（计算机系统结构专业论文）网格环境中基于replica的数据分布和传输机制研究.pdf

p 瑚 学挫术人学 f 学位沦上摘要 摘要 网格研究作为一fj 新兴的研究领域 它的基本目的就趋实现最人范围内的资源共享 提 供协同计算能力 网格对资源进行了抽象 使之成为虚拟资源 两网格要解决的问题是对虚 拟资源的共享 这里的虚拟资源包括的范嗣报r 计算资源 稃储资源 数据资源 信息资 源 知识资源 专家资源 设备资源等等 满藏住网格概念z 中硫切而特殊豹阎题就在丁 实现对等的资源共享平 解决动态的 分布式的虚拟组纵所遇到的俺题 我韶j 哭心的然享主要 不在丁文件交换 而在下对计算机 软件 数据羽f 其它资源的直接接入使用 这箍工业界 科学界 机械界中人茹出现的协同解决问题和资源代理策略的需要 这种共事必须被高度控 制i 资源提供者和消费者要清晰和详细的定义哪些资源可被共享 准可享用这些资褥 及共 享发生的条件 鉴别网格系统的基本指标可以是 i 非集中控制资源 2 使甩檬准 开 放 通用的协议和界砸 3 获得非凡的能力 现在网格的标准协议还需要完善 我们也能 看到一些组织在这方面的努力 相信在将来 可以有网格中的统一标准 为异构 分布酶诗 算环境之间实现资源的交互和共享提供方便 本文的研究主要集中在以f 几个方面 1 研究基本的网格体系结构 2 网格服务的设计和实现 提供统一的访问接口 3 研究网格中的数据传输服务和r e p l i c a 服务 分析g r i d f t p 协议的性能 提出提高 性能的方法并利用r e p l i c a 服务进行试验 4 对网格p o r t a l 和网格服务在p o r t a l 中的集成进行研究 本文的创新之处在眺下几个方砸 i 对不同的数据访闯协议f t p g r i d f t p h 丌p 等设计了统一的访问接口 开发了 网格中的数据传输工具g r i d t r a n s f e r t o o l k i t 3 1 1 并且利用该工具对g r i d f t p 协议 的传输性能进行了分析丰 i 提出改进 2 提出了网格中的数据存储模裂 三个基本的数据对象l o g i c a lf i l e c o l l e c t i o n 的 l o c a t i o n 并且采j o g s a 的网格服务米基本实现了这个数据模型 最主要的特点 是符台o g s a 的网格服务标准 有统一的数据访问接口 并且与数据传输服务相 结合 3 设计井实现了基于p o r t l e t 面向服务的网格p o r t a l 并在其中集成的数据传输服务和 r e p l i c a 服务 关键词 网格网格计算网格数据传输数据复制系统网格p o r t a 一 刈 学址术人擘颅i 学位论文 a b s t r a c t a sa nu p t o d a t er e a h no fc o m p u t e rs c i e n c er e s e a r c h g r i dt e c h n o l o g yf o c u s e so ns h a r i n go f r e s o u r c e sa n dc o o p e r a t i n go fc o m p u t i n g t h eg r i dc o m p u t i n gi sc o n c e r n e dw i t h c o o l d i n t e d r e s o u r c es h a r i n ga n dp r o b l e m ls o l v i n gi nd y n a m i c m u l t i i n s t i t u t i o n a lv i s u a lo r g t u l i z a t i s t h e s h a r i n gt h a tw ea r ec o n c e r n e dw i t h i sn o tp r i m a r i l yf i l ee x c h a n g eb u tr a t h e r0 i r 酏t4 c c e s st o c o m p u t e r s s o f t w a r e d a t a a n do t h e rr e s o u r c e s a si sr e q u i r e db ya r a n g eo f c o l l a b o r a t i v ep r o b l e m s o l v i n ga n dr e s o u r c eb r o k e r i n gs t r a t e g i e se m e r g i n gi ni n d u s t r y s c i e n c e a n de n g i n e e r i n g t h i s s h a r i n gi s n o c e s s a i l y h i g h l yc o n t r o l l e d w i t hr e s o u r c ep r o v i d e r sa n dc o n s u m e r sd e f i n i n gc l e a r l v a 嚏c a r e f u l t yj u s tw h a ti ss h a r e d w h oi sa l l o w e dt os h a r e a n dt h ec o n d i t i o n su n d e rw h i c hs h a r i n g o c c u r s t h es i m p l ec h e c k l i s ta c c o r d i n gt ow h i c hag r i di sas y s t e mc a nb e i c o o r d i n a t e s r e s o u r c e st h a ta r en o s u b j e c tt oc e n t r a l i z e dc o n t r o l 2 u s i n gs t a n d a r d o p e n g e n e r a l p u r p o s e p r o t o c o l sa n di n t e r f a c e s 3 t od e l i v e rn o n t r i v i a q u a l i t i e so fs e r v i c e t h es t a n d a r dw i l lb e n e f i t s r e s o u r c es h a r i n ga n di n t e r o p e r a t i n gb e t w i nd i s t r i b u t e ds y s t e m s t h em a i nw o r k so f t h i st h e s i sa r ei nt h ef o l l o w i n g i r e s e a r c ht h eb a s ei d e a so f g r i da r c h i t e c t u r e 2 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f g r i ds e r v i c e s 3 r e s e a r c hd a t at r a n s f e ra n dr e p l i c ai ng r i de n v i r o n m e n t s a n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo f g r i d f t pa n di m p r o v ei tw h i tr e p l i c a t i o n 4 i n t e g r a t es e r v i c ei ng r i dp o r t a l t i l ec r e a t i v ew o r k so f t h i st h e s i sc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 a c c o r d i n gt od i f f e r e n c et r a n s f e rp r o t o c o l ss u c ha sf t eg r i d f t p h t t pa n de t c d e s i g n i n gau n i f o r mi n t e r f a c et oa c c e s st h e ma n dd e v e l o o i n gag r i dt r a n s f e rt o o l k i t 2 p r e s e n t sam o d e lo fd a t as t o r a g ei ng r i de n v i r o n m e n t s t h r e eo fb a s eo b j e c t sa r el o g i c a l f i l e c o l l e c t i o na n dl o c a t i o n 3 d e s i g na n di m p l e m e n tg r i dp o r t a l i n t e g r a t ed a t at r a n s f e rs e r v i c ei ni t k e yw o r d s g r i d g r i dc o m p u t i n g g r i dd a t at r a n s f e r d a t ar e p l i c a g r i dp o n a h 中圆科学技术人学坝i 学位论史第 牵 i 言 繁紫攀曩f 童 随蓿超级诛黪撰 s 瓣薅酾l 蹲如蠢r 拘逮瑰 人l c i 可以刊删的计算能力准不断的增强 然面太蜒的科黪馥簿鲺露 藩磐释决一些超天规模鹿圳 在网络技术不断发艨舱情况下 我 仃l 裔可囊雠斓弛地理分布 系统异构 性能各异的各种高性能计算机 计算机机群 大蟹服 务器 赞重科研磴番 人型通信设备 可视化系统等 通过高速互连网络连接并集成起来 形成对蝌户相对透明的 虚拟的 高性能计算环境 i 网格 技术正是雀这样的情况之下 产生并且发展起米的 它将改变我们思考和计算问题的方式方法 使得我h j 胄 够获得强犬的 计算能力古解决蜓多的科学问题 网格概念最早丁9 0 年代中期提出 埘于表述在高端科学和1 鞋上分布式计算的一种基 础构造形式 从那以米 在相关基础的构建上 取得了相当人的成就 但网格概念本身也被 混淆了 至少人多数人认为 包含从高性能网络到人一r 智能 a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e 的一切 事物 是否真的存在一个明显的 网格问题 因此的确存在对新的网格技术的需要 如果 是的i 舌 这些技术的本质是什么 它们所适用的领域是什么 当很多研究小组都对疆格概念 平 资i f 5 1 共享感兴趣的时候 他们对网格体系的认识 在很大程度上 还没有被普遍的接受和 认识 人们希望获得在分布异构环境中的计算能力 而面临着的挑战平 困难包括支持跨平台计 算时证书和策略管理的安全解决方案 支持远程安全的访问计算 数据和其它资源的管理协 议莆l 服务 信息商淘协议莆惕r 务提供了资源 编织 服务方面的构造汞1 配置信息 数据管理 服务在存储系统平 1 廊川软件之闻查找年 i 传输数据包 这些问题都源于网格技术是对于动态 的 跨绢纵的资源共享 而不是和其它的分布式计算技术竞争 在国外的研究小组中 主要集中在美国和欧洲国家 已经有建立的网格试验平台和开发 部署的网格麻州 比如e u r o g r i d 项目 6 e s c i e e 项目 7 1 g l o b u s 觋目f 8 等e 这些项目对 网格技术的发展年 应朋都起到了很大的作用 中国科学技术火学计算机系从2 0 0 0 年开始逐渐开展网格方面的研究下作 并先后与中 国科学技术人学网络中心 台肥国家高性能计算中心 中国科学院计算技术研究所 淮河治 理委员会开展台1 1 j 研究 目前我们承担有国家臼然科学基金项口 基丁计算市场楼拙的安全 网格资源管理研究 6 0 2 7 3 0 4 1 平l j 国家8 6 3 计划高性能计算机及其核心软件专项 合肥网 格 仃点的建设及若干典型网格应用的研制 2 0 0 2 a a l 0 4 5 6 0 本文的研究i 作也是基于这 两个项目的支持 本文的主要内容包括以f 儿点 1 介纠网搦基本概念 体系结构 研究的巫点问题乖i 已有的一些解决方寨 2 介 喇格服务的概念平 o g s a 体系结构 针对go b ts 的数掘存储币 管理分析 3 针对g r i d f t pm 议进 性能分析 4 基y r e p l i c a 技术 提出网格中的数据存储机制 5 殴计弗实现基于r e p l i c a 乖lg r i d f t p 的数据分布和传输框架 6 实现基丁p o t t i e r 框架 面向服务的网格p o r t a l 实现统一的资源接入平 菅理i f 7 在p o r t a l 中集成数据传输服务 本文的组织结构如f 所示 第一章引言 介绍研究的背景幕i 佑的意义 本论文所包含的主要内容 中国科学技术人学颂l 学位论文 第一章弓i 言 第二章网格系统 主要介绍网格系统嚣鐾本概念 体系结构 手i f 一些研究项目 重点介绍网格服务概念和 o g s a 体系结构 网接服务构设计与实现 第二章啜格环凌中鹩敦据存储机制 介绍鹿穆环境书数据存储雯解决的问题和特点 重点分析g l o b u s 项霸中的数据存储和 管理实现方法 第躅蘑r 分布式文例 系统和r e p l i c a 夼簦 矜稚式文件系统的概念年 与网格i f 勺芙系 利刈r e p l i c a 徽数据存储磊份 提赢系统 的可靠挫秘并行的传输实现 在网格环境中的数据分布和存储与分布式文件系统的关系 采 用r e p l i c a 的好处希 需要解决的问题 比如数据同步和数据源的选择等等 第而章网格文件传输服务 介绍网格中的文件传输协议g r i d f t p 分析该协议在文件传输中的性能 儿种提高传输 速率的方法和带来的缺点 利崩g r i dt r a n s f e r t o o l k i ti 具进行数据传输的性能分析 在网格 环境中试验该协议平 i 提出结论 第六章基丁r e p l i c a 的数据存储机制设计与实现 重点介绍r e p l i c a 的组成 元数据的描述 提出数据存储的基本框架 如何存储数据和 管理数据源 创建 删除 同步r e p l i c a 的方法 与g r i d f t p 结合 如何选择数据的r e p l i c a 雨i 在各个数据源之间的负载平衡 第七章与p o r t a l 的集成 介绀网格p o l t a l 的概念和体系结构 实现数据传输服务在p o r t a l 中的集成 第八章结束语 总结目前已经完成的 作 并介绍将来要继续开展的工作 中例科学技术大学f i j l 学位论文 第一二帝 刚格系统 2 一网德系统藏套 第二章 鼹格系统 弼格概念出现五2 0 世纪9 0 年代 鲢着人们 i j 究躲不断深入 有荚网格钧定义瞧逮米越 多 而剑现在为l r 还没有报明确的铍博遍接受的一个定义 从一般意思上谩 瞬搐要解决 的问题是对虚拟资渊的共享 这里的虚拟资源包括的范围很r 计算资源 存储资i 蝣 数据 资源 信息资源 知识资源 专家资源 设备资源等等 潜藏在网格概念之中确切而特殊的 问耍就在 r 实现对等的资源共享和解决动态的 2 分布式的虚拟组织所遇到的问题 我 们所戈心的共享不仅仅是简单的文件交换 更强调直接对计算机 软件 数据以及其它资 源的直接访闷 这种需求在i 业 科学以及i 程界等许多领域都会遇到 这种共享必须是高 度可控的 需要在资源提供者和消费者之间详细的定义什么可以被共享 哪些人可以共享 在什么条科 下可以共享 一个清晰的网格定义 不仅是学术研究的需要 也是网格广泛流行的需要 我们已经看 到形式各样的网格 如计算网格 数据网格 科学网格 存取网格 知识网格 地理网格 传感器网格 集群网格 校园网格 亿万量级网格和商品网格等 难怪有人会怀疑 网格 除了最早的聪明人所提山来的 奠基 性概念 承i 伴随 业界而来的市场口号之外 到底还 剩f 什么 如果人们在局域网上布置了一个调度程序 就算创建了一个 集群网格 的话 那么在同样的网络上所布置的网络文件系统岂不又带来一个 存储网格 甚至 通过链接 处理器 存储器 磁盘平 网骨的个人 作站也可以叫做 p c 网格 了 那么 有没有非 网 格 的计算机系统昵 同格汁算关心的是 在动态的 多机构的虚拟组织中协调资源共享和协同解决问题 其 核心概念造 住 一编参与铀点t 资源提供者帚1 消费者 中协商资源共享管理的能力 利用协 商得到的资源池共同解决一些问题 我们注意道 我们荚心的共享主要不在于文件交换 而在丁耐计算机 软件 数据和其它资源的直接接入使用 这是一业界 科学界 机械界中 大量山现的协同解决问题平 资源代理策略的需要 这种共享必须被高度控制 资源提供者和 i 费者要清晰和详细的定义哪些资源可被共享 睦可享用这些资源 及共享发生的条件 用 这样的共享规则定义的一组个人手 机构 我们称2 为虚拟组织 协议标准化作为使异构系 统问交且操作和公兆基础改施成为可能的一种方法 前面定义的网格 其本质可以用一个简 单的指标米鉴别 根据这个指标 网格实际上是这样一个系统 协凋非集中控制资源 网 格牾合各种资源 协调各种使用者 这些资源平 使m 者在不同控制域中 比如 个人电脑和 中心汁算机 相同或不同公司的不同管理单元i 网格还解决在这种分布式环境中出现的安全 策略 使川费用 成员权 艇等问题 否则 只能葬本地管理系统而1 f 网格 使刖标准 开放 通川的坍议和界面 网格建立在多功能的协议和界面2 上 这些协议和界面解决认证 授 权 资源发现和资源存取等基本问题 2 2g i o b u s 的网格体系结构 g l o b u s 项目开始于1 9 9 6 年 由美国a r g o n n e 国家实验室承i 南加州大学承担 全美国有 1 2 所大学和研究机构参与了该项目 g l o b u s 项目对信息安全 信息服务 资源管理 数撂 3 中困科学技术大学坝卜学位沦文 第二帝掰格系统 管理笛网格计算的关键理论进行 i i f 究 开发能在各种平台上远行的网格计算工具软件 帮助 规划和组建人型盼鼹梧诲赣譬台 矛发逶台大型网格系统运镗的大慰应用程序 并制定相应 的标准 g i o b u s 埙爵力霹赛现诗算两格结构 提供对远程计算资源普追的 可靠的 一致 性的访阀 目前钓g l 豳 软件可以认为是计算嬲格技术饷典型代表摹i 事实上的规范 2 2 1g l o b u s 散侔结构 麻川层 汇袋层 资源层 通信层 图2 1 g i o b u s 软件结构 i 物理层协议和服务 物理层包括有具体的计算资源和存储资源 比如大型的计算机 文件系统 元数据服务 网络设备等等 在这一层里面 主要通过接e l 来定义 为上层的通信层和资源层提供服务 而并非按物理的特性来定义 2 通信层协议和服务 主要提供资源间的通信和协作服务 利用了网络协议比如t p d n s 等等 更为重要是 为资源间的安全认证和授权提供了一套框絮结构 即g s i g r i ds e c u r i t yi n f r a s t r u c t u r e 在 g s i 框架之 卜 提供了蒸于x 5 0 9 证书的认证机制 阳户代理羊l i 委托机制 单点登陆机制 其中的g s s a p i g e n e r a ls e c u r i t ys e r v i c e 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 提供了资源间的 安全通信平 i 认证 3 资源层协议和服务 主要的仇议有g r i dr e s o u r c e a l l o c a t i o nm g m t g r a m 负责资源的分配 用户的资源请 求币 i 预留 作业的分配羽l 调度 g r i d f t pp r o t o c o l 盯pe x t e n s i o n s 丽 格中的文e i 传输服务 g 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 g r i s 负责网格资源的究渤 这一层主要针对资源的分配 和利用 4 汇聚屡协议币f 服务 主要有i n d e xs e r v i c e 针对元数据的索引 r e s o u r c eb r o k e r 资源掮客负责寻找用户的资 源 复制目录服务 r e p r w ac a t a l o g 据供高可靠性的数据存储和计算 还有就是协同工作 的一些协议 c o r e s e r v a t i o na n dc o a l l o c a t i o n 服务 工作流管理 4 中国科学技术大学顺f 学位论史 第二章喇格系统 2 2 2g l o b u s 的沙漏型体系结构 g l o b u s 软件在整体上形成了一个沙j l j w 的绵构 上层应用随p j 户的要求不断变化 而 核心的服务平 协议不变 f 屡针对不同的计算环境而不同 图2 2g l o b u s 沙漏型体系结构 g l o b u s 软件主要提供的工具和函数库就是针对核心服务的 用户可以在这个基础之上 构建自己的网格计算平台 而针对不同的计算平台 g l o b u s 都对用户屏蔽了底层的细节 核 心部分主要包括 g 鄹的安全认证服务 g r a m 资源分鬣服务 g r i d f t p 网格文件传输服务 g r i s 网格资源查淘服务 g l o b u st o o l k i t 遵循g t p l g i o b u st o o l k i tp u b l i cl i c e n s e 协议 其软件源码向公众开放 g l o b u s t o o l k i t 的1 0 版本由美国a r g o n n e 国家实验室丁1 9 9 9 年推出 后续的主要版本有1 1 3 版和2 0 版 目前的最新止式版本是2 0 0 4 年3 月摊出的g l o b u s t o o l k i t3 2 简称g t 3 g t 3 中采j h 了开发网格服务体系o g s a o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e 将网格计算从传统的 科学与工程计算为中心的研究领域扩展到i 业界 团体等社会与经济活动之中 夫大扩展了 网格计算的应用领域 与g l o b u st o o l k i t2 相比较 g l o b u st o o l k i t3 无论是在体系结构上还是在实现方式都有 很大的改变 土要体现在 i 体系结构从以协议为中心转变为以服务为中心 2 协议由h t t p l d a p 等等转变为x m ls c h e m ab a s e d 通用协议框架 3 为了与w e bs e r v i c e 技术相结合 实现语言由c 变成j a v a 4 把g t 2 中孤立的服务 g r a m m d s g r i d f t p 集成到了容器框架中 我们将在下一节中重点介绍g t 3 中的网格服务概念和相应的开放网格体系架构 即 o g s a g l o b u s 软制二的主要目的就是要开发网格计算平台和应用的基本结构 在网格应用和底 层的平台之间构建一个中间层 5 中i n 科肇技术大学颇 学位抡史 第一章 网格系统 2 3o g s a 箍介 o g s a 是一种基丁网格服务的分布式交且霉l 计算体系镣掬 其最突出的思想就是以 服 务 为中心 在o g s a 框架中 将包括计算资源 存储资源 舟络 拌序 数据库等在内的 一切都抽象为 服务 并进而将整个两格看作越 网格服务 豹集合 这种观念有利于通过 统一的标准接口米管理和使用网格 错期 从面向儇务的穗度蔷 互搽作问蘧可以被分为两 类问题 一是服务搂口的定义 一是谱州具体接口的协议定义 制定一夸捆瘟鳓标撒1 力l 议可 以解决且操作性的问题 o g s a 采圳了w e bs e r v i c e 框架 冈此可以借川w e bs e r v i c e 的一些机制 来处理注册 和发现服貉接口的定义和端口实现的描述 以及基丁特定的接口绑定动态产生代理 同时 广泛经受的w e bs e r v i c e 机制意味着w e bs e r v i c e 框架可以开发人封的网格i 具 l l 服务 鼍o g s a 是在符合w e bs e r v i c e 框架的同时也根据网格的特殊环境对其进行了扩展 如前 所述 w e bs e r v i c e 提供了一种基于服务的框架结构 解决了永久服务的发现和激活问题 但1 生网格麻川环境中 大量的是临时性的短暂服务 基本的w e bs e r v i c e 技术无法进行管理 因此o g s a 在原来w e b s e r v i c e 服务概念的基础上 对w e b s e r v i c e 进行了扩展 并提出了 网格服务 盼概念 使得它可以支持临时服务实例 并且能够动态创建年l i 删除 2 3 1 核心体系结构 o g s i 的参考实现提供了所有o g s i 的接口实现 包括a p i 和一些开发服务的工具 安 全架构的实现提供了利用s o a p 作为传输层的消息保护 端到端的相互认证 s i n g l e s i g n o n 的授权 o g s i 的实现和安全架构的实现作为搽个g t 3 核心体系结构豹基础 它们虽然不提 供任何运行盼的缀务 但爨悬箕钨蹲梅骧务的基础 在核心体系结构里面 作为运行时提供 的服务是由s y s t e m l e v e s e r v i 系统缀服务 来做豹 在g t 3 的框架结构中还提供了基 本网格服务 比如作业运行 数据管理 信息服务等等 还包括用户自定义的网格服务 所 有的这些服务都返行在s e r v i c e sc o n t a i n e r 里面 这个服务容器要负责网格服务的创建 销 毁 生命周 i 管理 服务之间的消息传递和通信 i i j i 了一 i j 三 j 田2 3g t 3 的核心体系结构 9 1 6 中瑶争 学技术大学坝 掌位沦立第一二章列鞲系统 从 笙i2 3 中我们可以看剑整个g t 3 核心体系结构年i i 服务的组成以及相互之间的关系 整个 体系结构的最基本的部分住o g s ir e f e r e n c ei m p l e m e n t a t i o n 和s e c u r i t yi n f r a s t r u e t u r e 其他的 网格服务都是构建住悲基础之上 2 3 2 瞬格服务 在o g s a 中提出了统 韵公开服务语义 即 网格瑕务 g r i ds e r v i c e 网格服务拨 定义为一种提供以定义接口而遵循一定踟议标准的w e bs e r v i c e o g s a 定义了用于创建 命 名和发现临时网格服务实例的标准机制 为这些服务实例提供1 1 置透明和多协议的绑定 还 支持与底层平台设施的牡台 1 0 o g s a 还定义了构成复杂的分布式系统一些机制 如动态 服务管理 服务生命周期管理等有关润题 以网格假务为中心的模型具有如f 好处 首先 由于刚格环境中所有的组什都是虚拟的 这里的具体含义是指对相同接口不同 含义的封装 通过提供一组相对统一的核心的接口 所有网格服务都基于这个接口实现 因此可以缀容易她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 鼬2 4 说明了o g s a 的缀务结构 高级网格服务l 网稀服务1网格服务2弼椿服务3 网格骚务2 l t 一 j 一一一 l 弼格般务2 2弼格服务2 3 图2 4 网格服务结构 其次 虚拟化也使得将多个逻辑资源实铡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 l j 的服务语义币 行为 无缝地映射到本地平台的基础设施 之上 2 3 3o g s a 的标准服务接口 网格服务是由它们提供的功能来刻画的 网格服务通过定义接口来完成不同的功能 一 个暇筹实现一个剑多个接口 每个接口定义一些撵作 这些撵作通过交换预定义的一系列消 息来激活 表2 1 列l 出了主要的网格服务的接口 1 网格服务接口g r i d s e r v i c e g r i d s e r v i c e 是o g s a 接口服务中唯一必需的服务 它主要由f i n d s e r v i c e d a t a s e t t e r m i n a t i o n t i m e 和d e s t r o y 三种操作构成 g r i d s e r v i c e 包括很多方面的服务内容 最重 要的育服务的生命周期管理和服务数据蕾理 o g s a 引入了软状态 s o f ts t a t e 网格服务通过维护一个内部状态来管理服务的生命 7 中困l i 学技术大学顺 学位论 盘 第一二章网格系统 周期 该状态将一个服务实例上j 只一个具有根酶攘口伪缀务实例区圳开来 同时 两个标准 操作d e 懿 y 和s e t t e r m i n a t i o n t i m e 用来显武 氆藕湖幕增骜t 瓣格服务实例的生命周期 这种 生命周期管理方法使网格服务有相当大的自主性 礁攥薅馘壤据赢 i 自身的某些策略对来自 客户端的生命周期扩展需求做出响戍 在服务数据管理方面 每一个网撂服务实例都有一些鼹务藏据与乏蛾系 这些服务数据 是一些拔封装的x m l 元素的集台 网糕服务规范为每一个鹾 梅脬务镀躁定义了零个或多个 服务数据元素 只要是支持凑援秘躺穰棼 蕻服务宴例就必缬耄特这些服舞数据元素 服务及服务数据的发布可出 蕊三个方面的机制解决 a 标准的服务数撂表承 b 所有服务都必须具有g r i d s e r v i c e 接口井在接口内定义标准的w 旺缒操作 f i n d s e r v i c e d a t a 川丁查询和检索服务数据 c 由注册服务来管理网格服务实例的标准接口 川丁从句柄到引州的映射 表2 1 0 g s a 定义的标准服务接口 端口类型操作 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 查询有关g r i d 服务实例的多种信息 包括基本的自身 i n t r o s p e c t i o n 信息 句柄h a n d l e 引用f e 隐撺f l e e 主密 钥p i i m 鲫 鼎 l h a n 删a p h o m e b 胡d 辩酝争 鼹丰富的接口馁惠翻特 定龈务信患 例如一个注册点所知的 服务实例 可扩展支持多种查询语 言 s e t t e r m i n a t i o n t i m e设置 和获取 g r t dj 报务实例的终止 时间 d e s t r o y终i h g r i d 服务实例 h a n d l e m a pf i n d b y h a n d l e返同与当前提供的g r i d 服务句柄有 关的g r i d 眼务引用 r e g i s t r yr e g i s t e r s e r v i c e 执 y g r i d 服务旬柄的软状态注册 u n r e g i s t e r s e r v i c e 反注册g r i d 服务句柄 f a c t o r yc r e a t e s e r v i c e创建新的g r i d 服务实例 n o t i f i c a t i o n s o u r c es u b s c r i b e t o 基于消息类l 烯i 兴趣声明 订阅相关 n o t i f i c a t i o n t o p i c 服务事件的通知 允许羊 刚第三方消 息服务进行传输 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实现通知消息的异步传输 2 句柄映射h a n d l e m a p 网格服务是有状态的 并且可以动态地创建和撤销 这就需要通过一种方式来将一个动 态创建的服务与另外一个服务区别开来 因此 每一个网格服务都被赋以一个全局唯一的名 字 即网格服务句柄 g s h g r i ds e r v i c eh a n d l e 它将网格服务实例区别开来 由于网 格服务可以在生命周期内被升级 比如增加新的协议版本或者是增加可替代的协议 这样 8 中闻科学挫术人学删f 学位论文 第一二章嘲格系统 g s h 就不能携带0 特定坍议或者实例相笑的信息 比如网络地址 支持的协议绑定等 o g s a 采取方法是将这些信息封装起来 和其它与特定实例粗戈的信息一起 形成一个称为网格服 务引j i j g s r g r i ds e r v i c er e f e r e n c e 4 抽象实体 g s h 和g s r 分开后 为了使g s h 得剁g s r o g s 下是定义了引j i i 句柄映射接e l h a n d l e m a p 这一接口提供的操作就趄绫出一个g s h 逦嗣一个霄散盼g s r 通过o g s a 定 义的 映射机制 列格服务实例的g s r 鹰蠊在该搬务的生命周期肉绶变 每一个g s r 在其显 式的存活驯限剑j i j 后 可以得剑一个更新后的g s r o 3 注册服务r e g i s t e r l 册 r e g i s t r y 服务是指支持服务发现的网格服务 一个注册服务由两部分椅成 是注册接口 它提供g s h 的注册操作 一是相 的服务注册元素 它包括注册的g s h 的信 息 r e g i s t r y 接ii 主要 r 注册 个g s h 而检索己注册的g s h 的消息的任务剃由 g r i d s e l v i c e 拨 j7 l 的f i n d s e r v i c e d a t a 操作来完成 一个服务可咀j 瞎它的存在及服务内存通过r e g i s t r y 操作发布出米 不同形式的搜索服务 服务舞询服务 收集这些服务信息并且将其信息结构化 然后有敛地响应服务搜索的请求 g s h 注册是一个软状态操作 必须进行周期性她刷新以保持其存活 这种方式决定了搜索 服务必然可以处理动态的服务 与一令q s h 相联系的属性和该g s h 向服务的注册是分开的 这一特征很重要 因为属性值可能是动态的 而且有多种获取属性值的方式 4 创建临时服务f a c t o r y 与w e bs e r v i c e 管理的服务是永久服务不同 o g s a 侧重于临时服务的管理 o g s a 定 义了一类网格服务 专门用于实现创建新网格服务实例的接口 即f a c t o r y 接口服务 f a c t or y 接口的c r e a t e s e r v i c e 的操作可以根据请求 创建一个网格服务 弗且返回新创 建服务实例的g s h 利初始的g s r 客户方通过请求获得对服务的访问 g s h g s r 服务 方响应请求 创建服务实例提供服务 f a c t o r y 接口芹不规定服务实例是如何剑建的 一般在具体的运行环境 如 n e t 或j 2 e e 中实现f a c t o r y 接口 根据运行鄂境嚣供的标准祝制来创建并管理新的服务实僦 在运行环 境中可以详细定义服务的具体实现 盍日善i l 何种语言 并且这种实现细 1 7 对o g s a 的服务请 求者是透明的 服务请求者只能看劁f a c t o r y 接口 另外 可以通过对其它f a c t o r y 服务的 代理请求米构造更高级别的f a c t o r y 5 通知机制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 接口 动态分布的服务必须能够将他们状态的政变通知对方 o g s a 将消息的发布方服务接口 称为n o l i f i c a t i o ns o u r c e 而将消息的接收方服务接口称为n o t i f i c a t i o ns i n k 通过这两个接 口实现通知机制 以便丁以一种标准的方式米处理通知 通知机制允竹客户端通过注册来获散特定的消息 并且支持消息的异步单向传输 如果 一个服务愿意向外提供消息通知 它必须支持n o t i f i c a t i o n s o u r e e 接口 对消息的订阅行为 进行管理 一个服务如果愿意接收消息通知 它必须实现n o t 讯c a i i o n s i n k 接口 通过该接 口可以获敷通圭 的消息 在目前o g s a 的定义中 网格服务提供的接口还比较有限 有待丁进一步的扩展 以 支持更多的功能 如授权 策略管理 井发控制以及犬规模网格服务实例的监控羽i 管理等 2 4 网格服务的设计与实现 在这一节中 我们将通过设计一个简单的网格服务m a t h 来说明如何在g t 3 的体系结构 中避行网格服务的设计和实现 网格服务的锌种特性 以及如何利用g t 3 中的其他基本的 网格服务 中冈科学技术人学坝i 学位论义第二章网格系统 2 4 1 网格服务m a 蜘i 罄e 鹄设计 m a t h s e r v i e e 体热一令簿憋熊曦麴鞫 隧露辩鹚鞫鹋 觏勰薄单 就是加 减 乘 除 的数值撵诈 嚣霉筵羲晦蛹蘸彝霉鞠鬻 l 囊隧 p u b l i c 确瞬黼簪枭 爝撕 p u b f i ci n ta d d i n ta i n t p u b l i ci n ts u b t r a c t i n ta i n tb 可以使刚g t 3 提供的j a v a 2 w s d l f 具来生成该接口的w s d l 描述 2 4 2m a t h s e r v i c e 的基本实现 基本的实现可以有两种做法 1 从g r i d s e r v i e e l m p l 继承 并且实现所有的接口函数 继承模式 p u b l i cc l a s sm a t h l m p le x t e n d sg r i d s e r v i c e l m p li m p l e m e n t sm a t h p o r t t y p e p r i v a t ei n tv a l u e o p u b l i cm a t h l m p t o s u p e s i m p l em a t hf a c t o r ys e r v i c e p u b l i cv o i da d d i n ta t h r o w sr e m o t e e x c e p t i o n v a l u e v a l u e a p u b l i cv o i ds u b t r a c t i n t 砷t h r o w sr e m o t e e x c e p t i o n v a l u e v a l u e a p u b l i ci n tg e t v a l u e t h r o w sr e m o t e e x c e p t i o n r e t u r nv a l u e 1 0 中国事i 学技术人学坝卜学位论文 第 二章网格系统 2 实现o p e r a t i o n p r o v i d e r 接口 通过代理摸式来实现服务 代理模式 p u b l i cc l a s sm a t h p r o v l d e ri m p l c m e n t s o p e r a 蛄o n p m v i d e r o p e r a t i o np r o v i d e rp m m 糯e p r i v a t es t a t i cf i f i a q 婶面赡do p e r a t i o n s f l e w q n a m e u n e wq n a m e p r i v a t eg r i d s e r v i c e b a s eb a s e h0 p e r a t i o np r o v i d e rm e t h o d s p u b l i cv o i di n i t i a l i z e g r i d s e r v i c e b a s eb a s e t h r o w sg r i d s e r v j c e x c e p t i o n t h i sb a s e b a s e p u b l i cq n a m e g e t o p e r a t i o n s o r e t u r no p e r a t i o n s p r i v a t ei n tv a l u e2 0 p u b l i cv o i da d d i n ta t h r o w sr e m o t e e x c e p t i o n v a l u e v a l u e a p u b l i cv o i ds u b t r a c t i n ta t h r o w sr e m o t e e x c e p t i o n v a l u e v a l u e a p u b l i ci n tg e t v a l u e t h r o w sr e m o t c e x c e p t i o n r e t u r nv a l u e 这两种实现方式的不同在于 1 继承模式必须从g r i d s e r v i c e l m p l 继承 并且实现所有在 p o r t t y d e 中定义的接口函数 而代理模式不需要 2 代理模式可以更有效的实现代码重用 以及模式殴计 3 代理模式需要一点额外的编码 并且在部署服务的时候要增加