a 的基本思想： o g s a 最基本的思想就是以“服务”为中心。在o g s a 框架中，将一切抽 象为服务，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，简而言 之，一切都是服务。这种观念，有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格。 o g s a 定义了网格服务( g r i ds 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管理，解决服务 9 武汉理工大学硕士学位论文 发现、动态服务创建、生命周期管理、通知等问题剐。网格服务可以以不同的 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他们操作 和共享的服务来定义。简单地说，网格服务= 接口，行为+ 服务数据。图2 3 是 对网格服务的简单描述。 服务数据访j 可 显式撤消 软状态生命周期 绑定属性 一可靠撤活 一认证 lj llli 服务数ii 服务数li 服务教| i 据元素li 据元素ll 据元素l i 实现 i 图2 - 3 网格服务示意图 标准接口： - 通知 一授权 服务创建 - 服务注册 - 管理 开发 应用相关接口 o g s a 以服务为中心，具有如下好处： 网格中一切都是服务，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，可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别的服 务，这些服务可以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待。 虚拟化也使得将多个逻辑资源实例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。 网格技术( 如g l o b u s 软件包) 和w e bs c c v i c e 是o g s a 的两大支撑技术。 g l o b u s 是已经被科学和工程计算领域广泛接受的网格技术解决方案。它是 一种基于社团的、开放结构、开放源码的服务的集合，也是支持网格和网格应 用的软件库。该工具包解决了安全、信息发现、资源管理、数据管理、通信、 错误监测以及可移植等问题。 与o g s a 关系密切的g l o b u s 组件是g r a m 网格资源分配与管理协议和门 卫( g a t ek e e p e r ) 服务，它们提供了安全可靠的服务创建和管理功能，元目录 服务通过软状态注册、数据模型以及局部注册来提供信息发现功能，g s i ( g r i d s e 脚r i t yi n f r a s t r u g t u r e 网格安全架构) 支持单一登陆点、代理和信任映射。这些 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 功能提供了面向服务结构的必要元素，但是比o g s a 中的通用性要小。 w e bs e r v i c e 是一种标准的存取网络应用的框架圈，如图2 - 4 所示。x m l 协 议相关的工作是w e bs e r v i c e 的基础。w e bs e r v i c e 中几个比较重要的协议标准是 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 o l ，简单对象访问协议) 、w s d l ( w e bs e r v i c e d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w e b 服务描述语言) 、w s i n s p e c t i o n 、u d d i ( u n i v e r s a l d e s c r i p t i 0 1 1 ，d i s c o v e r y & i n t e g r a t i o n ，统一的描述、发现与集成) 。s o a p 是基 于x m l 的r p c ( r e m o t ep r o c e s sc a l l ，远程进程调用) 协议，用于描述通用的 w s d l 目标。通过将s o a p 进行扩展支持w e bs e r v i c e 框架的安全性。w s d l 用 于描述服务，包括接口和访问的方法，复杂的服务可以由几个服务组成，它是 w e bs e r v i c e 的接口定义语言。w s i n s p e c t i o n 给出了一种定义服务描述的惯例， 包括一种简单的x m l 语言和相关的管理，用于定位服务提供者公布的服务。而 u d d i 则定义了w e bs e r v i c e 的且录结构。 图2 - 4w e b 服务体系结构 2 ) 0 g s a 的服务接口： o g s a 符合标准的w e bs e r v i c e 框架。w e bs e r v i c e 解决了发现和激活永久服 务的问题，但是在网格中有大量的临时服务，因此o g s a 对w 曲s e r v i c e 进行了 扩展，提出了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 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。 表2 1 列出了网格服务的接1 ：3 ，其中只有g r i d s e r v i c e 接口是必须的，而其 他的接口都是可选的。每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 相对应，网格服务提供 p o r t t y p e s 的集合，包括一些与版本有关的附加信息，在网格服务中用s e r v i c e t y p e 武汉理工大学硕士学位论文 来描述，s e r v i c e t 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 l 帅e 操作描述 查询网格服务实例的各种信 息，包括基本的内部信息、大 f i n d s e r v i c e d a t a 量关于每个接口的信息以及 g r i d s e r v i c e 与特定服务有关的信息。 设置并得到网格服务实例的 s e t t e r m i n a t i o n t n n e 终止时间。 d e s t r o y 终止网格服务实例。 根据感兴趣的消息类型和内 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容说明，相关事件的通知发送 n o d f i c a t i o n s o u r e e 者进行登记。 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 e 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珊。 r e g i s t r y u n r e g i s t e r s e r v i e e 取消注册的网格服务句柄。 f a c t o r y c r e a t e s e r v i c 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 返回根据特定键值创建的网 p r i m a r y k e y 格服务句柄。 撤销特定键值创建的网格服 d e s l r o y b y p r i m a r y k e y 务实例。 返回与网格服务句柄相联系 h a n d l e m a p f i n d b y h a n d l e 的网格服务实例。 ( 2 ) w e b 服务资源框架( w s r f ，w e bs e r v i c er e s o u r c ef r a m e w o r k ) 在o g s a 刚提出不久，g g f 及时推出了o g s i ( o p e ng r i d s e r v i c e s i n f r a s t r u c t u r e ，开放网格服务基础架构) 草案，并成立了o g s i 工作组，负责该 草案的进一步完善和规范化。o g s i 是作为o g s a 核心规范提出的，其1 0 版于 2 0 0 3 年7 月正式发布。o g s i 规范通过扩展w e b 服务定义语言w s d l 和x m l 武汉理工大学硕士学位论文 s c h e m a 的使用，来解决具有状态属性的w e b 服务问题。它提出了网格服务的概 念，并针对网格服务定义了一套标准化的接口，主要包括：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口4 】。 o g s i 通过封装资源的状态，将具有状态的资源建模为w e b 服务，这种做法 引起了“w e b 服务没有状态和实例”的争议，同时某些w e b 服务的实现不能满足 网格服务的动态创建和销毁的需求。o g s i 单个规范中的内容太多，所有接口和 操作都与服务数据有关，缺乏通用性，而且o g s i 规范没有对资源和服务进行区 分。o g s i 使用目前的w e b 服务和x m l 工具不能良好工作，因为它过多地采用 了x m l 模式，比如x s d ：a n y 基本用法、属性等，这可能带来移植性差的问题。 另外，由于o g s i 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。上述原因促使了w s r f ( 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 e b 服务资源框架) 的出现。 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。为了充分兼容现有的w e b 服务，w s r f 使用w s d l1 1 定义0 g s i 中的各项 能力，避免对扩展工具的要求，原有的网格服务已经演变成了w e b 服务和资源 文档两部分。w s r f 推出的目的在于，定义出一个通用且开放的架构，利用w e b 服务对具有状态属性的资源进行存取，并包含描述状态属性的机制，另外也包 含如何将机制延伸至w e b 服务中的方式。 w s r f 是一个服务资源的框架，是五个技术规范的集合，表2 - 2 总结了这些 技术规范。这些规范定义了以下方法 2 3 1 ： 1 ) w e b 服务资源可以与销毁请求同步地或者通过提供基于时间的析构 ( d e s t r u c t ) 机制来销毁，而且指定的资源特性可以被用来检查和检测w e b 服务 资源的生存期； 2 ) w e b 服务资源的类型定义可以由w e b 服务的接口描述和x m l 资源特性 文档来组成，并且可以通过w e b 服务消息交换来查询和更改w e b 服务资源的状 态： 3 ) 如果w e b 服务内部所包含的寻址或者策略信息变得无效或者过时，w e b 服务端点引用( w e b 服务寻址) 可以被更新； 4 ) 可以定义异构的通过引用方式结合在一起的w e b 服务集合，不管这些 服务是否属于w e b 服务资源； 武汉理工大学硕士学位论文 5 ) 通过使用用于基本错误的x m ls c h e m a 类型以及扩展这个基本错误类型 的规则应用到w e b 服务中，使得w e b 服务中的错误报告可以更加标准化。 表2 - 2w s r f 中5 个标准化技术规范 w “s - r e s o 貅u r c e l i f e t t m e 描述 w e b 服务资源的析构机制。包