（计算机应用技术专业论文）网格服务资源发现的研究.pdf

摘要 摘要 网格技术是当前计算机技术发展的一个重要方向，它把用通信手段连接起来的资源 无缝集成为一个有机整体，给用户提供一种基于互联网的新型计算平台。网格信息服务 是网格系统中的核心部分之一，它的目标是将地理上分布、异构的各种高性能计算机、 数据服务器、大型检索存储系统等，通过高速互连网络连接起来并集成起来，支持网格 对数据存储资源的统一访问，方便用户发现、获取和处理信息。 由于网格规模庞大，网格环境下的资源数量众多，资源类型也错综复杂，资源所有 者的资源管理策略又各不相同，部分资源可能由于管理的需要主动离开网格环境或由于 不可预见的错误被迫退出网格环境等各种因素使得在大规模网格环境下的资源发现问 题变的十分复杂和困难。现有的网格资源发现模型有完全集中式的资源查找算法，查找 效率高，但可靠性很差，存在单点失效问题，可扩展性比较差，受限于中央信息节点的 能力，不适用于大规模系统：完全分布式方法中资源信息空间的无序性和无结构性使得 资源发现具有一定的盲目性，基于泛洪或广播的资源发现效率较低。 针对现有网格资源发现方法的不足，本文提出了一种基于分层结构和树型覆盖网络 的网格资源发现模型。该模型将网格从逻辑上分成上下两层：下层由拥有各种网格资源 和服务的网格资源节点组成；上层为网格信息节点组成的可靠分布树型覆盖网络，负责 信息节点的组织、管理和资源定位。该模型以分层的方法来改进大规模分布网格环境资 源发现的可扩展性，以可靠的树型覆盖网络来提高资源发现的效率，以并行方式来实现 快速资源定位，以完全分布的方式组织信息节点来解决资源信息更新和维护问题。最后 在资源发现、资源更新和资源存储的空间开销几个方面与现有的网格环境下的资源发现 模型进行比较分析。 关键词：网格；资源；资源发现 大连交通人学l ：学硕十学何论文 a b s t r a c t g r i dt e c h n o l o g yi s8 1 1i m p o r t a n td e v e l o p m e n td i r e c t i o no fc u r r e n tc o m p u t e rt e c h n o l o g y i t i n t e g r a t e sr e s o u r c e st h a ta r ec o n n e c t e db ym e a n so fc o m m u n i c a t i o nm e a s u r e si n t o a n o r g a n i cw h o l e a n ds u p p l i e su s e rw i t han e wk i n do fc o m p u t i n gp l a t f o r mb a s e do ni n t e r n e t g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c ei st h ec o r eo fg r i ds y s t e m i t sg o a li st oc o n n e c ta n di n t e g r a t ev a r i o u s d i s t r i b u t e da n dh e t e r o g e n e o u sh i g h - p e r f o r m a n c ec o m p u t e r st h r o u g hh i g h - s p e e di n t e r n e t t h e g i sp r o v i d e su n i f o r ma c c e s st og r i dd a t as t o r a g er e s o u r c e s i ti sa l s oc o n v e n i e n tf o ru s e r st o f i n d i n g a c c e s sa n d d e a lw i t l li n f o r m a t i o n d u et ol a r g e s c a l eo fg r d ，i nt h eg r i de n v i r o n m e n t ，t h e r ea r el a r g en u m b e ro fr e s o u r c e s ， t h et y p e so fr e s o u r c e sa r ec o m p l e x ，r e s o u r c em a n a g e m e n ts t r a t e g i e so fr e s o u r c eo w n e r sa r e d i f f e r e n t ，s o m eo ft h er e s o u r c e sm a yn e e dt ot a k et h ei n i t i a t i v et ol e a v et h eg r de n v i r o n m e n t b e c a u s eo ft h em a n a g e m e n to rw a sf o r c e dt ow i t h d r a w f r o mt h eg r db e c a u s eo fs o m e u n f o r e s e e ne r r o ra n ds o ，t h er e s o u r c ed i s c o v e r yu n d e rl a r g es c a l eg r i de n v i r o n m e n t a lb e c o m e s v e r yc o m p l e xa n dd i f f i c u l t t h ee x i s t i n gg r i dr e s o u r c e sf o u n dm o d e lh a sc o m p l e t e l y c e n t r a l i z e dr e s o u r c e sf i n d i n ga l g o r i t h m ，h i g hf i n d i n ge f f i c i e n c y ，b u tr e l i a b i l i t y ，t h e r ei sa s i n g l ep o i n to ff a i l u r e ，s c a l a b i l i t y i sr a t h e rp o o r ，l i m i t e db yt h ea b i l i t yo ft h ec e n t r a l i n f o r m a t i o nn o d e ，d o e sn o ta p p l yt ol a r g es c a l es y s t e m s ；i nt h ef u l l yd i s t r i b u t e dm e t h o d s ，t h e d i s o r d e ra n dn os t r u c t u r eo fi n f o r m a t i o nr e s o u r c e ss p a c em a k e sr e s o u r c ed i s c o v e r yb l i n d n e s s ， r e s o u r c ed i s c o v e r yb a s i co nf l o o d i n go rr a d i oi sl e s se f f i c i e n t f o rt h es h o r t c o m i n g so fg r i dr e s o u r c e sd i s c o v e r ym o d e l ，t h i sp a p e ri sg o i n gt oe l a b o r a t e ab a s e do nh i e r a r c h i c a lt r e es t r u c t u r ea n do v e r l a yn e t w o r ko ft h eg r dr e s o u r c ed i s c o v e r y m o d e l t h em o d e lw i l lb el o g i c a l l yf r o mt h eg r i di sd i v i d e di n t ot w ol a y e r sf r o mt o pt ob o t t o m ： f r o mt h el o w e r g r i dh a sav a r i e t yo fr e s o u r c e sa n ds e r v i c e so ft h eg r dn o d e sr e s o u r c e s ；f o rt h e t o pg r dn o d e so fi n f o r m a t i o na n dr e l i a b l ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko ft r e ec o v e r ，i nc h a r g eo f i n f o r m a t i o nn o d et h eo r g a n i z a t i o n , m a n a g e m e n ta n dr e s o u r c el o c a t o r t h em o d e li sb a s e do n l a y e r e da p p r o a c ht ol a r g e s c a l ed i s t r i b u t i o ng r dt oi m p r o v et h ee n v i r o n m e n t a lr e s o u r c e s f o u n di ns c a l a b i l i t y ，r e l i a b i l i t yt ot h en e t w o r ko ft r e ec o v e rt oi n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo ft h e r e s o u r c e sf o u n dt op a r a l l e lt h ew a yt oa c h i e v ef a s tp o s i t i o n i n go fr e s o u r c e st oc o m p l e t et h e d i s t r i b u t i o no ft h ew a y o r g a n i z a t i o no fi n f o r m a t i o nr e s o u r c e st os o l v et h en o d ei n f o r m a t i o nt o u p d a t ea n dm a i n t a i nt h ep r o b l e m f i n a l l y ，d oc o m p a r a t i v ea n a l y s i sw i t ht h ee x i s t i n gg r d r e s o u r c e sm o d e li nt e r m so fr e s o u r c e sd i s c o v e r y ，r e s o u r c e su p d a t i n ga n dt h ec o s to fr e s o u r c e s s t o r a g es p a c e k e yw o r d s ：g r i d ：r e s o u r c e s ；r e s o u r c e sd i s c o v e r y 大连交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解太整窒通太堂有关保护知识产权及保 留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的 知识产权单位属太蓬銮通太堂，本人保证毕业离校后，发表或使用 论文工作成果时署名单位仍然为太董塞通太堂。学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件及其电子文档，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权太整塞通太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入 中国科学技术信息研究所中国学位论文全文数据库等相关数据库 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 、 又。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：正通趣 日期：钟田g 年| 1 月6 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 申子信箱： 导师签名：3f 韧诗 曰期：劫叼y 年月矿日 电话： 邮编： 大连交通大学学位论文独创性声明 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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢及参考 文献的地方外，论文中不包含他人或集体已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得太连交通太堂或其他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。 本人完全意识到本声明的法律效力，申请学位论文与资料若有不 实之处，由本人承担一切相关责任。 学位论文作者签名： 巧面，迢 日期：刎年7 7 月子日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 随着社会的不断向前发展和科学技术的巨大进步，当今的桌面计算、客户服务器计 算模式以及传统的分布式计算模式等计算模型和计算技术，越来越无法满足科学界、企 业界乃至广大人民的同常生活对近乎无穷的、随手可得的、按需获取并付费的计算力、 存储力以及信息获取和处理能力的需求。网格计算【1 2 】作为一种能满足这种需求的新型 分布式计算模型在上个世纪9 0 年代在美国应运而生。 通过对i n t e m e t 资源的动态集成，网格可以为网上用户提供方便、灵活、安全的大 规模、大范围、跨地域的资源与服务共享，为信息资源的获取、分布、传输和有效利用 带来结构性和革命性的巨大变化，从根本上改变人们的研究方式、教育方式、生活方式 与生产活动的方式3 1 。也j 下是因为网格对社会的发展和科技的进步有如此巨大的推动作 用，它从产生之日起就备受人们的关注，被称为是继互连网和w e b 之后的第三次信息 浪潮，未来社会的信息基础设施。 i b m 、s u n 、o r a c l e 和微软等国际知名的大型i t 厂商在网格提出不久都纷纷宣布开 始自己的网格研究计划，并倡导建立了丌放的全球化的网格合作研究组织全球网格 论坛( g l o b a lg r i df o r u m ，g g f ) 【4 】。随着网格技术与w e b 服务技术的彻底融合与w s r f 框架的提出，各大公司目前已经相继推出自己的网格化产品，比如o r a c l e 公司刚刚推出 了其最新的数据库产品o r a c l e l1 9 ，s u n 推出了自己s g e 等等。 网格作为国家级高性能计算和信息服务的战略性基础设施，不仅仅受到科研人员和 企业界的关注，包括美国、英国、日本等发达国家和众多世界性组织都投入大量的人力、 物力和财力进行网格技术的研究。比如，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的基础研究经费己达五亿美元。美国 军方正在规划实施一个宏大的网格计划，叫做“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 ) 1 5 ，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。2 0 0 2 年，日本经济 产业省正式启动了国家项目“商务网格计算项目”，以支援采用网格计算的中间件开发。 欧盟也正在开发自己的欧洲数据网格。 在我国，已经完成的网格研究项目主要有清华大学的先进计算基础设施a c i l 6 j ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) 和以中科院计算所为主的国家高性能计算环境 n h p c e l 7 】( n a t i o n a lh i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 。2 0 0 2 年4 月5 同至6 大连交通人学i i 学硕十学伊论文 同，科技部召丌了“网格战略研讨会”，确认将网格的研究和应用列为“8 6 3 计划”的一个 专项【8 】，随即成立了专项专家组。8 6 3 网格专项投资高达3 亿，主要任务是：研制面向 网格的万亿次级高性能计算机、具有数力亿次聚合计算能力的高性能计算环境；开发具 有自主知识产权的网格软件：建设科学研究、经济建设、社会发展和国防建设急需的重 要应用网格；制定若干与网格相关的国家标准，参与制定国际标准，使一批发明专利和 软件获得受理和登记，形成自主知识产权。2 0 0 2 年底，上海市宣布将投入两个多亿，建 设e i n s t i t u t e ，其中网格是重点，把上海交大、复旦、华东理工等多所重点高校用网格 整合起来，共享资源，协同教学科研，李三立院士担任首席科学家。另据消息，教育部 也将对网格研究进行大力支持。早在2 0 0 0 年，教育部就支持李三立院士进行a c i 的北 京上海试点工程，取得了阶段性成果。据说，教育部希望百所重点高校拥有千亿次级别 的高性能计算机，以提高科研水平。在此基础上，建设一个覆盖全国主要高校的网格是 水到渠成的事。 网格信息服务( g r i di n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，g i s ) 是网格系统中的核心部分之一，它的 目标是将地理上分布、异构的各种高性能计算机、数据服务器、大型检索存储系统等， 通过高速互连网络连接起来并集成起来，支持网格对数据存储资源的统一访问，方便用 户发现、处理和获取信息。它主要是针对在网格环境下关于资源特性和状态的元数据收 集、存储、管理和服务。g i s 对管理网格、应用网格的操作和构建起着至关重要的作用， 例如选择什么样的资源才是合适，网格的运行状态，如何优化使用资源。 网格的信息服务的研究目的在于： ( 1 ) 实现网格信息的集中高效管理，包括对网格信息的注册、搜索、监控和协调的管 理，能够可伸缩的高效的方式访问数据； ( 2 ) 提供数据资源的实时状态信息。即该数据资源现在是否在线? 当自i 的用户与负载 信息? 该数据资源的复制信息等，具有不同环境中支持配置和适应性的基础； ( 3 ) 提供数据资源的元数据信息，具有能统一和灵活地访问静态和动态信息的机制。 元数据是指描述数据的数据，在这里指描述数据资源属性的信息，元数据信息一般是相 对固定的，并且大多数的元数据信息是由人工生成的。一般包括数据资源的标识、类型、 结构、内容等信息。 1 2 网格信息服务研究现状 网格信息服务( g i s ) 是一种基于网格环境的信息服务框架，面向网格计算环境中 数目巨大、地理上分布、且具有动态性的各种资源和服务。g i s 支持对资源( 服务) 的 发现、描述、监控与更新，是网格基础设施的重要组成部分。它保存了加入到网格中的 2 第一章绪论 软硬件、服务、人等资源的信息，并能够通过请求使得这些信息对客户端可用，从而为 整个系统提供行动的依据。g i s 是保证分御资源协调一致工作的基础【9 j 。随着人们对网 格技术的同益关注，对g i s 的研究也成为网格技术的一个热点和难点。 目前，对g i s 的研究项目包括：g l o b u s 工具包中的监控与发现服务( m o n i t o r a n d d i s c o v e rs e r v i c e ，m d s ) ，它以层次数据模型为基础；欧洲数据网格中的关系型网格监 控结构( t h er e l a t i o n a lg r i dm o n i t o r i n ga r c h i t e c t u r e ，r g m a ) ，它以关系型数据模型为 基础；同样以关系模型为基础的还有2 0 0 3 年p e t e r a d i n d a 等人开发的g i s 模型，称为 r g i s ，与r g m a 相比，后者注重对动态资源的研究，而前者更注重对相对静态的资源 的研究，并且支持对资源的不确定查询，范围查询和近似查询；另外，c o n d o r 项目中的 n a w k e y e 也是有代表性的g i s 系统。除了上述的几个大型的项目外，许多学者也进行了 相关的研究：2 0 0 1 年，a d r i a n ai a m n i t c h i 和i a nf o s t e r 等人提出可以将m d s 组织成一个 p 2 p 网络，并对其中的路由节点选择问题提出了四种解决方案；2 0 0 2 年，a r t u r a n d r z e j a k 和z h i c h e nx u 等人提出了一个可扩展的能进行高效的范围查询的g i s 模型，该模型以 c a n 为基础，同时对动态属性的处理提出了几个可行的办法：除此之外，2 0 0 3 年，m a r t i n f r a n k 、m i nc a i 等人提出了一个可以解决范围查询和部分多属性联合查询的基于c h o r d 的g i s 模型。国内对g i s 也有了相应的研究，例如中科院计算所研究的织女星网格中的 资源发现机制，它采用了层次查询结构，其中用到了广播和路由转发技术。 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。w e b 服务和o g s a 致力于在松散藕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w e b 服务资源框架w s r f 的提出，无疑迸一步紧密 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 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 el 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 eg 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 ebs e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ) q b ，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。o g s a 人连交通大学t 学硕十学位论文 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。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。 现今网格技术己不再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【1 0 】【l l 】【1 2 】 v e r s i o n l 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。 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。 v e r s i o n 3 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( 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 x s 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。 v e r s i o n 4 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。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 4 第一章绪论 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。每个这样的索引服务都包含于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。 ( 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。 ( 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己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 本文的研究意义 目前在互联网上，各种信息内容每天都在飞速地增长，哪一个单一的服务器或搜索 引擎都不可能掌握所有资源。互联网上每年增加的内容大约只有百万分之一能为公众所 用，即便功能强大的搜索引擎也只能查找其中的极少内容，而且找到的逻辑内容很大一 人连交通大学- r 学硕十学位论文 部分不能物理使用。毋庸置疑，i n t e m e t 上众多的信息资源中肯定有我们所需的重要信 息。如果清楚信息的存放地址，就可以通过在线方法获取这些信息，但是主要问题是如 何找到这个位置? 通过这个位置的地址又如何快捷、便利地获得这些信息。同时与i n t e m e t 相联的众多计算机中，绝大部分在大多数时间内处于空闲或低利用率状态，如何实现有 效地利用这些空闲的计算资源也是一个重要问题【l3 1 。这些信息资源的管理问题对信息服 务技术提出了更高的要求。 网格和网格技术对信息服务提供了有力的支持。基于网格系统的信息服务方法，结 合数据挖掘、信息融合和资源引擎等技术可以完成网络资源的搜集与共享，再通过单一 系统映像技术完成信息的单一映像和有效融合，从而达到信息资源的高度共享和协同处 理，对信息资源的访问更加透明、高效、可靠，网格信息处理的能力更强，更好地满足 更广泛虚拟组织的信息处理需求。 1 4 课题研究内容与论文组织结构 由于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。所以本文的研究内容主要是，通过对背景知识的学习和相关 研究的分析，提出一个基于分层结构和树型覆盖网络的网格资源发现模型，并对该模型 的性能进行分析与比较。 本文的组织结构是： 第一章绪论，介绍了课题的研究背景、网格信息服务国内外的研究现状以及本文的 研究意义。 第二章网格技术概述，对网格相关的技术做一简单的介绍。 第三章网格信息服务，介绍了网格信息服务的概念，物理服务与虚拟服务的关系及 网格信息服务模型。然后介绍了网格信息服务的基本功能。 第四章网格资源发现模型的研究，本章主要介绍了网格信息服务的关键技术，服务 消息传播综述。并提出一个网格资源发现模型。 第五章系统仿真实验，对本文提出的模型进行了仿真实验，介绍了虚拟环境的建立， 并与其他资源发现模型进行比较，最后得出实验结果的和性能分析。 6 第一：章网格技术概述 第二章网格技术概述 2 1w e bs e r v i c e s 与网格简介 w e bs e r v i c e s 是一种基于x m l 的技术，能够统一地封装信息、行为、数据及商务 流程，把应用程序改变成可重用的和柔性的组件。它通过w e bs e r v i c e s 描述语。- 言( w s d l ) 来描述，通过简单对象访问协议( s o a p ) 来访问，在商业注册中心通用描述发现和集 成( u d d i ) 发布，这样开发者和应用程序可以搜索并定位到该服务。w e bs e r v i c e s 描述了 一种全新的分布式计算方式，强调基于x m l 来解决异构分布计算问题f | 4 l 。 w e bs e r v i c e s 中服务的提供者将服务的各种属性向服务中介发布，服务申请者通过 中介发现服务，并绑定服务目标，其流程如图2 1 所示。其中服务可以是由一个提供者 组成，也可以是多个服务的集成。 图2 1w e bs e r v i c e s f i g 2 1w e bs e r v i c e s 网格是采用新型技术通过高速网络连接并集成地理上分布的、异构的各种高性能计 算机系统、软件系统、大型数据存储系统、数字化仪器设备、控制系统、甚至是人等各 种资源，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， 实现跨地域的、分布式的高性能联合、协同计算，为用户提供一体化的高性能计算服务、 信息处理服务和决策支持服务，充分发挥网络资源的综合效能。简而言之，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1 1 1 1 1 5 j 。 7 人连交通人学t 学硕十学位论文 在网格构建平台方面，现在最有影响力的是g l o b u s ，它提供了一套构建网格的工具 包g l o b u st o o l k i t 。在g t 2 x 中对应的是五层沙漏结构，这种结构强调的是协议，在结 构的五层中存在许多协议，而其核心部分协议较少，形成一种沙漏的形状，因此而得名。 这种结构应用面较窄，有逐渐被替代的趋势。 随着互联网技术的发展，g l o b u s 的网格技术在网格操作系统中已成为广泛接受的网 格技术求解方案，而w e bs e r v i c e s 也成为访问网络应用时普遍采用的标准框架。而把这 两条不同路线进行的研究活动归纳到一条主线上来，成为了一种新的面向服务的网格系 统结构o g s a 。 2 2 开放式网格服务体系结构 2 0 0 2 年6 月，g l o b u s 联盟首次在全球网格论坛( g g f ) 上提出了开放式网格服务体系 结构( o g s a ) 的理念，这是继五层沙漏结构之后最重要，也是目自订最新的一种网格体系 结构。 o g s a 的目标是使科学研究领域的网格技术和商业计算的w e bs e r v i c e s 技术集成起 来创建基于开放式g r i d 服务平台的分仰式系统框架【l 刚。o g s a 利用和w e bs e r v i c e s 同 样的底层结构，例如：x m l 、s o a p 、w s d l ，以及w s i l 等，并对w e bs e r v i c e s 进行 了许多重要的概念上和应用上的扩展来满足o g s a 的要求。遵循o g s a 标准的系统都 可以连在一起，用户可以很容易地集成、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。 2 2 1o g s a 结构及其标准接口 o g s a 采用纤维层、连接层、资源层、协作层、应用层五层结构。其中，纤维层是 为网格协议仲裁的共享访问提供各种资源，如计算资源、存储系统、数据目录等物理资 源。连接层定义网格特定的网络处理所需的核心通信协议和安全认证协议。资源层建立 在连接层的通信与认证协议基础之上，是对个人资源安全共享操作的谈判、启动、监视、 控制、记账和支付定义协议、a p i 和s k d 。协作层包含的协议、服务、a p i s 和s d k s ， 与任何特定资源无关，而是全局性和跨资源集合的一种捕获交互，最后在应用层通过调 用“服务”来构造应用。它主要描述和构建一组定义良好的接口，系统根据这些接口进行 构建，所有接口都基于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 ) 的丌放标准。 在o g s a 下，网格被看作是一组可动态扩展的服务，这些服务通过不同的方法聚合 在一起来满足虚拟组织的需要。网格服务提供完善接口定义，遵循特定的协议。目前 o g s a 定义了7 种标准接口：g r i d s e r v i c e ，n o t i f i c a t i o n s o u r c e ，n o t i f i c a t i o n s i n k ，r e g i s t r y ， 8 第二章网格技术概述 f a c t o r y ，p r i m a r y k e y 和h a n d l e m a p ，如下表所示。利用这些接口及其操作，就能实现网 格服务的发现、动态创建、使用期限管理、通知等最基本的功能。除此之外，还应该定 义一些附加接口来实现类似授权、策略管理、并发控制的功能。 表2 1o g s a 的标准接口及其操作描述 t a b l e2 1s t a n d a r di n t e r f a c ea n do p e r a t i o nd e s c r i b eo fo g s a 接口操作描述 g r i d s e r v i c ef i n d s e r v i c e d a t a 布询网格服务实例的各种信息 s e t t e m i n a t i o n t i m e 设置并得剑网格服务实例的终止时间 d e s t r o y 终i 卜网格服务实例 n o t i f i c a t i o n s o u r c e s u b s c r i b e t o n o t i f i c a t i o n t o p i c 向迪知发送看进j j 登记 u n s u b s c d 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 r yr 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 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 p r i m a r y k e yf i n d b y p r i m a r y k e y 返同根据特定键值创建的网格服务句 柄 d e s t o r y b y p r i m a r y k e y 撤销特定键值创建的网格服务实例 h a n d l e m a p f i n d b y h a n d l e返同与网格服务句柄相联系的网格服 务实例 2 2 2 网格服务 o g s a 以服务为中心，把一切都抽象为服务，计算资源、存储资源、网络、程序、 数据库等都是服务。o g s a 给这些服务定义为提供一套良好定义接口和遵循一定规范的 w e b 服务，亦即是g r i d 服务。采用一个统一的面向服务的模型意味着环境中的所有组 件都是虚拟的。这种将一切都抽象为服务的观念使o g s a 有利于通过统一的标准接口和 行为来管理和共享网格上功能各异的资源。 ( 1 ) 网格服务的组成 网格服务通过定义接口来完成不同的功能，服务数据是关于网格服务实例的信息， 因此网格服务可以简单地表示为“网格服务= 接口行为+ 服务数据”【l7 | 。 9 人连娥人学i 学硕十学f 艟文 服务数据的访问 显式撤销 软状态生命周期 绑定特性 一可靠激活 一认证 制2 2 网格服务的体系结构 f i g2 2 a t c h i t e c l u 忙o f 鲥ds e r v i c e 标准接口： 一通知 一授权 - i l l 务创建 一服务注册 一管理 一开发 + 面向特别应用的接口 应该说服务的概念井不陌生，如c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb m k 盯 a r c h i t e c t u r e ) 和j 2 e e 中都有服务的概念。| 棚格服务和这j ! ! 服务的币同在十网格雌并没有 提供一个人而完整的服务，而是提供一些具有基本行为和属性集的原子服务，再用这些 原予服务去构建其他的高级服务。这种设计保证了所育的网格服务都有一组公其的原子 的行为，可以被其他的系统基础设施服务和元服务所操纵。 ( 2 ) 叫格服务的基本功能 基于网格服务的概念，o g s a 将整个网格看作是“网格服务”的集合。但是这个集合 不是一成不变的，是可以扩展的，这反映了网格的动卷特性。网格服务利用o g s a 定义 的标准接u 米实现五个龋本功能i ”舯i i ”i 。 动态创建服务 使h jf a c t o r y 接口提供的c r e a t es e r v i c e 操作可以创建网格服务，每个服务实例都会 被分配一个全局唯一的名字，称为g h s ( g r i ds e r v i c e h a n d l e ) 。网格服务会动卷变化- 冈 此小包含任 u j 与服务具体实艇相关的信息，这些信息被g h s 封装在。s p f g r i ds e r v i c e r e f e r e n c e ) 中。c 陀a t es e r v i c e 操作运回新建服务实例的g s h 和初始g s r 。 服务生命周期管理 当客户端通过f a c t o r y 接口创建服务实例时可以指定期掣使用该服务的时问长度， f a c t o r y 负赍选定一个初始使j 1 】期限返回给客户。之后客户也u r 以自接遣过g r i ds e r v i c e 第二章网格技术概述 接口提供的s e tt e r m i n a t i o n t i m e 操作来实现同样的功能。服务建立后，客户通过定期发 送k e e p a l i v e 消息来表明自己处于活动状态，超过使用期限或长时间未收到消息k e e p a l i v e 后，服务器可通过d e s t r o y 操作终止服务实例。 g s h 和g s r 的管理 g s h 和g s r 的管理首先要解决如何通