（計算機(jī)軟件與理論專業(yè)論文）并行計算的網(wǎng)格應(yīng)用研究.pdf

摘要 近年來，隨著i n t e r n e t 的普及和寬帶技術(shù)的發(fā)展，給分布式高性能計算的 發(fā)展帶來了更廣闊的空間。網(wǎng)格計算也迅速發(fā)展起來?，F(xiàn)在，網(wǎng)格技術(shù)已經(jīng)跨越 了最初的原型研究階段，正在進(jìn)入實際應(yīng)用。種種跡象表明，網(wǎng)格技術(shù)將是未來 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，它的發(fā)展將不可限量。 與之同時，由于并行計算能滿足人們對高速度、低成本計算技術(shù)的需求，在 高性能科學(xué)計算中己經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。但是由于其種種缺陷，在很大程度上 限制了其發(fā)展。本文主要論述的就是怎樣將這兩者結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，使其共 同發(fā)展，并將其實現(xiàn)。 針對以上問題，本文首先討論了網(wǎng)格計算的相關(guān)概念和介紹了開放網(wǎng)格服務(wù) 結(jié)構(gòu)o g s a 的主要思想。開放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)o g s a 是目前最新的一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)， 是一種以服務(wù)為中心的“服務(wù)結(jié)構(gòu)”，主要突出從網(wǎng)格用戶的角度來討論網(wǎng)格系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)。o g s a 采用了萬維網(wǎng)服務(wù)的w s d l 和s 0 a p 規(guī)范。遵循o g s a 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都 可以連在一塊，用戶可以很容易的集成、共享各種系統(tǒng)提供的功能。 接著分析了網(wǎng)格環(huán)境的層次構(gòu)建，并通過討論g l o b u st 0 0 k i t3 工具包的相 關(guān)介紹、體系結(jié)構(gòu)和編程模型，提出了構(gòu)建一個網(wǎng)格環(huán)境的基本步驟和所需文件。 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 利用g t 3 工具包構(gòu)建的網(wǎng)格環(huán)境不僅可以實現(xiàn)信息的基本搜索和傳輸，還可以進(jìn) 一步的構(gòu)建信息的匯聚，信息的決策，以及干擾與反干擾、突襲與反突襲、控制 與反控制等高層次的信息戰(zhàn)術(shù)。這是通過并行環(huán)境中難以達(dá)到的。 然后，本文通過對并行計算的研究，分析了并行計算在網(wǎng)格計算中實現(xiàn)所面 臨的關(guān)鍵問題，并給出解決方案。這些問題包括主要的應(yīng)用策略、任務(wù)的劃分與 分配、通信方式、并發(fā)編程以及安全問題。 接著，給出了一個并行計算在網(wǎng)格環(huán)境中實現(xiàn)的主要代碼，以及以n 皇后算 法為例，給出了性能分析和實驗結(jié)果。 最后，本文總結(jié)了工作中的不足，給出了進(jìn)一步工作的展望。 關(guān)鍵詞：網(wǎng)格計算；并行計算；0 g s a ；g t 3 軟件 nr e c e n ty e a r s a l o n gw i t ht h ei n t e r n e tp o p u l a r iz a t j o na n dt h ew i d e b a n dt e c h n oo g yd e v eio p m e n th a sb r o u g h tab r o a d e rs p a c ef o rt h e d is t r j b u t i o n a ih i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t a t i o nd e v e i o p m e n t g r i dc o m p u t i n g a is or a p i d l yd e v e i o p s n o w ， t h eg r i dh a sc r o s s e dt h ei n i t i a lp r o t o t y p e r e s e a r c hp h a s e ，a n di se n t e r in gt h ep r a c t l c a ia p p ii c a t i o n a llt h es i g n s n d i c a t e t h a t t h eg r i dw i i ib e t h e f u t u r ed e v e i o p m e n t t r e n do f t h en e t w o r k a n di tw _ | l b et e c h n o i o g yd e v e i o p m e n t a p a r tf r o mt h a t d u et om e e tp e o p i e sd e m a n do fi o v r c o s tc o m p u t in g t e c h n o l o g yi nh i g h p e r f o r m a n c es c i e n t i f i cc o m p u t i n g ，h i g h s p e e dp a r a l i e c o m p u t i n gh a sb e e nw i d e iya p p ii e d b u ti t sd e f i c i e n c i e si a r g ej y ii m i t e d t sd e v e i o p m e n t t h em a i nd is c u s s i o nish o w t oi n t e g r a t e t h e t w o f o rc o m m o n d e v e i o d m e n ta n da c h i e v e si t t os o lv et h ea b o v ep r o b i e m t h ep a p e rf ir s t i yd i s c u s s e dt h er e la t e d c o n c e p t o fg r i d c o m p u t i n ga n d t h em a i n i d e ao fo 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 ( o g s a ) 。o p e ng r ；ds e r v i c e s a r c h i t e c t u r e ( 0 g s a ) is t h ela t e s t o fag ri da r c h i t e c t u r e i tis as e r v i c e c e n t e r e d ”s e r v i c es t r u c t u r e ”，a n d m a i n l yd is c u s s e st h eg r i ds y s t e ma r c h i t e c t u r eh i g h ii g h tf r o mt h e p e r s p e c tiv eo fu s e r s o g s aa d o p t e dt h ew s d la n ds o a ps t a n d a r d so fw e b s e r v i c e s t h es y s t e m s ，w h i c hf o | l o w0 g s as t a n d a r d s ，c a nb ei nap i e c e u s e r sc a ne a siy n t e g r a t ea n ds h a r eo fs y s t e mf u n c t ；o n s a n dt h r o u g hd is c u s s i o n st h er e i a t e dd is p la y s ， a r c h i t e c t u r ea n d 兒i 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 p r o g r a m m in gm o d e io fg i o b u st o o k i t3 ， i tm a d eu po fag r i de n v ir o n m e n t g ri de n v ir o n m e n tb yg l o b u st o o l k i t3c a nn o to n l ya c h i e v et h eb a s i cs e a r c h a n di n f o r m a t i o nt r a n s m is s i o n b u ta ls of u r t h e ru pt h ec o n g r e g a t i o na n d d e c is i o no fi n f o r m a t i o na n dh i g hi e v e iso ft a c t i c a ii n f o r m a t i o n f o r e x a m d i ei n t e r f e r e n c ea n da n t i i n t e r f e r e n c e r a i d sa n dc o u n t e r r a id s c o n t r o ia n da n t i - c o n t r o ie t c t h a t jsd j f f i c u i tt oa c h i e v et h r o u g h d a r a ll e le n v ir o n m e n t n e x t t h r o u g ht h er e s e a r c h0 fp a r alieic o m p u tn g t h ep a p e ra n aiy z e s t h ep r o b i e m ，w h i c hw ilib ef a c ei np a r a li ac o m p u t i n gi ng r i de n v ir o n m e n t a n dg iv e st h ep r o j e c t t h e s ep r o b i e mi n c i u d em a j o ra p p li c a t i o ns t r a t e g y t h ed iv i s i o na n dd is t rib u t i o no ft a s k s c o m m u n i c a t i o nm o d e ， c o n c u r r e n t p r o g r a m m i n ga n ds e c u r i t yp r o b l e m m o r e o v e r t h ep a p e rg i v e st h em a i nc o d eo ft h ei m p i e m e n to fp a r a ii e c o m p u t i n gi nt h eg r i d c o m p u t i n ge n v ir o n m e n t a n di tg i v e st h er e s u i tb y nq u e e n s e x a m p i ea n dc a r r ie so nt h ep e r f o r m a n c ea n a l y s ist ot h iss y s t e m f i n a | i y ， t h i sa r t i c i es u r 舯a r i z e st h ew o r k i n a d e q u a t e ，g iv e nt h e o u ti o o kf o rf u r t h e rw o r k k e yw o r d ：g r i dc o 爪p u t i n g ；p a r a ll ac o m p u t in g ；0 g s a ；g i o b u st o o lk i t3 第一章緒論 第一章緒論 1 1 課題背景 從第一臺電子計算機(jī)e n i a c 誕生到今天的半個世紀(jì)里，計算速度已經(jīng)提高了 億倍以上。從6 0 年代至現(xiàn)在，計算機(jī)的發(fā)展的效率不到1 0 年就提高了1 0 倍。 計算機(jī)和計算方法的進(jìn)步極大地提高了人類的計算能力，從而引起了科學(xué)方法論 的巨大變革。但是人們對高性能運算的追求是永無止境的，計算己經(jīng)成必不可少 的手段。 對于數(shù)據(jù)計算、交換量大的處理往往不能在單臺計算機(jī)上運行，而不得不設(shè) 法找大型計算機(jī)進(jìn)行運算。然而大型計算機(jī)計算費用很高，這限制了很多科學(xué)計 算研究工作的開展。如何充分利用現(xiàn)有設(shè)備對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理己成為一個有待 解決的問題，于是網(wǎng)絡(luò)并行計算被提出來。 網(wǎng)絡(luò)并行計算是利用一組由網(wǎng)絡(luò)互連的計算機(jī)同時解決一個大問題的過程。 由于高性能p c 、工作站的普及和高速網(wǎng)絡(luò)的成熟，一組互連計算機(jī)的并行計算 能力可以超越一臺高性能計算機(jī)，能滿足人們對高速度、低成本計算技術(shù)的需求。 由于網(wǎng)絡(luò)并行計算特別適合我國國清，計算成本小又具有計算大問題的能力，所 以它在高性能科學(xué)計算中己經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，包括分子動學(xué)模擬、超導(dǎo)研究、 分維計算、矩陣計算、物探、氣象科學(xué)等。我國的并行和分布計算研究工作開始 于6 0 年代末，目前已在多方面取得了一定成果。對各種問題的計算都有了成功 的例子?！?而現(xiàn)在，i t 技術(shù)發(fā)展又出現(xiàn)了以下的新的前景： 寬帶技術(shù)的發(fā)展使得帶寬的成本大大降低，大量的光纖已經(jīng)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò) 中，可以為用戶高速優(yōu)質(zhì)的提供數(shù)據(jù)； 分布式的信息和應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)的部署，新的技術(shù)如w e b 服務(wù)的出現(xiàn)， 使得服務(wù)能夠遍及整個網(wǎng)絡(luò)； 服務(wù)器和存儲器的虛擬化，使得我們能從更高的結(jié)構(gòu)級別上共享信息和 數(shù)據(jù)?！? 這些便利的條件使得有效地利用大范圍內(nèi)分布的資源來完成以往無法完成 的應(yīng)用成為可能，網(wǎng)格技術(shù)就是在這樣的條件下被提了出來?，F(xiàn)在，網(wǎng)格技術(shù)已 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 經(jīng)跨越了最初的原型研究階段，正在進(jìn)入實際應(yīng)用。 網(wǎng)格技術(shù)它最初實現(xiàn)是將不同地理位置的計算資源通過高速的互聯(lián)網(wǎng)組成， 從而得到充分共享的資源集成和提供一種高性能計算、管理及服務(wù)的資源能力。 中國科學(xué)院計算所所長李國杰院士認(rèn)為網(wǎng)格實際上是繼傳統(tǒng)因特網(wǎng)、w e b 之后的 第三個大浪潮，可以稱之為第三代因特網(wǎng)“1 。網(wǎng)格是新一代的信息基礎(chǔ)設(shè)施， 信息高速公路i n t e r n e t 是信息傳輸?shù)男畔⒒A(chǔ)設(shè)施；而網(wǎng)格計算的基礎(chǔ)設(shè)施g r i d 是信息處理( 包括信息傳輸) 的信息基礎(chǔ)設(shè)旋，網(wǎng)格是用來解決資源的真正共享， 使各結(jié)點大量閑置的計算資源和存儲資源得到統(tǒng)一支配和使用。網(wǎng)格不是重新架 構(gòu)，而是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的一個延伸。網(wǎng)格技術(shù)可以將大量運行有專門管理 軟件的計算機(jī)相互連接起來，創(chuàng)建一個極其強(qiáng)大的虛擬計算環(huán)境，在這個環(huán)境之 下，每個機(jī)構(gòu)和個人都可以訂閱和運行復(fù)雜的應(yīng)用程序，充分享用海量信息資源。 網(wǎng)格技術(shù)在成為研究熱點十多年后，在眾多企業(yè)的關(guān)注和努力下，逐步開始 了商業(yè)化進(jìn)程。企業(yè)己經(jīng)不再滿足于僅僅從技術(shù)層面來討論網(wǎng)格。各種網(wǎng)格技術(shù) 應(yīng)用的解決方案也已經(jīng)逐步推向市場。傳統(tǒng)的基于軟件的網(wǎng)格解決方案通常需要 安裝在防火墻后，它不僅依賴于平臺，而且相互之間還存在不兼容的通信協(xié)議， 現(xiàn)在新的網(wǎng)格的標(biāo)準(zhǔn)開放網(wǎng)格服務(wù)體系0 g s a 提出把網(wǎng)格計算與w e b 服務(wù)相結(jié)合， 實現(xiàn)分布式異構(gòu)平臺資源共享以及管理。就如同w e b 一樣，在不同的操作系統(tǒng)的 用戶都能夠使用它所提供的服務(wù)。不過網(wǎng)格比w e b 服務(wù)的層面更加廣泛，更加具 用動態(tài)性和擴(kuò)展性。由于網(wǎng)格用戶可以使用不同地域、不同操作系統(tǒng)的資源，這 就為高性能計算提供了更大的發(fā)展空間?？偠灾?，種種跡象表明，網(wǎng)格技術(shù)將 是未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，它的發(fā)展將不可限量。“1 1 2 本課題研究意義及價值 “ 在高性能計算方面，網(wǎng)絡(luò)并行計算技術(shù)已經(jīng)比較成熟，它所帶來的高效率已 經(jīng)得到社會的認(rèn)可。但是，國內(nèi)外研究并行計算大多停留在理論上，即使有實際 應(yīng)用的，也只是針對某一具體問題的解決，程序的重用性和可移植性有很大局限。 尤其是目前并行設(shè)計環(huán)境很不完善，表現(xiàn)在通信、負(fù)載平衡、調(diào)試、同步等。這 些缺陷很大程度上限制了并行計算的發(fā)展。主要表現(xiàn)在以下兩個方面： 其一、限制了用并行計算來解決問題的用戶范圍。目前一般情況是，并行計 算的用戶就是并行計算程序員，他為了求解某種問題，用并行程序設(shè)計語言編寫 第一蘋緒論 出一個并行程序，讓他在構(gòu)建好的并行環(huán)境中運行，得出結(jié)果。而大部分時間， 這種計算能力都是處于空閑狀態(tài)。而其他的程序可能為了解決同樣問題，又需要 再次設(shè)計并行程序和構(gòu)建并行環(huán)境。這樣無疑造成了很大的浪費。 其二、限制了并行計算的規(guī)模，使復(fù)雜的并行計算程序難以達(dá)到最佳的加速 比。由于并行設(shè)計環(huán)境的不完善，并行計算的發(fā)展主要是在局域網(wǎng)內(nèi)，這樣就不 可避免的限制了并行計算的計算資源。對于某些復(fù)雜的問題，由于參與計算的計 算能力過少，所以無法發(fā)揮并行計算的真正效率。 但是并行技術(shù)對高性能計算的貢獻(xiàn)，以及它的種種優(yōu)點都是不容置疑的。怎 樣解決這一問題成為了首要問題。而網(wǎng)格技術(shù)可以很好的解決這些問題。網(wǎng)格計 算在某種意義上來說就是高效分布式計算，它本身就有天然的并行性，為在網(wǎng)格 環(huán)境下實現(xiàn)并行計算提供了天然的條件。網(wǎng)格服務(wù)可以看成一種實現(xiàn)某種特定計 算的功能，這樣，由多個提供網(wǎng)格服務(wù)的計算結(jié)點組成虛擬并行機(jī)，完成由網(wǎng)格 客戶端應(yīng)用提交的并行計算任務(wù)?，F(xiàn)在的成果也很多，而怎樣進(jìn)一步的提高計算 效率和怎樣將網(wǎng)格技術(shù)與現(xiàn)有的技術(shù)相結(jié)合就是問題的研究的重點所在。解決這 個問題有兩方面途徑： 一個方面是，如果計算能力就是資源，這就是說無論是高性能的超級計算機(jī)、 并行計算機(jī)還是通過并行虛擬機(jī)所構(gòu)建成的機(jī)群系統(tǒng)，都是網(wǎng)格上可以使用的資 源。如果能把能提供高性能計算技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)格環(huán)境中去，也就是說，通過將現(xiàn) 存的計算能力作為資源提供給網(wǎng)格用戶使用，為網(wǎng)格計算創(chuàng)造出更多更成熟的計 算資源，從而提高了網(wǎng)格計算的總體性能。 另外一方面，如果將網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用到并行計算中去，通過網(wǎng)格環(huán)境，為并行 計算提供更多，更高效的計算結(jié)點。并行計算的思想是將想解決的復(fù)雜問題劃分 成為，可以并行實現(xiàn)的子任務(wù)，交給不同的計算結(jié)點進(jìn)行計算。如果利用網(wǎng)格環(huán) 境中分布式異構(gòu)平臺計算資源來執(zhí)行并行計算子任務(wù)。就可以進(jìn)一步的實現(xiàn)計算 性能的高速處理。 這兩方面途徑涉及到兩方面主要問題： 一方面是，這樣將并行技術(shù)和網(wǎng)格技術(shù)無縫連接，充分利用并行計算創(chuàng)造的 高性能計算能力和網(wǎng)格技術(shù)的高通信及完善的安全技術(shù)。這個主要涉及到中間件 和接口的設(shè)計問題。 另外一方面，實現(xiàn)這些應(yīng)用無可避免涉及到網(wǎng)格編程，但是使用網(wǎng)格工具箱 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 來開發(fā)個網(wǎng)格服務(wù)，其服務(wù)程序的設(shè)計過程是比較復(fù)雜的，方法也各式各樣， 而且資料也不齊全。這樣無疑給并行計算程序員編寫與部署網(wǎng)格服務(wù)帶來了很大 的阻礙。所以，如何將這一運行過程自動化、模塊化，盡量使程序員無須了解底 層的網(wǎng)格平臺的具體運作過程，就能提供或者時使用計算資源的平臺就成為了當(dāng) 務(wù)之急。 1 - 3 目前發(fā)展的研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外也提出了很多技術(shù)來解決這一問題，其中最常用也是比較完善 的一個就是g t 2 + m p i c h g 2 方案?！? m p i 是在1 9 9 4 年5 月發(fā)布的信息傳遞庫標(biāo)準(zhǔn)。m p i 標(biāo)準(zhǔn)是基于m p i 論壇成員 的參與者一致意見的，這個論壇是由4 0 多個團(tuán)體組織的。這個論壇的參與者包 括廠家，研究工作者，高等院校，軟件庫的開發(fā)者和使用者。m p i 提供可移植性， 標(biāo)準(zhǔn)化，性能和功能。 m p i c h g 2 是m p iv 1 1 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格實現(xiàn)，也就是從g t 中獲得服務(wù)( 工件啟 動，安全性等) ；m p i c h g 2 也允許耦合多重不同體系結(jié)構(gòu)機(jī)器，來運行m p i 應(yīng) 用。m p i c h g 2 自動地把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成報文在不同體系機(jī)構(gòu)的機(jī)器問傳遞，同時， m p i c h g 2 通過自動的為中間機(jī)器報文和賣主所提供的內(nèi)部機(jī)器報文的m p i 選擇 t c p 來支持多協(xié)議通信?，F(xiàn)存的為m p i 所編寫的并行程序通過g l o b u s 架構(gòu)的再 編譯將能執(zhí)行。支持m p i 并行程序開發(fā)的是t h eg l o b u st o o l k i t2 。 g t 2 十m p i c h g 2 來支持并行計算的步驟如下： 1 ) 用戶調(diào)用網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施( g s i ) 來獲得一個代理認(rèn)證，以取得相關(guān)權(quán)限： 2 ) 一旦通過認(rèn)證，用戶使用標(biāo)準(zhǔn)的m p i r u n 命令來請求創(chuàng)建一個m p i 計算。 m p i c h g 2 中的這個命令的實現(xiàn)由資源描述語言( r s l ) 來描述； 3 ) 基于r s l 腳本提供的信息，m p i c h g 2 調(diào)用g l o b u st o o l k i t 中的動態(tài)協(xié)同分 配代理庫，它用于調(diào)度和啟動用戶說明需要的各種機(jī)器上的應(yīng)用程序； 4 ) 叫r o c 庫使用g 1 0 b u s 中的資源分配管理器( g r a m ) 中的a p i 和協(xié)議來啟動和 管理每臺機(jī)器上的子計算，對每個子計算，d u r o c 到遠(yuǎn)程g r a l 服務(wù)器上產(chǎn)生 一個g r a m 請求，使用戶可以獲得本地認(rèn)證并且與本地調(diào)度器相聯(lián)系，使用戶 可以初始化計算。 m p i c h g 2 將用戶在網(wǎng)格環(huán)境下進(jìn)行并行計算變?yōu)榱丝赡?，它有以下?yōu)點： 4 第一章緒論 m p i c h g 2 提供了與m p i 完全一致的并行編程界面，只不過它已經(jīng)從并行 計算機(jī)擴(kuò)展到了異構(gòu)的網(wǎng)格環(huán)境，方便原來m p i 編程人員使用。 m p i c h g 2 融入了g l o b u s 的資源發(fā)現(xiàn)、資源分配、運行管理、安全驗證 等功能，加強(qiáng)了對服務(wù)質(zhì)量的控制。 它是一開始就由g l o b u st o o l k i t 設(shè)計者直接支持的，可以在g t 2 下工作 的很好。 但是，實驗證明，這種模式存在著的不足，由于任務(wù)之間需要在網(wǎng)絡(luò)( 非局 域網(wǎng)) 中進(jìn)行交互，所以網(wǎng)絡(luò)延遲的影響很大。g l o b u st o o l k i t 設(shè)計者i a nf o s t e r 自己也承認(rèn)，m p i c h g 2 只是實現(xiàn)在網(wǎng)格中進(jìn)行并行計算這一功能，不能改進(jìn) m p i c h 的運行效率，據(jù)他自己估計，由于需要考慮到網(wǎng)絡(luò)的延遲，在網(wǎng)格中進(jìn)行 m p i 并行計算要比直接使用m p i 慢1 0 左右，而且可能更多。因此，這種模式被 其本身的設(shè)計者所放棄，到了g l o b u st o o l k i t 3 以后的版本不提供在網(wǎng)格中支持 m p i 編程的模式了。同時m p i c h g 2 也只能在l i n u x 環(huán)境下使用，這些都極大地 限制了其發(fā)展。這樣，就使得在網(wǎng)格環(huán)境下，進(jìn)行并行計算的發(fā)展處于停頓狀態(tài)。 1 4 本文的研究重點以及組織結(jié)構(gòu) 本文研究重點提出一個在網(wǎng)格環(huán)境下實現(xiàn)并行計算的模型，以及將現(xiàn)有的并 行計算能力發(fā)布為網(wǎng)格計算的設(shè)想。重點從以下幾個方面來討論： 1 對于網(wǎng)格計算以及網(wǎng)格服務(wù)理論的研究。包括網(wǎng)格計算的各方面的體系結(jié) 構(gòu)的研究。理解什么是網(wǎng)格計算和網(wǎng)格計算所要達(dá)到的目標(biāo)。 2 研究0 g s a 及其相關(guān)技術(shù)。闡述了o g s a 的應(yīng)用價值，詳細(xì)分析了o g s a 的 基本實現(xiàn)g l o b u st 0 0 1 k i t 3 工具包，并利用它構(gòu)建一個網(wǎng)格環(huán)境。 3 通過研究并行計算的思想，提出了一個在網(wǎng)格環(huán)境下實現(xiàn)并行計算的構(gòu)架 以及面臨的主要問題，并通過分析給出解決方案。 4 實現(xiàn)網(wǎng)格環(huán)境下的并行計算應(yīng)用，并通過一個實例證明其優(yōu)越性。 本文基本組織結(jié)構(gòu)如下： 第一章緒論，簡介本論文的研究和應(yīng)用的背景及意義，說明論文的組織結(jié)構(gòu)。 第二章開放網(wǎng)格服務(wù)體系o g s a 。重點介紹開放網(wǎng)格服務(wù)體系0 g s a 以及其相關(guān) 技術(shù)。 第三章網(wǎng)格環(huán)境的系統(tǒng)設(shè)計。介紹了g 1 0 b u s 項目、g t 3 工具包的相關(guān)技術(shù)以及 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 g t 3 工具包的編程模式，并通過研究提出了網(wǎng)格環(huán)境設(shè)計的基本要求和步驟。 第四章并行計算的網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計提出了符合設(shè)計的構(gòu)架，和研究的關(guān)鍵問 題，并通過分析給出解決策略。 第五章系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計，對第四章提出的各種功能給出初步的程序設(shè)計。 第六章算例的實現(xiàn)給出一個算例，對其進(jìn)行實現(xiàn)，并對其進(jìn)行性能分析 1 5 論文創(chuàng)新點 雖然，目前在w i n d o w s 環(huán)境下，網(wǎng)格環(huán)境所能實現(xiàn)的功能還較為淺薄。但是 上文已經(jīng)提到，利用0 g s a 的具體實現(xiàn)g t 3 工具包建立的網(wǎng)格環(huán)境具有很大的發(fā) 展?jié)摿?，這也是本文采用它作為研究基礎(chǔ)的主要原因。另一方面就并行計算系統(tǒng) 平臺而言，自身的局限性已經(jīng)限制了其發(fā)展，不過對于一個并行平臺而言，它所 需達(dá)到的是為以下幾個問題： 1 啟動并行計算任務(wù)時，可以屏蔽異構(gòu)的網(wǎng)格環(huán)境，本文通過網(wǎng)格服務(wù)數(shù)據(jù)庫 來處理這一問題，對于用戶來說，它只需將網(wǎng)格服務(wù)作為計算結(jié)點來看，無 須考慮具體的操作過程。 2 選擇結(jié)點間通信方式，在這點上，本文通過對網(wǎng)格服務(wù)的通知接口的設(shè)計解 決這一問題。 3 任務(wù)的分配問題，本文提出了一個網(wǎng)格服務(wù)的動態(tài)分配策略，進(jìn)一步提高了 網(wǎng)格環(huán)境中的并行計算的效率。 立足于并行計算更長遠(yuǎn)的發(fā)展，將計算歸入“服務(wù)”概念，擴(kuò)展了計算結(jié)點 的范圍與形式?？梢岳酶?、更高效的計算功能。通過這一思想建立的并行計 算相對于前人使用的一般的局域網(wǎng)機(jī)群而言，具有自己顯著的特點；在一定的網(wǎng) 絡(luò)帶寬前提下，并行計算以其低成本特性使得高性能計算更易于普及，雖然網(wǎng)格 系統(tǒng)平臺的存在使網(wǎng)格并行計算犧牲了一定的計算性能，但是對于能夠獲得高性 能的計算結(jié)點而言，這點犧牲還是物有所值的。 具體而言，本文主要獲得以下一些成果： 1 、從廣度和深度對網(wǎng)格計算和并行計算進(jìn)行了研究，明確了兩方面的優(yōu)缺點， 給出了一個結(jié)合兩方面的具體策略和實現(xiàn)。 2 、采用w i n d o w s 操作系統(tǒng)平臺，有更好的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和廣泛性。 第二章開放式網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)o g s a 第二章開放式網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)o g s a 2 1 網(wǎng)格概述 網(wǎng)格是一門新興的概念，代表了一種先進(jìn)的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，是繼i n t e r n e t 之后的又一次重大的科技革命“1 。網(wǎng)格計算的構(gòu)想來源于另一專業(yè)p o w e r g r i d ( 電 力供應(yīng)商) 。p o w e r g r i d 的原意是電力供應(yīng)商根據(jù)用戶的需要供應(yīng)電力，消費者 只需支付自己使用的那部份電費。網(wǎng)絡(luò)計算的基本思想由此引申為像人們?nèi)?常生活中從電網(wǎng)中獲取電能一樣獲取高性能的計算能力。由于網(wǎng)格計算還在不斷 的發(fā)展和變化中，對于到底什么是網(wǎng)格這一思想還沒有一個統(tǒng)一的定義。 全球網(wǎng)格研究的領(lǐng)軍人物i a nf o s t e r 曾在1 9 9 8 年出版“t h eg r i d ： b l u e p r i n tf o ran e wc o m p u t i n gi n f r a s t r u c t u r e ”一書中這樣描述網(wǎng)格：“網(wǎng) 格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機(jī)、大型數(shù) 據(jù)庫、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體，為科技人員和普通老百姓提供更多的資源、 功能和交互性?；ヂ?lián)網(wǎng)主要為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等通信功能。而網(wǎng)格 功能則更多更強(qiáng)，讓人們透明地使用計算、存儲等其它資源?！痹? 0 0 0 年， i a n f o s t e ：又進(jìn)一步把網(wǎng)格描述為“在動態(tài)變化的多個虛擬機(jī)構(gòu)間共享資源和協(xié) 同解決問題”?！? 也可以這樣說，網(wǎng)格就是一個集成的計算和資源環(huán)境，或者是一個計算資源 池。網(wǎng)格能夠充分的吸納各種計算資源，并將它們轉(zhuǎn)化成為一種隨處可得的、可 靠的、標(biāo)準(zhǔn)的計算能力。換句話說，網(wǎng)格計算是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位 置的計算機(jī)組織成一個“虛擬的超級計算機(jī)”，其中每一臺參與計算的計算機(jī)就 是一個“節(jié)點”，而整個計算是由成千上萬個“節(jié)點”組成的“一個網(wǎng)格”，所以 這種方式叫網(wǎng)格計算。這樣組織起來的“虛擬的超級計算機(jī)”有兩個優(yōu)勢，一個 是數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)；另一個是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。這種能力可以 給用戶或者說是其他的計算系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的計算資源。 網(wǎng)格計算就是基于網(wǎng)格的問題求解“1 。從廣義上來說，巨大全球網(wǎng)格不僅包 括計算網(wǎng)格、數(shù)據(jù)網(wǎng)格、信息網(wǎng)格、知識網(wǎng)格、商業(yè)網(wǎng)格，還包括一些已有的網(wǎng) 絡(luò)計算模式，例如對等計算、寄生計算等“1 。而狹義的網(wǎng)格則專指計算網(wǎng)格，即 主要用于解決科學(xué)與工程問題的網(wǎng)格。同理，狹義上的網(wǎng)格資源，即指分布的計 7 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 算資源。 不管是狹義的還是廣義的網(wǎng)格，其目的就是要利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理 位置的電腦組織成一臺“虛擬的超級計算機(jī)”，實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù) 資源、信息資源、軟件資源、通信資源、知識資源、專家資源等的全面共享。傳 統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了計算機(jī)硬件的連通，w e b 實現(xiàn)了網(wǎng)頁的連通，w e b 服務(wù)實現(xiàn)了 程序和程序之間的共享，而網(wǎng)格則試圖實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面連通5 1 。 如上所述可知，網(wǎng)格必須有以下兩個重要特點，其一是能夠在邏輯上共享各 種物理資源。這些網(wǎng)格資源本身就不是指單一的計算機(jī)資源，它還包括各種類型 的數(shù)據(jù)庫、電子圖書館以及各種設(shè)備，同時這些資源往往分布在世界各個角落。 這種共享是一種廣義的共享。其二，由于網(wǎng)格是一個始終處于變化中的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)， 網(wǎng)格的資源和它擁有的功能會動態(tài)地增加或者動態(tài)地減少，所以，網(wǎng)格本身的設(shè) 計就要具有很好的擴(kuò)展性。同時，網(wǎng)格系統(tǒng)必須要能夠解決不同結(jié)構(gòu)、不同類別 的資源之間的通信和互操作問題，以及不同體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)體系之間的兼容， 這也決定了網(wǎng)格具有異構(gòu)性。 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)發(fā)展到目前為止，比較重要的有兩個：一個是i a nf o s t e r 等專 家在早些時候提出的五層沙漏結(jié)構(gòu)：這個的基本思想是基于協(xié)議的。另一個是在 以i b m 為代表的工業(yè)界的影響下，i a nf o s t e r 等專家考慮到w e b 技術(shù)的發(fā)展和 影響后，結(jié)合w e bs e r v i c e 提出的基于服務(wù)開放網(wǎng)格服務(wù)體系( 0 g s a ，o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 由于現(xiàn)在對五層沙漏結(jié)構(gòu)介紹很多，這里就不再贅述。 2 2 以服務(wù)為中心的思想 開放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)0 g s a ( 0 p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 是目前最新 的一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。0 g s a 是由g l o b a lg r i df o r u m ( g g f ) 的o p e ng r i ds e r v i c e s i n f r a s t r u c t u r e ( 0 g s i ) 工作小組于2 0 0 2 年6 月制定的。 相對于五層沙漏以“協(xié)議”為中心的“協(xié)議結(jié)構(gòu)”，o g s a 是是以服務(wù)為中心 的“服務(wù)結(jié)構(gòu)”。在0 g s a 框架中，將一切都抽象為服務(wù)，包括各種計算資源、存 儲資源、網(wǎng)絡(luò)、程序、數(shù)據(jù)庫等等。這種觀念，有利于通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口來管 理和使用網(wǎng)格。這樣相對于五層沙漏結(jié)構(gòu)，不僅僅在概念上更加包容萬象，同時 也使得分布式系統(tǒng)管理有了標(biāo)準(zhǔn)的接口和行為。它把g 1 0 b u s 標(biāo)準(zhǔn)和面向商業(yè)應(yīng) 用的萬維網(wǎng)服務(wù)結(jié)合起來，把網(wǎng)格計算從科學(xué)與工程應(yīng)用擴(kuò)展到更廣泛的以分布 第二章開放式網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)o g s a 式系統(tǒng)服務(wù)集成為主要特征的商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，建立網(wǎng)格服務(wù)的基本概念。o g s a 采用了萬維網(wǎng)服務(wù)的w s d l 和s o a p 規(guī)范。遵循o g s a 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都可以連在一塊， 用戶可以很容易的集成、共享各種系統(tǒng)提供的功能。1 在0 g s a 中，為了使服務(wù)的思想更加明確和具體，它定義了“網(wǎng)格服務(wù)”( g r i d s e r v i c e ) ，而w e bs e r v i c e s 是網(wǎng)格服務(wù)的基礎(chǔ)，也是0 g s a 的奠基石。相對于 網(wǎng)格服務(wù)而言，w e bs e r v i c e 提供了一種基于服務(wù)的框架結(jié)構(gòu)，但是，w e bs e r v i c e 面對的一般都是永久服務(wù)，而在網(wǎng)格應(yīng)用環(huán)境中，大量的是臨時性的短暫服務(wù)， 比如一個計算任務(wù)的執(zhí)行等。根據(jù)這種特點，網(wǎng)格服務(wù)可以簡單地表示為“網(wǎng)格 服務(wù)= 接口行為+ 服務(wù)數(shù)據(jù)”。網(wǎng)格服務(wù)通過定義接口來完成不同的功能，服 務(wù)數(shù)據(jù)是關(guān)于網(wǎng)格服務(wù)實例的信息。這樣將網(wǎng)格定義為可擴(kuò)展的網(wǎng)格服務(wù)的集 合，即網(wǎng)格= 網(wǎng)格服務(wù) ，這個集合不是一成不變的，是可以擴(kuò)展的，這反映了 網(wǎng)格的動態(tài)特性“”。 在0 g s a 以網(wǎng)格服務(wù)為中心的模型中，由于網(wǎng)格環(huán)境中所有的組件都是虛擬 的，因此通過提供一組相對統(tǒng)一的核心接口，所有的網(wǎng)格服務(wù)都可以基于這些接 口實現(xiàn)，這樣在同一層中若干個低級網(wǎng)格服務(wù)就很容易構(gòu)造出具有層次結(jié)構(gòu)的、 更高級別的服務(wù)，這些服務(wù)可以跨越不同的抽象層次，以一種統(tǒng)一的方式來看待。 同時，當(dāng)對服務(wù)進(jìn)行組合時，可以不必考慮具體的實現(xiàn)，只要以底層資源組成為 基礎(chǔ)，就能在虛擬組織中進(jìn)行資源管理。這樣，通過網(wǎng)格服務(wù)的虛擬化，可以將 通用的服務(wù)語義和行為，無縫的映射到本地平臺的基礎(chǔ)設(shè)施之上“1 。 在這種思想下，如果一個用戶需要一臺指明了需求的計算機(jī)資源，網(wǎng)格要為 用戶尋找當(dāng)前可以使用的資源，可以說用戶面對的是網(wǎng)格資源、協(xié)議和規(guī)范的有 機(jī)結(jié)合。其中資源的實體本身就是協(xié)議、規(guī)范和策略的基礎(chǔ)。把網(wǎng)格上的資源和 用戶的請求進(jìn)行匹配，把適合的可用資源提供給用戶使用時網(wǎng)格資源管理的核 心。把一個用戶或應(yīng)用程序與所請求的資源聯(lián)系起來需要經(jīng)過資源注冊、資源請 求、資源發(fā)現(xiàn)、資源分配、資源使用、資源回收等過程。 而這種抽象，將有利于聚集不同的網(wǎng)格服務(wù)來滿足虛擬組織的需要，同時虛 擬組織本身也可以定義一些新的有用的服務(wù)來擴(kuò)充相關(guān)的網(wǎng)格服務(wù)。通過這種思 想，網(wǎng)格抽象出的體系結(jié)構(gòu)如圖2 一l 所示：“” 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 一l ：o g s a 體系結(jié)構(gòu) o g s a 背后的基本概念是，它是一個面向服務(wù)的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)一種特殊的 w e b 服務(wù)，它提供一組遵守特定約定的定義明確的接口。這些接口解決發(fā)現(xiàn)、動 態(tài)服務(wù)創(chuàng)建、生命周期管理、通知和可管理性等方面的問題。約定解決命名和升 級問題。網(wǎng)格服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)接口包含多個綁定和實現(xiàn)( 比如j a v a 和c # 語言) 。 這種網(wǎng)格服務(wù)可以部署在不同的托管環(huán)境甚至不同的操作系統(tǒng)中。0 g s a 還提 供了一種網(wǎng)格安全機(jī)制來確保服務(wù)間所有的通信都是安全的。所有的服務(wù)( 持久 的或瞬時的) 都是用g l o b u st o o l k i t 構(gòu)建的。所以，o g s a 的基本思想等于網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)加w e b 服務(wù)再加工具箱( t o o l k i t ) 。0 g s a 中解決了兩個重要的問題，即 標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)接口的定義和協(xié)議的識別。 由此可知，o g s a 想要實現(xiàn)的目標(biāo)總結(jié)如下：1 ( 1 ) 跨分布式異構(gòu)平臺管理資源。即一定的網(wǎng)格能夠管理其內(nèi)部不同操作平 臺、不用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的資源，并將其整合以更好的為用戶提供服務(wù)。 ( 2 ) 交付無縫的服務(wù)質(zhì)量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，0 0 s ) 。網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 通常十分復(fù)雜，而且網(wǎng)格資源的交互往往是動態(tài)的。為了實現(xiàn)動態(tài)的資源交互， 有一點很重要，即網(wǎng)格可以提供健壯的后臺服務(wù)，比如授權(quán)、訪問控制和委托。 ( 3 ) 為自治管理解決方案提供公共基礎(chǔ)。網(wǎng)格可以包含許多資源，還有大量 的配置組合、交互以及狀態(tài)與故障模式的改變。對于這些資源來說，一些智能自 動調(diào)節(jié)與自治管理方式是必不可少的。 ( 4 ) 定義開放的、已公布的接口。o g s a 是一種由g g f 標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體進(jìn)行管理的 第二章開放式網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)0 g s a 開放式標(biāo)準(zhǔn)。為j 小涮贊振的且墚作性，嗍格必殞構(gòu)建在標(biāo)準(zhǔn)援口放協(xié)議z 上。 ( 5 ) 利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的集成技術(shù)。在這一點上，0 g s a 的基礎(chǔ)就是w e bs e r v i c e 2 3 0 g s a 主要架構(gòu) o g s a 的主要架構(gòu)從下至上大致由四層組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2 2 所示： 資源層 圖2 20 g s a 主要架構(gòu)圖 現(xiàn)在就分別說明這幾層的具體功能：“1 ( 1 ) 資源層，主要包括物理資源和邏輯資源。資源的概念是0 g s a 以及通常意 義上的網(wǎng)格計算的中心部分。構(gòu)成網(wǎng)格能力的資源并不僅限于處理器等目前常用 的概念。在資源層中，物理資源包括服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)。物理資源之上是邏 輯資源。它們通過虛擬化和聚合物理層的資源來提供額外的功能。例如文件系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)庫管理員、目錄和工作流管理人員等，在物理網(wǎng)格之上提供這些抽象服務(wù)。 ( 2 ) w e b 服務(wù)層，這一層還包括了定義網(wǎng)格服務(wù)的o g s i 擴(kuò)展。w e b 服務(wù)層作 為o g s a 架構(gòu)中的第二層，提出了一條重要的o g s a 原則：即所有網(wǎng)格資源( 包括 邏輯資源與物理資源) 都被建模成服務(wù)。0 g s i 規(guī)范定義了網(wǎng)格服務(wù)并建立在標(biāo)準(zhǔn) w e b 服務(wù)技術(shù)之上。 o g s i 利用諸如】( i l 與w e b 服務(wù)描述語言( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，w s d l ) 這樣的w e b 服務(wù)機(jī)制，為所有網(wǎng)格資源指定標(biāo)準(zhǔn)的接口、行為 與交互。0 g s i 進(jìn)一步擴(kuò)展了w e b 服務(wù)的定義，提供了動態(tài)的、有狀態(tài)的和可管 理的w e b 服務(wù)的能力，這在對網(wǎng)格資源進(jìn)行建模時都是必需的。 ( 3 ) 基于0 g s a 架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)層。w e b 服務(wù)層及其o g s i 擴(kuò)展為下一層提供 了基礎(chǔ)設(shè)施：基于架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)。g g f 目前正在致力于在諸如程序執(zhí)行、數(shù)據(jù) 服務(wù)和核心服務(wù)等領(lǐng)域中定義基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù)。隨著這些新架構(gòu)的服務(wù)開始 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 出現(xiàn)，o g s a 將變成更加有用的面向服務(wù)的架構(gòu)( s o a ) ( 4 ) 網(wǎng)格應(yīng)用程序?qū)?。這一層主要包括使用一個或多個基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù) 的網(wǎng)格應(yīng)用程序。所有這些開發(fā)出來的應(yīng)用程序構(gòu)成了0 g s a 架構(gòu)的第四個主要 層。 上文中簡述了o g s a 的主要架構(gòu)，其中以w e b 服務(wù)層和基于0 g s a 架構(gòu)的網(wǎng)格 服務(wù)層最為重要。在w e b 服務(wù)層中還包括了o g s i 的擴(kuò)展，這種o g s i 擴(kuò)展是為了 通過增加核心w e b 服務(wù)功能來滿足網(wǎng)格服務(wù)需求的。0 g s i 通過在以下兩個領(lǐng)域 引入接口和約定來擴(kuò)展w e b 服務(wù)。 第一是根據(jù)網(wǎng)格中服務(wù)具有動態(tài)及可能瞬變的特性來擴(kuò)展。在網(wǎng)格中，特 殊的服務(wù)實例會隨著工作的分派、資源的配置與供給，阻及系統(tǒng)狀態(tài)的變化而不 斷地產(chǎn)生和銷毀。因此，網(wǎng)格服務(wù)需要引入接口來管理它們的創(chuàng)建、銷毀以及生 命周期管理。 第二就是狀態(tài)。網(wǎng)格服務(wù)可以擁有與自身相關(guān)的屬性和數(shù)據(jù)。這在概念上 類似于面向?qū)ο缶幊讨袑ο蟮膫鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)。在面向?qū)ο缶幊痰慕Y(jié)構(gòu)中，對象有其行 為和數(shù)據(jù)，同樣地，w e b 服務(wù)需要得到擴(kuò)展，從而支持與網(wǎng)格服務(wù)相關(guān)的狀態(tài)數(shù) 據(jù)。 o g s i 引入了一種網(wǎng)格服務(wù)的交互模型。通過提供發(fā)現(xiàn)、生命周期、狀態(tài)管 理、創(chuàng)建與銷毀、事件通知以及引用管理的接口，o g s i 為軟件開發(fā)人員提供了 一種統(tǒng)一的建模和與網(wǎng)格服務(wù)進(jìn)行交互的方式。不論開發(fā)人員正在開發(fā)的是網(wǎng)格 服務(wù)還是應(yīng)用程序，0 g s i 編程模型都會為網(wǎng)格軟件提供一種一致的交互方式。 在w e b 服務(wù)層，o g s i 定義的有關(guān)組件和接口如圖2 3 ： 圖2 3o g s i 組件和接口定義 有關(guān)組件和接口的大致定義如下： 生命周期：因為網(wǎng)格服務(wù)可能是瞬變的，所以網(wǎng)格服務(wù)實例必須是使用指定的生 命周期來創(chuàng)建的。用戶可以根據(jù)依賴或管理該服務(wù)的組件的需要，確定和擴(kuò)展任 何特殊服務(wù)實例的生命周期。生命周期機(jī)制原理大致基于這樣的一種機(jī)制，即在 2 第二章開放式網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)o g s a 不需要大規(guī)模分布式垃圾收集清理程序的情況下，防止網(wǎng)格服務(wù)無限地消耗資 源。 狀態(tài)管理：網(wǎng)格服務(wù)可以具有狀態(tài)，o g s i 規(guī)定了一個用于表示這種狀態(tài)的 s e r v i c ed a t a 框架，以及一個用于檢查或修改該狀態(tài)的名為f i n d s e t s e r v i c e d a t a 機(jī)制。此外，0 g s i 要求每個網(wǎng)格服務(wù)都必須支持的s e r v i c ed a t a e l e m e n t s 中要有最低數(shù)量的狀態(tài)，并要求所有服務(wù)都要實現(xiàn)f i n d s e t s e r v i c e d a t a 。 服務(wù)組：服務(wù)組是網(wǎng)格服務(wù)的集合，它們使用s e r v i c ed a t a 來建立索引以用于 特定目的。例如，用戶可以使用它們來收集所定義的服務(wù)，如網(wǎng)格內(nèi)特定群集結(jié) 點中資源的狀況。 工廠：實現(xiàn)此接口的網(wǎng)格服務(wù)提供了一種創(chuàng)建新網(wǎng)格服務(wù)的方式。工廠可以創(chuàng)建 有限功能的臨時實例，比如創(chuàng)建服務(wù)以表示執(zhí)行特殊任務(wù)的調(diào)度程序，或者它們 也可以創(chuàng)建生存時間更長的服務(wù)，比如一個常用數(shù)據(jù)集的本地拷貝。所有網(wǎng)格服 務(wù)并不都是動態(tài)創(chuàng)建的，其中有些可能是作為網(wǎng)格中物理資源的實例被創(chuàng)建的， 比如處理器、存儲器或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些也可以通過工廠來實現(xiàn)。 事件通知：網(wǎng)格服務(wù)的狀態(tài)信息( s e r v i c ed a t a ) 會隨著系統(tǒng)的運行而變化。 網(wǎng)格服務(wù)之間的許多交互要求系統(tǒng)能夠動態(tài)地監(jiān)控狀態(tài)變化。事件通知即把一種 傳統(tǒng)的發(fā)布和訂閱范式應(yīng)用于這種監(jiān)控。在網(wǎng)格服務(wù)中支持一個接口 ( n o t i f i c a t i o ns o u r c e ) ，可以允許其他網(wǎng)格服務(wù)( n 0 t i “c a t i o n s i n k ) 訂閱進(jìn)行 變更。 h a n d l e m a p ：當(dāng)工廠創(chuàng)建網(wǎng)格服務(wù)的一個新實例時，工廠會返回新實例化的服 務(wù)標(biāo)識。這個標(biāo)識由兩部分組成：一個網(wǎng)格服務(wù)句柄( g r i ds e r v i c eh a n d l e ， g s h ) 和一個網(wǎng)格服務(wù)引用( g r i ds e r v i c er e f e r e n c e ，g s r ) 。g s h 保證無限期 地引用該網(wǎng)格服務(wù)，而g s r 可以在該網(wǎng)格服務(wù)的生命周期內(nèi)發(fā)生改變。 h a n d l e m a p 接口提供一種在給定g s h 的情況下獲得g s r 的途徑。 2 4 基于o g s a 網(wǎng)格服務(wù)的接口 網(wǎng)格服務(wù)所用的接口有很多，它們的存在豐富了網(wǎng)格服務(wù)所能提供的功能。 網(wǎng)格服務(wù)的具體功能是有它們所提供的能力來刻畫的，一個網(wǎng)格服務(wù)可以實現(xiàn)一 個或多個接口，每一個接口定義了一些操作，這些操作通過交換定義一系列消息 廣東工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 來激活。網(wǎng)格接口的層次圖如圖2 4 所示 圖2 4 網(wǎng)格服務(wù)接口層次圖 在目前，網(wǎng)格服務(wù)提供的接口還比較有限，如表格2 一l 所示，o g s a 還在不 斷的完善過程之中，下一步將考慮擴(kuò)充管理、安全等等方面的內(nèi)容。 接口 操作 描述 f i n d s e r v i c e d a t a 查詢網(wǎng)格服務(wù)實