（计算机应用技术专业论文）基于校园网格目录服务应用研究.pdf

长春工业大学硕士学位论文 摘要 在各个高校中，信息管理系统和网络资源发挥着巨大的作用。然而这些系统在构 建时缺少全局的规划，系统结构、数据结构、操作平台、存取方式等都不同，致使系统 之间很难进行数据交换和资源共享。网格把通过通信手段连接起来的分布的资源无逢 集成为一个有机的整体，提供计算资源、存贮资源、数据资源、信息资源、知识资源、 专家资源、设备资源的全面共享，使得闲散的资源被充分利用起来，让资源共享和协 同问题求解能够在一个动态的、多机构的虚拟结构中进行，为人们提供更多的功能和 交互性。在网格技术中，资源管理是关键技术之一，而目录服务又是资源管理系统最 重要的底层技术之一。因此，重点对校园网格目录服务进行了研究。 本文针对校园网环境下资源多、范围广、异构性强的状况首先提出了面向服务的 校园网格层次式系统架构和服务访问模型。为了提高系统的扩展性、稳定性和服务的 高效性，利用作为目录服务现行标准的轻型目录访问协议l d a p 构建了边缘一骨干层次 式目录服务系统。然后，对其： 作模式、结构以及目录的描述、备份、容错、聚合、 分割、复制、定位、更新等都进行了深入的研究。本文描述了边缘目录服务器和骨干 目录服务器的功能及所存储的数据结构，并对目录的融合和系统信息管理模式进行了 探讨和设计，编写了与系统结构相适应的服务发现算法。在系统中，目录信息的安全 性管理是十分关键的，因此从用户认证、数据完整、数据保密、用户授权四方面对系 统安全进行了探讨。 网格是未来的研究热点之一，目录服务是一项不断发展的技术。随着网格目录服 务技术的不断完善，它将因为拥有关系数据库所无法比拟的一些优势而得到更广泛的 应用。 关键词：服务网格；目录服务；l d a p ；目录集合 长春工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t i ne a c hu n i v e r s i t y ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m sa n dn e t w o r kr e s o u r c e sa r ep l a y i n g t h eh u g er o l e h o w e v e r , t h e s es y s t e m sl a c kg l o b a lp l a nw h e nt l l e ya r ec o n s t r u c t e d s y s t e m s t r u c t u r e ，d a t as t r u c t u r e ，o p e r a t i n gp l a t f o r m , a c c e s sm e t h o da n ds oo na r ea l ld i f f e r e n t ，f o r w h i c hi t i sv e r yd i f f i c u l tt h a td a t ae x c h a n g i n ga n di n f o r m a t i o ns h a r i n ga r ec a r r i e do i lt h e s y s t e m t h eg r i 正t h r o u g hw h i c ht h ed i s t r i b u t e dr e s o u r c e sc o n n e c t e db yt h em e a n so f c o m m u n i c a t i o nw e r ei n t e g r a t e di n t oa no r g a n i cw h o l e ，p r o v i d e st h ec o m p r e h e n s i v es h a r i n g o fc o m p u t a t i o n a lr e s o u r c e s ，m e m o r yr e s o u r c e s ，d a t ar e s o u r c e s ，i n f o r m a t i o nr e s o u r c e s ， k n o w l e d g er e s o u r c e s ，e x p e r tr e s o u r c e s ，e q u i p m e n tr e s o u r c e s1 2 1 ，m a k e sf u l ll l s eo ft h ef r e e r e s o u r c e s ，e n a b l e st h ep r o b l e mo fr e s o u r c e ss h a r i n ga n do fh a r m o n i o u sc o o p e r a t i o nb e s o l v e di no l l eh y p o t h e s i z e ds t r u c t u r eo fd y n a m i ca n dm u l t i o r g a n i z a t i o n , a n dp r o v i d e sm o r e f u n c t i o n sa n dm o r ei n t e r a c t i v ef o rp e o p l e a m o n gm o s tg r i dt e c h n o l o g i e s ，t h er e s o u r c e m a n a g e m e n ti st h ek e yo n e ，a n dd i r e c t o r ys e r v i c ei st h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g yi ni t s b o t t o m s o ，t h ei m p o r t a n tn l i n gi st h er e s e a r c ha tt h ed i r e c t o r ys e r v i c eo f c a m p u s 鲥d i nv i e wo fs t a t e st h a tt h e r ea l - et o om a n yr e s o u r c e si nt h ec a m p u sn e t w o r k e n v i r o n m e n ta n dt h e yi n v o l v e st o ow i d c l ya n di st o oh e t e r o g e n e o u s 1 a y e r e ds y s t e m c o n s t r u c t i o no fs e r v i c e - - o r i e n t e dc a m p u sg r i da n dt h es e r v i c e - a c c e s s e dm o d e la r ed e s i g n e d i nt h i sp a p e r i no r d e rt oe n h a n c et h ee x t e n s i o n , s t a b i l i t ya n dp e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m ，t h e e d g e - b a c k b o n el a y e rd i r e c t o r ys e r v i c es y s t e mi sc o n s t r u c t e db ym e a n so fl d a pw h i c hi s l o o k e da st h ep r e s e n ts t a n d a r do fd i r e c t o r ys e r v i c e t h e n , i t sw o r k i n gp a t t e r n , s t r u c t u r e ，a n d d e s e d p t i o n , b a c k u p ，f a u l t - t o l e r a n t ，a g g r e g a t i o n ，d i v i s i o n , d u p l i c a t i o n , l o c a l i z a t i o n , r e f r e s h i n g o fd i r e c t o r ya n ds oo na r ea l lw o r k e do v e r i nt h i sa r t i c l e ，t h ef u n c t i o no fe d g ed i r e c t o r y s e r v e r , t h eb a c k b o n ed i r e c t o r y l w e l a n dt h ec o n s t r u c t i o no fd a t as t o r e di ne a c ha r e d e s c r i b e d a l s o ，t h ed i r e c t o r yi n t e g r a t i o na n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tp a t t e r no ft h es y s t e m a r ed i s c u s s e da n dd e s i g n e d a d a p t i n gw i t ht h e s y s t e ms t r u c t u r e ，as e r v i c ed i s c o v e r y a l g o r i t h mi sc r e a t e d i nt h es y s t e m ，t h es e c u r i t ym a n a g e m e n to fd i r e c t o r yi n f o r m a t i o ni s e x t r e m e l ye s s e n t i a l t h e r e f o r e ，t h es y s t e ms e c u r i t yi sd i s c u s s e da b o u tf r o mf o u ra s p e c t s i n c l u d i n gu s e ra u t h e n t i c a t i o n , d a t ai n t e g r i t y ，d a t as e c u r i t ya n du s e ra u t h o r i z a t i o n t h eg r i dw i l lb eo n eo f h o t s p o t so f r e s e a r c hi nf u t u r ea n dt h eg r i dd i r e c t o r ys e r v i c ei sa d e v e l o p i n gt e c h n o l o g y a l o n gw i t hi t sp e r f e c t i o n , i tw i l lb ea b l et oo b t a i na m o r ew i d e s p r e a d a p p l i c a t i o nb e c a u s eo f i t ss u p e r i o r i 哆w h i c ht h er e l a t i o n a ld a t a b a s ec a nn o tc o m p a r e 诵t h k e y w o r d s ：s e r v i c eg r i d ；d i r e c t o r ys e r v i c e ；l d a p ；d i r e c t o r y a g g r e g a t e d 长春工业大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经 发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：名含。l 虱；龟 日期：2 呻o 一7 年；月；。日 长春工业大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 网格的引入 随着社会的进步和科学技术的发展，计算机使我们进入了信息时代。计算机和通 信技术结合所产生的计算机网络，越来越广泛而深入地影响着我们的学习、工作、生 活等方面，也给我们的交流手段、思想观念带来了巨大革新。然而，人们发现，现在 的计算机网络还存在很多不足：有大量的计算机资源处于空闲状态的同时，又有不少 的应用问题由于没有足够的计算资源可供使用而无法求解。于是，人们开始在这方面 不断努力，先后产生了并行计算技术、集群技术、分布式计算技术等，但这些技术都 只能帮助人们使用一定范围( 即一个管理域) 的计算资源，共享的资源很有限，聚合 的整体力量也不够强。随着国际互联网和万维网技术的成熟和推广使用，人们产生了 把国际互联网资源集成起来使用的想法，人们想利用已有的国际互联网设施建立一种 新的基础设旌，把世界上的各种计算资源集成在一起，为世晃范围的用户提供使用这 些资源的良好接口，这种新的基础设施就是网格。 1 2 网格的发展史 网格的发展经历了三个阶段：第一阶段是网格的萌芽阶段，开始于2 0 世纪9 0 年 代早期，研究内容是关于千兆位网试验床以及一些元计算方面的工作；第二阶段是一 些早期的试验，时间大概是2 0 世纪9 0 年代中期到晚期，出现了一些比较重要的开创 性和奠基性的研究项目，比如i w a y ，g l o b u s ，l e g i o n 等；目前是网格计算的第三阶 段，也是迅速发展阶段，关于网格的研究、开发和应用项目大量涌现，出项了影响很 大的全球网格论坛，同时网格计算也不再仅仅局限于科学研究，工业界与学术界开展 了广泛联盟，正致力与使网格计算在更广泛的领域得到推广和应用。d a v i d 等人把网格 按照技术发展的顺序分为三代。1 ： 第一代网格大致是1 9 9 5 年以前的网格。典型代表是f a f n e r ( f a c t o r i n gv i a n e t 鬻o r k e n a b l e dr e c u r s i o n ) 和i w a y 两个项目。这个时期的网格都是把超级计算机 节点连接起来，为高性能应用提供计算资源，元计算的概念就是在这个时期提出来的。 两个代表项目尽管在许多方面存在着差异，但是要克服的困难却是大致相同的，都要 解决通信、资源管理和远程数据管理的问题。f a f n e r 发展之后出现了s e t i h o m e 和 d i s t r i b u t e d n e t 等项目，i w a y 发展之后出现了g l o b u s 和l e g i o n 等项目。 第二代网格的大致时间是从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年，典型代表是g l o b u s 、l e g i o n 等项 目，尤其是g l o b u s 工具集的开发和应用，对网格的研究和发展起了显著的推动作用。 这个时期的网格要解决的问题涉及网格的异构性、可扩展性、适应性等，网格安全也 被提到了很高的高度，这个时期的主要工作是支持大规模数据和计算的中间件的开发， 长春工业大学硕士学位论文 人们逐渐认识了计算网格，建立了面向协议和模块的网格体系结构。 第三代网格的典型代表是万维网服务和开放网格服务结构。万维网服务是面向商 业领域的计算框架，作为万维网框架中的基本技术，简单对象访问协议( s o a p ) 、万维 网服务描述语言( w s d l ) 和统一集成、描述和发现( u d d i ) 规范获得了业界的普遍支 持。这个阶段网格的主要特点是面向服务的网格结构，2 0 0 2 年2 月发布的开放网格服 务结构( 0 6 s a ) 把万维网服务和计算网格结合起来，建立了以服务为核心的网格结构。 1 3 网格技术简介 传统互联网实现了计算机硬件的连通，w e b 实现了网页的连通，w e b 服务实现了程 序和程序之间的共享，而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通。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，让资源共享和协同 问题求解能够在一个动态的、多机构的虚拟结构中进行，为人们提供更多的资源、功 能和交互性o 】。 1 3 1 网格技术所要解决的主要问题 1 资源共享 这是网格计算需要解决的一个核心问题，也是网格计算的主要目的，没有资源共享 就没有网格计算，网格计算需要对不同地理位置的、随时间动态变化、类型多种多样 的、隶属不同组织和单位的网格资源实现有效共享。资源共享包括以下三个方面： ( 1 ) 异构性：由于网格是由分布在广域网上不同管理域的各种计算资源组成，怎 样实现异构机器间的合作和转换是首要问题： ( 2 ) 扩展性：要在网格资源规模不断增长的情况下，不降低性能： ( 3 ) 动态自适应性：在网格计算中，某一资源出现故障或失败的可能比较高，资 源管理必须能动态监视和管理网格资源，从可利用的资源中选取最佳资源服务。 2 高性能与界面友好 网格计算必须提供高质量的服务，这包括提供的计算性能要高，要能够使问题的 合作求解具有很高的效率，合作的方式和方法要比传统的方式更方便，更有效。 3 安全 安全问题涉及网格系统的方方面面，包括一次认证问题、授权问题、在实现资源 共享的同时如何实现保密的问题、如何防止对整个网络或网格的部分资源进行有意或 无意的攻击破坏等等。 1 3 2 网格技术的主要特征 网格计算系统与分布式系统相比有很多相同的特征，但二者又有着非常重要的区 别。与分布式系统类似，位于多个管理域下的超级计算机通过不可靠的网络进行连接， 长春工业大学硕士学位论文 并且需要对分布的动态资源进行集成。但是网格计算系统对高性能的要求使其编程模 型及接口与分布式系统有极大的差别，网格计算系统作为并行系统还需要进行超级计 算机之间的通信调度以满足应用对性能的要求，然而由于网格计算系统的异构性以及 动态性，现有的并行计算技术不能很好地适应这种需求。 一般而言网格计算系统具有以下几个特征“1 ： 1 扩展性：网格计算系统初期的规模较小，随着超级计算机系统的不断加入，系 统的规模随之扩大。 2 系统多层次的异构性：构成网格计算的超级计算机有多种类型，不同类型的超 级计算机在体系结构、操作系统及应用软件等多个层次上具有不同的结构。 3 结构的不可预测性：与一般的局域网系统和单机的结构不同，网格计算系统由 于其地域分布和系统的复杂使其整体结构经常发生变化。 4 动态和不可预测的系统行为：在传统高性能计算系统中，资源是独占的，因此 系统行为是可以预测的，而在网格计算系统中，资源的共享会造成系统行为和系统性 能经常变化。 5 多级管理域：由于构成网格计算系统的计算机资源通常属于不同的机构或组织 并且使用不同的安全机制，因此需要各个机构或组织共同参与解决多级管理域的问题。 对于网格计算系统来说，最根本的问题是实时获得系统结构和状态信息，通过这 些信息对网格进行配置，并能实时获得计算资源的状态信息。 1 3 3 网格计算系统的关键技术 网格计算系统的关键技术包括以下几个方面： 1 网格技术 研究提高网络的性能、可靠性和容错性，为桌面机提供一个高带宽的通信系统， 高速通信协议和通信服务质量保证技术对网格计算系统的研究都非常重要。 2 网格核心服务技术 网格核心服务技术非常重要，它是连接网格地层功能的纽带，是协调整个网格系 统有效运转的中枢，它主要包括：高性能调度技术、高吞吐率的资源管理技术、性能 数据收集、分析、与可视化技术、安全技术。 3 高效可扩展的分布式并行计算系统 为了使用户能够透明的使用网络资源，需要建立一个高效的、可扩展的分布式计 算环境，并以此为基础提供各种高级的服务。 4 面向用户的程序设计模型 为了能够充分发挥网格计算系统的特点，需要为网格系统设计有效的程序设计模 型来充分利用资源，面向对象技术将会是主要的实现技术之一。c o r b a 、j a v a 或者w e b 等技术的分布式对象技术适合于建造复杂的计算对象和移动计算对象。 长春工业大学硕士学位论文 5 可视化技术 在网格计算中的可视化技术使用图形图像等手段描述网格系统中资源和任务的行 为、状态和结构，为网格计算系统的资源管理、作业调度和数据传输提供帮助。 6 大型科学应用计算研究 网格计算系统的目的是充分利用网络上的各种资源来支持大型的并行分布计算， 因此对应用的研究也就同时展开，由应用驱动来提出网格计算系统的功能和技术要求， 并验证其技术途径和技术实现的有效性。 7 高效的程序编译模型和执行引擎 传统情况下，应用程序在执行前需要编译成面向某平台的可执行代码，这些本地 代码的平台相关性决定了他们不能跨平台执行，这使得程序在异构环境下的执行和资 源的使用受到了一定的限制，解决这个问题的方法是使用平台无关的中间代码，由于 中间代码通常是解释执行的，因而执行的效率比较低，为了解决这些问题，需要对程 序的编译模型和执行引擎进行解决平台无关性和执行效率之间的矛盾。 1 3 4 网格计算系统的体系结构 1 五层沙漏结构 五层沙漏结构是一种影响较为广泛的网格结构模型，其主要特点就是简单明确，侧 重于定性的描述，而不提供严格的规范。在五层沙漏结构中，从上至下依次为：构造层 ( f a b r i c ) 、连接层( c o n n e c t i v i t y ) 、资源层( r e s o u r c e ) 、汇聚层( c o l l e c t i v e ) 以及 应用层( a p p l i c a t i o n ) 。在此结构中，一个最重要的思想就是以层次化的“协议”为中 心，同时也突出服务和a p i s d k 的作用。用于网格应用开发的g l o b u st o o l k i t ( 主要是2 0 及其以前版本) 对五层沙漏结构有着比较完善的支持和实现。 2 o g s a 开放网格体系结构 作为一种应用网格体系规范，开放网格服务体系结构o g s a ( 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 ) 是对五层沙漏结构的完善和发展。相对于五层沙漏结构，o g s a 强调以“服 务”为中心。在五层沙漏结构中也突出了“服务”的概念，但主要是指被共享的各种物 理资源。而在o g s a 中，服务所指的内容非常广泛，包括各种计算资源、存储资源、数据 资源、信息资源、软件资源等，即一切都是“服务”，也就是“网格服务”( g r i ds e r v i c e s ) 。 o g s a 符合标准的w e b 服务框架，可以说它是网格最新研究成果与w e bs e r v i c e s 技术相融 合的产物。在o g s a 规范中，网格服务本身是一种w e b 服务。该服务提供了一组被明确定 义的接口，这些接口遵守特定的惯例，解决网格中服务的发现、服务的动态创建、生命 周期管理、消息通知机制等关键性问题。这样，网格就可以看作是具有可扩展性能的网 格服务的集合。在o g s a 应用中，网格服务能够以不同的方式聚合起来，以满足各种虚拟 组织的特定需要。 4 长春工业大学硕士学位论文 1 4 网格目录服务的研究意义 在资源共享方面，网格作为互联网的又一次飞跃，被人们寄予了厚望。人们期待 将来的网格能够最大限度的共享能够互连的所有资源，这里的“资源”是一个将多样 性和分布性融为一体的设备、人员和信息以及服务的集合。在管理对象上，面对是不 同类型的异构资源，包括了用户个人信息、用户账号信息、硬件设备状态、安全控制 信息、应用程序的配置和服务的状态、权限设置等相关信息；在管理的范围上，这些 资源将不会再限于一个集中的管理域中，他们无论在物理位置还是逻辑关系上都存在 着分布性。针对这些复杂的资源，网格系统中使用目录服务来解决这个问题。目录服 务是指使用一个用于访问、管理或配置网络资源信息的特殊数据库把网络环境资源在 物理位置上的分布与逻辑上的集中式管理和访问控制相统一，减轻管理负担；同时支 持资源信息的分布式存储和自动备份，提供系统的可靠性和可扩展性。目录服务是为 有效的集成管理网络目录中的信息提供服务，是支持网络系统的重要底层技术之一“1 。 长春工业大学硕十学位论文 第二章校园网格系统的设计 我国高校校园网建设已经普及，其应用也在不断扩展，主要目的都是要实现全校 的教学、科研、财务、设备及学生等的统一管理。然而这些系统在构建时，缺少全局 的规划，系统结构、数据结构、操作平台、存储方式等都不同，致使系统之间很难进 行数据交换和信息共享，形成了“信息孤岛”。而网格正是为解决信息和资源共享 而出现的新技术，应用它可以把校园网整合成一台巨大的计算机，实现计算、存储、 数据、信息、知识、专家等资源的全面共享。 网格开始于计算网格，数据网格、服务网格是在此基础上发展起来的。计算网格 实现计算资源、网络资源、存储等资源的共享，并没有考虑数据资源，数据网格对此 进行了很好的扩展。而服务网格则把一切资源( 包括计算机、程序、数据、仪器设备 等) 包装成服务，更有利于通过统一的标准接口来管理和共享网格上功能各异的资源。 w e bs e r v i c e 提供了一种基于服务的框架结构，但是，w e bs e r v i c e 面对的一般都是 永久服务，而在网格应用环境中，大量的是临时性的短暂服务，比如一个计算任务的 执行等。考虑到网格环境的具体特点，o g s a ( 开放网格服务体系结构) 在原来万维网 服务( w e bs e r v i c e ) 概念的基础上提出了网格服务0 1 ( g r i ds e r v i c e ) 的概念，用于 解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题”3 。因此， 基于o g s a 我们开展了面向服务的校园网格的研究与设计。 2 1 校园网格系统的拓扑结构 为有效的实现校园网信息和资源的共享，设计了面向服务的校园网格系统的拓扑 结构如图2 1 所示。 图2 - 1 校园网格系统的拓扑结构 6 长春工业大学硕士学位论文 2 1 1 分层结构 校园网格系统结构上分3 层，其中： 第1 层：主干网格服务t g s ( t r u n tg r i ds e r v e r s ) 。在这一层中各个节点是各个 地域网格管理的服务器，代表各地域网络到网格系统g s ( g r i ds y s t e m ) 的应用接口； 第2 层：校园网格服务c g s ( c a m p u sg r i ds e r v e r s ) 。在这一层各节点是各个学校网 格管理服务器，代表各学校网络到学校网格系统的应用接口； 第3 层：注册的服务提供者或注册用户( 服务请求者) 。由于一台计算机可以是一 个服务的提供者，同时它还可以是一个注册用户，所以将它们进行统一的管理，这样 可以提高整个系统的相对安全性。 2 1 2 各层节点之间的关系 在第三层中，服务提供者是提供服务功能的实体，等待为其它服务和用户提供自 己的功能；用户是服务功能的使用者，他向服务提供者发送服务请求消息，请求使用 服务。服务中介是将服务请求者和合适的服务提供者联系在一起的管理者。在服务生 命周期中，有发布、发现、绑定三个阶段。服务提供者向中介者“发布”开发并部署 好的服务是为了让用户或其它服务知道它的存在和相关信息，请求者从服务中介者那 里“发现”服务是要找到适合自己需求的服务，经过发现后，服务提供者和服务消费 者就绑定在一起，提供者与请求者之间就建立了紧密的联系。在第二层中，c g s 是第三 层的中介者，同时又是第一层的服务提供者或服务请求者。在第一层中，各个结点t g s 可以是服务提供者，也可以是服务使用者，它们由个注册中心。( 例如u d d i ) 来管 理，这个注册中心在逻辑上是个统一的整体，在物理上则是以分布式系统架构实施的， 不同结点之间采用对等网络结构实现，因此访问其中任意一个结点就基本访问了整个 注册中心。 2 2 面向服务的网格框架模型及访问过程 2 2 1 服务网格框架模型 服务网格的最大特点就是把一切资源包装成服务，其核心问题就是怎样生成服务， 并最终提供给所需用户。根据开放网格体系结构( o g s a ) 思想，参考文献”3 设计了服 务网格框架如图2 2 所示。 资源池：包括系统的所有资源( 动态变化) ，资源可以根据类型划分成多个组。 网格核心中间件w s r f ：实现与资源池和服务池的双向通讯，通过网格核心中间件 w s r f ( w e b 服务资源框架) ，资源可以被包装成服务或者将服务部署到相应的资源上。开 放网格服务基础设施( o p e ng r i ds e r v i c e si n f r a s t r u c t u r e ，o g s i ) 规范引入了有状 长春_ t 业人学硕士学位论文 态w e b 服务的观念并定义了一些方法，它是o g s a , 暇务的配套实施标准。在o g s i 中，有状态 资源叫做网格服务；在w s r f 中，叫做w e b 服务资源。w e b 服务资源就是w e bs e r v i c e ( w s ) 与有状态资源的结合。w e b 服务资源框架( w s r e s o u r c ef r a m e w o r k ，w s r f ) 是根据特定 的消息交换和相关的x m l 来定义w e b 服务资源( w s r e s o u r c e ) 方法的描述，通过约定的 w e b 服务机制来使w e b 服务资源可以被声明、创建、访问、监测改变和销毁。w s r f 由 w s r e s o u r c e p r o p e r t i e s ( 资源属性定义) 、w s r e s o u r c el i f et i m e ( 资源生命周期) 、 w s r e n e w a b l er e f e r e n c e s ( 端点引用) 、w s s e r v i c e g r o u p ( 服务集合) 、 w s b a s e f a u l t s ( 返回错误类型) 组成，还包括ws n ( w e b 服务通知机制) 规范等。w s r f 首先提出了重新组织o g s i 的概念。o g s i 和w s r f 的精华是网络服务所缺少的关键功能 能够创建、使用、探察、发现和管理有状态资源。从o g s i 至u w s r f ，主要的改变在于各 部分功能更好地分离。更规范地利用其他w e b 服务，在状态改变时能及时响应。 服务池：包括所有虚拟服务，根据服务的类别可以把整个网格系统中的服务( 这 些服务一般动态变化) 分类归并成多个虚拟服务( 图中的目录服务其实也是服务池中 的一种虚拟服务，为了下一步方便描述服务访问过程，把它单独列出来了) ，具有相 同访问接口的服务属于同一虚拟服务。 毒 2 。7 7 i 介者目录服菇、 用户 3 ， 1。：；!：；：坠： 脑池f ，l 一 耄| ；- 。； 虚拟服务1 ；虚拟服务2 ；虚拟服务n ； 乞夕 w e b 服务资源框架w s r f 1 。 物理资源池 计算资源j 存贮资源t ! - - i 仪器资源； j ：，j 图2 2 服务网格框架模型 虚拟组织v o ：用户或应用完成一次访问是通过服务池选择匹配( 能满足用户条件) 的服务并构建一个虚拟组织来实现的，虚拟组织为服务提供者或服务消费者( 用户或 应用) 提供了一个“临时”的市场，通过服务协商的方式建立服务消费者和服务提供 者之间的供求关系。一个虚拟组织的表示通常应包含服务参与者集合、多个参与者之 间上下文集合、多个政策规则组成的集合。 8 长春工业大学硕j ：学位论文 2 2 2 服务访问过程 由多个用户和服务参与的网格系统上的一次活动即服务过程( 参考图2 2 中的标 注) 描述如下： 1 服务发布：服务注册到中介者或目录服务系统。 2 服务发现：服务发现是根据服务查询的结果决定发现目标。用户或应用通过目 录服务系统查询服务，包括虚拟服务，真实服务：如果没有合适的服务能从所需要的 虚拟服务组中选出，则某一资源将被选出，用来部署该类服务，以使得其功能满足用 户请求的需求；如果没有资源可被选择，则用户请求不能被完成，用户请求的状态被 设置成失败。 3 服务绑定：服务池中的服务能满足用户请求的各个功能需求，用户就基于双方 的协议和政策与选择服务的提供者进行协商；当对所有需要的服务协商成功，并且基 于这些服务的组合服务能满足用户的功能需求，那么虚拟组织就被创建，用户通过虚 拟组织与服务提供者签订合同，并通过合同与组合服务绑定。 4 选择备份服务：当一个服务失败或者不能满足用户服务质量需求时，一个服务 失败事件就会触发，如果服务被恢复而且不违反服务质量协议，虚拟组织活动就照常 进行；否则在同一虚拟服务中的备份服务将被选择。备份服务必须为该用户提供访问 权限并满足该请求的服务质量需求，如果这种备份服务找不到，则用户请求不能满足， 其状态被设置成失败，虚拟组织也会被撤销，活动以失败告终。如果活动正常完成， 关于活动正常结束的事件被触发，虚拟组织的管理者获取该事件后，撤销该虚拟组织， 活动顺利执行完成。 长春工业大学硕+ 学位论文 3 1 目录服务概述 第三章校园网格目录服务系统 3 1 1 什么是目录服务 计算机网络经过长期的发展，不同的操作系统和应用程序均以不同的格式在网络 上存储了大量的信息，对于网络管理人员来说，对一个信息库中的所有网络信息资源 用简单方便的方法迸行管理是十分困难的，用户也必须使用不同的程序才能获取不同 的信息和资源，因此大大增加了网络管理人员和用户的负担，也使许多信息资源难于 共享，在一定程度上制约了网络的发展。为了解决这个问题，需要有一种新的技术， 能够以通用的格式和方式来实现信息的贮存和共享以及实现网络资源的共享等等。目 录服务( d i r e c t o r ys e r v i c e ) 技术就是一种这样的技术，它通过命名、描述和指定一个 企业范围内的用户和资源，来简化通信与管理，使用户可以用简单的方法就可以查找、 检索到所需要的资源或其他用户信息，可以帮助管理人员收集和控制散布在企业计算 机网络中的信息。利用目录服务，客户计算机可以通过信息资源的名字快速查询和定 位资源，而不必关心资源的具体位置，实现对信息资源的透明访问，其交互方式如下 图3 1 所示。 图3 - 1 利用目录服务进行信息资源的透明访问 目录服务与我们通常所说的目录( d i r e c t o r y ) 是两个密切相关的概念。目录服务是 通过目录来实现名字与资源的绑定。目录作为一种殊的数据库，与传统的数据库有很 大不同，它通常包含一些描述性的、基于属性的信息，最适合存储“数据需要从不同 的地点读取，但是不需要经常频繁更新”的信息。目录服务针对读密集型操作进行了 长春丁业大学硕七学位论文 专门的优化，因此，当从目录服务器中读取数据时速度一般会比从数据库中读取数据 快一个数量级。总的来讲，目录服务是一个信息管理工具，同时也是一个面向最终用 户的工具。目录服务集中化和统一化的资源访问方式不仅简化了网络的管理，也提高 了系统的安全特性，在网络上各种各样的信息资源迅速增长的今天，目录技术得到了 越来越广泛的应用，支持目录访问协议已成为许多商业软件的标准特性”1 。 目录是一种平面的数据库，与d n s 的主机名类似，它以树状的层次结构来存取数 据，用户可以根据目录记录的标志名来读取单个记录，或回朔到树的顶部。目录服务 的特点主要是优化数据读取性能、存取结构灵活。 目录经常进行读操作而较少迸行修改操作。它可以支持干计的用户同时进行查找。 要做到这一点，目录必须进行特殊的优化，优化的代价就是目录修改速度的减慢。与 之不同的普通的关系数据库则要求数据修改的高速、高可靠性支持。因此，目录适合 存放静态的信息而普通数据库适合存放动态的信息。 目录一般不支持事务，而通用数据库通常都支持事务。事物是一个原子操作。简 单地讲事务就是要么全做，要么全不做。这在复杂的应用环境下是必须的，如银行的 转账功能，必须保证转出的金额要存到转入的数据库里，这里的两个操作就要求要么 都做，要么都不做。 目录主要处理大量的读操作请求，如果让目录支持事物，必然是目录服务的效率 降低，增加目录服务实现的复杂性。通常，存贮在目录中的信息不需要严格一致。因 此在目录中一般不存放对一致性很敏感的信息。 3 1 2 目录服务的任务 目录服务将分布式系统中的用户、资源和组成分布式系统的其它对象统一组织起 来，提供一个单一的逻辑视图，允许用户和应用透明地访问网络上的资源。一个由目 录服务支持的网络系统是一个集成的、网络化的、统一的系统，而不是各个独立功能 部分的简单聚合。在目录服务系统中对象可以根据名字或功能、属性访问，而不是根 据机器地址、文件服务器名字和m a i l 地址等访问。在目录服务的基础上开发的应用， 易于使用、功能增强和易于管理，目录信息的共享为应用的开发提供了方便。下一代 分布式的信息模型和模式是一种目录的，当我们进入网络时，是登陆到一个基于目录 的网络中，而不是登陆到某个机器上。 3 1 3 目录服务与传统网络服务的区别 1 与数据库比较 虽然目录也被称为特殊的数据库，但它不同于真正的数据库。目录的大部分操作为 读操作。假如应用程序要写大量的数据，就应该考虑选择使用数据库来实现。目录只 能支持相对简单的事务处理。相反，数据库被设计成处理大量的各种各样的事务处理。 长春工业大学硕士学位论文 如果应用要求重负荷的事务支持，就应该选择数据库系统。在另一方面，假如应用不 要求这样的大负荷事务处理，而是偶尔的写一些简单的事务信息，这时，目录是理想 的选择。它会更有效，更简单。 2 与文件系统比较 在文件系统中应用程序以块的方式存取文件，文件系统支持各种调用，例如像 s e e k 0 ，r e a d 0 和w r i t e 0 ，这样我们可以随意地读写某个大文件的某一部分的信息。 目录不能提供这种随机的存取访问。目录中的基本信息单位一目录条目( e n t r y ) 被分成 各种属性，可以分别获取各种属性，但不能取得一个条目的部分值，如从第几个字节 开始。 3 与w e b 的比较 目录服务器与w e b 服务器不同，目录不适合传送j p e g 图象或j a v a 程序给客户 端。w e b 服务通常作为开发w e b 应用的跳板，这些平台从c g i ( 公共网关接口) 到更 复杂的w e b s p h e r e 应用服务平台。目录一般不提供这种形式的应用开发，甚至它不提 供目录应用开发平台服务。 4 与f t p 比较 目录服务与f t p 的主要区别在于：目录服务在网络中传输的数据量比f t p 少得 多，另外两种服务的客户类型也不同，还有一点就是f t p 是一个非常简单的协议，它 只专注于提供网络中文件的上传和下载服务。假如要把文件从一个地方传送到另一个 地方，那么选择f t p 更为合适。 5 与d n s 比较 因特网的域名系统和目录有相似之处，它们都提供对分布式数据库的访问。d n s 的 主要目的是把主机名转换成i p 地址。比较而言，大多数目录有更普通的作用。d n s 有 一套专门的、固定的计划，而目录允许被扩展。d n s 不允许更新它的信息，而目录可 以。d n s 可通过u d p 的无连接的方式访问，而目录通常是连接访问的”1 。 3 2 目录服务系统设计 目录服务系统提供的机制包括通讯、认证、资源定位、资源分配、进程管理及基 础信息结构等内容，同时还应用故障容错、服务器间复制等技术，防止因目录服务失 败而导致整个系统瘫痪。 ， 3 2 1 目录服务系统提供信息服务的工作模式 网格目录服务系统是由l d a p 目录存储各类资源信息。这些信息包括各类服务器、 f a r m 、p c 机、用户信息等。在l d a p 协议中存在两种通信模式：客户一服务器通信和服 务器一服务器通信。基本的客户一服务器通信允许用户程序连接l d a p 服务器进行创建、 检索、修改、删除数据等操作。服务器一服务器通信定义了多个服务器如何共享一个 1 2 长春工业大学硕j ：学位论文 l d a p 的信息树，以及如何更新和复制服务器之间的信息。参考文献”1 本系统采用浏览器 w e b 服务器一数据库3 层体系结构，由w e b 服务器为w e b 浏览器与后台目录服务器搭建 通信的桥梁，如图3 2 所示。 发送l d a p 簇镳戮戮缆鬻 i w e b 服务器。 发送h t t p 请 图3 - 2 目录服务工作模式 用户使用浏览器通过i n t e r n e t 或i n t r a n e t 访问w e b h 匣务器，w e b 服务器根据请求的内 容向指定的目录服务器发送l d a p 请求，进行绑定操作。此时，w e b 服务器就代表用户， 跟目录服务器进彳亍对话。目录服务器在收到来自客户端的请求后，根据用户的身份进 行响应，并把操作结果及代码通过w e b j 艮务器传送到用户方，用户看到的是l d a p 操作结 果的网页。如果要访问动态资源信息，w e b 服务器同时还向目标资源发出请求，由目标 资源的服务器去收集所需的资源信息，并发送给w e b 服务器。w 曲服务器把目标资源的 当前信息与返回的l d a p 结果进行比较，若不一致，则更新l d a p 数据库，并把最新的 信息显示在网页上。 3 2 2 目录服务系统逻辑结构 目录服务是指一个存储着用于访问、管理或配置网络资源信息的特殊数据库，它把 网络环境中的各种资源都作为目录信息，在目录树结构中分层存储，对这些信息可以 存储、访问、管理并使用。目录服务将分布式系统中的用户、资源和组成分布式系统 的其它对象统一组织起来，提供一个单一的逻辑视图，允许用户和应用透明地访问网 络上的资源。一个由目录服务支持的网络系统是一个集成的、网络化的