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中山大学硕士学位论文基于协商的网格股务管理模型的研究 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 基于协商的网格服务管理模型的研究+ 计算机软件与理论 周围 李师贤教授 摘要 面向服务的开放网格服务体系结构( o g s a ) 把网格技术和w e b 服务技术 结合在一起，提供了在分布式环境下对资源共享的能力。在o g s a 支持下的虚 拟组织中，大量的以有状态的w e b 服务形式包装的网格资源的出现，需要提供 相应的机制对它们的创建、监视、调用和销毁进行管理。 本文在开放网格服务基础设施( o g s i ) 所提供的服务管理机制的基础上， 提出了基于协商的网格服务管理模型。在模型中定义了一系列接口用于实现虚拟 组织中的网格服务基本管理功能。另外，该模型作为网格服务请求者和网格服务 提供者之间的媒介，提供一种利用协商的方式来使得请求者和提供者对某一网格 服务的使用能够达到一致。一方面使得提供者理解请求者的意图，另一方面，也 便于请求者了解提供者所提供的服务能力。该模型的基本机制就是根据双方的协 商策略创建o g s i 兼容的协商服务实例，它表示双方即将对它所关联的某一网格 服务即将达成一致。文中还形式化定义了该模型所依托的协商策略，务求给出一 个严谨规范的模型基础。 该模型的提出给出了一种网格服务管理的解决方法，但仍需要不断扩充其功 能和进一步规范化地描述面向领域的协商策略。 关键词：网格服务，网格服务管理，协商，协商策略，协商服务 十) 本文得到广东省科技计划项目资助( 项目编号：2 0 0 3 a 1 0 3 0 4 0 3 ) 。 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 t i t l e ：r e s e a r c ho ng r i ds e r v i c e sm a n a g e m e n tm o d e l u s i n gn e g o t i a t i o nm e c h a n i s m m a j o r ：c o m p u t e r s o f t w a r ea n di t st h e o r i e s n a m e ：z h o uw e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r l is h i x i a n a b s t r a c t s e r v i c e l o r i e n t e d o p e n g 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 ) i n t e g r a t e s g r i d t e c h n o l o g yw i t hw e b s e r v i c ei no r d e rt os h a r er e s o u r c e si nad i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t ag r i ds e r v i c em a n a g e m e n tm e c h a n i s mi su r g e n tr e q u i r e dt om a n a g et h ec r e a t i o n m o n i t o r i n g ，c o n s u m i n ga n dd e s t r o y i n go ft h eg r e a td e a lo f g r i dr e s o u r c e sw r a p p e da s s t a t e f u lw e bs e r v i c e si nv i r t u a lo r g a n i z a t i o n ( v 0 ) i nt h i sa r t i c l e ，w ep r o p o s eag r i ds e r v i c e sm a n a g e m e n tm o d e lu s i n g g o t i a t i o n m e c h a n i s mb a s e do no p e ng r i ds e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ( o g s i ) i nt h i sm o d e l ，w e d e f i n eas e to fo g s i - c o m p a t i b l ep o r t t y p e st oi m p l e m e n tt h em a n a g e m e n ti nv o a t t h es a m et i m e ，t h em o d e lp r o v i d e st h ep o s s i b i l i t yf o rs e r v i c er e q u e s t e r sa n dp r o v i d e r s t oc o m et oa na g r e e m e n tt ou s i n ga n e g o t i a t i o n b a s e dg r i ds e r v i c e i t sj u s tl i k eak i n d o fp r o t o c o lb e t w e e nt h es e r v i c er e q u e s t e ra n dp r o v i d e rw h i c hh e l pt h e mk n o wt h e a t t e m p ta n dc a p a b i l i t yo f e a c ho t h e r t h eb a s i cm e c h a n i s mi st oc r e a t ea n e g o t i a t i o n s e r v i c ei n s t a n c eb yw h i c hb o t l ls i d e sw i l la g r e et ot h es e r v i c em o n i t o r e d t h eo t h e r i m p o r t a n t w o r kw e v ed o n ei sf o r m a l i z i n gt h ed e f i n i t i o no ft h en e g o t i a t i o np o l i c yb y w h i c hu s e r sa n dp r o v i d e r sc a np e r f o r m a n c ean e g o t i a t i o n ，w h i c hf o r m st h ef i r m f o u n d a t i o no f n e g o t i a t i o nm e c h a n i s m t h ep r o p o s a lo ft h eg r i ds e r v i c e s m a n a g e m e n tm o d e lu s i n gn e g o t i a t i o n m e c h a n i s mb r i n g sf o r t has o l u t i o nf o r 鲥ds e r v i c e sm a n a g e m e n tb yt h ew a yo f n e g o t i a t i o n i nt h ef u t u r e t h ef u n c t i o n o ft h em o d e ls h o u l db er e i n f o r c e da n dt h e n e g o t i a t i o np o l i c ys h o u l db em o r ed o m a i n o r i e n t e da n db es p e c i f i e di n t h eg i v e n d o m a i n k e yw o r d s ：g r i ds e r v i c e ，g r i ds e r v i c em a n a g e m e n t ，n e g o t i a t i o n ，n e g o t i a t i o n p o l i c y ，n e g o t i a t i o n s e r v i c e i i 中山大学硕士学位论文基于协商的网格服务管理模型的研究 1 1 问题的提出 第1 章引言 在互联网广泛应用于电子商务并经历波浪起伏向前不断发展的今天，我们注 意到在与高性能计算有关的科学合作领域，正在涌现出一个具有划时代的新生事 物网格( g r i d ) 。它的出现，将掀起互联网继传统互联网( i n t e m e o 、万维网( w o r l d w i d ew e b ，w w w ) 之后的第三次浪潮，并将为信息产业带来无限商机。网格的 目的在于将不同的网络和包括数据、计算能力、存储等在内的计算资源发展成为 无缝整合的计算环境。 网格技术的出现是和科学研究分不开的，就像以前的i n t e m e t 和万维网，网 格研究方向更多的集中在科研领域，譬如应用于高能物理研究以及生命科学领域 的高性能计算网格和存储网格。那时的网格应用只是针对少数的一些科研人员， 并没有针对一般的计算机资源的使用者。现在，众多的商业性公司已经注意到网 格技术带来的创新潜力和强大功能。网格技术更可以作为一种进化的i t 架构来 帮助一个公司或行业改进其业务平台来实现应用的网格化。 随着商用网格应用的不断发展，网格作为一种技术，它的使用不应只局限于 科学研究的方面。任何人、任何团体( 实际的或者虚拟的) ，只要有需要，都可 以在网格中找到他( 他们) 需要的一切资源。这样的一种对网格应用的要求使得 越来越多的没有计算机技术背景的用户加入到网格中来，他们使用网格的时候， 并不关心网格是如何工作的，也不关心网格是怎样表示他们的需要的资源，他们 提出的可能是只是面向应用的请求，但是在网格中资源的提供者只是给出他所提 供的资源的描述，这就造成了面向应用和面向资源的不一致。并且，在网格环境 下，越来越多地以“有状态”的w e b 服务形式出现的网格资源的涌现，需要我 们提供可以使得双方互相了解的网格资源管理机制，使得双方在某一资源的使用 上达成协议上的一致。这里所说的网格资源的管理机制，是对以服务形式包装的 网格资源的创建、监视、控制和维护等功能。 1 2 本文的工作及贡献 本文针对上面的问题，做了以下的工作： 1 了解了网格技术发展的历程，详细研究了主流的网格技术，特别是面向 服务的网格技术。对现有的网格服务管理内容和不足给出了我们的分析 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 和评价： 2 针对网格资源请求者和网格资源的提供者之间的表达方式的不一致，我 们提出一种互相协商的机制，在此机制上促使双方的互相理解。我们还 定义了一系列的用于协商的协商策略； 3 在基于双方协商的基础上，结合原有的网格服务管理的技术，建立基于 协商的服务管理机制，给出一个完整的、简单的、可扩充的用于实现管 理功能的框架，并详细地分析了该框架中的几个核心的接口，最后给出 简单的实现原型以验证其可行性。 4 最后，给出了对这种基于协商的管理机制的进一步发展做出展望。 本文的创新之处在于将协商的机制和网格服务管理有机的结合起来，提出基 于协商的网格服务管理模型，利用协商的机制使得网格服务请求者和提供者都能 清楚对方的意图和能力，起到中间媒介的作用，同时又在中间饰演网格服务的创 建、监视、控制的角色。 1 3 论文的组织 论文共分六章 第一章主要给出了本文的动机、以及本文需要解决的问题和主要工作，并在 全局上对文章的进行描述： 第二章主要介绍了网格技术相关的一些概念、规范、组织以及产品，这些内 容的叙述有助于读者对现今网格技术发展趋势的了解和后续章节的理解： 第三章给出了网格服务及其管理的一些基本的概念和现有的一些实现技术。 特别是对网格服务数据和传统的w e b 服务的区别做了详细的阐述，接着对现有 网格服务管理功能的研究给出自己的看法和改进的方案； 第四章从最基本的协商策略元素协商条款开始，再到协商条款的逻辑操 作，最后到协商策略的定义，奠定了基于协商的网格服务管理模型的基础。接下 来，我们在现有的网格服务管理的基本接口和功能的基础上，结合我们定义的协 商策略，提出一种通过协商的方式来实现的网格服务管理的方法，并给出我们的 服务管理模型的框架和功能上的描述； 第五章给出设计和实现该模型的基本准则、使用的工具和方法，并对模型中 的些核心接口做了详细的描述，最后给出了该模型在具体的网格应用的部署方 案： 第六章对论文中的工作进行了总结，并给出该模型在各个领域中的广泛应用 美好愿景。 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 第2 章 第三代的i n t e m e 卜一网格技术 2 1 从i n t e r n e t 到网格 未来的i n t e m e t 将会从联网通信逐步成为一个计算平台，这个平台意味着可 以同时运用网络中所有的c p u 、存储、操作系统、应用软件系统的资源。我们 可以设想当我们把分布于全球不同地方的几千个c p u 、几百个存储设备、几十 种应用软件集中到一起来用肘会是什么感觉! 当用户使用客户机它也许是个 p c ，也许是手机，也许是p d a ，但这些资源不象以前一样是在我们的计算机上， 而是在整个i n t c r n c t 上，换句话说，i n t e r a c t 已经变成一个虚拟的、非常巨大、强 大的计算平台，包括了全球的资源，非常充分、充足、强而有力。这个计算平台 也就是网格，而帮助实现这种可能的，就是网格计算。网格，作为互联网的第三 次浪潮的实质，就是要将万维网升华为网格。 2 2 网格的概述 2 2 1 什么是网格 如果我们把因特网看作通信网络，那么网格就是计算网络：用于在“虚拟组 织( v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ，简称v o ) ”之间协调资源共享和问题解决的工具和协 议。在这里，“虚拟组织”可以是一个房间中的几台服务器或桌面p c ，也可以 是分散于世界各地通过因特网连接的异类系统“大杂烩”。所有这些系统都能够一 起工作，因为某些协议控制了连通性、资源分配和管理以及这些资源的协调。它 们可以分布在世界各地：它们是异构的( 有些是p c ，有些是服务器，也许是有 些大型机和超级计算机) ；在某种程度上是自主的( 网格可能访闯不同组织的资 源) ；而且是临时的1 2 】。所以。或者这么说：网格是动态多机构虚拟组织中的一 个协调的共享资源和解决问题的过程。 实际上，“网格之父”_ i a nf o s t e r 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。”i 1 2 0 0 0 年，i a nf o s 把r 在网格的剖析这篇论文中把网格进一步描述为“在 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 动态变化的多个虚拟机构间共享资源和协同解决问题。”2 0 0 2 年7 月，i a n f 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i 3 i 。 至此，我们可以对网格有一个较为清晰的概念：“网格是在原有互联网的基 础上，将分散在世界各地的计算机用标准的、开放的和通用的协议和接口的结合 在一起，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并为用户提供综合性服务的一项崭 新技术。” 2 2 2 为什么使用网格 使用网格计算的优势可以从功能和性能两方面来说。 在功能方面的优势包括： _ 共享资源( 计算、软件、数据) ，提高利用率； _ 应用层面互连互通；提供一体化服务( 一站式服务) 、无障碍服务( 自 动化与无缝连接) 、动态服务； 对原有系统进行集成； 负载平衡、容错容灾、就近服务。 在性能方面的优势包括： 一提高服务器端的资源利用率； 因自动化而减少人为环节； 并行工作、缩短路径、拓宽瓶颈。 有了网格计算技术，我们可以将原本毫无关系的服务器、存储系统、和网络 联合在一起，组成一个大的系统，为用户交付非同寻常的高质量服务。对于最终 用户或应用程序来说，网格看起来就像是一个巨大的虚拟计算系统。要想将这一 幅美景变成现实，我们需要建立标准、开放、通用的协议与接口：有了网格计算， 各种业务可以优化计算与数据资源、将这些资源汇聚在一起处理大容量的负载， 通过网络共享这些资源，还可以实现相互协作。很多人都认为，i n t e m e t 发展的 下一步理应是阐格计算。随着技术的成熟，以及对带宽要求的降低，我们今天正 经历着网格技术的蓬勃发展。 2 2 3 网格的分类 按照网格的应用可以如图2 1 分类如下： 计算网格( c o m p u t i n gg r i d ) 和数据网格( d a m g r i d ) 计算网格着重于专门留出用于计算能力的资源。在这类网格中，大多数机器 都是高性能的服务器。 4 中山大学硕士学位论文基于协商的网格服务管理模型的研究 数据网格负责容纳和提供对跨多个组织的数据的访问。用户只要有权访问数 据，就不必关心数据位于哪里。例如，可能有两所大学都正在从事生命科学研究， 各自拥有独一无二的数据。数据网格允许这两所大学共享其数据、管理数据并管 理诸如谁有权访问什么数据之类的安全性问题。 p u t i n g 图2 - 1 网格的分类 信息网格和知识网格 信息网格侧重点是智能信息处理，它与网格研究的共同点是如何消除信息孤 岛和知识孤岛，实现信息资源和知识资源的智能共享。 知识网格是一个智能互联的环境，能使用户( 或虚拟角色) 有效地获取、发布、 共享和管理知识资源，并为用户和其它服务提供所需的知识服务，辅助实现知识 创新、协同工作、问题解决和决策支持。 商业应用网格 商业应用网格着重于网格技术的商业化。通过应用网格技术，用户能将企业 的各种应用系统加以集成，创建一个单一的系统。最终实现跨企业、行业或工作 组的虚拟共享、管理和设备访问，动态地管理网络上的资源、服务和应用，在不 同的组织中集成应用和交换数据，使企业能够共享资源，从而消除企业信息化中 存在的“信息孤岛”。这种网格应用模式已经成为网格技术研究的新方向。 其他的模式 其他的网格应用模式，例如p 2 p 4 计算，p a r a s i t i cc o m p u t i n g 5 1 等 2 3 网格在国内外的应用 2 。3 1 网格在国外的应用与研究 计算机网格在国外取得了蓬勃的发展，已经有较为成熟和商业化的网格项 目。这些网格项目的成功为计算机网格技术的发展注入了一支强心剂，起到巨大 的推动作用。 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 这些较有影响力的网格项目包括： g l o b u s 项目m j ：发展网格计算的基本软件和工具； 全球网格论坛g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) _ 7 j ：g g f 是一个非常重要的世界 性的标准组织，它有很多重要的成员，开发了很多用于网格计算的非常重要的标 准，由于更多的公司开始用这个标准，它变得日益重要。 欧洲数据网格 8 】：由欧洲六个著名的研究组织为主来进行。其目的是提供下 一代的科学研究环境，这些科学研究在需要高性能计算资源的同时，更强调对分 布在不同地理位置的超大规模数据的分析与共享。 英国国家网格- 牛津大学e s c i e n c e 中心口】：为美国f e r m i 实验室高能物理实 验数据提供存储，并且把国家网格从学术界开放到企业界开始做一些制药方面的 研究以及工程设计的项目； 美国d i s t r i b u t e dt e r a s c a l ef a c i l i t y ( d t f ) 口o i ：使美国成千上万的科学家通 过世界上最快的网络共享计算资源，进行生命科学和气候建模等重要领域的研 究，它也是m m 迄今为止最大的一个网格项目。 2 3 2 网格在国内的应用与研究 目前正在进行的网格研究项目有： 8 6 3 计划支持的“中国网格( c h i n a g r i d ) ”建设，有多家单位参加。 “织女星网格”，由中科院计算所领衔开发。 清华大学网格计算研究组【1 1 1 “仿真网格”的研究，由航天二院和清华大学共同开展。 另外，全国还有几十所大学和研究机构已经开展各种网格研究。可以看出 国内的网格研究正在迅速展开。 2 4 网格体系结构 在这里我们给出网格的体系结构的基本内容，先对网格有一个整体性的认 识，有利于更好的把握网格的核心技术和整体特征，特别是为后面接下来的整个 网格服务管理模型的建立搭建稳固的理论基础。 2 4 1 网格体系结构的概念 在讨论网格体系结构概念之前，我们同样引用“网格之父”i a nf o s t e r 对其下的一个定义：“划分系统基本组件，指定系统组件的目的和功能，说明组 件之间如何相互作用的技术。”1 1 1 实际上，对于任何一种复合事物而言，都存在着一个结构。网格作为一种集 合世界各地分散资源的计算平台，自然有其自身的结构。所以，我们定义网格体 6 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 系结构为“如何建造网格”的技术。在这里，网格体系结构是一种技术，作用是 拿来建造网格，它给出了网格的基本的组成结构，描述了组成网格的各组成部分 的基本功能、之间的关系和它们集成方法，刻画了支持网格正常运转的机制。 1 2 1 2 4 2 网格体系结构 网格体系结构可以分为下面几种 积木块结构 层次结构 概念空间结构 混合结构 开放网格服务体系结构 到目前为止，较为有影响力的两个网格体系结构都是由f o s t e r 分别早些时候 提出的“五层沙漏结构1 1 ”和在m 为代表的工业界的影响下，结合w e bs e r v i c e 技术提出的开放网格服务体系结构( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ，以下简称 o g s a ) 【b 】。在五层沙漏结构中，最重要的思想就是“以协议为中心”，也十分 强调服务与a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e s ) 和s d k ( s o f t w a r ed e v e l o p m e n t k i t s ) 的重要性。由于本文中主要讨论的是网格服务管理，所以我们把目光聚集 在“以服务为中心的”的o g s a 上。 2 4 3o g s a 在o g s a 中，其基本思想变成“一切皆是服务”，在o g s a 框架中，将一切 都抽象为网格服务( g r i ds e r v i c e ) 1 3 1 , 包括计算机、程序、数据、仪器设备等。 o g s a 将整个网格看作是“服务”的集合，但是这个集合不是一成不变的，是可以 扩展的，这反映了网格的动态特性。 o g s a 具有下列目标： 跨分布式异构平台管理资源。 交付无缝的服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 。网格的拓扑结构通常 十分复杂，而且网格资源的交互往往是动态的。有一点很重要，即网格 可以提供健壮的后台服务，比如授权、访问控制和委托。 为自治管理解决方案提供公共基础。网格可以包含许多资源，还有大量 的配置组合、交互以及状态与故障模式的改变。对于这些资源来说，一 些智能自动调节与自治管理方式是必不可少的。 定义开放的、已公布的接口。o g s a 是一种由g g f 标准团体进行管理 的开放式标准。为了不同资源的互操作性，网格必须构建在标准接口及 协议之上。 7 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 利用行业标准的集成技术。o g s a 的创始者很有远见地利用了现有解决 方案。o g s a 的基础是w e b 服务。 图2 - 2 是o g s a 的基本的架构。 图2 2 0 g s a 基本架构 从下到上依次为： 资源：包括物理资源和逻辑资源。 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。 w e b 服务【i4 】以及开放网格服务基础设施( o p e ng r i ds e r v i c e i n f r a s t r u c t u r e s ，以下简称o g s i ) 1 1 5 扩展。 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 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。本文稍后将讨论这些扩展。 基于o g s a 架构的网格服务层 w e b 服务层及其o g s i 扩展为下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 e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，s o a ) 。 网格应用程序。 g 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 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 g s a 架构的第四个主要的层。 2 5o g s i o g s a 中的基本组件是开放网格服务基础设施o g s i 。这是一项基于新 兴的w e b 服务标准的网格软件基础结构标准化工作，用于为o g s a 软件组件 提供最大的互操作性。相对o g s a 来说，o g s i 在技术层面上涉及的要多的多， 也更为正式。全球网格论坛组织的o g s i 工作组制定了o g s i 标准来实现o g s a 中提出的各种概念。它是一个正式的技术规格说明书。 该规范定义了下列内容： 如何命名和引用网格服务实例 常见于所有网格服务的接口和行为有哪些 如何指定其它接口、行为及其扩展 我们在下一章中会讨论o g s i 中关于网格服务的内容。 9 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 第3 章网格服务与网格服务管理 3 1 网格服务 我们在前面的讨论中已经多次提到过了网格服务( g r i ds e r v i c e ) ，究竟什么 是网格服务呢? 网格服务和传统的w e b 服务( w e bs e r v i c e ) 有什么区别? 为什 么需要网格服务? 怎么样描述一个网格服务? 在讨论服务管理之前，我们必须先 弄清楚这一系列的问题。 3 1 1w e b 服务 w e b 服务概念描述了个的重要的分布式计算模式，它不同于d c e ( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 、c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 1 1 7 、j a v ar m i ( j a v ar e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) d g 等 其他方法，它关注于简单的基于i n t e r n e t 的标准，例如可扩展标记语言( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 2 “，解决异构的分布式计算问题。w e b 服务定义了描 述被访问软件组件的技术、访问这些组件的方法以及发现和鉴别相关的服务提供 者的方法。w e b 服务是编程语言无关、编程模型无关及系统软件无关的。 w e b 服务标准正在由w 3 c 和其他标准体进行定义，并构成了新的主要工 业动力。它包括了一系列的规范标准，这些规范标准包括：u d d i ( u n i v e r s a l d e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r y ，a n di n t e g r a t i o n ) 【2 ”、w s d l ( w e bs e r v i c ed e f i n i t i o n l a n g u a g e ) 1 4 j i 2 2 1 、s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) t 、x m ls c h e m a t 2 3 1 、 x m l 以及h t t p , f t p , s m t p , m e s s a g eq u e u e 。通过对这些标准的定义，使得w e b 服务才能实现平台无关性。 如果说平台无关性是w e b 服务的一个优势，那么，基于松散无连接的分布 式模式则是它的第二个长处。基于w e b 服务的系统是松散耦合的分布式系统。 最简单的w e b 服务系统只有两个参与者，一个是服务提供者，一个是服务请 求者。提供者提供了服务的接口和实现，请求者( 有时候称为消费者或者用户) 使用w e b 服务。这种简单的体系结构看起来如图3 - 1 所示。 图3 - 1 简单的w e b 服务请求模式 1 0 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 一个复杂的系统还有一个注册中心，充当了w e b 服务的代理角色。提供者 可以将服务发布到注册中心，请求者先通过注册中心寻找自己需要的服务，在找 到服务以后，则可以开始进行服务的请求，如图3 - 2 所示。 图3 2 含有注册中心的w e b 服务请求模式 但是，正是由于这种松散无连接模式，使得客户端和服务端之间不存在任何 的“记忆”功能，服务提供者不知道请求者何时将会提出请求、也没有保存上次 的客户请求、服务提供者也不清楚什么时候需要终止服务、客户端也不知道到底 什么时候自己所访问的服务已经终止了。这种无状态的服务，虽然是提供了轻量 级的服务访问，但是对于较为复杂的业务处理来说，就需要多次的交互才能维持 两端的交互的上下文，这样无疑增加了网络传输的负担。 3 1 2 网格服务一扩展的w e b 服务 针对上述“无状态”的w e b 服务，o g s a 中提出了网格服务的概念。网格 服务的基础还是w e bs e r v i c e ，只是它在两个领域引入接口和约定来扩展w e b 服 务： 第一，网格中的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。 在这里，网格服务就拥有了自身的一些属性和数据，就好像多种“状态”的 一个网格服务，每个带有特定状态的网格服务就是一个网格实例。网格服务和网 格实例之间就好像是面向对象技术中的类和类的对象的关系一样。每个用户可以 有自己的一个实例，也可以几个用户共享一个服务的实例。这样就提供了动态、 灵活的访问服务的机制。 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 由此可见，网格服务和传统的w e b 服务相比，扩展了后者在动态、可定位、 含有状态和可管理等方面的不足。 3 1 3w s d l 和g w s d l 3 1 3 1w s d l 在传统的w e b 服务中，需要一种解决方案来描述它所提供的服务。具体而 言，这意味着我们需要一种格式或某种类型的语法，使我们可以通过使用它们来 描述下列问题的答案： 我们的在线业务提供什么服务? 我们如何调用业务服务? 当用户调用我们的业务服务时，该业务服务需要他她提供什么信息? 用户将如何提供这些必需信息? 服务将以什么格式发送返回给用户的信息? w s d l 的提出提供了回答这些问题的机制。 w s d l 就是描述w e b 服务的标准x m l 格式。它用一种和具体语言无关的抽 象方式定义了给定w e b 服务收发的有关操作和消息。这样一来，也就定义了w e b 服务的接口类型( p o r t t y p e ) 。 3 1 3 2g w s d l o g s i 创建了一个新的w s d l 扩展模型，名为网格服务定义语言( g r i d w e b s e r v i c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ，简称g w s d l ) 2 4 1 描述基于o g s i 的w e b 服务 有两项核心需求： 描述接口继承的能力，这是大多数分布式对象系统的核心概念。 利用接口定义描述其它信息元素的能力。 跟大多数w e b 服务一样，o g s i 服务使用w s d l 作为服务描述机制，但 是当前的w s d l1 1 规范在其p o r t t y p e 定义中缺乏这两种能力。w s d l1 2 工 作组同意通过p o r t t y p e 继承和用于p o r t t y p e 的开放内容模型来支持这些功 能。作为一个临时决定，o g s i 在新的名称空间定义下开发了新的用于p o r t t y p e 定义( 从普通的w s d l1 1 模式p o r t t y p e 类型扩展) 的模式一g w s d l 。 o g s i 的另一个重要方面是为p o r t t y p e 操作采用的命名约定，以及缺乏对 运算符重载的支持。在这些情形中，o g s i 遵从的约定与建议的w s d l1 2 规范 中描述的约定相同。 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 3 1 4 服务数据 3 141 服务数据的提出 为了实现o g s i 中提出的有状态的w e b 服务，我们需要有一种通用的机制， 使得服务的请求者可以对服务实例的状态数据进行查询、更新和当这些数据发生 变化时收到相应的通知。我们在这里使用“服务数据”( s e r v i c ed a t a ) i s l 来表示 这些体现服务实例状态的数据。由于这个概念对于任何w e b 服务都适用而并不 只适用于网格应用，因此我们提出一种展现w e b 服务的状态数据，也就是服务 数据的通用的方法。 服务数据声明是一种通过已知模式公开表达服务的可用状态信息的机制。利 用服务数据概念声明其公共可用的服务状态信息，类似于面向对象语言中的公共 成员变量或者字段。 在这里我们定义两类的网格服务数据： 网格服务基本状态服务数据：面向网格基础设施的一些服务数据，例如网格 服务的名称、生命期、响应时间、服务计费等。这些基本的信息是每个网格服务 实例具有的一些数据，它描述的是该网格服务固有信息，不会随着应用领域的改 变而改变。 面向特定领域的网格服务数据：面向特定的应用领域，表达的是该领域内相 关的一些信息。例如，在地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 领域中，我们可以用图层名、区域面积等数据来表示该网格服务提供的一些面向 功能的信息。 我们在后面讨论到的网格服务数据都包含以上两类服务数据。我们在第四章 中会详细讨论到服务数据的定义和使用。 3 1 4 2 服务数据元素定义 声明服务数据元素( s e r v i c ed a t ae l e m e n t ，s d e ) 中所需的字段和x m l s c h e m a 中的x s d ：e l e m e n t 中使用的字段非常相似，因此对后者稍作修改使其可用 于服务数据元素的声明。另外还明确规定了每个服务数据元素只能包含下述属 性：x s d ：e l e m e n t 中的a n n o t a t i o n ，n a m e ，t y p e ，m i n o c c u r s ，m a x o c c u r s ，n i l l a b l e ： o g s i 扩展的m u t a b i l i t y 和m o d i f i a b l e ，以及内容模型中的开放属性。 我们来看程序清单3 - 1 表示的s e r v i c e d a t a 元素的x m l s c h e m a 定义文档 1 5 i 。 在该文档中各元素详解如下： m a x o c c u r s = ( 非负整数 u n b o u n d e d ) ：默认值为1 该值表示在服务实例的服务数据值或者p o r t t y p e 的静态服务数据值中 该服务数据元素值的最大数目。 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 程序清单3 1s e r v i c e d a t a 定义 m i n o c c u r s = 非负整数：默认值为1 该值表示在服务实例的服务数据值或者p o r t t y p e 的静态服务数据值中 该服务数据元素值的最小数目。 1 4 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 如果该值为0 ，表示该服务数据元素可选 n a m e = n c n a m e 和 t a r g e tn a m e s p a c e 在w s d l ：d e f m i t i o n s 元素所定义的命名空问中，服务数据元素的名称必须 在所有s d ：s e r v i c e d a t a 和x s d ：e l e m e n t 元素中唯一。 服务数据元素的名称和w s d l ：d e f i n i t i o n s 元素定义的目标命名空间的组合 得到该服务数据元素的q n a m e ，作为该服务数据元素的专用标识。 n i l l a b l e = 布尔值：默认为f a l s e 表示该服务数据元素是否可以有空值，也就是属性x s i ：n i l 的值为t r u e 的 值。 t y p e = q n a m e 定义服务数据元素值的x m ls c h e m a 类型 m o d i f i a b l e = 布尔值：默认为f a l s e 若为t r u e ，则允许服务的请求者在符合( m i n o c c u r s ，m a x o c c u r s ) 规定的 值的数目和m u t a b i l i t y 属性的情况下，通过s e t s e r v i c e d a t a 操作直接更新改服 务数据的值 若为f a l s e ，则该服务数据元素的值对于请求者来说是只读的。但是它的 值可以因为服务接口的其他操作的结果而改变。 m u t a b i l i t y = “s t a t i c ”f c o n s t a n t ”f e x t e n d a b l e ”| ，m u t a b l e ”：默认为e x t e n d a b l e 服务数据元素声明中的可变性( m u t a b i l i t y ) 这一属性表示该服务数据元 素的值在其生命周期之中的变化情况。 s t a t i c ：表示该s d e 在w s d l 声明中( s t a t i c s e r v i c e d a t a v a l u e ) 赋值且在 p o r t t y p e 的所有实例中都有效。一个”s t a t i c ”的s d e 相当于编程语言中的类的 静态成员变量。 c o n s t a n t ：表示该s d e 在网格服务实例创建时赋值，且一旦赋值则在网 格服务实例的整个生命周期中都不能更改。 e x t e n d a b l e ：表示已经在s d e 值中的元素，在网格服务实例的生命周期 剩下的部分中将一直作为该s d e 值的一部分。新的元素可以加入到s d e 值 中，但是一旦加入，就不能删除。 m u t a b l e ：表示该s d e 值中的任意元素都可以在任意时间删除，而其他 元素同样也可以在任意时间加入。 f 非s c h e m a 命名空间中的任意属性 允许将服务数据的属性声明为其他开放内容 a n n o t a t i o n 允许注释作为服务数据声明的子元素出现。 中山大学硕士学位论文 基于协商的网格服务管理模型的研究 3 1 4 3服务数据的值 针对每个服务数据元素都必须有一个逻辑上的x m l 文件，其根元素为 s e r v i c e d a t a v a l u e s ，包含有这个服务数据元素的值。服务在实现的时候可以自由 的选择如何存储它的s d e 值。例如可以不用x m l 文件而是使用实例变量来存储 s d e 值，需要时再将实例变量转换成x m l 文件或其他编码格式。程序清单3 2 定义了服务数据在x m l 文件中的表示方式。 程序清单3 - 2 服务数据的值的x m l 表示方式 在p o r