校園網(wǎng)格系統(tǒng)中資源信息服務(wù)的實現(xiàn)

1、校園網(wǎng)格系統(tǒng)中資源信息服務(wù)的實現(xiàn)摘 要 : 資源信息服務(wù)是網(wǎng)格系統(tǒng)實現(xiàn)中的核心和基礎(chǔ)部分之一, 提供各種分布式網(wǎng)格資源的靜態(tài)和動態(tài)信息 . 根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷?, 對校園網(wǎng)格系統(tǒng)中的資源節(jié)點采用層次化管理 的辦法 . 通過對資源的抽象 , 將所有的資源信息存儲在樹中 . 采用兩級移動代理的策略監(jiān)測 校園網(wǎng)格系統(tǒng)中網(wǎng)格節(jié)點的動態(tài)改變 , 包括網(wǎng)格節(jié)點的加入和退出 , 節(jié)點資源信息的改變 . 通過定時更新樹的操作來保證信息樹中所存儲的資源信息總是最新的 . 對樹的操作簡單易 實現(xiàn) , 當(dāng)校園網(wǎng)格系統(tǒng)中的資源節(jié)點不是很多時 , 這種方法能高效地完成資源信息服務(wù)的實 現(xiàn).關(guān)鍵詞:網(wǎng)格;信息服務(wù) ;層次

2、化管理 ; 資源信息樹網(wǎng)格技術(shù) 1 出現(xiàn)于 20 世紀(jì)90 年代, 它利用高速互聯(lián)網(wǎng)把分布于不同地理位置的計算機(jī)、 數(shù)據(jù)庫、存儲器和軟件等資源連成整體 , 就像一臺超級計算機(jī)一樣為用戶提供一體化信息服 務(wù), 其核心思想是 “整個因特網(wǎng)就是一臺計算機(jī)” . 網(wǎng)格技術(shù)充分實現(xiàn)了資源共享 , 具有成本 低、效率高、使用更加方便等優(yōu)點 . 美國阿爾貢國家實驗室 (Argonne National Laboratory) 的資深科學(xué)家、美國著名的網(wǎng)格計算項目 Globus 的主持人之一 Lan Foster 在他主編的網(wǎng) 格: 一種新計算的基礎(chǔ)設(shè)施的藍(lán)圖 一書這樣描述 :“ 網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一種新

3、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 . 互聯(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) , 能讓人們透明地使用計算、存儲等其他資源 . ”資源信息服務(wù) 2 是網(wǎng)格系統(tǒng)實現(xiàn)中的核心和基礎(chǔ)部分之一, 提供各種分布式網(wǎng)格資源的靜態(tài)和動態(tài)信息 . 對于資源信息服務(wù) ,目前的研究主要分為 2 種:一種是采用 Globus Toolkit 的元計算目錄服務(wù)來實現(xiàn) ; 另一種是類似于織女星網(wǎng)格體系中采用資源路由的方法 .Globus 3 工具包是目前網(wǎng)格領(lǐng)域內(nèi)流行的一個開發(fā)工

4、具，MDS4 - 5 是Globus工具包提供的信息服務(wù) ,它提供了一個用于管理計算網(wǎng)格動態(tài)及靜態(tài)信息的框架 ,功能主要有資源發(fā)現(xiàn)、 提供 資源狀態(tài)信息以及提供資源調(diào)度與監(jiān)控信息 . 但 MDS 對底層資源信息依賴性很大 , 并且其實 現(xiàn)要依靠 LDAP4 目錄訪問協(xié)議 . LDAP 協(xié)議能優(yōu)化讀操作但不適用于頻繁寫操作 .本文所描 述的校園網(wǎng)格系統(tǒng)建立在幾所鄰近的高校內(nèi) ,所對應(yīng)的網(wǎng)格節(jié)點多是校園網(wǎng)內(nèi)的PC 機(jī),其加入和退出系統(tǒng)是自主的根據(jù)校園網(wǎng)格系統(tǒng)自身的特點，結(jié)合MDS的實現(xiàn)思想，采用層次信息樹對資源信息進(jìn)行管理 . 資源的監(jiān)測由系統(tǒng)中的監(jiān)測模塊來負(fù)責(zé) .1 校園網(wǎng)格系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所建立

5、的校園網(wǎng)格系統(tǒng) ( 如圖 1) 共分 3 層， 第1 層是主干網(wǎng)格資源服務(wù) TGRS( Trunt Grid Resource Servers ) ， 在這一層中各個節(jié)點是各個地域網(wǎng)格管理的服務(wù)器 ， 代表各地域網(wǎng)絡(luò) 到網(wǎng)格系統(tǒng) CGS(Campus Grid System) 的接口 ; 第2 層是注冊到各學(xué)校服務(wù)器上的資源分類 層CGRS(Campus Grid Resource Servers), 在這一層各節(jié)點是各個學(xué)校網(wǎng)格管理服務(wù)器，代表各學(xué)校到本地域網(wǎng)格系統(tǒng)的接口 ; 第3 層是注冊的服務(wù)提供者或注冊用戶 由于一臺計算 機(jī)可以是一個資源的提供者 ， 同時它還可以是一個注冊用戶 ， 所

6、以將它們進(jìn)行統(tǒng)一的管理 ， 提 高了整個系統(tǒng)的相對安全性 物理連接上不改變當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)連接 ， 其目的是充分發(fā)揮學(xué)校內(nèi) 部帶寬大的優(yōu)點 圖1校園網(wǎng)格系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2 層次信息樹資源信息服務(wù)是一個底層服務(wù)模塊，通過對資源層次信息樹的訪問可以完成資源管理的 任務(wù)資源層次信息樹中存儲了整個網(wǎng)格系統(tǒng)中所有網(wǎng)格節(jié)點的信息，這些節(jié)點的特點是異構(gòu)性、自主性和動態(tài)性.2. 1層次信息樹采用面向?qū)ο蟮乃枷朐O(shè)計和建立校園網(wǎng)格系統(tǒng)的資源信息服務(wù)模型層次信息樹,在樹中，每個結(jié)點圖2 層次信息樹Fig. 2 Hierarchical information tree代表了一個對象類，每個對象類中都定義了父結(jié)點和子結(jié)點.而

7、每個對象類都可以對應(yīng)多個實體.這種結(jié)構(gòu)便于對信息的查找，而對于資源的加入或退出只需在樹中找到對應(yīng)位置 添加或者刪除即可.網(wǎng)絡(luò)計算髙校1高校2CGS高校3高校1咼校2咼校3校園網(wǎng)格系統(tǒng)（CGS）的層次信息樹如圖2所示.2. 2資源的表示以計算資源為例，校園網(wǎng)格系統(tǒng)CGS中的計算資源需要進(jìn)行統(tǒng)一表示 而通過對資源信 息的抽象可達(dá)到這一目標(biāo).一個計算資源的資源參數(shù)包括 2部分：一部分稱為靜態(tài)參數(shù),包 括資源的網(wǎng)絡(luò)地址、地理位置、總的處理器數(shù)目、處理器主頻、操作系統(tǒng)類型等；另一部分會隨時間變化而變化，稱為動態(tài)參數(shù),它包括資源的當(dāng)前計算能力、 可用處理器數(shù)目、負(fù)載大 小、可用的內(nèi)存大小、可用的外存大小等

8、等.這樣,每個計算資源在網(wǎng)格環(huán)境中都可以抽象地表示為若干靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)的集合.對于圖2資源目錄信息樹的葉子節(jié)點來說，抽象出所有資源的共性，定義其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：St ringPCn ame ;/主機(jī)名Int resour ID ;/全局唯一的資源ID號Un sig ned intPCIP ;/ 32 位 IP 地址Int res- type ;/資源類型,1代表計算資源,2代表信息資源Int os- type ;/ OS 類型，如 1 代表 / windows ,2 代表 linuxSt ring f reque nt ;/ cpu類型Int curre ntability ;/當(dāng)前計算能力

9、?resource2. 3 資源信息樹的實現(xiàn)2. 3. 1 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義對于校園網(wǎng)間的資源 , 采用資源信息樹來實現(xiàn)對整個校園網(wǎng)格系統(tǒng)CGS 中資源的統(tǒng)一管理. 對于樹的常用存儲結(jié)構(gòu) , 考慮到每個非葉子節(jié)點會有多個孩子節(jié)點 , 為了節(jié)省存儲空間 并且對于任一節(jié)點而言 , 訪問其父節(jié)點和孩子節(jié)點均較方便 , 所以定義如下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) :Typedef st ruct DTNodeElemType data ;Int res- type ;/資源類型,1代表計算資源,2代表信息資源Un sig ned int PCIP ;/ 32 位 IP 地址Struct DTNode 3 firstch

10、ild , 3 nextsibling ;/存儲指向該結(jié)點的第一個孩子結(jié)點和下一兄弟結(jié)點的指針I(yè)nt parent ; /其雙親所在位置Int node-lever ; /該結(jié)點在整個目錄信息樹中所位于的層數(shù)St ruct resource 3 res ;/該鏈域指向葉子結(jié)點的具體資源信息 , 若為非葉子節(jié)點則指針為空DTNode , 3 DTTree ;2. 3. 2 資源的注冊校園網(wǎng)格系統(tǒng) CGS 中有一個資源監(jiān)測模塊 , 資源監(jiān)測模塊實時監(jiān)測到有新的網(wǎng)格節(jié)點請 求加入校園網(wǎng)格系統(tǒng)時 , 捕獲該請求 , 因資源請求是由一種可擴(kuò)展的資源描述語言 (RSL) 來 表示并在組件之間傳遞的，所以經(jīng)

11、RSL細(xì)化，可得到請求加入校園網(wǎng)格系統(tǒng)的資源節(jié)點的詳 細(xì)信息 . 然后調(diào)用資源信息服務(wù)模塊的注冊服務(wù) . 注冊過程就是一個對資源信息樹的廣度 遍歷過程 , 注冊過程的算法如下 :Void grid- register (DTNode 3 T , resource r)/該函數(shù)完成網(wǎng)格的注冊/ T為指向目錄信息樹的根結(jié)點，即有T = DTTree ; T. pare nt = 0 ; T. node-lever/ r為resource 類型的一個參數(shù)，其數(shù)值是請求加入網(wǎng)格系統(tǒng)的資源節(jié)點的相關(guān)信息p = T. firstchild ;Do/找到請求加入系統(tǒng)的資源所應(yīng)歸屬的服務(wù)類別If (p. re

12、s- type = = r. res- type) break ;Else p = p - > next sibling ; while (p ! = null) ;Insert (p ， r) ;/將 r 插入父結(jié)點為 p 的子樹中第2期蔡紅云等：校園網(wǎng)格系統(tǒng)中資源信息服務(wù)的實現(xiàn) 199 Void Insert (DTNode 3 p ， resource r)father = p ;p = p - > firstchild ;If (p - > firstchild = = null)/已到達(dá)樹的葉子結(jié)點While (p - > next sibling ! = n

13、ull) p = p - > next sibling ;S = (DTTree) malloc (sizeof (DTNode) ) ;S - > res = r ;S - > parent = father ;S - > node-lever = father. node-lever + 1 ;S - > next sibling = null ;p - > n ext sibli ng = S ;ElseDoIf (p - > PCIP 與r - > PCIP 在同一網(wǎng)段內(nèi))Insert (p ,r);Else p = p - > n

14、 est sibli ng ; while (p ! = n ull)2. 3. 3 資源的查找CGS中,對于資源的查找過程和2. 3. 2資源的注冊過程類似.資源的注冊是遍歷資源信 息樹,找到相應(yīng)的插入位置進(jìn)行注冊，資源的查找同樣是遍歷資源信息樹，找到符合查找要求的資源后，將找到的資源所在網(wǎng)絡(luò)地址返回.查找1個解和1組解在具體的查找過程中會稍有不同資源信帥ma局部收集器1局部收集器m節(jié)點爲(wèi)sensorsensorsensorsensor節(jié)點m it圖3 資源監(jiān)測模型3 資源監(jiān)測模塊所討論的校園網(wǎng)格系統(tǒng)中 , 采用兩級移動代理 6 的策略來實現(xiàn)對網(wǎng)格資源的實時監(jiān)測 , 如 圖3所示 . 在各個

15、網(wǎng)格節(jié)點上 , 都有主機(jī) sensor , 執(zhí)行主機(jī)監(jiān)測任務(wù) , 包括 CPU 負(fù)載、可用存 儲、TCP重發(fā)等.這些監(jiān)測結(jié)果由運行在各局部收集器下面的移動代理負(fù)責(zé)收集，然后向上匯報給局部收集器 ,然后再由運行在各局部收集器上面的一級移動代理來收集各局部收集器 上面的更新信息 . 定時更新資源信息樹 . 采用這種兩級移動代理的監(jiān)測策略和本文圖 1 的 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對應(yīng) ， 并且減少了整個系統(tǒng)的開銷 .4 結(jié)束語在校園網(wǎng)格系統(tǒng)中 ， 信息服務(wù)是一個基礎(chǔ)和核心的模塊 . 只有通過調(diào)用信息服務(wù)模塊才 能完成對網(wǎng)格資源的調(diào)度 . 本文所討論的資源信息服務(wù)解決了對資源信息的統(tǒng)一存儲、 一致 訪問問題 .

16、 通過對資源的抽象和信息樹的建立 ， 將所有的網(wǎng)格資源信息都存儲在信息樹的葉 子結(jié)點處 . 每個資源結(jié)點都擁有由系統(tǒng)分配的全局唯一的資源 ID 號. 資源的分類具有多個 層次，體現(xiàn)在目錄信息樹中即為有多層 ， 而每一個非葉子結(jié)點又可對應(yīng)多個實體 ， 采用孩子兄 弟表示法來存儲整棵目錄信息樹 ， 節(jié)省了大量的存儲空間 . 兩級移動代理的監(jiān)測較好地解決 了校園網(wǎng)格系統(tǒng)中資源發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測問題 ， 并且能大大縮減對信息樹的更新頻率 ， 提高了整個 系統(tǒng)的性能 . 但采用這種信息樹的存儲方式 ， 存在一定的可擴(kuò)展性問題 . 當(dāng)網(wǎng)格系統(tǒng)中資源 節(jié)點達(dá)到一定程度時 ， 對于樹的存儲和訪問效率會降低 ， 以后的

17、工作中要考慮這個問題 .參 考 文 獻(xiàn) :1 FOSTERLAN， KESSELMANCARL. The grid : Blueprint for a new computing infrastructure M . Morgan : Morgan- Kauf 2man ， 1998. 110 - 112.2 CZAJ KOWSKIK，F(xiàn)ITZGERALDS ，F(xiàn)OSTERI ， et al. Grid information services for distributed resource sharing Z . Proceed 2ings of the Tenth IEEE Intern

18、ational Symposium on High-performance Distributed Computing(HPDC-10) ，san Francisco ，2001.3 都志輝 ， 陳渝， 劉 鵬. 網(wǎng)格計算 M . 北京: 清華大學(xué)出版社 ，2002. 63 - 66.4 馬永征 ， 南凱， 閻保平 . 基于 MDS 的數(shù)據(jù)網(wǎng)格信息服務(wù)體系結(jié)構(gòu)J . 微電子學(xué)與計算機(jī) ，2003(8) :27- 30.5 肖 儂， 任浩，徐志偉 ，等. 基于資源目錄技術(shù)的網(wǎng)格系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) J .計算機(jī)研究與發(fā)展 ，2002 ，39 (8) :902 -906.6 金 海,李其勝, 鄒德清

19、,等. 信息服務(wù)網(wǎng)格資源代理的實現(xiàn)策略 J . 計算機(jī)應(yīng)用與軟件 ,2004 ,21 (1) :55 - 57.Realization of Resource Information Service in theCampus Grid SystemAbstract : Resource information service is one of the kernel component s of grid system and it provides to usstatic and dynamic information of dist ributed grid resources. According to the thought of object-oriented , a hier2archical model for the resource node is proposed in the campus grid system. All the information of the resource isstored in a t ree by the abst ra