（计算机软件与理论专业论文）基于网格的专家系统的研究.pdf

摘要 网格是目前分布式计算机领域重要研究方向之一，它实现了大规模的资源 共享，并将它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的共享资源。经典体系 结构o g s a 是在原来“五层沙漏结构”的基础上，结合w 曲s e n r i c e 技术提出来 的，充分体现了“一切皆服务”的思想。本文希望将不同格点的资源进行有效 地包装，透明地为用户提供服务，从而感觉不到资源分布在不同的格点。 论文对基于w i n d o w s 的o g s i n e t 网格开发平台进行了探讨，改进了其调 度形式单一的两层体系结构，给出了客户端，中间层格点层的三层体系结构，并 对新增加的中间层设计了注册机、查询机、黑板、调度策略生成器和调度器等 模块。论文还在网格环境下引进专家系统的有关知识，对格点层资源进行了专 家系统的包装，以便于中间层对各个格点的调度和信息管理。此外，采用l 结构化数据存储格式对格点处的专家知识库和推理规则进行存储、传输。论文 还改进了传统的m i i l m i i l 网格调度算法，更好地实现了对网格环境中各个格点 协同完成信息的处理过程。最后，通过一个小麦产量问题的实例对所构建的三 层网格体系框架进行了简单验证。 论文提出了应用了专家系统的三层网格体系结构，其中的格点层专家资源 以w 曲s e n ，i c e 的形式包装，使得整个应用平台对资源的调用更加简单化、模块 化，同时借助改进的o g s i n e t 中间层模块对各格点w 曲s e r v i c e 进行协调管理。 关键词：0 g s i n e t ；w 曲服务；m h 卜m i i l a b s h a c t a b s t r a c t t h e 鲥di so n eo f t h ep r e s e n td i s 仃i b u t e dc o m p u t e ri m p o r t a n tr e s e a r c hd i r c c t i o n s i tc a nf i l i l y 仃a n s f o me a c hk i n do f c o m p u t a t i o nr c s o u r c e st om es h a r e dr e s o u r c e 砌c hi sr e l i a b l e 锄ds t a n d a r d ，a 1 1 dc a nb eg o te v c d ，w h e r e n l ec l a s s i c a ls y s t e m s 仃u c t u r ei so g s a ，w 1 1 i c hi sb a s e do nm e ”f i v eh o u r g l a s s e ss 仃u c t i l l nl l s e sw e b s e r v i c et e c h n o l o g y ，a i l d 砌l yi n c 锄a _ t e st l l em o u g h to f f i a l la r es e n ，i c e s ”1 k sa r t i c l e w 锄t st og i v ea na v a i l a b l er e s o u r c ew a r pi nd i 侬i r e n t 鲥dp o i m ，p m v i d es e i c e 胁s p a r e n t l y i nt h i sw a y ，i tc o l l l dm a k eu s e r si g n o r ed i f f c r e n tr e s o u r c e sm d i f f b r e n t 鲥dp o i n t s t 1 l ek e yo f t l l i sa r c i c l ei st od i s 砸b u t ee x p e r ts y s t e mm g d de r i m n m e n t ， l l s i n gr e l a t i v ek i l o w l e d g eo f e x p e n t om a i l a g e 也ei i l f b 加a t i o no f 鲥dp o i n t ，锄dl l s i n g i i l t e 皿e d i a t el e v e l t oe n h a n c em ed i s p a t c hb e t 、e e nd i 仃b r e n tg r i dp o i m s f o rt i l i sr e a s o i l t t l i sa n i c l eh a sad i s c u s s i o no n0 g s i n e tw l l i c hb a s e do n w i n d o w s 1 1 l i ss y s t e mi r n p m v e st h et 、op m t o t y p es 缸1 l c t u r e so f o g s i n e t ，a n d c o n s 缸1 l c t sn l r e es 协l c t l l r e so f c l i e n “i n t e m e d i a t e g r i dp o i n tl e v e l i tc 删e so n d i s c l l s s i o nt o 曲en e wi n t e 肋e d i a t el e v e ld e s i 驴i nd e t a i l ，砌c hc o n t a i n s 也er e 舀s t c r ， q u e r ym a c h i n e ，b l a c k b o a r d ，t l l ed i s p a t c h 洫gs n a t e g yp r o d u c t i o na n d 也ed i s p a t c h e r ， a i l ds oo n f u n l l e m o r e ，i i lt l l eb o 仕o m 嘣dp o i n t1 e v e l ，t l l ea n i c l em a k e sa ne x p e n w r a p p e rw i l i c hc o l l l dm a k ee a c hr e s o u r c em a n a g em o r ee 行曲t i v e l y a n dt h e k n o w l e 电el i b r 撕e sa n dm l e so f e x p e r ts y s t e m1 l s es 仃u c t u r a ld a t af 0 皿a t ) 口lt o s a v ea tl a s t ，t h i s 枷c l e p r o p o s e sa 面dd i s p a t c ha l g o r i t t l mb a s e do nt h e 仃a d i t i o n a l m i n m i na l g o r i t l l i n ，柚ds i m m a t em ew h o l e p m c e s so f s e v e r a le x p e r t ss o l v i n go n e i i p r o b l e mi ne x p e r td o m a i l l 弛a l l y ，也ea n i c l eu s e saw h e a to u t p u tq u e s t i o ne x 锄p l e t oi d e r n i 母也ec o n s m l c t e da r c l l i t e c t u r e 1 1 1 e 枷c l ep r o p o s e sa 咖d 印p l i c a t i o ns k e l e t o n ，a n d a p p l i e st 1 1 ee x p e ns y s t e mo n i t np u b l i s h e st h ee x p e r tr e s o u r c e s 船卯d p o i n t sb yw e bs e n r i c e ，w t l i c hc o l l l dm a k e m ep l a t f b m d i s p a t c hd i f l e r e mr e s o u r c e sm o r es i m p l e 锄dm o d u l a r i to r g a n i z e st 1 1 e w e bs e r v i c e sw 岫t l l eh e l po f e x t e n d e di n t e n n e d i a t el e v e l ，a n dr e a l i z e sa e x d e n s y s t e ma p p l i c a t i o no n 鲫dp l a t f o 珊 k e y w o r d s ：0 p e n 嘶ds e r v i c el n 纳s m l c t i l r e n e t ；w e bs e r v i c e ：m i n m i n i 第一章 第一章引言 多年来网络的出现，改变了人们使用计算机的方式，而i n t e m e t 的出现，又 改变了人们使用网络的方式。纵观互联网的发展历程，i n t e r n e t 技术和w 曲技术 的主要成就是实现了计算机和网页的连通，它所关注的问题是如何使信息传输 流量更大、传输速度更快、传输更加安全。而网格技术的出现，则关注如何有 效安全地管理和共享连接到i i l t e m e t 上的各种资源，并提供相应的服务。网格在 连通计算机和网页的基础上，还将各种信息资源，例如数据库、软件以及各种 信息获取设备都连接成一个整体，整个网络如同一台巨大无比的计算机，向每 个用户提供包括计算能力、数据存储能力以及各种应用工具等一体化的透明服 务。它强调的是全面地共享资源、全面地应用服务。互联网新一次浪潮的实质， 就是要将万维网( w j r l d 厅d ew 曲) 升化为网格( g r c a tg i o b a lg r i d ) ，即实现 w w w 到g g g 的变革。 网格是借鉴电力网的概念提出的，网格的最终目的是希望用户在使用网格 计算能力解决问题时像使用电力一样方便，用户不用去考虑得到的服务来自于 哪个地理位置，由什么样的计算设施提供。也就是说，网格给最终的使用者提 供的是一种通用的计算能力。 第一节问题提出 当前关于网格技术的研究还在探讨和研究阶段，大部分的网格开发工具包 是基于i a v a 语言开发的，例如比较流行的g l o b l l st o o l k j t 。虽然基于j a v a 的开发 工具实现了跨平台的显著特点，但对于占有很大比例的使用桌面操作系统的用 户来说使用起来还是不太方便，所以基于m i c r o s o f i 的n e t 平台开发的网格开发 工具o g s i n e t 应运而生。因此，研究0 g s i n e t 构建网格平台是非常有意义 的，这一工具使得更多的谢n d o w s 用户可以使用网格技术带来的资源共享。 o g s i n e t 开发工具通过n e t 平台实现了0 g s i 协议，进而通过开发相关特定 领域的w 曲s e r v i c e 服务，使得服务对象更加具有实际意义。 所以本文尝试借助分布式专家系统的工作原理，将不同的推理机放置在不 第一章 同的格点，并且通过、e bs e i c e 发布，同时借助o g s i n e t 开发工具，运用网 格的共享及管理机制，使传统的专家系统与网格技术结合，实现具有专家系统 功能的网格应用环境。虽然目前分布式专家系统有很多组织形式，其中包括知 识库分布式专家系统，数据库分布式专家系统以及综合分布式专家系统。知识 库和数据库分布式专家系统主要需要解决异构的数据源集成问题。综合分布式 专家系统综合以上两种形式。在实现分布式专家系统的过程中，传统方法是使 用c o m 或者d c o m 分布式组件技术，实现分布式的程序设计。虽然目前使用 w 曲s e i c e 技术应用范围渐广，但是在人工智能专家系统领域还很少设计，本 文做了一些试探性的尝试，基于n e t 以及w e bs e r v i c e 技术，将分布式专家系统 引进到0 g s i n e t 的架构中。 第二节国内外网格技术的研究情况 2 2 1 国外网格技术的研究情况 计算机网格技术在国外取得了快速的发展，并且已经出现了一些成熟的商 业项目。目前较有影响力的项目主要有【3 l ： g l o b l l s 项卧1o 】：发展网格计算的基础软件和工具； 英国国家网格一牛津大学e s c i e n c e 中心f “】：为美国f e 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 菌b u t e dt e m s c a l ef a c i l i 够( d t f ) 【”】：使美国成千上万的科学家 通过世界上最快的网格共享计算资源，进行生命科学和气象建模等重要 领域的研究，它也是i b m 迄今为止最大的一个网格项目 德国爱因斯坦研究所领衔开发的c a c t u s 【1 3 j ； 主要由欧洲原子能研究机构完成的d 删d ； 这些项目大部分都是基于l i i l l l ) 【的网格研究，而基于w m d o w s 的网格研究 刚刚起步，当前在肥t 中关于0 g s i 的参考实现最突出主要有两个项目： 美国r g h a 大学o g s i n e t 美国国家科研信息化中心( n e s c )n l em s n e tg r i dp r o i e c t 2 2 2 国内网格技术的研究情况 2 第一章 在我国，网格技术虽然起步较国外晚，但是近几年来也取得了一定的进展， 目前己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 ( a d v a n c e dc o m p l 】_ t a t i o n a l h d h l s t m c n i r 曲； 中国科学院计算技术研究所联合十几家科研单位承担的8 6 3 重点项目“国 家高性能计算环境w h p c e ( n a t i o n a lh i 曲p e r f o m a n c ec o m p u t i n ge n v 的衄e n t ) 。 n h p c e 的目标是建立一个分布式环境下支持异构平台的计算网格示范系统。它 把我国的8 个高性能计算中心通过i n t e m e t 连接起来，进行统一的资源管理、信 息管理和用户管理，并在此基础上开发了多个计算型的网格应用系统，取得了 一系列研究成果。 目前正在进行的网格研究项目还有： 中国网格( c h i l l a g r i d ) ，8 6 3 计划支持，有多家单位参加； 上海教育科研网格，多所上海的大学参加； 仿真网格，由中国航天二院和清华大学共同开展研究； 织女星网格，由中国科学院计算技术研究所领衔开发。 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， 网格研究正在我国迅速展开。 目前大部分网格环境都是基于l i n l l ) 【平台构建的，其中对关于n e t 中0 g s i 的实现很少涉及，而国内在m n d o w s 环境下建设的资源巨多，这使得w m d o w s 用户希望创建w m d o w s 环境下的网格应用，从而使得这类网格应用推广，为此 本文开展了该方面的研究应用工作。 第三节本文的工作 针对上述问题，本文主要对基于w m d o w s 的0 g s i n e t 开发平台进行了探 讨，为了对格点处的信息进行有效管理并增强格点之间的调度：为此引进专家 系统有关知识，本文从以下几个方面开展工作： 1 了解并研究了主流的网格技术，特别是面向服务的网格技术。 2 了解并探讨了o g s a 架构以及基于w 曲服务的0 g s i 核心服务。 3 针对基于n e t 平台的开发工具包0 g s i n e t 的工作原理，提出了针对特定 应用领域的网格平台的研究与应用。 第一壹 4 将w 曲s e i c e 技术应用到分布式专家系统的设计，实现了面向服务的新型 专家系统。 5 基于w 曲s e r v i c e 的专家系统发布到0 g s i n e t 构建的网格平台的不同格点， 实现了基于网格的专家系统。 6 研究分析了现有的m i n - m i i l 算法，并结合系统实际情况，提出了对其改进的 m i n m i n s 的调度算法。 7 最后，给出了对这种网格技术应用的进一步发展做出展望。 o g s i n e t 在国内的研究与应用比较少，本文的创新之处在于将0 g s i n e t 的服务机制和传统分布式专家系统有机的结合起来，提出基于0 g s i n e t 的三 层网格专家系统模型，利用网格的资源共享、服务管理等机制使得专家知识得 到更广泛的应用，同时利用专家系统的知识管理对格点层格点资源进行优化管 理。 第四节论文的组织结构 本文探讨了基于网格的分布式专家系统体系结构，给出了o g s i n e t 三层 专家系统的设计方案，实现了网格的w i i l d o w s 应用。本文的组织结构主要有： 第一、二章介绍了系统相关背景知识，网格、o g s a 、o g s i n e t 以及分 布式专家系统等，同时提出了网格专家系统与传统分布式专家系统的对比。 第三章介绍了基于0 g s i n e t 改进的三层系统框架，并对其三层结构进行 了详细的分析和研究，主要对改进的中间层以及格点层专家系统包装进行了分 析，此外提出了系统所改进之处。 第四章主要描述了专家系统在网格中的应用，原型系统中不同阶段所采用 的算法、流程，以及一个具体实例的应用实现。 第五章对全文的总结和展望，概括了本文提出系统的特点及优势，同时也 指出了其不足和未来需要进一步完善之处。 4 第二章 第二章系统背景技术 最初，网格是把电网作为比拟的对象而开始建立和发展的，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”中，就可以使用 网格中的资源，就像使用电力资源一样的方便。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，研究的内容是关于 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 大概在2 0 世纪9 0 年代中晚期，出现了一些比较重要的开创性和奠基性的研究 项目，比如：g l o b u s 【l 、i w a y 等；目前是网格发展的第三阶段，也是迅速 发展阶段，关于网格的研究、开发和项目大量涌现，此时网格的典型代表是开 放网格服务体系结构( o g s a ，o p e ng r i ds e n r i c e s 心c l l i t e c t u r e ) 【2 l ，把w 曲服务和 计算网格结合起来，建立了以服务为核心的网格结构。0 g s a 已经成为网格事实 上的标准。 第一节网格技术概述 2 1 1 网格体系结构 目前，比较重要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【l “，另外一个就是在以i b m 为代表的工业界的影响下，在考 虑到w 曲技术的发展与影响后，f o s t e r 等结合w 曲s e r v i c e 提出的开放网格服务 结构0 g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t i l r e ) f 1 4 】。虽然两种结构都是体现了网 格的共享机制，但是不同的是五层沙漏结构实现的是对资源的共享，而0 g s a 实现的是对服务的共享。本文主要介绍0 g s a 结构。 o g s a 简介： 0 g s a ( 0 p e n g r i ds e r v i c e s a r c l l i t e c n l r e ) 【5 】【1 4 】【1 5 】【1 6 】是在原来“五层沙漏结构” 的基础上，结合最新的w 曲s e r v i c e 技术提出来的，解决了两个重要的问题，即 标准服务接口的定义和协议的识别。其o g s a 包括两大关键技术，即网格技术 和w 曲s e n ，i c e 技术。以服务为中心是o g s a 的基本思想，在0 g s a 中一切都 是服务。这一结构的意义，就在于它将网格从以科学和工程计算为中心的学术 第二章 研究领域，扩展到更广泛的以分布式系统服务集成为主要特征的社会经济活动 领域。本文后面的实例就是将网格与分布式专家系统服务集成实现了农业领域 的一个应用。 o g s a 特点： 以服务为中心的思想 0 g s a 是以服务为中心的“服务结构”，这里的服务是指具有特定功能的网 络化实体。在五层沙漏结构中，强调的是被共享的物理资源( 或者是这些资源所 支持的服务) ，在0 g s a 中，服务所指的概念更广，包括各种计算资源、存储资 源、网络、程序、数据库等，简而言之，一切都是服务。五层模型试图实现的 是对资源的共享，而在0 g s a 中，实现的是对服务的共享，从资源到服务的抽 象，将资源、信息、数据等统一起来，有利于灵活的、一致的、动态的共享机 制的实现，使得分布式系统管理有了标准的接口和行为。 统一的w 曲s e i c e 架构 w 曲服务描述了新的分布式计算范式，和d c e 、c 0 砌a 、j a 、，a 砌m 等方 式不同，它更强调基于单个。标准来解决异构分布计算的问题。一个w 曲 服务就是一个可以被u i u 识别的软件实体，它的接口和绑定可以被“l 描述和 发现，并可以通过网络协议直接支持与其他基于) 洲l 消息的软件实体的交互而 不需要特定的编程语言、编程模型以及系统软件。 o g s a 符合标准的w 曲服务框架。w 曲服务解决了发现和激发永久服务的 问题，但在网格中，大量的是临时服务，因此0 g s a 对w 曲服务进行了扩展， 提出了网格服务( g r i ds e r v i c e ) 【16 】的概念，使得它可以支持临时服务实例，并且 能够动态创建和删除。 综上，可以看出贯穿于整个0 g s a 框架的思想是“服务”，而这种服务是构 建于w 曲服务的基础上的，强调了咀。标准的异构分布式计算j 同时定义了 网格所特有的接口，r e g i s y 、f a c t o r y 等，有关内容将在后面介绍。 o g s a 的目标 o g s a 具有下列目标【8 】： 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 时o 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。 第二章 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、己公布的接口。0 g s a 是一种由g g f 【2 1 1 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。 利用行业标准的集成技术。0 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 曲服务。 o g s a 架构 n 。 _ j - _ 。 z 。? a p p i i b o _ = - 二。：。 二 ，j i 。誊j 二，” ；0 8 s a a r c l l i t e c i e ds 9 哪瓤萎。 ” 2 ”。 ：j 一 ! ；i 一 一 。j ， o g s 卜o “攫卿孥e s ! 唑幽斌妇s & ，掣孳 。 1 ； 1 8 ：；j ，。 苣 ”j i ；w 曲m 西s ：! ， ， 萎 二 。 。 0 “。= 二j i 呈 i 慧箸凇誊慧譬旷拳鬻“ = 警塾攀氅瞧。獬算嘲 s e m 彰 o o a f y ? 推s 嗍 + 跫絮，! | |j 磐即萋 一 n 日和峨r k o 图2 1 0 g s a 架构 o g s a 架构【8 】由图2 1 所示的四个主要层构成，从下到上依次为： 资源一物理资源和逻辑资源。 w 曲服务，以及定义网格服务的0 g s i ( 0 p e ng r i ds e r v i c e s h 】曲s m 】c t u r e ) 扩展。 基于o g s a 架构的服务。 网格应用程序。 2 1 2 网格服务接口和功能机制 0 g s a 不同的功能由不同网格服务实现的，而网格服务由它们提供的能力来 刻画的。一个网格服务实现一个或多个接口，每个接口定义了一些操作，这些 第二章 操作通过定义的一系列消息来激活。网格服务接口和w s d l 的p o r t l 如e s 对应。 表2 1 列出了网格服务的接口，其中只有g r i d s e r v i c e 接口是必须的，其它接口 都是可选的。具体介绍请参见参考目剥3 1 。 表2 1 网格服务接口 p o r f r y p e 揆作 。- 描述 查询网格撮务实铡的各种络怠 ? ： 包牺些基本的内部信息大鼗 f l n d s e r v 醅e d a 协 ， 的荚1 ：每个接翻的信息以致与特 g n d s e n ，i c e定服务有荚的信息。 。 殴霞并得到网格服务实例的终i k s e l 话m n i m a o 而m e 时问 一 d e m y 终i e 网格服务实例。 根据感兴趣的消息类艘和内容说 n o t 讯c a t i o n s o u 陀e s 曲s 嘶b e t o n 衅j 竹c 献i o r 彳t o p i c明尚相关事件的通知发送者进 行琏记 u n s u b s c n b e t o n 甜n t o n t o p i c取消髓记 、 n o t f b a 五o n s l n k 一 1 o e l 盯n o l m c a l i o n 异步发送消息 j r e g b t e r s e r v i c e 网格服务句柄的软状态注册 ， r e g i s l r y ， u n r e g i 曩e f s 州i c e取消注册的网格服务匈牺 f a c t o r y 一一一 ，c 悖a e s e i c e 创建新的喇格服务实例 f i n d 8 y p n m a r y 虬鲫 返回橙据特定键值创建的网格服 f ) ! r l m a r y 脚 务匈辆 | = 。d 孽s t m y 脚瓢呻a 叫畸 撤销特定键值刨建的嘲格服务实 例、 ， 返回与网恪服务匀辆拥联系的网 h 扪d i e m a p；，f i n d b y h a n d i e 格服务实例 ， 2 1 3o g s i 标准 o g s a 只是一个框架，它不涉及网格服务如何实现等具体的问题。g g f 【9 l 组织的o g s i ( o p e ng r i ds e r v i c e si i l 鼢m l c t u r e ，开放网格服务基础设施) 工作组 制定了0 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，并且是一项基于新兴的w 曲服务标准的网格软件基础结构标准化工作， 用于为0 g s a 软件组件提供最大的互操作性。 o g s i 引入了一种“网格服务”( g r i ds e i c e ) 的交互模型。通过提供发现、 生命周期、状态管理、创建与销毁、事件通知以及引用管理的接口【6 1 ，o g s i 为 软件开发人员提供了一种统一的建模和与网格服务进行交互的方式。 表2 1 嗍描述了这些接口。不论开发人员正在开发的是网格服务还是应用程 序，0 g s i 编程模型都会为网格软件提供一种一致的交互方式。 第二章 图2 2w e b 服务的交互模型 第二节o g s i n e t 概述 上节介绍了0 g s i ，本节将介绍一种基于m i c r o s o f i 的n e t 平台的0 g s i 技 术。它继承了0 g s i 中的所有服务接口的定义，使用n e t 技术对其进行包装， 使得更多的w i n d o w s 用户也可以使用网格技术，构建基于w 曲s e i c e 的格点应 用。 2 2 10 g s i n e t 基本框架 如图2 3 所示，0 g s i n e t 有一个实体容器容纳了全部的运行在同一台主机 上的服务实例。这个容器进程是由一个应用程序域( a p p d o m a i n s ) 【17 】的集合构 成的，之所以提到应用程序域，是因为n e t 的这个机制保证了进程内部的内存 保护，即使一个a p p d o m a i n 崩溃了，也完全不会影响到其他的a p p d o m a i l l s 。 除了每一个服务实例运行在它们的a p p d o m a i l l s 中外，还有一个a p p d o m a j n 负 责容器的逻辑( 比如调度、消息的处理等等功能) 。在这个a p p d o m a i l l s 中的对 象可称为调度器( d i s p a t c h e r ) 【1 7 j 。 当一个客户端向o g s i n e t 发送请求的时候，它实际上是向i i s 服务器发送 信息。为了让网格服务支持随心所欲的名字，o g s i n e t 使用了i s a p i 【2 2 j 过滤器 在请求信息进入i i s 请求链的前期就把它拦截了。过滤器重写了请求，所以i i s 会把它调度给0 g s i n e t 的a sp n e th t t p h a n d l e r 【1 7 j 。这个h t l p h 锄d l e r 调度这 个请求给o g s i n e t 的容器。容器进程拥有一个线程池，每一个i i s 请求都会引 起一个线程执行调度器。调度器会决定哪个服务实例可以取得请求同时将线程 的执行转移到合适的a p p d o m a i l l 的对象中。 在a p p d o m a i n 里面，控制被转移到一个叫做g r i d s e n ，i c ew r a p p e r ( g s w ) 【捌的对象中。一个g s w 包括了一个服务的实例，包括它的方法的实现和它的服 务数据。g s w 维护着服务所支持的p o r t t y p e 【6 】的一个列表( 包括o g s i 指定的由 9 第二章 o g s i n e t 提供的p o r t 咖e ，以及自定义的p o r t 帅e 。比如g r i d s e n ，i c e 【qp o r t 帅e 和n o t m c a t i o n s o u c e 俐p o r tt y p e 等) ，另外还有序列化器和逆序列化器，这两个是 为了满足服务支持多种消息协议( 比如s o a p 或n e tr e m o 血g ) 的需要而存在 的。g s w 执行对每一个特定消息的处理，并逆序列化请求信息，从中得到要调 用的方法的名字以及参数，通过请求中的参数还有特定的消息数据( 比如s o a p 标头数据) 来调用方法。当调用返回数据时，g s w 再将这些数据序列化成一个 二进制a i t a y 并传回给调度器，调度器再将这个a m y 传给i i s 并返回给客户。 图2 3o g s i n e t 请求处理过程 2 2 20 g s i n e t 调用服务 每一个网格服务的实例都提供了一些可以让客户端调用的函数。对处理客 户请求的过程是当一个请求到达i i sw e b 服务器的时候，会发生如图2 4 所示的 步骤【17 】： 1 1 s a p i 过滤器：一个i s a p i 过滤器重写请求的目的u r l ，这样请求就可以被 0 g s i n e t 的托管代码中的h t t p h a i l d l e r 所处理。 ( 注：i s a p i 过滤器通过重写请求u r l 将请求调度给a s p n e t 基础架构，这 1 0 第二章 点是必须的。因为s 根据所请求的页面的扩展名调度请求 ) 。为了处理随心所欲的服务名，便使用了i s a p i 过滤器。因为请求会在处理的前期被拦截 ，假如请求采 用了容器所定义的前缀，那么请求将会被拦截，这样才可交给0 g s i n e t 的 h t t p h a n d l e r 来处理。) 图2 4o g s i n e t 服务调用过程 2 h t i p h a i l d l e r 路由：m p h a l l d l e r 将消息调度出i i s ，a s p ：n e t 系统，送往 0 g s i n e t 容器，请求消息被送往容器中的调度器。 3 调度器寻找网格服务：调度器查找到在调度器的服务表中的请求u i 也，然 后通过u r l 寻找合适的g s w 。调度器得到g s w 的句柄，并称它为p r o c e s s r e q u e s t 方法，这个方法以原始的消息作为参数。 4 处理消息头：g s w 的消息处理器处理原始的消息的消息头，假如是个s o a p 消息，那么它将会通过w s e ( w 曲s e r v 妇e 1 1 l l a n c e m e n t s ) 的流水线进行处理。 容器会使用消息头的信息来检查调用是否符合服务的安全策略。 5 取得方法的名称和参数：消息处理器逆序列化消息体，取得客户端所要调用 的方法的名称，以及为所调用的参数进行译码的工作。 6 为方法名取得方法句柄：g s w 从它p o r t 咖e 数组中找到实现了所指定的方 法的p o r t 啪e ，然后使用反射取得所需要的方法的句柄。 7 调用方法：g s w 调用所请求的方法并取得结果。 8 序列化结果：g s w 使用消息处理器序列化返回结果或抛出的异常，形成一 第二章 个字节数组。 9 将结果返回给客户端：将结果的数组送到调度器，调度器再将其送到 h l ：t p h a i l d l e r ，再送到i i s ，s 会结果再传回给客户端。 第三节专家系统介绍 从2 0 世纪8 0 年代末开始专家系统逐步向多技术、多方法的综合集成与多 学科、多领域的综合应用型发展。大型专家系统采用了多种人工智能语言( 如 l i s p 、p r o l o g 和c + + 等) 、多种知识表示方法( 如产生式队则、框架、逻辑、语 义网络、面向对象等) 、多种推理机制( 如演绎推理、归纳推理、非精确推理和 非单调推理等) 和多种控制策略( 如正向、逆向和双向等) 相结合的方式，并 开始运用各种专家系统外壳、专家系统开发工具和专家系统开发环境等。 目前，人工智能技术正向大型分布式人工智能、大型分布式多专家协同系 统、广义知识表达、综合知识库( 即知识库、方法库、模型库的集成) 、并行推 理、多种专家系统开发工具、大型分布式人工智能开发环境和分布式环境下的 多智能体( a g e m ) 协同系统等方向发展。这种分布式专家系统i s 缸b u t e de x p e r t s y s t e md e s ) 是指逻辑上或物理上分布在不同的处理机节点上若干专家系统协同 求解问题的系统，是具有分布处理特征的专家系统。 随着专家系统的发展，专家系统得结构趋于多样化，但是，基本的结构还 是以m y c n 系统为代表的扩充的产生式系统结构，如图2 5 所示，专家系统的 能力来自它拥有的专家知识，知识表示和推理方法则提供了应用的机理。这种 基于知识的系统设计方法是以知识库和推理机为中心展开的。 从图2 5 可以看出，推理机是整个专家系统实施问题求解的核心模块，推理 机设计的好坏直接决定了系统得工作性能。另外，知识库与推理机结构上下分 离而且推理机相对固定，这使得知识库的修改一般不会影响到执行程序的变动， 从而极大增强了系统的灵活性，而且方便了知识库的不断完善和扩充。 第二章 用户界面 ： 推理机 解释程d 知识获取 图2 5 专家系统一般结构 1 3 第三章 第三章基于o g s i n e t 改进的三层模型框架 分布式专家系统有自身的优势，但也存在不足之处，例如若有新的领域专 家需要加入到当前系统，就不得不对当前系统进行修改，此时，也不能使用系 统中其他领域的专家知识；若有新规则出现，需要对相应的专家系统进行修改， 此时，不能对其访问，这些都造成了资源的浪费。如果能将专家系统应用于网 格平台中，使其具备网格的特点，具备动态性和良好的可扩充性，同时对网格 中的各资源采用专家系统的包装形式更加统一合理地管理，那么就可以在一定 程度上解决上述的问题。此外，具有网格特点的专家系统有更广泛的应用性， 同时，基于“服务”的特点使网格专家系统具备了更好的访问性和继承性，它 可以被更多的用户在简单的条件下就可以访问，或是扩充。下面将对专家系统 在网格中的应用原理进行详细描述。 第一节三层模型框架概述 目前w 曲s e n r i c e 技术应用范围渐广，但在专家系统领域还很少涉及，本文 对此方面作了一些尝试，将面向对象的知识表示、w 曲s e n r i c e 技术、以及网格 的概念结合，借助0 g s i n e t 构建了一个基于网格的专家系统应用。实现了分 布式协调网格格点处的专家系统，并且实现了网格环境中间层的统一调度管理。 图3 1 基于网格的专家系统的总体框架 1 4 第三章 如图3 1 所示，在这个框架里面主要分成3 层：用户层、中间层、格点层， 其中以中间层为内外两层联系的纽带。 用户层 主要有两种角色，按照权限的不同分成：领域专家和普通用户，其中领域专 家有配置中间层规则、以及配置格点专家系统规则的能力，普通用户只能通过 对于0 g s i 服务器的访问提出问题，并得到结果，普通用户并不知道所获得的回 答来自于哪个或哪几个格点专家，也无须知道。 普通用户的功能比较简单，一是查询功能，即可以通过浏览器查询当前整 个网格( 注册上注册的网格) 中的格点信息，例如包括的对象、服务方法、服 务数据元素等。另一个功能就是问题求解，用户提出某领域的问题，并且输入 问题参数，传递给中间层，然后就是上两节介绍的内容，对请求进行处理，最 后返回结果。 领域专家，除了具备普通用户的查询和请求功能之外，还具备修改中间层 规则和格点专家规则等功能。例如，随着系统的任务负荷加重，为了保证任务 的完成，原先中间层规则中c p u 的使用率可能就会适当增加，内存使用率也适 当增加。这些规则都可以动态的进行配置。此外，对于专家系统来说，每个系 统的规则都是不固定的，经常发生变动，每次都到格点位置处修改规则肯定是 不方便的，所以当领域专家具备了某个专家格点的修改权限后，就可以远程修 改该格点上的专家规则库，对其进行合理配置，增加了系统的可扩充性。这也 充分的展现了网格“动态性”的特点。 中间层 国内外对o g s i n e t 的研究处于刚起步阶段，所以有很多需要改进的地方。 它的两层结构简单明了，实现了简单的客户端发出请求到对应的服务器，服务 器的g r i ds e r v i c e 创建服务实例响应请求，经过处理后将结果返回给请求者。虽 然用户的请求可以很快地得到解决，但是返回的结果并不一定是符合不同用户 要求的最优解。因为这样的处理过程相当于根据用户指定的服务进行处理，没 有可比性。如果想得到更优的解，一种解决方法是由用户选择其它格点的服务， 然后分别向这些格点服务提出请求，最后将返回的结果与调用其它服务得到的 结果进行比较，由用户判断最优解；另外一种解决方法就是无需用户的介入， 由一个中间服务器进行选择处理，也就是本文所提出的0 g s i n e t 服务器中间 层的概念。 第三章 其主要功能包括：动态的提供w 曲s e i c e 服务的管理；作为中枢服务器与 格点专家系统通信，广播用户层的问题到指定的领域专家组中，并根据用户要 求以及网格格点性能情况选择广播方式，固定方式广播或者自动方式广播；作 为调度中心保存运行时环境，以及格点专家系统返回的中间结果。具体的设计 和实现过程在后面的章节详细介绍。 格点层 具体负责解决问题，对不同的格点资源进行专家系统的包装，将该层又可 分成两类：领域专家和格点专家，其中领域专家包含若干个不同的领域，这些 领域允许有重叠，领域专家由一个或多个格点专家组成，可以说领域专家其实 是一组相同领域的专家的集合。格点专家是某一领域的专家系统，具体完成实 际的工作，格点专家在获得问题以后通过自己掌握的知识独立运算，并返回自 己的专家意见，同时将自己的结果返回“黑板”，当有多个格点专家参与解决一 个问题的时候0 g s i n e t 服务器需要综合考虑所有专家的意见，对结果进行相 应的处理。一个格点专家允许同时拥有多个领域的知识，以适应复杂的问题。 格点专家在完成解答以后通过w 曲s e i c e 技术与0 g s i n e t 中间层进行通信。 该构架的突出优点是使用流行的w 曲s e i c e 技术构建，简化分布式专家系 统开发难度和开发成本：使用0 g s i n e t 对各种w 曲s e n ，i c e 服务进行组织，提 高分布式专家系统的灵活性，可适应多种领域复合条件下的专家系统的构建； 应用网格概念整合不同领域的知识，强化领域知识资源共享的概念。下面将着 重对关键模块格点专家和中间层作进一步阐述。 第二节格点专家设计分析 在现实世界中存在着各种不同的领域