（计算机应用技术专业论文）基于globus+toolkit的网格信息服务的研究与实现.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘摘 要要 网格技术是当前计算机技术发展的一个重要方向，它把用通信手段连接起 来的资源无缝集成为一个有机整体，给用户提供一种基于互联网的新型计算平 台。网格环境下的资源地理分布极广，类型和数量巨大，动态变化，且工作在 异构平台上由不同的管理策略控制， 其复杂性对信息服务提出了不一般的要求， 也使得对于网格信息服务的研究成为一项比较有意义且具有挑战性的工作。 本文的研究工作围绕网格信息服务展开。作者以现有主流网格中间件 globus toolkit 为基础平台，以电力故障处理网格平台作为应用背景，进行了以 下研究工作： （1）对网格基础理论和网格信息服务的关键技术进行了研究，并 深入分析了 gt3.2 中 mds 的底层实现机制和相关功能接口； （2）分析了传统 电力故障处理系统的不足之处，提出在该领域引入网格技术的必要性； （3）对 电力故障处理网格平台展开应用分析，针对该领域提出了基于 globus toolkit 的总体架构，然后将重点定位到信息服务上，设计并实现了系统的服务信息管 理模块； （4）完成 linux 平台下 gt3.2 的安装、配置和测试工作，并构建了一 个简单虚拟组织作为模拟网格环境； （5）针对模拟环境设计测试实例，编写网 格服务对相关功能进行了测试； （6）总结作者的研究工作，展望下一阶段的发 展方向，为后续工作奠定了基础。 关键词：网格，网格信息服务，globus，mds，虚拟组织 基于 globus toolkit 的网格信息服务的研究与实现 ii abstract grid technology is an important development direction of current computer technology. it integrates resources that are connected by means of communication measures into an organic whole, and supplies user with a new kind of computing platform based on internet. resources in grid environment distribute widely, change dynamically, and work on isomerous platform under control of different management policy, which presents uncommon demands to the information service, and makes the research on grid information service a significative and challenging task. this dissertation primarily researches into grid information service. the writer bases her research work on the most popular grid middleware globus toolkit, and takes grid platform of fault-handling of electric power as the application background, and her work includes: (1) researching into grounded theories of grid and key technologies of grid information service, and analyzing thoroughly the bottom implementation mechanism and related function interfaces of mds in gt3.2; (2) analyzing the shortage of traditional fault-handling system of electric power, and putting forward the necessity of importing grid technology into this application domain; (3) doing a thorough application analysis for the grid platform of fault-handling of electric power, and bringing up the architecture based on globus toolkit for this application domain, and then locating focus on the information service, finally designing and implementing the service information management module; (4) successfully installing, configuring and testing gt3.2 under the linux operation system, and establishing a simple virtual organization as a simulative grid environment; (5) designing testing instances fit for the simulative grid environment, and developing grid services for testing related functions; (6) summarizing the writers research work, looking forward to the developing directions, and settling the base of succeeding work. key words: grid, grid information service, globus, mds, visual organization 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。尽作者所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做 出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被 查阅和借阅,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、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 v 图表清单图表清单 图 1.1 web 服务架构.5 图 1.2 服务工厂 .6 图 1.3 服务生命周期变化.7 图 2.1 服务数据的组织结构.14 图 2.2 通知的传送过程 .15 图 2.3 索引服务的逻辑结构图 .16 图 3.1 基于网格技术的电力故障处理系统 .22 图 3.2 电力故障处理网格平台总体架构 .25 图 3.3 服务信息管理模块总体结构.27 图 4.1 网格系统中的服务数据 .29 图 4.2 sdpmanagement 功能相关类图.31 图 4.3 服务数据聚集 .33 图 4.4 sdeaggregation 功能相关类图 .34 图 4.5 服务注册过程 .37 图 4.6 servicerelease 功能相关类图 .38 图 4.7 功能类型索引结构.39 图 4.8 sdequery 功能相关类图.41 图 4.9 servicediscovery 功能相关类图 .44 图 4.10 本地服务组管理 .45 图 4.11 allservices 功能相关类图.46 图 4.12 voinfo 功能相关类图.47 图 5.1 层次型 vo 结构图 .51 图 5.2 vo 中的三个节点.61 图 5.3 globustxh 节点上的服务 .61 图 5.4 sdpmanagement 功能的主页面.61 图 5.5 ramfactoryservice 的服务数据.62 表 5.1 实验硬件配置 .49 表 5.2 服务发现实验数据.59 基于 globus toolkit 的网格信息服务的研究与实现 vi 注释表注释表 ogsa open grid services architecture 开放网格服务架构 ogsi open grid services infrastructure 开放网格服务基础设施 ggf global grid forum 全球网格论坛 gt globus toolkit globus 工具包 gis grid information service 网格信息服务 mds monitoring and discovery service 监测与发现服务 sd service data 服务数据 sde service data element 服务数据元素 sdp service data provider 服务数据提供者 wsdl web service description language web 服务描述语言 xml extensible markup language 可扩展标记语言 xsd xml schema definition xml 模式定义 gsh grid service handle 网格服务句柄 gsr grid service reference 网格服务引用 uddi universal description, discovery and integration 统一描述、发现与集成 soap simple object access protocol 简单对象访问协议 http hyper text transfer protocol 超文本传输协议 uri universal resource identifier 通用资源标识 url uniform resource locator 统一资源定位符 vo visual organization 虚拟组织 giis grid index information service 网格索引信息服务 gram grid resource allocation manager 网格资源分配管理器 lrs local registry service 本地注册服务 vors vo registry service 虚拟组织注册服务 qos quality of service 服务质量 jsp java server pages java 服务器端页面 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 研究背景 1.1 研究背景 “网格”一词在 20 世纪 90 年代中期首次被用来描述科学与工程分布式计 算的基础设施，它其实就是诸多节点的动态连接体，每个节点都是现存的一个 或多个企业或其他机构实实在在的 it 架构，包括硬件、软件、数据库等资源。 当然，每个节点可能还会派生出诸多类似的子节点。网格技术可以通过一定的 方式整合这些节点，在已有的 it 架构之上，实现 cpu、存储器和数据库等资 源的动态共享。我们通常把网格比喻成一台“虚拟的超级计算机” ，其中每一台 参与的计算机就是一个节点，就像摆放在围棋棋盘上的棋子一样，而棋盘上纵 横交错的线条对应于现实世界的网络，所以整个系统就叫做“网格”了。在网 格上做计算，就像下围棋一样，不是单个棋子完成的，而是所有棋子互相配合 形成合力完成的。传统互联网实现了计算机硬件的连通，web 实现了网页的连 通，而网格试图实现互联网上所有资源的全面连通1。 对于网格的应用需求，并不是近年才突显出来的，就像人们早就渴望信息 共享，却等到 web 技术出现之后才得偿所愿一样。cpu、存储器、服务器、中 间件等相关设备和技术的不断进步都是催生网格的现实因素。不断增加的带宽 也使网格上所需的大数据流量得到保证。另外，分布在众多地点的资源需要动 态整合，节点之间的互操作是不可避免的，这就需要设计一系列标准协议和中 间件来规范用户与资源之间的协同，建立、管理并挖掘共享关系。 目前，网格的研究主要发生在美国和欧洲。英国政府已投资 1 亿英镑，研 制“英国国家网格” （uknationalgrid） 。美国政府用于网格技术的基础研究经 费已达五亿美元。美国军方正在规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信 息网格” （global information grid）23，预计在 2020 年完成。作为这个计划的 一部分，美国海军和海军陆战队已先期启动一个 160 亿美元的八年项目，包括 系统的研制、建设、维护和升级。随着网格研究在学术界的加速，信息产业界 的大公司也相继公布了与网格目标一致的研究开发计划，例如，ibm 最近宣布 投资 40 亿美元启动一个全公司的 “网格计算创新计划” ， 太阳微系统公司在 2000 年 9 月公布了它的网格引擎软件。全球网格论坛（ggf）2是目前主要的合作 组织，已经成为事实上的全球性网格技术标准化组织。目前，国外已有多个网 格软件系统的实现， 如研究界的 gt3、 legionsystem， 商业界的 websphere （ibm 基于 globus toolkit 的网格信息服务的研究与实现 2 公司） 、sun one（sun 公司） 、.net（微软公司）等。其中最具影响力的是 gt， 已经成为 ggf 的主要参考标准。 在我国，已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 aci24（advanced computational infrastructure）和以中科院计算所为主的国家 高 性 能 计 算 环 境nhpce25（ national high performance computing environment） 。2002 年 4 月 5 日至 6 日，科技部召开了“网格战略研讨会” ，确 认将网格的研究和应用列为“863 计划”的一个专项32，随即成立了专项专家 组。863 网格专项投资高达 3 亿，主要任务是：研制面向网格的万亿次级高性 能计算机、具有数万亿次聚合计算能力的高性能计算环境；开发具有自主知识 产权的网格软件；建设科学研究、经济建设、社会发展和国防建设急需的重要 应用网格；制定若干与网格相关的国家标准，参与制定国际标准，使一批发明 专利和软件获得受理和登记，形成自主知识产权。2002 年底，上海市宣布将投 入两个多亿，建设 e-institute，其中网格是重点，把上海交大、复旦、华东理工 等多所重点高校用网格整合起来，共享资源，协同教学科研，李三立院士担任 首席科学家。另据消息，教育部也将对网格研究进行大力支持。早在 2000 年， 教育部就支持李三立院士进行 aci 的北京上海试点工程，取得了阶段性成果。 据说，教育部希望百所重点高校拥有千亿次级别的高性能计算机，以提高科研 水平。在此基础上，建设一个覆盖全国主要高校的网格是水到渠成的事。 网格的意义，就如同互联网技术改变了人们传统的通信方式和通信手段一 样，在于它改变了人们传统的计算方式和计算手段，为人们提供更强大、更方 便、更高级的问题求解手段。网格技术是当前计算机技术发展的一个重要方向。 随着网格应用需求的复杂化，应用资源的多样化，以及与 web 服务的结合，网 格服务所提供的资源无论是数量还是复杂程度都有大幅度的提高，可以说，网 格的功能有多强大，它就有多复杂。信息服务作为服务信息组织和管理的基础 服务，是面向服务的网格系统的一个重要技术内容，是保证分布资源协调一致 工作的基础，为整个系统提供行动的依据。面向应用领域的网格信息服务是作 者研究和实现的目标。 1.2 网格信息服务研究现状 1.2 网格信息服务研究现状 网格信息服务（gis）是一种基于网格环境的信息服务框架，面向网格计 算环境中数目巨大、地理上分布、且具有动态性的各种资源和服务。gis 支持 对资源（服务）的发现、描述、监控与更新，是网格基础设施的重要组成部分。 它保存了加入到网格中的软硬件、服务、人等资源的信息，并能够通过请求使 南京航空航天大学硕士学位论文 3 得这些信息对客户端可用，从而为整个系统提供行动的依据。gis 是保证分布 资源协调一致工作的基础12。随着人们对网格技术的日益关注，对 gis 的研究 也成为网格技术的一个热点和难点。 目前， 对 gis 的研究项目包括： globus 工具包中的监控与发现服务 （monitor and discover service，mds） ，它以层次数据模型为基础；欧洲数据网格中的关 系型网格监控结构（the relational grid monitoring architecture，r-gma） ，它 以关系型数据模型为基础； 同样以关系模型为基础的还有 2003 年 petera .dinda 等人开发的 gis 模型，称为 rgis，与 r-gma 相比，后者注重对动态资源的研 究，而前者更注重对相对静态的资源的研究，并且支持对资源的不确定查询， 范围查询和近似查询；另外，condor 项目中的 nawkeye 也是有代表性的 gis 系统。除了上述的几个大型的项目外，许多学者也进行了相关的研究：2001 年， adrianaiamnitchi 和 ian foster 等人提出可以将 mds 组织成一个 p2p 网络，并 对其中的路由节点选择问题提出了四种解决方案；2002 年，artur andrzejak 和 zhichen xu 等人提出了一个可扩展的能进行高效的范围查询的 gis 模型，该模 型以 can 为基础，同时对动态属性的处理提出了几个可行的办法；除此之外， 2003 年，martin frank、min cai 等人提出了一个可以解决范围查询和部分多属 性联合查询的基于 chord 的 gis 模型。国内对 gis 也有了相应的研究，例如中 科院计算所研究的织女星网格中的资源发现机制，它采用了层次查询结构，其 中用到了广播和路由转发技术。 作者对 gt3.2 中的 mds 进行了深入研究，在此基础上设计并实现了一个 应用网格平台中的服务信息管理模块。 1.3 相关技术介绍 1.3 相关技术介绍 网格服务是 ogsa4的核心，是网格整体架构的基础，它的设计相当精密 且灵活，为网格的各种强大而复杂的功能从细节上提供支持。不可避免地，网 格信息服务与网格服务有着千丝万缕的联系：首先信息服务所管理的正是网格 服务的服务数据，它们需要通过网格服务来获取；其次，信息的层次型组织的 构建基于网格服务自身的组织结构；再者，信息服务本身就是通过一组网格服 务来实现的。由此，本节将对网格服务的相关理论和技术进行介绍。 1.3.1 ogsa 的基本思想：突破科技应用领域，以服务为中心 1.3.1 ogsa 的基本思想：突破科技应用领域，以服务为中心 网格概念和技术开始是用于科学协作中的资源共享，后来人们发现网格概 念对于商业计算来说也特别重要，不仅可以作为一种增强企业能力的方式，而 基于 globus toolkit 的网格信息服务的研究与实现 4 且是一种构造可靠、可扩展、安全的分布系统的重要解决方案。正如 web 技术 一开始是为科学协作而出现的，后来却在商业领域大量使用一样，ogsa 将原 来主要在科技领域应用的网格技术转移到了工商业领域。 ogsa 的原理和机制同时适用于上述两个领域，只是在商业应用中还需要 无缝地和已有的服务与资源，以及负载、安全、网络 qos、可用管理工具等集 成。ogsa 支持服务发现的特性方便了将高级网格服务功能向原始平台设施的 映射与应用。ogsa 面向服务的特点允许我们在不同的层次上虚拟化资源，因 此相同的机制与抽象可以应用于多个组织之间的分布式网格支持的协作，或者 跨越多个结点的主机环境。 ogsa 是在原来“五层沙漏结构”5的基础上，结合最新的 web 服务6,31 技术提出来的。它把 globus 标准与面向商业应用的 web 服务结合起来，把网 格计算从科学与工程计算应用扩展到更加广泛的以分布式系统集成为主要特征 的商业应用领域。ogsa 将一切都抽象为服务，从而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，并且采用了万维网服务的 wsdl 和 soap 规范，遵循 ogsa 标准的系统都可以连在一起，用户可以很容易地集成、 共享各种系统提供的功能。 如果说五层沙漏结构是以协议为中心的“协议结构” ，则 ogsa 就是以服 务为中心的“服务结构” 。前者实现了资源的共享，后者实现了服务的共享，且 服务所指的概念更广，包括各种计算资源、存储资源、网络、数据库等。我们 把网格服务定义为：网络可达的通过消息交换提供特定功能的网络化实体，遵 循一套规范并支持为了实现特定目的而制定的一组标准接口的 web 服务。 从资 源到服务，这种抽象将资源、信息、数据等统一起来，十分有利于动态灵活一 致的共享机制的实现，使得分布式系统管理有了标准的接口和行为。 1.3.2 web 服务与网格服务 web 服务 1.3.2 web 服务与网格服务 web 服务 web 服务是面向商业应用的一种框架，它关注于简单的基于 internet 的标 准（如可扩展标志语言 xml17,22） ，解决异构的分布式计算问题。web 服务定 义了描述被访问软件组件的技术、访问这些组件的方法以及发现和鉴别相关服 务提供者的方法。 web 服务是编程语言中立、 编程模型中立及系统软件中立的， 实现了网络上应用的共享。 图 1.1 显示了 web 服务的架构， 我们可以看到 web 服务主要由四个模块组 成，分别用于服务发现、服务描述、服务调用和信息传输。服务发现部分容许 我们寻找满足需要的 web 服务，这部分通常由 uddi7来处理；web 服务最有 南京航空航天大学硕士学位论文 5 趣的特点之一是能够自我描述，这意味着一旦定位了 web 服务，你可以要求它 描述自己并告诉你如何操作和使用它，这是通过 wsdl8来处理的；调用一个 web 服务的过程包含在客户端与服务端之间传输信息， soap9规范了我们如何 格式化送往服务器的请求信息以及服务器本身的响应信息，理论上我们还可以 使用其它调用语言，但 soap 是 web 服务更乐意的选择；最后，所有的信息都 可以在服务端和客户端之间传输，架构这部分选择的协议是 http，理论上我 们仍然能使用其他协议，但 http 协议是目前使用最广泛的。不难发现，web 服务的实现建立在上述一系列标准协议的基础上。 图 1.1 web 服务架构 web 服务是网格服务的基础, 也是 ogsa 和 ogsi21的奠基石。web 服务 框架在两个方面对我们的目标有利10：首先，我们需要支持异构环境下的动态 发现和组合服务，这使得我们需要一些必须的机制，用于注册和发现接口的定 义和端口实现的描述，以及基于特定接口绑定动态产生代理。通过提供一个标 准机制使得接口定义和其在特定绑定中的具体实现 （传输协议和数据编码格式） 相分离，wsdl 能够支持上述需求；其次，广泛采用的 web 服务机制意味着一 个基于 web 服务的框架能够使用大量已有的工具和服务。例如 wsdl 处理器、 位于 wsdl 上层的工作流系统以及 web 服务运行环境等。 网格服务 网格服务 ogsa 符合标准的 web 服务框架， 因此很自然就具备了原来 web 服务的有 利因素。然而，web 服务只能做有限的工作，事实上，朴素的 web 服务（由 w3c 所规范）对于建立一个网格应用帮助不是太大。web 服务解决了发现和激 发永久服务的问题，但在网格环境中存在大量的临时服务，因此 ogsa 对 web 服务进行了扩展，提出了网格服务的概念。 web 服务是无边界和非临时的。 “无边界”意味着 web 服务不会记住你在 一个调用与另一个调用之间做过什么。如果我们想执行一串相关的操作就必须 将一次操作的结果作为下一次操作的参数发送出去。web 服务还是非暂时的， 这意味着它们的持续时间比客户端长，当一个客户端使用完 web 服务后，相关 基于 globus toolkit 的网格信息服务的研究与实现 6 信息能被下一个客户端访问到。 事实上当一个客户端正在使用一个 web 服务时 另一个客户端也能访问该服务并潜在妨碍第一个客户端的操作。 如图 1.2 所示，网格服务通过“服务工厂” （servicefactory）的思想来解决 上述两个问题：用一个中心 servicefactory 代替被所有用户共享的无边界的大 service，该 servicefactory 负责管理一组服务实例。当一个客户端需要调用 service 操作时它会通知某个实例而不是 servicefactory。只有当客户端需要创 建（撤销）一个实例时才会与工厂通信。一个实例可以同时被多个客户端共享， 一个客户端也可以同时访问多个实例。这些实例都是暂时存在的，它们的生命 期可以根据应用的不同而有所差异。 图 1.2 服务工厂 到目前为止，“服务工厂” 是网格服务所提供的最有意义的改进。 除此之外， 网格服务还提供了以下优点11： 1. 两种实现方法： 网格服务既可以从一个框架类继承下来也可以使用委托 模式来实现，引用过程都委派给一系列被称为操作提供者的类。使用委托可以 避开 java 不允许多重继承的限制，并且使得系统更加模块化，非耦合，可复用 设计（可以把所有的操作分布在不同的操作提供者中，并且可以在不同的网格 服务中重用提供者） 。 2. 生命期管理：大部分分布式对象技术，包括 gt3，都提供必需的工具来 管理网格服务的生命期，如告诉实例在创建之前和撤销之前运行某些代码。可 以通过在网格服务生命期的某些特定时刻（创建，撤销等）调用回调函数来实 现。回调函数机制非常简单，我们只需要实现 gridservicecallback 接口，它包 含了所有回调函数。 3. 服务数据：网格服务有一组用来描述自己的服务数据。服务数据和 wsdl 不同，wsdl 描述了诸如方法、协议之类的细节，而服务数据在根据特 点和能力来分类和索引网格服务时相当有用。服务数据是服务发现的基础。 4. 通知机制：我们可以定义一个网格服务作为通知源，并且某些客户端作 为通知接收器（或者是订阅者） 。当网格服务发生改变后订阅者便会收到变更通 知。在 gt3 中通知机制是与服务数据密切相关的。 南京航空航天大学硕士学位论文 7 1.3.3 网格服务技术细节 创建短暂服务：工厂 1.3.3 网格服务技术细节 创建短暂服务：工厂 网格服务实例可以像任何 web 服务一样来创建，也可以通过请求 factory 操作来创建。 虽然在各种不同的接口里有各种领域特定的 factory 操作， 但 ogsi 定义了一个标准的、可扩展的 factory 接口来处理许多通用的、简单的网格服 务创建。factory 接口的 createservice 操作根据请求创建有指定接口的网格服 务，并返回这个新服务实例的 gsh 和初始 gsr，并且将这个服务实例注册到 句柄解析服务中。 不同的运行环境可以采取不同的方式来实现网格服务实例，这依赖于运行 环境自己的能力和正在创建的服务实例的特性。在某些情况下，网格服务实例 可能是重量级实体，如操作系统进程；在其他情况下，网格服务实例可能简单 地标识为一个表中的一个项。我们不应该认为创建网格服务实例是一种高代价 的操作，但要意识到开销会随着不同的实现方法而有显著的变化。 服务生命周期管理 服务生命周期管理 对短暂服务实例的介绍引发了确定服务生命周期的问题，即确定一个服务 什么时候可以或应该被终止，以便回收相关资源。在正常的操作条件下，一个 短暂服务实例被创建以执行一个特定的任务，并在任务完成时终止，也可以由 请求方或请求方指派的另一服务明确终止。然而，在分布式系统中，组件有可 能失效，消息有可能丢失。由此产生的一个后果是服务有可能永远也不会收到 一个期望的显式终止请求，从而导致服务无限地消耗资源。 ogsa 通过一个软状态协议13,14解决上述问题。在该协议中，网格服务实 例在创建时被赋予初始生命期，客户端可以通过显式请求将初始生命周期延长 到一个指定的时间。如果到了该指定时间未收到客户端的重新确认，则宿主环 境或服务实例本身有权终止服务实例，并释放所有相关资源。下面我们依次描 述这些机制（见图 1.3） 。 图 1.3 服务生命周期变化 1. 协商初始生命周期：当通过一个工厂请求创建一个新的 grid 服务实例 时，客户端指定其可接受的最小和最大初始生命周期，工厂选择其中的一个初 基于 globus toolkit 的网格信息服务的研究与实现 8 始生命周期（如图中 a 到 e 点）并返回给客户端。 2. 请求延长生命周期：在 d 时间点，客户端知道服务将会在 e 时间点终 止，可以通过向服务发送 keepalive 消息使得该服务能够继续存活。另外，也可 以通过 setterminationtime 操作发送消息给网格服务实例来扩展其生命周期， 它指出了最小和最大可以接受的新生命周期的时间，服务实例选择一个新的生 命周期并返回给客户端。这和一个 keepalive 消息在效果上是等价的。 3. 明确终止：服务的存活期也可以被更改，比如在时间点 b，可以通过 setterminationtime 操作提前终止服务的生命周期，使它在 c 时间点结束。另 外，网格服务接口的 destroy 操作允许客户请求立即终止一个网格服务实例。 网格服务生命周期管理具有两大优点：首先，客户端可以可靠地确定一个 服务实例已终止，其资源已被回收，即便是在发生系统故障时。通过清晰地定 义服务实例的生命周期语义，生命周期管理提供了健壮的终止和失败检查；其 次，宿主环境可以保证有限的资源消耗，即使在发生它无法控制的系统故障时。 当一个服务实例的终止时间已到，宿主环境可以回收其所有资源。 管理句柄和引用 管理句柄和引用 因为网格服务是动态的和有状态的，所以每个网格服务实例都被分配了一 个全局唯一的命名网格服务句柄（gsh） ，从而将一个特定的网格服务实例 与所有其他网格服务实例区分开来。 网格服务可能会在其生命周期内升级， 因此 gsh 不携带任何特定于协议或 实例的信息，例如网络地址、支持的协议绑定等。这些信息被封装在一个叫做 网格服务引用（gsr）的单一抽象中。gsr 不同于 gsh，gsh 是一个常量， 而 gsr 可能会在服务生命周期内发生改变，并且 gsr 有一个显式终止时间， 或随时会在一个服务的生命周期内变得无效。从网格服务提供者的角度来看， 该策略具有提高灵活性的优势，但同时它也带来了当服务创建操作返回的 gsr 过期时，需要重新获取一个有效 gsr 的问题。 ogsa中 所 采 用 的 方 法 是 定 义 一 个 句 柄 到 引 用 的 映 射 表 接 口 （handlemap） 。该接口提供的操作以 gsh 为输入，返回一个有效的 gsr。可 以对映射操作进行访问控制，因此一个映射请求有可能会被拒绝。一个 handlemap 接口的实现可能希望知道哪些网格服务实例是事实上存在的，并对 它所知的已经终止的服务实例不返回其引用。 为了确保我们总能将一个 gsh 映射到一个 gsr，我们要求每个网格服务 实例至少在一个 handlemap 上进行注册，我们把它称为主 handlemap（home handlemap） 。通过在 gsh 中包含主 handlemap 标识，我们可以方便灵活地确定 南京航空航天大学硕士学位论文 9 与哪个 handlemap 交互，以获得给定 gsh 的 gsr。 然而，任何实现了 handlemap 接口的服务也是一个网格服务，因此也会有 一个 gsh， 并且也需要从 gsh获取 gsr。 显然这构成了一个自举 （bootstrapping） 问题，我们需要一种方法来获得 handlemap 的 gsr 而无需一个 handlemap。通 过要求所有的主 handlemap 服务都用一个 url 来标识， 并支持一个绑定到简单 的、众所周知的协议（即 http 或 https）的自举操作，我们解决了这一问题。 因此， 在指向主 handlemap 的 url 上执行一个 http get 操作， 就会返回 wsdl 形式的该 handlemap 的 gsr。 1.4 课题研究内容与论文组织结构 1.4 课题研究内容与论文组织结构 网格是一个很广的概念，覆盖多个领域，跨越多种平台，采用多种技术， 解决复杂的问题，提供非平凡的服务质量。信息服务搜集并管理各种信息，为 网格活动提供行动的依据，是网格系统的核心模块之一。网格系统的复杂性对 信息服务提出了不一般的要求，这使得对于网格信息服务的研究成为一项比较 有意义且具有挑战性的工作。本文的研究工作围绕网格信息服务展开，主要包 括以下几个方面： 1. 理论研究：学习网格基础理论、网格服务的技术细节、网格信息服务的 关键技术等； 2. 源码分析：研究 gt3.2 的源代码，深入分析 mds 的底层实现机制和相 关功能接口； 3. 分析设计：结合电力故障处理领域的需求设计网格应用平台的整体架 构，并对其中的服务信息管理模块进行总体分析和设计； 4. 代码实现：根据设计方案，结合此前的理论与研究基础，完成服务信息 管理模块的编码工作； 5. 测试验证：搭建实验平台，设计测试实例，对相关功能进行测试； 6. 综合论述：从总体上对所做的工作进行总结，归纳出需要完善和扩充的 地方，展望下一阶段的发展方向。 本文共包括六个章节。各章的内容组织如下： 第一章：绪论。介绍了课题的研究背景、国内外研究现状、相关技术以及 本文在理论和实践方面所做的工作； 第二章：网格信息服务研究。分析了网格环境下信息的几个典型特征对信 息服务的需求，讨论了 gwsdl 对信息服务的支持，介绍了服务数据以及网格 信息服务的三个重点：通知机制、索引服务和虚拟组织； 基于 globus toolkit 的网格信息服务的研究与实现 10 第三章：电力故障处理网格平台。首先分析了传统电力故障处理系统的不 足之处，提出在该领域引入网格技术的必要性，然后对电力故障处理网格平台 展开应用分析，并针对该领域提出了基于 globus toolkit 的网格应用平台架构， 最后对系统的服务信息管理模块展开设计分析，并提出了该模块的总体结构； 第四章：服务信息管理模块的设计与实现。首先介绍了开发环境，随后详 细阐述了各个功能模块的设计与实现工作； 第五章：实验环境与功能测试。首先介绍了模拟网格环境的软硬件配置以 及作者对网格中间件 gt3.2 所进行的安装配置工作，然后介绍了简单虚拟组织 的构建过程，最后介绍了使用测试实例对相关功能进行的一系列测试工作，并 展示了查看模块的运行视图； 第六章：结束语。总结了作者的研究和开发工作，展望了下一阶段的发展 方向，为后续工作奠定了基础。 1.5 小结 1.5 小结 本章首先介绍了课题研究背景；然后分析了网格信息服务研究现状；之后 对网格服务的相关理论和技术进行了介绍， 包括 ogsa 中以服务为中心的思想、 web 服务与网格服务之间的关系以及网格服务的几个关键技术细节；最后介绍 了作者的课题研究内容和本文的组织结构。 南京航空航天大学硕士学位论文 11 第二章第二章 网格信息服务研究网格信息服务研究 网格环境的复杂性突显了信息服务的重要性，同时也对信息服务提出了不 一般的要求。信息服务使用服务数据来包装网格环境下的各种信息，gwsdl 支持服务数据的声明，通知机制基于服务数据的变更，而索引服务可以通过服 务数据聚集功能成为虚拟组织（vo）的信息中心。本章将对这些内容进行详细 的阐述。其中，服务数据、通知机制、索引服务以及虚拟组织是网格信息服务 中的关键概念。 2.1 网格信息服务的需求 2.1 网格信息服务的需求 网格信息服务的需求都是由基本的网格环境驱动的