《基于OGSA的教育资源管理研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于OGSA的教育资源管理研究.pdf（63页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、面簧宦手辑校六孥 硕士学位论文 题c 女，目茎f 9 蚺 曲夔育冀掘鲤班煎 R e s e a F e ho ! E d u e a t i o H a lR c s o u r c eN I a n 豫e m e n t B a s e do n 且B S A 作者姓名王雠指导教师姓名、职务丁蓑国煎握 学科门磐一簧群学科、专业 情趣学 提交论文日期三! ! 主j t ：旦 摘要 摘要 现代远程教育以计算机网络为载体，为无数学习者提供了快捷、方便的学习 方式，使学习超越了时间和空间的限制。但普遍存在如缺乏广泛的资源合作、远 程教育标准不完善、网络的异构等问题，造成教育资源不能大范围内共享、教学
2、 资源重复开发。网格技术的出现，带来了解决问题的希望。因为网格的本质就是 资源的全面共享。O G S A 是现有公认的标准的网格服务体系规范，基于O G S A 开 发教育资源管理系统，有着重要的现实意义。 本文首先阐述了网格的基本知识，体系结构、关键技术。然后重点研究现有 的资源管理模型，分析比较已有的资源查找算法。接着，论文在分析已有网格模 型的基础上提出了一种基于虚拟组织的教育资源网格模型；并依据此网格模型， 设计了四层网格资源管理模型，给出了资源管理模型的设计原则与目标，设计了 每一层的主要功能，以及层与层之间的关系。最后，根据教育资源的特点和分类， 进行需求分析和系统功能设计，搭建网
3、格开发环境，实现了教育资源的注册和查 找功能，为实现教育资源网格系统提供了一定的实践经验。 关键词：网格开放网格服务体系教育资源网格资源管理资源查找 A b s t r a c t A b s t r a c t T a k i n gc o m p u t e rn e t w o r k 8 sa c a r r i e r , t h em o d e mD i s t a n c eL e a r n i n gh a sp r o v i d e d aq u i c ka n dc o n v e n i e n c es t u d yw a yw h i c hb r e a
4、k st l l m u g ht h et i m ea n ds p a c el i m i tf o r i n n u m e r a b l el e a r n e r s B u tt h e r ee x i s t ss o m eu n i v e r s a lp r o b l e m ss u c ha sl a c k i n go f w i d e s p r e a dr e s o u r c e sc o o p e r a t i o n , i m p e r f e c t n e s so ft h eD i s t a n c eL e a m
5、 i n gs t a n d a r d , n e t w o r ki s o m e r i s ma n dS Oo nw h i c hm a k et h ee d u c a t i o nr e s o u r c e sb er e c o n s t r u c t e d a n dn o tb es h a r e di naw i d er a n g e T h ea p p e a r a n c eo ft h e 鲥dt e c h n o l o g ym a k et h e p r o b l e m sb e c o m et ob ea b l e
6、t os o l v e ，b e c a m et h ee s s e n c eo f t h eg i r di sc o m p r e h e n s i v e r e s o u r c es h a r i n g O p e nG i r dS e r v i c e sA r c h i t e c t u r ei st h ee x i s t i n gr e c o g n i z a b l ea n d s t a n d a r d 鲥ds e r v i c es y s t e ma n dt h e r ew o u l db eal o to f p
7、 r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et ob u i l d a l lE d u c a t i o nR e s o u r c e sM a n a g e m e n tS y s t e mo ni t T h i sp a p e rf i r s tc o v e r st h eb a s i ck n o w l e d g eo ft h e 季r d , t h eg r i da r c h i t e c t u r ea n d t h ek e yt e c h n o l o g y , a f t e rw h i c
8、 ht h ee m p h a s i si sp u to nt h er e s e a r c ha b o u ta v a i l a b l e R e s o u r c eM a n a g e m e n tM o d e la n dt h ea n a l y s i so ft h ee x i s t i n gR e s o u r c eL o c a t i n g A l g o r i t h m O nt h eb a s i so f t h ea n a l y s i so f t h ee x i s t i n gg i r dm o d e
9、l s ，t h i sp a p e rp r o p o s e s a nE d u c a t i o nR e s o u r c eG r i dM o d e lw h i c hi sb a s e dO r lV i r t u a lO r g a n i z a t i o n A n dt h e n t h i st e x t d e s i g n sf o u rl a y e r s r e s o u r c em a n a g e m e n tm o d e l ，p r o v i d e st h e d e s i g n p r i n c i
10、 p l e s ，m a i nf u n c t i o n so fe v e r yl a y e r sa n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ne a c hl a y e r F i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i ca n dc l a s s i f i c a t i o no fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e s ，t h i s p a p e rm a k e st h ed e
11、m a n da n a l y s i sa n ds y s t e m a t i cf u n c t i o nd e s i g n s ，p u t su pt h e d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n ta n dt h e nr e a l i z e se d u c a t i o n a lr e s o u r c er e g i s t e r i n ga n d l o c a t i n gf u n c t i o n s ，o f f e r sc e r t a i np r a c t i c a le
12、 x p e r i e n c ef o rE d u c a t i o nR e s o u r c eG r i d s y s t e md e v e l o p m e n t K e y w o r d s ：G r i dO p e nG r i dS e r v i c e sA r c h i t e c t u r e E d u c a t i o nR e s o u r c eG r i d R e s o u r c eM a n a g e m e n tR e s o u r c eL o c a t i n g 声明 创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的
13、科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 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 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技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做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：曼显! 查日期型2 ：! ! ! 弓 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和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西安电子科技
14、大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：皇越本人签名：! 毯：l 盟 导师签名；j 盈凰 日期塑2s ! 血多 日期趁! Z Q f tQ 厂 第一章绪论 第一章绪论 1 ，1 课题背景 网格1 1J 是继万维网之后出现的一种新型的网络计算平台。目的是为用户提供 一种全面共享包括网页在内的各种资源的基础设施【2 】。 网格是把用通信手段连接起来的，地理上分散的资源
15、无缝集成为一个有机的 整体。它给用户提供一种基于国际互联网的新型计算平台，是继I n t e r n e t 之后又 一次重大的科技进步，被称为下一代互联网。在这个平台上对来自用户的请求和 提供资源的能力之间进行合理的匹配，为用户请求选择合适的资源服务，可实现 广域范围内的计算资源，存储资源，数据资源，知识资源，专家资源，设备资源 等的全面共享。通过网格基础设施，用户不需要了解其上资源的具体细节就可以 使用自己需要的资源。资源共享是网格的基本特征。消除信息孤岛是网格的奋斗 目标。 网格是把电网作为比拟的对象而提出来的。希望成熟的网格如同电网一样， 用户只要把设备的插头插入网格的“插座”，就可以
16、使用网格中的资源，就如同现 在使用电力一样方便，人们在使用电力时不需要知道它是从哪个发电厂输送过来 的，也不需要知道电力是通过什么样的发电机产生的，更无需知道是水力发电还 是核反应发电。人们使用的是一种形式统一的“电能”。网格也希望给最终的使用 者提供与地理位置无关，与具体计算设施无关的通用的问题解决能力。由于开始 阶段的网格是用来进行计算的，因此也称为计算网格。随着技术的发展，计算网 格的功能逐渐增强，其包含的含义和应用范围也远远超出了它刚刚被提出的时候， 计算能力仅仅成了它的一部分功能。计算网格的名字也逐渐被网格所代替。 网格是在已有的网络技术、计算机技术、通信技术、电器技术等基础上出现
17、的，因此它继承了这些传统技术的特点，也拥有自己的特点。网格技术与现有技 术的区别在于1 2 ： 1 网格接口简单，设备接入阈值低。网格技术提供标准接口，该接口与设备 无关、与平台无关。任何设备，不管是贵重的超级计算机，还是普通的掌上电脑， 只要有接入网格的标准接口，就可以成为网格的一部分。 2 全范围的资源共享。网格上的任何一个资源都可以让世界范围内的任何一 个用户通过网格使用，不管这个用户在世界的什么角落，也不管这个用户是通过 什么设备接入网格来使用这个资源的。 3 网格为用户提供的服务与用户拥有设备的功能无关。网格会根据用户设备 基于O G S A 的教育资源管理研究 的具体情况为用户提供
18、最合适的服务。 网格这个概念看起来非常简单，但它蕴含了非常丰富的含义，因此也就面临 着许多的挑战，存在许多需要解决的问题。 1 2 网格研究现状 且前，网格的研究已经从美国和欧洲推广到了世界各大洲，各个国家和地区 都投入了大量的资金进行网格技术的研究和网格基础设施的建设。 网格技术发源于美国。美国是目前网格研究走在世冥最前列的国家。网格的 研究最初是从科研机构开始的，美国的多家研究机构开展了与网格相关的研究工 作，开发了L e g i o n ，G l o b u s 等比较有影响的软件和工具。美国对网格的研究始于 九十年代中，仅在网格技术的基础研究上，美国政府每年投入的经费就高达5 亿 美元
19、。美国能源部( D O E ) 支持的科学网格( S c i e n c eG r i d ) 用6 2 2 M b p s 的E S N e t 网格连接了能源部的两台超级计算机，网格能力达到每秒5 万亿次，存储能力达 到1 3 千万亿字节。美国国家科学基金( N S F ) 支持的T e r a G r i d 将连接位于五个 不同地点的超级计算机，达到每秒2 0 万亿次的计算能力，并能存储和处理掉一千 万亿字节的数据。T e r a G r i d 最大的特点是连接网格的专用网络带宽将达到惊人的 4 0 G b p s 。美国物理网格G P N ( G r i dP h y s i c
20、sN e t W o r k ) 计划建立每秒千万亿次级别 的计算平台，用于资料密集型计算。美国军方正在实施的全球信息网格( O l C G l o b a lI n f o r m a t i o nG r i d ) ，预计在2 0 2 0 年完成。 不只是美国政府对网格作了大量研究，不少公司也积极参与。I B M 在2 0 0 1 年8 月宣布，将投入4 0 亿美元进行“网格计算创新计划”( G r i dC o m p u t i n g I n i t i a t i v e ) ，全面支持网格计算。m M 这一措施已经见效，它不仅成为G l o b u s 的 首席合作伙伴，还成为
21、O G S A 标准的制定者之一。 英国政府宣布投资一亿英镑，用以研发“英国国家网格”( u KN a t i o n a lG r i d ) 。 此外，欧洲还有D a t a G r i d 、U N I C O R E 、M O L 等网格研究项目正在展开。其中， D a t a G r i d 涉及到欧盟的2 0 几个国家，是一种典型的“大科学”应用平台。 日本N T T 资料公司联合I n t e l 、S G I 等公司，在2 0 0 2 年中期开展了为期6 个 月的网格计算试验。试验将连接日本家庭、企业和学术机构的1 0 0 万台P C ，集合 处理能力将达到每秒6 5 万亿次浮
22、点运算。2 0 0 2 年1 1 月，日本产业技术综合研究 所网格计算研究中心宣布，在由多台个人计算机通过网格连接组成网格计算的环 境下，实现了日美之间创纪录的7 0 7 M b p s 的数据传输。另外，印度也启动了建设 国家网格的计划。 在我国f 3 1 1 4 ，仅2 0 0 2 年公布的8 6 3 网格研究专项基金，就拨出了上亿元用于 “中国网格( C h i n a G r i d ) ”的研究。目前，已经完成的网格研究项目主要有清华 第一章绪论 大学的先进计算基础设施A C I ( A d v a n c e dC o m p u t a t i o n a lI n f r a
23、s t r u c t u r e ) 和中科院 计算所的国家高性能计算环境N H P C E ( 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 g E n v i r o n m e n t ) 。正在进行的网格研究项目有：上海多所大学参加的“上海教育科 研网格”、航天二院和清华大学共同开展的“仿真网格”和中科院计算所领衔开发 的“织女星网格”等。 网格构想的提出和当前全球正在兴起的网格方面的研究，使人们越来越清楚 地感受到一种信息社会新的基础设施正在出现，这种新的基础设施不仅可能带来 信息资源的获取、分布、传输和有效利
24、用的革命性、结构性变化，而且将从根本 上改变人们的研究方式、教育方式、生活方式和生产活动方式。 1 3 教育资源的网格需求 现代远程教育以互联网为载体，为无数学习者提供了快捷、方便的学习方式， 使学习超越了时间和空间的限制。但是当前的远程教育资源建设普遍存在如下一 些问题 5 j ：优质资源较少，存储分散，缺乏广泛的资源合作；远程教育标准不完 善，网络的异构( 从硬件到软件系统) ；教育资源不能大范围内共享、教学资源利 用率不高、重复开发现象严重；对资源检索的技术智能化水平不高；资源的获取 和应用及更新速度慢，动态适应性较差等。其中主要问题还是没有形成资源的有 效共享。 现代远程教育不断发展。
25、国内各大高校都在积极发展自己的网络学院，开发 了各自的信息平台，但是由于整个互联网的异构性( 从硬件到软件) ，导致形成了 一个个的信息孤岛，教育资源不能有效共享，应用服务之间不能进行互操作，学 生只能利用其中一个网络学院的资源进行学习，不能实现“以学生为中心”的教 育模式。 网格技术的出现，带来了解决问题的希望。因为网格的本质就是资源的全面 共享。网格技术应用到远程教育领域，将会最大限度地整合整个远程教育中的现 有资源，极大的改变现有远程教育的现状。如何将网格技术应用于远程教育中， 必须从理论上进行深入研究，从技术上进行不断探索。 1 4 主要研究工作 首先本文研究学习了网格的基本概念、体系
26、结构、关键技术。然后重点研究 现有的资源管理模型，和现有的资源查找算法。接着，本文在分析已有网格模型 的基础上提出了一种基于虚拟组织的教育资源网格模型；并依据此网格模型，设 计了四层网格资源管理模型，给出了资源管理模型的设计原则与目标，设计了每 4 基于O G S A 的教育资源管理研究 一层的主要功能，以及层与层之间的关系。最后，根据教育资源的特点和分类， 进行需求分析和系统功能设计，搭建网格开发环境，实现了教育资源的注册和查 找功能，为开发教育资源网格系统提供了一定的实践经验。 1 5 论文的组织结构 全文共分6 章。 第一章介绍了网格的技术背景和国内外研究情况，讨论了目前远程教育教学 中
27、存在的问题，提出了教育资源的网格需求和基于O G S A 构建教育资源网格管理 系统的必要性和现实意义。 第二章详细研究和阐述了网格的基本概念、网格体系结构及其关键技术。 第三章对网格中的资源管理部分进行研究，并分析了G T 3 的网格管理器。另 外对资源查找进行了研究，重点研究目前流行的三种资源查找算法，并分析比较 了三种算法的优缺点。为教育资源网格模型的提出提供了依据。 第四章首先介绍虚拟组织、教育资源、以及教育资源网格需求及发展现状的 内容，然后在分析并改进了现有网格模型的基础上，提出了教育资源网格模型。 根据提出的网格模型，设计了每个虚拟组织中中心服务器上的网格资源管理模型。 给出了资
28、源管理模型的设计原则与目标，并设计出每层的主要功能、以及层与层 之间的关系。 第五章使用G T 3 搭建的网格环境，使用E c l i p s e 工具、W e b 服务技术，使用 W S R e s o u r c ef a c t o r y 模式设计了基于O G S A 的教育资源网格管理系统，实现了资 源的注册与查找功能。深入了解了网格服务的开发和网格服务的使用过程。( 这部 分工作是与杜志源同学合作进行的。) 第六章对本文所做的工作进行总结并对进一步研究工作进行展望。 第二章网格体系结构及关键技术 第二章网格体系结构及关键技术 2 1 网格的基本概念 网格是一个新出现的事物，以下从网
29、格的概念，必备的特点，和网格的分类 几个角度简单阐述它。 1 网格的概念 美国阿冈( A r g o n n e ) 国家实验室的I a n F o s t e r 和C a r l K e s s e l m a n 于1 9 9 8 年在 ( T h eG r i d ：B l u e p r i n tf o ra N e wC o m p u t i n gI n f r a s t r u c t u r e ) ) 一书中把网格描述为1 6 ： “网格是构建在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、计算机、大型数据 库、传感器、远程设备等融为一体，为科技入员和普通老百姓提供更多的资
30、源、 功能和服务。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格则 能提供更多更强的功能，它能让人们共享计算资源、存储资源和其他资源。” 2 网格的基本特点 网格是一个在地理位置上广泛分布的基础设施，用户数量巨大，资源千差万 别，需求种类繁多，应用功能各异。网格要给用户、资源提供畅通的渠道，提供 安全、高效、高质量的服务，必须具备如下的基本特点 2 1 ： 虚拟性。网格中的资源和用户都要经过抽象，把实际的用户和资源虚拟化 为网格用户和网格资源。网格用户使用标准、开放、通用的协议和界面，可以访 问网格中的各种资源，但是实际的用户和物理资源是相互不可见的，资源对外提 供的只是一个虚拟化的
31、接口。 共享性。网格中的各种资源都能够被共享使用，网格是一个提供资源共享 的场所。网格中的多个用户不仅能够共同的使用网格中的一个资源，网格中的一 个用户也可以同时使用多个网格资源。 集成性。网格把地理位置上分布的各种资源集成在一起，成为一个有机的 整体，协调分散在不同地理位置的资源使用者。用户不仅可以使用单个资源提供 的功能，而且能够联合使用多个资源的合成功能。网格可以集成来自不同管理域、 不同管理平台、具有不同能力的资源。 协商性。网格支持资源的协商使用，资源请求者和资源提供者之间可以通 过协商得到不同质量的服务，从而满足不同的实际需求。通过协商，请求者和提 供者之间还可以建立专用的服务接口
32、，提供突出的个性服务。请求者可指定系统 响应时间、数据带宽、资源可用性、安全性等各种要求，得到非平凡的服务质量， 使得整体系统能提供的功能大于各个组成部分的功能之和。 6 基于O G S A 的教育资源管理研究 3 网格的分类 网格是一个系统，所以包括主体客体两种实体： G = I s ，0 ，P 网格= 主体，客体，网格策略) 网格主体是网格活动的驱动者，是网格中具有自主活动能力的实体。网格中 的活动指令都是由网格主体发出的。网格活动的指令，可以由以下两种实体发出： 一网格用户：此实体需要友好的用户接口。 一网格应用：此实体通过应用程序访问网格。 网格客体是网格中不具有自主活动能力的实体，是
33、网格活动进行的场所，操 作实现的工具等。网格客体需要网格主体的驱动才能进行相应的动作，根据请求 内容为请求者提供相应的服务。网格客体是所有可以被主体请求使用的对象。包 括硬件、软件、数据、信息、计算节点、设备、程序、数据、服务、硬盘，内存， 计算周期等等。 网格策略表示网格主体和网格客体之间的关系。描述“哪个主体，在什么时 候，对哪个客体进行什么操作。”包括网格中各种规则的制定、表述、执行等，是 一个完整的集合实体，覆盖网格的各个侧面，安全策略、访问策略、共享机制等 是其重要内容。 可以根据网格主体、客体、网格策略不同对网格进行分类。 1 按网格客体分类 按照网格客体的不同层次，可以将网格分为
34、： 资源网格：包括平时说的计算网格和数据网格。直接坐落在万维网之上，为 上层应用提供数据层面的连通和共享。 信息网格：坐落在网格操作系统之上，主要功能是为上层应用提供信息的无 缝共享。包括信息数据库的构建、信息的发现、连通、处理等。 知识网格：坐落在信息网格之上，是网格的高层应用，主要功能是从底层的 数据和信息中发掘知识，处理知识，应用知识。 三个从低到高的层次，分别对应于处理内容为资源，信息，知识层次的网格。 处在不同层次上的用户，可以在相应的层次上使用网格，每一层都有与该层提供 的功能相一致的接口。 根据客体对象的不同，可以把网格分为： 数据网格：共享的基本单位是数据，主要解决数据共享的问
35、题。 计算网格：共享的基本单位是计算资源。为用户提供共享资源的良好接口和 机制。 服务网格：共享的对象是服务，以服务的形式提供共享手段。在服务网格中， 人们可以把不同的资源经过封装，用服务的形式提供给网格主体使用。 2 按网格主体分类 第二章网格体系结构及关键技术 如果把作为网格主体的网格用户作为分类的标准，最自然的分法就是把网格 用户按照应用领域的不同分成不同的类。因此按照主体的一种分类方法就是把网 格分为面向不同应用领域的网格。应用网格有科学研究网格( 如美国的网格物理 学网格( G r i d P h y s i c s N e t w o r k ) 和欧洲的数据网格) 、地震系统网格
36、、军事网格、 物理网格、游戏网格( 如蝴蝶网格b u t t e r f l y n e t 由蝴蝶公司和I B M 共同开发的游 戏网格) 、教育网格、访问网格( 支持人们之间交互资源的集合。着眼于“组”访问 网格。支持协同工作会话大规模分布式会议) 等。 3 按照网格策略分类 按照网格策略分类比较模糊，还没有人深入研究。网格策略的含义很广，面 向对象研究领域的网格都可以通过策略的不同加以区别。比如P 2 P 计算、计算网 格、W e b 服务等的差异都体现在共享策略上。P 2 P 的重点在于通信双方的直接联 系，计算网格则强调双方的相互理解，需要有中间的沟通渠道，而在W e b 服务中，
37、用户只能通过服务的方式使用资源。 2 2 网格体系结构 体系结构的英文是“a r c h i t e c t u r e ”，其含义是“建筑术”、。结构”的意思【7 】。 在的现代汉语词典中，对结构是这样定义的：1 各个组成部分的搭配和罗列。 2 建筑物上承载重力或外力部分的构造。要建造一所房子必须对房子的结构、布 局进行规划，最后才能建成。否则，漫无目的的开工，最后可能搞到什么都不是。 网格是一个非常庞大而且复杂的系统。网格建设者的数量，网格中的资源数 量以及网格用户的数量都是非常巨大的。因此网格系统的构建，需要非常精心的 规划，建立起网格体系结构，然后按照规划去建设，才能建设出能够实际应用
38、起 来的网格。 网格体系结构里应该确定基本的系统组建即关键的要素部分，指定这些组件 的目的和功能，并说明这些组件同其他组件是如何协调起来组成一个统一的网格 体系，从而完成对外服务的。 显然，网格体系结构是网格的骨架和灵魂，是构建网格应用的基础，只有建 立合理的网格体系结构，才能设计好建造好网格，才能使网格有效地发挥作用。 2 2 1 网格体系结构的概念 网格体系结构就是关于如何建立网格的技术，它包括两个层次的内涵。一是 要标识出网格系统由哪些部分组成，清晰地描述出各个部分的功能、目的和特点。 二是要描述网格各个组成部分之间的关系，如何将各个部分有机地结合在一起， 基于O G S A 的教育资源
39、管理研究 形成完整的网格系统，从而保证网格有效地运转，也就是将各个部分进行集成的 方式或方法。 F o s t e r 将网格体系结构定义为i s “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”。 网格体系结构不仅需要强调组件与组件之间的相互作用，还要求说明各个部 分如何集成为一个整体以及通过何种机制实现整体的功能，这在设计网格时是必 须考虑的问题。 到目前为止，最重要、最有影响力的网格体系结构有两个，一个就是F o s t e r 等在早些时候提出的五层沙漏结构【8 1 ，然后就是以I B M 为代表的工业界的影响下， 在考虑到W e b 技术的发展与影响后
40、，F o s t e r 等结合W e b 服务提出的开放网格服务 结构O G S A 【9 1 ( O p e nG r i dS e r v i c e s A r c h i t e c t u r e ) 。 2 2 2 五层沙漏结构 五层沙漏结构可以看作是一个以“协议”为中心的体系结构，并十分强调服务、 A P I ( A p p l i c a t i o nP r o g r a m m i n gI n t e r f a c e s ) 和S D K ( S o t t w a r eD e v e l o p m e n tK i t s ) 的重要性。 五层沙漏结构中的几
41、个概念【1 0 】； 1 共享 在五层沙漏结构中，共享的概念不仅仅是交换文件，而更加强调对计算机、 软件，数据以及其他资源的直接访问。而且这种共享必须是高度受控制的，需要 在资源控制者和使用者之间小心的定义什么是可以共享的，那些人可以共享，在 什么条件下可以共享。而“虚拟组织”就是基于这样的一些共享规则，由一些个 人和团体形成的集合体。这里的共享关系存在三种基本的形式，即客户端服务器 ( C S ) 的共享、端到端( P 2 P ) 的共享以及代理( P r o x y ) 共享。网格具有动态性 特点，这也决定了此处的共享还是一种随时间变化的动态的共享，而非静态的共 享。 2 互操作 五层沙漏
42、结构中的另一个重要概念是互操作，而前面讲共享定义为对各种资 源的直接访问，目的就为了支持互操作。共享关系需要在任意的组织、团体之间 在一开始就建立，可以动态增加新的成员，并且可以跨越不同的平台、语言和编 程环境。此种情况下，如果要进行互操作，必须提供一种互操作机制。没有互操 作性，虚拟组织应用和成员被迫采用双边共享安排，此时不能确保任何两个节点 间使用的机制能够被其它节点使用，从而，无法构成动态的虚拟组织，虚拟组织 的种类也受到了严格的限定。 第二章网格体系结构及关键技术 9 3 协议 网格体系结构必须确保共享的关联能够开始于任意潜在的成员，并能够动态 的处理新加入网格体系的结点，能跨越不同的
43、平台、语言和编程环境，否则，就 达不到全面共享目的。共享意味着可以进行互操作，互操作性就意味着共同的协 议。网格体系结构必须要为信息交换提供一种通用的协议和语言以实现全面的资 源共享。 协议的定义指定了分布式系统的元素和其它元素如何配合以实现特定的功 能，以及配合过程中信息交换的结构，如图2 1 所示。它着眼于外部的交互丽不 是内部的软件实现。 图2 1 协议定义的两个方面 虚拟组织是不固定、动态变化的，因此，用于发现资源，确定身份，决定授 权，和开始共享的机制必须灵活和具有小的开销，这样，资源共享关系才能够被 迅速的建立和修改。另外，虚拟组织是完善而不是代替现有的机构，共享机制不 能要求对本
44、地策略有任何改变，必须允许独立的资源所有者继续对自己资源进行 核心的控制，而协议只控制元素间的交互而不是组件的实现，从而使本地控制受 到保护。开放的、标准的体系促进了可扩展性、互操作性、轻便性和代码公用， 而标准协议正是使得对提供再增强能力的标准服务的定义更加简单化。 4 服务 五层沙漏结构的服务由它使用的协议和实现的行为来定义，如图2 2 所示。 标准协议还使得定义标准服务更加容易。 图2 2 服务定义的两个方面 而标准的服务定义( 定义如何授权使用计算能力、数据、发现资源、协同调 度等) ，提高了对虚拟组织参与者提供的服务的质量、使虚拟组织参与者得到更多 的服务、并且也屏蔽了特定的资源细节
45、对虚拟组织发展的影响。五层沙漏结构中， 同时还提供A P I 和S D K ，使得在建立网格应用时可以简化编程。 1 0 基于O G S A 的教育资源管理研究 5 A P I S D K 除了互操作性、协议、服务以外，开发者必须开发在动态和复杂的实现环境 中稳定的应用软件。用户必须能够使用这些软件。软件的正确性、开发成本、维 护成本，都具有重要的值得关心的地方。由此五层沙漏结构提供了建造A P I 和软 件开发工具包，以提供创造一个可用网格所必须的编程工具。 标准库、A P I s 、S D 风能够加速代码的开发工作，实现代码共享，增强应用 的移植性，以及减少实现应用的开销，但他们只是协议的
46、附件，而不是协议的替 代物。对网格体系来说，协议和服务的定义是第一位，A P I 和S D K 是第二位。 6 沙漏形状 五层沙漏结构是一种影响十分广泛的结构，主要特点是以“协议”为中心， 强调协议在网格的资源共享和互操作中的地位，其结构简单、层次清楚。 五层沙漏结构图如图2 3 所示，从上到下可以划分为五层，分别是应用层、汇 聚层、资源层、连接层和构造层。 沙漏核心的思想可以和微内核的操作系统进行类比，即操作系统只实现一些 关键的基本功能，而把大量与特定设备有关和与应用有关的部分交给其他部分来 完成。一个小的核心有利于移植，也可以比较容易地实现和得到支持。资源是多 样的，应用需求更是复杂多变
47、的，所以定义一个核心部分的意义是重大的。核心 的部分，既要实现上层各种协议向自身协议的映射，同时又要实现自身协议向下 层协议的映射，并且核心协议在所有支持网格计算的地方都应该得到支持，因此， 核心协议的数量要少。由此就造成了这种沙漏式的结构，其细腰部分就是核心协 议所在。资源层和连接层共同组成了核心瓶颈部分。 图2 3 五层沙漏结构分层图【1 0 1 7 层次划分 为了便于理解，可以将该结构这五层与广为使用的T C P I P 网络协议结构进行 第二章网格体系结构及关键技术 粗略的对比，如图2 4 所示。 五层沙漏结构 I j 应用层 廖 店 一 l 忙聚层目 1 震 “ l ”一 资源层 目
48、 # ? 一 、 ，嗣 连接层 目 T C M P 囊 应用层； 誊 赣 传输层镕 ! 一1 。r ? ， 网络层 ，瑚 一 ， 链接层 I 图2 4 五层沙漏结构与T C P ，I P 协议的对比 下面对这五层的功能和特点分鄹进行描述。 ( 1 ) 构造层 最底层是构造层( F a b d c ) ，构造层面对的是一个个具体的物理或逻辑资源， 它通过对这些局部资源的管理，向上层提供对这些资源的管理和控制界面。构造 层资源可以是一个比较复杂的系统，比如由多台微机通过系统级网络连接形成的 机群系统，在机群系统的内部，为了实现通信和管理，必须有自身的协议，这种 协议是内部协议，或者分布式计算池等在
49、实现过程中都可以有自己的内部协议。 另外网络的资源非常丰富，并且如果构造层资源提供的功能越丰富，则构造层资 源可以提供的高级共享操作就越多；如果构造层资源提供的功能较少，则网格结 构的组织就可以比较简单，实现起来也相对容易一些。 ( 2 ) 连接层 构造层的上层是连接层( C o n n e c t i v i t y ) ，它主要是为下层的物理资源提供安全 的数据通信能力，这是资源之间进行互操作的前提，连接层使得孤立的单个资源 建立了联系。连接层的基本功能是实现相互的通信。如图2 5 所示，它定义了网 格的网络处理需要的核心通信和认证协议，用于网格的网络事务处理之中。 冒 图2 5 链接层协议组成与层次关系 通信协议允许在构造层资源之间交换数据，要求包括传输、路由、命名等功 哥 1 2 基于O G S A 的教育资源管理研究 能。在实际中这些协议大部分是从T C P 口协议栈中抽取的，比如网络层( I P , I C M P ) ，传输层( T C BU D P ) 和应用层( D N S ，O S P F , R s v P ) 。建立在通信服务之 上的认证协议提供加密的安