（计算机应用技术专业论文）网格计算下支持预留的光网络资源管理与调度研究.pdf

摘要 摘要 第一代i n t e r n e t 通过t c p i p 实现了计算机的互连：第二代i n t e m e t 以w e b 技 术为核心，实现了信息的一对多b s 模式的共享；随着信息的爆炸式增长、i n m m e t 的壮大及计算机硬件的发展，人们开始构建第三代i n t e r n e t 的基础设旄，以实现资 源的全面互联，也就是网格网格计算是一种架构，它通过一组标准服务接口和 开放结构，为协同、灵活和安全的大规模资源共享提供支持，使具有共同兴趣爱 好的动态、异构、分布、自治资源可以协同任务执行和资源共享，以帮助人们完 成一些庞大的计算任务，如：高能物理、生物科学、环境科学等e - s c i e n c e 应用 光网络技术迅猛发展，特别是近几年，光纤的带宽容量增长速度超过处理器摩尔 定律发展速度，因此，光网络自然被作为网格计算数据密集性应用的首选传输载 体，通过动态建立专用光路来满足网格计算的数据密集性及协同工作需求人们 希望在网格计算环境中利用经济的光网络来连接分布在各地的计算、存储等资源， 实现一个动态、高效的全球计算资源池从而如何高效管理和调度光网络资源成 为本文研究的课题 由于网格计算资源的动态性、异构性和自治性特点，提前预留、协同预留是 网格资源预留机制的重要组成部分，以保障资源的协同工作需求和网格应用的服 务质量因此，对于网格计算中的波长路由光网络资源，动态提供多种预留方式 的专用光路是必要的，同时也是可行的，已有很多实际网络平台支持这一服务 但提前预留作为协同预留的基础，波长路由光网络的已有提前预留研究中，多是 关注于网络的控制面技术和用户请求的弹性调度以缓解资源碎片影响，很少关注 资源碎片对于建立光路时的路由和波长分配( r w a ) 算法的影响，本文主要就这 一问题进行了分析和论证 本文的主要贡献如下： 提出了一个基于w e b 服务的光路封装及其提前预留管理模型 ( w s l e a 心$ ) ，对其运作机制和软件模块构成进行了详细描述结合网格 计算与w e b 服务技术的融合趋势，尝试将语义w e b 中资源描述框架( 1 m f ) 进行扩展以描述光网络中的光路资源，以便将光路资源以有状态w e b 服 务形式发布并调用，应用w e b 技术自动完成光路资源信息更新和管理 分析了资源碎片对于r w a 算法的影响，通过仿真分析得出：常见r w a 算法思想已不能适应提前预留的特殊情况。以此提出了一个最少资源碎片 波长分配算法，在波长分配时考虑了可能产生的资源碎片量；一个 重庆邮电大学硕士论文 可重配置的最少资源碎片波长分配( 她小口坩) 算法，以支持用户请求的 弹性调度l 一个基于分层图的提前预留模式下r w a 算法 ( l a y e r e d g r a p h - l r f ) ，以考虑了资源碎片的参量为分层图波长平面的链路 权值，在分层图模型中将路由子问题和波长分配子问题一并解决。通过 仿真证明了各算法在阻塞率、资源碎片率及公平性等性能上的表现，均能 适合提前预留用户模式，但同时也各有其特殊适应用户场景 开发了基于s i r e j a v a 软件包的离散事件驱动的光路资源调度仿真平台，命 名为l a m b d a g r a s s ，同时支持立即预留和提前预留模式，包括了常见的 r w a 算法 关键词t 网格计算，光网络，提前预留，路由和波长分配，资源碎片 a b s t r a c t a b s t r a c t i n t e r c o n n c = c t i o na m o n gc o m p u t e rh a r d w a s ei si m p l e m e n t e db yt c p i pi nf i r s t g e n e r a t i o nh t e r n c lw b d dw i d ew e bs o l v e st h eo n e - t o - m o r eb sm o d e li n f o r m a t i o n s h a r i n gt h r o u g hw e bp a g e si ns e c o n dg e n e r a t i o ni n t e r n c lw i t ht h ee x p l o s i v e i n f o r m a t i o ni n c r e a s e t b eg r o w t ho fi n t e n l e ta n dc o m p u t e rh a r d w s l 宅d e v e l o p m e n t , g r i d i sr e g a r d e d 鹊t h ei n f i a s m l e a l r eo ft h i r dg e n e r a t i o ni n t c m e t t r i e st oi n t e r c o n n e c ta nt h e r e s o u l v , e so nt h ei n t e m e t g r i dc o m p u t i n gi sa l la r c h i t e c t u r et h a te n a b l e sc o o r d i n a t e d , f l e x i b l e ，a n df 把c u r f is h a r i n go fr c s o u r c e so nal a r g es c a l et h r o u g has e to fs t a n d a r d s e r v i c ei n t e r f a c e sa n d o p e np r o t o c o l s l a r g e - s c a l e , d a t a - i n t e n s i v e a n d c o m p u t i n g - i n t e n s i v ee - s c i e n c ea p p l i c a t i o mr e p r e s e man e wg e n e r a t i o no fg r i d a p p l i c a t i o m s u c h 勰i nh i g h c n e r g yp h y s i c s , m o l e c u l a rb i o l o g y , a n de n v i r o n m e n t a l s c i e n c e s o p t i c a ln e t w o r k i n gt e c h n o l o g ya d v a n c e si nr e c e n ty e a r s , f i b e rb a n d w i d t h c a p a c i t yg r o w t hr a t i oo v c rt h ed e v e l o p m e n to f m o o r e sl a wp r o c e s s o rs p e e d t h e r e f o r e ， o p t i c a ln e t w o r k sn a t u r a l l ya sd a t a - i n t e n s i v eg r i dc o m p u t i n ga p p l i c a t i o n st r a n s m i s s i o n m e d i u mo fc h o i c e ，e n a b l ed y n a m i cd e d i c a t e dl i g h t p a t h $ t om e e tt h ed a t a - i n t e n s i v ea n d c o o r d i n a t e dw o r kn e e d s i ti s h o p e dt h a tt h eg r i dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n tu s i n g e c o n o m i co p t i c a ln e t w o r kt oc o n n e c tg e o g r a p h i c a l l yd i s t r i b u t e ds t o r a g e c o m p u t i n ga n d o t h e rr e s o u r c e s ，a c h i e v ead y n a m i c ，e f f i c i e n tg l o b a lc o m p u t i n gr e s o u r p 0 0 1 s ot h i s d i s s e r t a t i o nf o c u s e s0 nh o we f f e c t i v em a n a g e m e n ta n da c h e d u l i n go f o p t i c a ln e t w o r k r e s o u r c e s a s 鲫c o m p u t i n g r e s o u r c e sa r ed y n a m i c 、h e t e r o g e n e o u sa n da u t o n o m y , a d v a n c e r e s e r v a t i o na n dc o l l a b o r a t i v er e s e r v a t i o nc o n s t i t u t et h em a i nb o d yo fg r i di c s o u r c s r e s e r v a t i o ns y s t e mt om e e tt h ec o o r d i n a t e dw o r kn d sa n da p p l i c a t i o nq u a l i t yo f ! g , r v i c e t h e r e f o r e ，w a v e l e n g t h - r o u t e dn e t w o r ku n d e r 咖dc o m p u t i n gt op r o v i d e d y n a m i co n - d e m a n dl i g h t p a t h si sn e c e s s a r y , b u ta l s of e a s i b l e t h e r ea m a n ya c t u a l n e t w o r kp l a t f o r m st o s u p p o r tt h i ss e r v i c e a d v a n c er e s e r v a t i o na st h eb a s i s f o r c o l l a b o r a t i v er e s e r v a t i o n , s ot h e r ea r es o m e p i o n e e r i n gr e s e a r c h e so nw a v e l e n g t h - r o u t e d n e t w o r ku n d e ra d v a n c er a s e r v a t i o n , m o s to f t h ea t t e n t i o no nn e t w o r k - c o n t r o lt e c h n o l o g y a n dl l s c rr e q u e s tf l e x i b l es c h e d u l i n gt oa l l e v i a t et h ei m p a c to fr e s o u r c ef r a s m e n t a t i o n s 1 1 p e r f o r m a n c eo fr o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t ( r w a ) p r o b l e mu n d e r a d v 撇r e s e r v a t i o nw a ss e l d o mc o n s i d e r e & m 重庆邮电大学硕士论文 o nt h ew h o l e 。t h e r ea r ef o l l o w i n gc o n t r i b u t i o n si n t h ed i s s e r t a t i o n ： 1 aw c b - l c n d c 铭b 衄e du g t h p a t h se n c a p s u l a t i n ga m ia d v a n c er e s e r v a t i o n n e t w o r k ss y s t e m ( w s l 删i sp r e s e n t e da n dt h eo p e r a t i o dm e c h a n i s ma n d s o f t w e r em o d u l e sa b o u tt h es y s t e ma r ed e s c r i b e d c o n s i d e r i n gg r i da n dw e bs e r v i c e s m c 强g i n g 仃印正l e s o m - c 冶d e s c r i p t i o nf r a m e w o r k0 i d f ) w h i c hb u i l d s0 1 1s e m a n t i cw e b 怔c h a i q u e st od e s c r i b el i g t h p a t h s r c s o u i c e ss h o u l db ee x t e n d e d i tc a nf a c i l i t a t e m o d e l i n gl i g i l l p 豳l 屯s o u r c e s w i t hw e bs e r v i c e ss n dc o m p l e t ei t sa u t o m a t i c i n f o r m a t i o nu p d a t e sa n dm a n a g e m e n tw i t hw e bt e c h n o l o g y 2 t h ei n f l u e n c eo fl 把$ o u r c ef r a g m e n t a t i o n so nr w ap r o b l e mi sa n a l y z e d s i m u l a t i o n sp r o v et b 砒t h ec o n v e n t i o n a lh e u r i s t i cr w aa l g o r i t h m s 锄n o tw o r kw e l l u n d e ra d v l m c er e s e r v a t i o nr w a c o n s i d e r i n gt h e “镩o i 瞅f r a g m e n t a t i o n s i n w a v e l e n g t ha s s i g n m e n tp r o b l e m , 童h e u r i s t i ca l g o r i t h mn 锄e d 1 七s sr e s o u r e e f r a g m e n t a t i o n s 皿r f ) i sp r o p o s e d ar e - a l l o c a t i o ne 足e 肼口惺a l g o r i t h mi sp r o p o s e d , t os u p p o r tt h eu s e fr e q u e s tf l e x i b l es c h e d u l i n g g o u t i n sp r o b l e ma n dw a v e l e n g t h a s s i g n m e n tp r o b l e m 黜s o l v e dt o g e t h e ri nl a y e r e dg r a p hm o d e la n dd y n a m i cr a w s c h e m e ( l a y e r e d g r a p h - l r f ) i sp r o p o s e dw h i c hc o n s i d e r s “绺o i 煅f r a g m e n t a t i o n s p a r a m e t e r sa st h el i n kw e i g h t s s i m u l a t i o n si n d i c a t et h a tt h e s ea l g o r i t h m sh a v eg o o d p e r f o r m a n c eb o t hi nt h eb l o c k i n gr a t i o ，r c s o u l c 跫f r a g m e n t a t i o n sr a t i oa n di nf a i r n e s se t c b u te a c ha l g o r i t h ma l s oh a si t so w n s p e c i a ls c e n a r i ot of i ti n 3 b a s i n g0 1 1s i r e j a v a , ad i s c r e t e - e v e n tl i g t h p a t h ss c h e d u l i n gs i m u l a t i o np l a t f o r m n a m e d ( l a m b d a g ，w h i c ha c c o m m o d a t i n ga l o to f c o m m o nr w a a l g o r i t h m s ，h a s b e e n d e v e l o p e d t o s u p p o r t i m m o l a t er e s e r v a t i o na n da d v a n c et e s e r v a t i o n s i m u l t a n e o u s l y k e yw o r d s ：g r i d , 0 p 6 c a in e t w o r k s , a d v a n c e 他- s e r v a t i o mr o u t i n ga n dw a v e l e n g t h a s s i g n m e n t , r e s o u r c ef r a g m e n t a t i o n i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆 韭电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作 的司志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：二邵群 签字日期：乃可 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆整电太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阕。本人授权重去整电太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印，缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：绵名导师签名：7 日一若 签字日期： 7 - , 7 年，月；e t 签字日期：，。年6 月，e t 第一章绪论 1 1 网格计算概述 第一章绪论 随着信息的爆炸式增长、i n t e m e t 的壮大及计算机硬件的发展，人们希望全面 整合i n t e m e t 上的大量计算、存储、软件等资源，以提供一个全球动态资源池，实 现资源的全面互联，网格正是在这样的背景下被提出来，以作为下一代i n t e r n e t 的 基础设施。而网格计算则是一种架构，它通过一组标准服务接口和开放结构，为 在网格基础设施上协同、灵活而安全的大规模资源共享提供支持这里引用网格 计算研究的先驱i a nf o s t e r 的观点，网格计算必须同时满足三个条件f l 】；1 在非集 中控制的环境中协同使用资源；2 使用标准、开放和通用的协议和接口；3 提供可 靠的高质量服务随后在2 0 0 1 年，又将网格计算进一步定义为【2 】：网格计算为我 们提供了一种体系结构，使具有共同兴趣爱好的动态、异构、分布、自治计算资 源可以协同任务执行和资源共享 1 1 1 网格计算的发展 网格计算的发展可以简单分为三个阶段： 阶段1 开始于1 9 9 0 年左右，侧重于一些超级计算机的互连以提供高性能的 计算。当时也把这样的环境称为元计算环境代表性的两个项目是f a f n e r 和 i 强y 阶段2 开始于1 9 9 8 年左右，研究工作致力于提供网格中间件，以提高网格 应用的开发、部署和管理效率，解决网格应用的共性问题，典型的工作也将在本 章后面提到。大都基于阶段l 的两个平台的基础上，由于不同网格中间件系统的 核心协议具有独立性，不同的中间件系统通过各自的方式实现资源管理、任务提 交、监控和容错等核心功能，使基于不同中间件系统的网格应用难以互操作；另 一方面，由于早期中问件系统未能给出明确、一致的功能扩展机制，即使基于同 一中间件系统的网格应用系统，当在扩展其功能时，采取的扩展方式也不一致， 使得网格系统之间的互操作问题日益突出这些问题导致网格应用之间互相孤立， 进而使跨自治域的应用资源共享和集成变得异常复杂，逐渐背离了网格计算构造 “全球统一的资源池”这个最终目标 重庆邮电大学硕士论文 阶段3 2 0 0 1 年，f o s t e r 重新将网格定义为“1 “动态的、多组织之上、虚拟 组织内的协调资源共享和问题求解”。提出“共享”与“协作”是网格系统的根本 特征可以这样理解，由于共享是协作的基础，协作是共享的目标，而问题求解是 协作的最终目的，因此，这也标志着网格从多种专用技术的集成向一种广域资源 应用模式的过渡 1 1 2 网格计算所处的位置 网格计算的发展伴随着人们对其理解的深入和其它技术的成熟逐渐。如图1 1 所示，i n t c r n e t 从最开始的4 个节点到现在的1 0 亿用户，从单一的t c p i p 协议到 h t m l 、x m l 及s o a p 等众多协议和标准，从5 0 k b p s 的接入速度到1 0 0 m b p s 甚 至1 0 b p s 的高速接入，从e m a i l 等简单应用到现在的众多w e b 服务及其应用最 近2 0 年的时问，由于计算机技术的发展，i n t e r n e t 获得了惊人的发展速度，其中两 个关键技术是t c p i p 技术和w e b 技术，并基于这两个技术出现了很多技术标准 和成熟应用。网格计算被认为是与它们并列的第三个关键技术，因此，网格计算 所处的位置是基于下一代的i n t c m c t ，整合分布在全球的大量计算、存储、软件等 资源，形成一个全球资源池，方便的提供足够无处不在的计算力等资源，以满足 人们在其上的各种应用服务 图1 1 网格计算所处位置 2 第一章绪论 1 i 3 网格计算的本质 1 ) 网格计算从实现机制来看是一个开放的体系结构 从前面的网格计算定义可以看出。其针对的资源是动态的、分布的、自治的， 并要在其上进行协同的资源共享和任务执行，而不是中心化的管理方式这可以 与i n t e r n e t 的本质联系起来，其本质是分布、自治、无处不在，只要遵循t c p i p 的计算机就可以联入i n t e r n e t 中，与其它共同遵循此标准的计算机进行通行，因 此，在网格计算中要整合如此多的资源，一个开放的体系结构标准是至关重要的， 是网格计算的实现机制。 自治多域服务 八十年代中后九十年代中 2 0 0 12 0 0 22 0 0 4 联合计算 元计算 计算网格 多层网格开放网格服务 o g s a 体系结构体系结构：0 ( 3 s a 技术体系：w s r f 技术体系：o g s i 图1 2 网格计算体系结构发展历程 图1 2 为网格计算体系结构的简要发展历程，元计算和计算网格侧重其专用 性，伴随着分布在各地的计算、存储等资源增多，出现了开放的体系结构设想， 提出了类似t c p i p 分层结构，以协议为中心的开放体系结构，其中影响较大的如： 五层沙漏结构，其试图实现的是对资源的共享，其主要特点是结构简单，主要侧 重于功能定位的描述而不是具体的协议定义五层沙漏模型从底层开始分别为构 造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层 开放网格服务体系结构( o g s a ) 是由g l o b a lg r i df o r u m ( g g f ) 联合m m 公 司在2 0 0 2 年6 月共同推出的，是w e b 服务和网格技术相融合的产物，其实现的是 对服务的共享。其主要思想是：充分利用已有的w 如服务技术及其相关标准，将 网格计算中的资源以服务的形式共享 最初提出的o g s a 体系结构如图1 3 【3 】所示： 图1 3o g s a 体系结构图 重庆邮电大学硕士论文 从图1 3 中可以看出，开放网格服务基础设施( o p e n g r i d s e r v i c e h 觑舳咖， o g s i 【4 】) 在w e b 服务和基于o g s a 架构的服务层之间起到了承上启下的作用，这 是由于网格服务的特殊性造成的。网格计算的资源在o g s a 中以一种类似w e b 服 务的形式表现出来，称为网格服务，但与w e b 服务不同的是。1 ： 第一，网格服务具有动态及可能瞬变的特性在网格计算中，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，网格服务是有状态的。网格服务可以拥有与自身相关的属性和数据 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 总结起来网格服务是一种动态的、有状态的和可管理的w e b 服务因此，g g f 在2 0 0 3 年6 月推出了相应规范，定义了网格服务及怎么将其建立在标准w e b 服务 技术之上，利用x m l 与w e b 服务描述语言( w s d l ) 这样的成熟标准，为所有网 格资源指定标准的接口、行为与交互方式，称为开放网格服务基础设施：o g s i 。 这时可以将网格服务描述为遵循o g s i 标准的w e b 服务但正如网格之父 f o s t e r 所说的：“不幸的是，o g s i 不是一个业界普遍认可的标准”。针对 o g s i 的主要批判意见有i 5 6 1 1 1 在一个定义中有太多的混杂材料，没有清晰的功能划分，以支持增量发展： 2 o g s i 超前地大量使用x m l 模式( s c h e m a ) 等技术，不能使用现有的w e b 服务和x m l 工具工作，虽然扩展了w s d l 为g r i d w s d l 4 ，但兼容困难； 3 太多的“面向对象”o g s i 通过封装资源为一个w e b 服务，模型化一个状态 资源，耦合了生命周期、身份和资源状态，组成一个有状态的w e bs e r v i c e 但这样 工作模式包含繁杂的继承关系，难于理解和开发。 4 w s d l 2 0 推迟发布o g s i 重复了w s d l 的一些工作，导致潜在的不兼容 正如图1 2 中所示，o g s i 在2 0 0 4 年被m m 、g l o b u s 联盟和l i p 共同提出的 w 曲服务资源框架 7 1 ( w e bs e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k , w s r f ) 所替代，w s r f 实现 了w e bs e r v i c e 技术与网格技术完全地融合，消除了o g s l 与w e bs e r v i c e 技术间 的差异，并将o g s a 的体系结构演进为如图1 4 所示： 图1 4 融入了w s r f 的o g s a 体系结构图 4 第一章绪论 w s r f 可被视为w e b 服务规范的一部分，其目的是要阐明把“有状态”怎样加 入到w c b 服务中，并标准化w e b 服务描述有状态资源的能力，让w e b 服务有多种方 式来管理和访问状态 w s r f 中的有状态资源称为w s r e s o u r c e 有状态资源可以理解为：一些即使 不与之交互也存在的东西例如数据库，即使不查询它的时候，它也存在甚至 简单的计数器，在调用之间，或者每次调用它返回一个l 时，都必须存在对于 状态的描述，自然而然离不开属性的概念，有状态资源必然具有定义其状态的属 性，并且这些属性也应包括与资源交互的方式这里对应了w s r f 中的 w s - r e s o u r c e p r o p e r t i e s 规范，其包括了指定r e s o u r c e p r o p e r t i e s 在w s d l 文件中 被定义的形式指定了消息的形式，这些消息用于请求和接收属性的值，还解释 了如何更改、添加和删除w s r e s o u r c e 的属性 类似地，动态的网格服务具有一定的生命周期，w s - r e s o u r c e l i f e t i m e ( w s r f r l ) 规范针对的状态是：w s r e s o u r c e 将要过期时或不再需要时，将其显 式地销毁，w sr e n e w a b l e r e f e r e n c e 定义了一种机制用来更新已经无效的端点引 用；网格服务具有自组织和可查询性，w s s e r v i c e o r o u p ( w s r r - s o ) 定义创建一 组w e b 服务( 比如可用服务的注册表) 的方法；网格服务要提供可靠的服务， w s - b a s ef a u l t s ( w s r f - b f ) 规范定义了一种标准的方法，描述了如何报告错误的 机制。此外还包括有一个单独的w s - n o t i f i c a t i o n ! s 】规范：包含三个规范 ( w s - b a s e n o t i f i c a t i o n , w s - b r o k e r e d n o t i f i c a f i o n , w s - t o p i c s ) 的一套标准规范，将企 业级质量的发布和订阅消息集成到w e bs e r v i c e s 中 需要指的是，w s r f 的5 个协议规范都是基于w e b 服务寻址 ( w s - a d d r e s s i n g 9 ) 。w s - a d d r e s s i n g 提供了一种传输中立( t m n s l 】0 r t - n e u t r a l ) 的机 制来定位w e b 服务，包含了两个部分：端点引用( e n d p o i n tr e f e r e n c e s ) 和消息的 信息头( m e s s a g ei n f o r m a t i o nh e a d e r s ) 。对于有状态资源，服务端点引用除了包含 地址之外，还包含接口名称、使用政策、引用特性等元素 综上所述，w s r f 实际上是一系列规范，由其自身的5 个规范和w s - n o t i f i c a t i o n 规范组成，用于定义标准的消息模式或方法，以请求w s r e s o u r c e s 属性的值或改 变指定属性的值，并处理关于w s r e s o u r c e s 的各个方面。w s r f 实现了网格计算 和w e b 服务标准这两条路线的相交，并以次使之与s o a 原则相符，这有助于为 网格架构定义可互操作的、兼容的即插即用服务扩展，从而便于了来自不同提供 者的资源集成 在这一节中，从一种开放的体系结构角度对网格计算进行了分析，对其中一 些主流的技术及其演迸过程进行了论述，可以看出网格计算正向自治多域的服务 联合计算方向发展，文献【1 0 】中对网格计算的演进做了更详细的论述 重庆邮电大学硕士论文 2 ) 从实现技术来看：一种中问件技术 网格计算中的开放体系结构，如o g s a ，定义了一种网格服务，两格计算中 基础设施，如o g s i 、w s r f ，定义了以何种技术来实现o g s a 中定义的网格服务， 这里为w 曲服务技术而将这些规范具体实现，通过封装、屏蔽底层资源的特性， 为用户提供统一的编程接口以实现一种具体的网格服务，这就器要中间件技术的 支持，因此，从网格计算的实现技术来看，可视为一种中间件技术下面就简要 介绍网格计算中已有的一些中间侔。 l e g i o n “”由v i r g i n i a 大学在1 9 9 3 年开始开发。是一个针对网格计算应用的面 向对象的元系统中间件项目，主要侧重于对计算力的整合上在l e g i o n 中将一切 计算、存储、软件等资源视为一个l e g i o n 对象形式，用户可以生成自己的特定对 象类；l e g i o n 中已定义了一系列支持基本系统功能的核心对象及其函数功能和接 口，如；对象的命名、绑定、生成和销毁等。 u n i c o r e “”为u n i f o r mi n t e r f a c et oc o m p u t i n gr e s o u r c e s ( 计算资源统一接 口) 的简称，由g e r m a nm i n i s t r yo fe d u c a t i o na n dr e s e a r c h 资助发起，2 0 0 2 年1 2 月3 l 号第一个版本正式发布，在所有支持j a v a 的平台上均可以安装u n i c o r e 的 客户端软件，其一大特点就是具有良好的用户界面。 u n i c o r e 被欧洲网格项目：e u r o g r i d ”1 ( 欧洲网格计算应用验证平台) 广泛 采用，e u r o g r i d 由生物信息网格( b i og r i d ) 、地下交通网格( m e t r og r i d ) 、计算 机辅助工程网格( c a eg r i d ) 和高性能计算研究网格( h p cr e s e a r c hg r i d ) 组成。 目前由欧盟支持的g r i p t “1 项目为g l o b u s b j 和u n i c o r e 提供互操作，即允许通过 u n i c o r e 提交的作业在g l o b u s 管理的资源中运行，同时也支持在u n i c o r e 和 g l o b u s 之问透明地调度资源。 g r i d b u s ! 吣】是澳大利亚墨尔本大学的网格式计算和分布式计算实验室的开源项 目，并在其基础上提出了网格经济学模型的概念：以经济学原理来管理网格资源， 根据用户需要和资源供给情况而动态调整服务质量，这个模型被全球网格论坛 ( g l o b a lg r i df o r u m ) 接受，并成立了专门的工作组来研究该方案，认为其有助于鼓 励资源共享，有利于全局资源的合理配置并形成良好的网格生态环境和产业链。 g l o b u s ”】是当前国际上最有影响的网格计算项目之一。由美国a r g o n n e 国家 实验室与南加州大学信息科学学院i s i 于1 9 9 6 年开始合作开发。主要研究网格环境 中互操作的中间件技术，为科学和工程上的网格计算应用程序提供基本的支撑环 境。目前其主旨正在转化为将科学界环境中的开发思想在w e b 服务框架中进行重 塑，并且能够使用一种对工业界非常有用的方法来提供这种重塑在这个动机的 推动下，目前为止共推出了4 套完整的网格计算中问件：g l o b u st o o l k i t1 0 ( o t l o ) 、 g t 2 0 、g t 3 0 、g t 4 o n ”，这四个版本都代表了各个时期的网格计算发展方向 6 第一章绪论 g t l 0 和a r 2 o 只是侧重于专用的计算网格及网格计算的协议为中心的分层 化体系结构思想；g t 3 完全基于前面提到的o g s a i l l 构架和o g s i n 标准，标志着 网格计算和w e b 服务的融合趋势，以此逐步推进了网格计算的商业应用：随着2 0 0 5 年w s r f 的提出并取代了o g s i ，2 0 0 5 年1 0 月推出了g l o b u s t o o l k i t 4 0 。其最引人 注目的特性是：包括了很多w e b 服务和标准，基于w e b 服务实现了对各种资源 类的标准接口，这一事实可以显著地简化设计，也可以在w e b 服务盛行的i n t e m e t 上增加这些网格计算新标准被接受的可能，对于g t 4 0 将在本章后面再详细叙述 上面对4 种典型的网格计算中间件进行了分析。在文献0 8 中对它们进行了详 细的对比和分析，这里以一个层次结构图来做部分论述，如图1 6 所示 图1 54 类中间件的比较 u n i c o r 和l e g i o n 提供了一整套的方案，包括了网格计算的客户端和服务端， 各个模块耦合得较紧密。g l o b u s 以开发包的形式发布出来，只提供了资源的本地 封装包，通过第三方调度器( b r o k e r ) 调用其a p i 以使用资源，各开发包间的关系也 是松散的，可以有选择的使用。g r i d b u s 提供了整套的方案，但是之间关系是松散 的，比如：可以通过g r i d b u s 的b r o k e r 将任务分发到以g l o b u s 封装的资源上运行 上面对具有代表性的4 种网格计算中间件进行了分析和对比，针对网格计算 的实现，人们已开发了很多中间件，并有大量的网格计算项目正在使用，如：中 科院的织女星( v e g a g r i d ) ，美国威斯康辛大学的c o n d o r 和c o n d o r - g ，澳大利亚 m o n a s h 大学的n i m r o d 和n i m r o d - g 等等，这里不做赘述 1 1 4 网格计算与其它分布式计算技术的异同 1 ) 网格计算与集群计算 网格计算和集群计算虽然是两个极易混淆的技术，但它们存在着很多本质的 差别1 1 町：1 网格计算是由异构资源组成的；集群计算主要关注的是计算资源2 网 格本质上是动态的，其中的资源可以随时进行增加和删减：集群包含的处理器和 资源的数量通常都是静态的3 网格计算中的资源是分布的；集群计算中的资源 其物理上都在同一个两内，对资源间的时延有特殊要求；4 两格计算是非中，f i , 控制 的；集群计算通常为中心控制。 7 重庆邮电大学硕士论文 集群计算由于其紧耦合性：物理位置和网络时延的特殊要求，限制了可扩展 性，但是确可作为网格计算的一个有力补充，也就是说，网格计算中的资源包括 了集群这样的计算力资源 2 ) 网格计算与c o b r a c o r b a 作为w e b 服务的先驱，在网格计算和w e b 服务紧密结合的今天，导 致了它们有更多的表面相似技术，容易让人产生误解两个技术之间的差别有o ”： 1 c o r b a 与网格计算之间的主要区别是c o r b a 的实现是面向对象的，但是网 格计算没有采用这种假定在c o r b a 中，每个实体都是一个对象，可以支持诸 如继承和多态之类的机制。在o g s a 中，只是定义了一些与对象非常类似的概念， 但是并没有指定以对象方式来实现，而是更趋向于面向服务2 网格计算( o g s a ) 是在w e b 服务的基础上进行构建的；c o r b a 与w e b 服务更类似为对等的，并 与w e b 服务进行交互操作3 c o b r a 等技术被专有的交互语言约束，形成封闭体 系：网格计算采用通用的协议，目标是形成一个开放的框架 3 ) 网格计算与w e b 服务 w e b 服务技术已很成熟，包括了大量的成熟标准( 咀。、w s d l 、s o a p 、 u d d i 等) ，并已有大量应用在i n t e r a c t 上运行网格计算和w e b 服务在w s r f 出 现后，在技术标准上走到了一起，网格计算已完全采用了w e b 服务的标准，但考 虑到网格计算的动态性和有状态性，也对w e b 服务做了一些扩展，如：w s r f 等 标准的出现。在前面o g s a 的出现中已对两个技术做了全面比较，利用w e b 服务 技术构建网格计算系统最大的好处可认为是提高了网格系统的可扩展性和互操作 能力，使网格计算更接近于商用阶段 4 ) 网格计算与p 2 p 点对点( p 2 p ) 计算最近几年受到了人们的极大关注，p 2 p 充分发挥了互联网分 布、自治、无处不在的优势，在目前的互联网应用中占用重要地位p 2 p 的特点是 1 缺少集中管理，用户可以自由加入或离开，这使它的用户量很大；网格计算虽然 也是动态性的，但对其加入资源有一定的开放标准限制，用户量没有p 2 p 大。2 p 2 p 的资源动态性更明显，经常有频繁的资源池变化，这也使它的容错性更