網(wǎng)格技術(shù)在校園網(wǎng)絡(luò )資源共享中的應用

　　隨著(zhù)教育信息化的深入和因特網(wǎng)的發(fā)展，校園網(wǎng)上的教學(xué)資源越來(lái)越豐富，而網(wǎng)絡(luò )資源也呈幾何級數增長(cháng)。而校園網(wǎng)絡(luò )中心或計算中心對各院系的現有資源缺乏有效的整合和管理。使得各種單一資源利用率相對較低，很難實(shí)現校園網(wǎng)內的資源充分共享與協(xié)同工作。

　　網(wǎng)格的出現為實(shí)現網(wǎng)絡(luò )資源共享提供了技術(shù)支持。網(wǎng)格是一種將地理上分布的、異構的計算及存儲資源和設備通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)。形成高性能的計算環(huán)境，從而實(shí)現廣泛資源共享的新技術(shù)。校園網(wǎng)格與一般的計算網(wǎng)格、信息網(wǎng)格不同，其資源提供者是各院系、部的各類(lèi)資源，包括集群、數據庫、高性能計算機、個(gè)人PC 機、存儲設備等。用戶(hù)一般是學(xué)校的教職員工和學(xué)生。他們通過(guò)校園網(wǎng)格共享計算、信息、存儲、專(zhuān)家、數據、教學(xué)等資源。因此，網(wǎng)格技術(shù)在校園網(wǎng)中的應用使得校園網(wǎng)的資源能夠在更大范圍內共享，極大地改變現有校園網(wǎng)的應用現狀。

　　1 網(wǎng)格技術(shù)簡(jiǎn)介

　　1．1 數據網(wǎng)格

　　數據網(wǎng)格是一種面向大型分布式數據存儲和處理的網(wǎng)格，它將全球范圍內分布的、異構的存儲和數據資源通過(guò)高性能網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)，并提供相關(guān)機制使用戶(hù)能夠透明地訪(fǎng)問(wèn)和處理大型分布式數據集。數據網(wǎng)格研究聚集于大型分布式數據的存儲和管理、傳輸、數據訪(fǎng)問(wèn)的優(yōu)化、數據可靠性與可獲取性，以及計算資源的調度等。數據網(wǎng)格的主要目標就是為分布式的數據密集型的應用程序提供服務(wù)以及基礎設施，因此數據網(wǎng)格必須提供一組安全的高性能的協(xié)議用來(lái)保證大型數據集的傳輸，以及確保數據能夠根據用戶(hù)的需要在全網(wǎng)范圍內復制、分發(fā)。

　　1．2 元數據

　　元數據是描述數據的數據，是關(guān)于數據的結構化數據。它用于描述數據的內容、覆蓋范圍、質(zhì)量、管理方式、數據的所有者、數據的提供方式等信息，是數據與數據用戶(hù)之間的橋梁。

　　2 校園網(wǎng)格設計

　　2．1 設計目標

　　隨著(zhù)校園網(wǎng)絡(luò )資源的快速增長(cháng)，校園網(wǎng)絡(luò )內形成了越來(lái)越多的信息孤島。一方面是用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )資源的需求，而另一方面大量網(wǎng)絡(luò )資源不能得到有效的使用。校園數據網(wǎng)格系統就是為了解決此矛盾而提出來(lái)的。它可以很好地實(shí)現異構數據的統一訪(fǎng)問(wèn)和數據共享，充分利用網(wǎng)絡(luò )的存儲資源，為科學(xué)研究和協(xié)同學(xué)習提供一個(gè)廣闊的資源平臺。校園數據網(wǎng)格系統主要實(shí)現目標如下：1)統一、透明的訪(fǎng)問(wèn)接口：校園數據網(wǎng)格系統為用戶(hù)提供一個(gè)一致的、方便的訪(fǎng)問(wèn)資源方法；2)為用戶(hù)提供高效的數據訪(fǎng)問(wèn)：使用復制技術(shù)在網(wǎng)格系統中產(chǎn)生多個(gè)數據副本，以平衡系統負載，提高數據訪(fǎng)問(wèn)的響應時(shí)間和系統的容錯性；3)統一的資源命名：采用全局統一的命名機制來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和操作數據，給用戶(hù)提供一個(gè)全局統一視圖，方便用戶(hù)對資源的管理和操作；4)資源定位的透明性：系統通過(guò)副本目錄元信息和存儲資源代理來(lái)完成資源的定位以及對資源的操作；5)靈活性和容錯性：系統采用局部自治，全局協(xié)調的結構；6)安全性：通過(guò)有效的安全機制保障系統的數據安全。

　　2．2 校園數據網(wǎng)格系統的結構設計

　　校園數據網(wǎng)格系統是基于校園網(wǎng)的現有資源構建的，該系統具有分布式、層次式的體系結構，既避免了集中式管理帶來(lái)的系統瓶頸問(wèn)題，也有效解決了對于資源的統一管理問(wèn)題。如圖1所示，該系統主要由2部分構成：元信息管理和存儲資源代理。元信息管理主要為系統功能的實(shí)現提供元信息支持。存儲資源代理主要完成數據的訪(fǎng)問(wèn)和操作。在系統的每個(gè)自治內部署存儲資源代理以實(shí)現自治域系統的功能。用戶(hù)可以通過(guò)存儲資源代理透明的訪(fǎng)問(wèn)各種資源而不必關(guān)心底層的物理操作。通過(guò)存儲資源代理和元信息管理為用戶(hù)提供一個(gè)統一、透明的訪(fǎng)問(wèn)方式，實(shí)現所需功能。用戶(hù)請求存儲資源代理，通過(guò)存儲資源代理和元信息管理的交互獲取所需元信息，并調度到合適的資源來(lái)實(shí)現訪(fǎng)問(wèn)、修改以及數據傳輸等操作。

　　校園數據網(wǎng)格系統的功能主要分為3部分：元信息管理、數據管理和安全管理。如表l所示。

　　1)元信息管理用戶(hù)元信息管理、數據元信息管理和副本元信息管理。用戶(hù)元信息管理：負責管理網(wǎng)格用戶(hù)的相關(guān)信息，實(shí)現對用戶(hù)的統一管理和控制。數據元信息管理：負責管理數據網(wǎng)格系統中的各種資源，為用戶(hù)提供一個(gè)統一的邏輯視圖。副本元信息管理：負責管理數據網(wǎng)格系統中的所有副本，為副本的創(chuàng )建、選擇與定位以及副本的一致性管理提供支持。

　　2)數據管理 數據訪(fǎng)問(wèn)的調度、數據傳輸和數據復制。數據訪(fǎng)問(wèn)的調度：負責應答用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)請求，并根據用戶(hù)的請求執行相應的操作。數據傳輸：負責完成相應節點(diǎn)之間數據安全、高效地傳輸。數據復制：負責完成數據網(wǎng)格系統中的數據復制操作，產(chǎn)生相應的數據副本。

3)安全管理分別完成對數據網(wǎng)格系統中用戶(hù)的身份和資源的認證，并為符合條件的用戶(hù)或資源授予一定的訪(fǎng)問(wèn)權限。

　　2．3 校園網(wǎng)格框架模型及訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程

　　2．3．1 校園網(wǎng)格框架模型

　　服務(wù)網(wǎng)格的最大特點(diǎn)就是把一切資源包裝成服務(wù)，其核心問(wèn)題就是如何生成服務(wù)，并最終提供給所需用戶(hù)。根據開(kāi)放網(wǎng)格體系結構(OGSA)思想，文獻設計了服務(wù)網(wǎng)格框架，如圖2所示。

　　1)資源池 包括系統的所有資源(動(dòng)態(tài)變化)，資源可以根據類(lèi)型劃分成多個(gè)組。

　　2)網(wǎng)格核心中間件WSRF 實(shí)現與資源池和服務(wù)池的雙向通訊，通過(guò)網(wǎng)格核心中間件Web服務(wù)資源框架(WS-Re-source Framework，WSRF)，資源可以被包裝成服務(wù)或者將服務(wù)部署到相應的資源上。

　　3)服務(wù)池 包括所有虛擬服務(wù)，根據服務(wù)的類(lèi)別可以把整個(gè)網(wǎng)格系統中的服務(wù)分類(lèi)歸并成多個(gè)虛擬服務(wù)，具有相同訪(fǎng)問(wèn)接口的服務(wù)屬于同一虛擬服務(wù)。

　　4)虛擬組織VO 用戶(hù)或應用完成一次訪(fǎng)問(wèn)是通過(guò)服務(wù)池選擇匹配(能滿(mǎn)足用戶(hù)條件的服務(wù)并構建一個(gè)虛擬組織)來(lái)實(shí)現的，虛擬組織為服務(wù)提供者或服務(wù)消費者(用戶(hù)或應用)提供一個(gè)“臨時(shí)”的市場(chǎng)，通過(guò)服務(wù)協(xié)商的方式建立服務(wù)消費者和服務(wù)提供者之間的供求關(guān)系。一個(gè)虛擬組織的表示通常應包含服務(wù)參與者集合、多個(gè)參與者之間上下文集合、多個(gè)政策規則組成的集合。

　　2．3．2 服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程

　　由多個(gè)用戶(hù)和服務(wù)參與的網(wǎng)格系統上的一次活動(dòng)即服務(wù)過(guò)程(見(jiàn)圖2)，描述如下：

　　1)服務(wù)發(fā)布 服務(wù)注冊到中介者或目錄服務(wù)系統。

　　2)服務(wù)發(fā)現 服務(wù)發(fā)現是根據服務(wù)查詢(xún)的結果決定發(fā)現目標。用戶(hù)或應用通過(guò)目錄服務(wù)系統查詢(xún)服務(wù)，包括虛擬服務(wù)，真實(shí)服務(wù)；如果沒(méi)有合適的服務(wù)能從所需要的虛擬服務(wù)組中選出，則某一資源將被選出，用來(lái)部署該類(lèi)服務(wù)，以使得其功能滿(mǎn)足用戶(hù)請求的需求；如果沒(méi)有資源可被選擇，則用戶(hù)請求不能被完成，用戶(hù)請求的狀態(tài)被設置成失敗。

　　3)服務(wù)綁定 服務(wù)池中的服務(wù)能滿(mǎn)足用戶(hù)請求的各個(gè)功能需求，用戶(hù)則基于雙方的協(xié)議和政策與選擇服務(wù)的提供者進(jìn)行協(xié)商；當對所有需要的服務(wù)協(xié)商成功，并且基于這些服務(wù)的組合服務(wù)能滿(mǎn)足用戶(hù)的功能需求，那么虛擬組織就被創(chuàng )建，用戶(hù)通過(guò)虛擬組織與服務(wù)提供者簽訂合同，并通過(guò)合同與組合服務(wù)綁定。

　　4)選擇備份服務(wù) 當一個(gè)服務(wù)失敗或者不能滿(mǎn)足用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量需求時(shí)，一個(gè)服務(wù)失敗事件就會(huì )觸發(fā)，如果服務(wù)被恢復而且不違反服務(wù)質(zhì)量協(xié)議，虛擬組織活動(dòng)就照常進(jìn)行；否則在同一虛擬服務(wù)中的備份服務(wù)將被選擇。備份服務(wù)必須為該用戶(hù)提供訪(fǎng)問(wèn)權限并滿(mǎn)足該請求的服務(wù)質(zhì)量需求。如果這種備份服務(wù)找不到，則用戶(hù)請求不能滿(mǎn)足，其狀態(tài)被設置成失敗，虛擬組織也被撤銷(xiāo)，活動(dòng)失敗。如果活動(dòng)正常完成，關(guān)于活動(dòng)正常結束的事件被觸發(fā)，虛擬組織的管理者獲取該事件后，撤銷(xiāo)該虛擬組織，活動(dòng)順利執行完成。

　　3 結束語(yǔ)

　　針對校園網(wǎng)格資源多、差別大、范圍廣的特點(diǎn)，設計了面向服務(wù)的層次式系統架構及服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)模型。在此層次模型中，把物理資源包裝成服務(wù)，并歸類(lèi)為虛擬服務(wù)，使得網(wǎng)格服務(wù)具有更好的抽象性并具有統一接口。在此模型中，目錄服務(wù)是關(guān)鍵，它把服務(wù)提供者信息提供給服務(wù)消費者，服務(wù)提供者和服務(wù)消費者(用戶(hù)和應用) 通過(guò)虛擬組織提供的“臨時(shí)”市場(chǎng)，以服務(wù)協(xié)商的方式建立兩者之間的供求關(guān)系。