网络计算环境:体系结构

内容简介

网格技术作为支撑现代科学活动的重要手段，受到了人们的
普遍重视。然而，构造一个实用的网格系统并不是一件容易的事
情，面临诸多的技术挑战。《网络计算环境：体系结构》试图从体系结构的角度来描述一
个网格系统所应该具有的各种元素及所提供的功能，为开发者提
供参考。《网络计算环境：体系结构》先介绍了网格的三种典型架构，即五层沙漏结构、
开放网格服务架构和面向服务的网格体系。其次，从理论的角度
探讨了不同网格系统的统一描述。从实现的角度，对元信息
服务、监控服务、数据管理、执行管理及安全服务等网格系统的
关键部件进行了剖析。

目录

前言
第 1章现代科学活动环境与网格技术综述1
1.1 现代科学活动的特点及要求 1
1.2 网格概念的提出与发展 2
1.3 网格的特点 3
1.4 网格在国内外的发展现状 4
1.5 网格面临的挑战6
1.6 与网格有关的标准和组织 8
参考文献9
第 2章五层沙漏结构 11
2.1 网格体系结构 11
2.2 沙漏结构的基本理念 12
2.3 沙漏结构详述 15
2.3.1 构造层 15
2.3.2 连接层 16
2.3.3 资源层 16
2.3.4 汇聚层 17
2.3.5 应用层 17
参考文献 18
第 3章开放网格服务架构 19
3.1 SOA 19
3.1.1 概念辨识 19
3.1.2 架构描述 20
3.1.3 服务的类型与接口 20
3.1.4 SOA的特点 22
3.2 Web服务 23
3.2.1 SOAP 23
3.2.2 WSDL 25 3.2.3 UDDI 26
3.3 OGSA的基本理念 27
3.4 结构示意 28
3.4.1 资源层 28
3.4.2 Web服务层 29
3.4.3 OGSA架构服务层 30
3.4.4 应用程序层 31
3.5 OGSA中的服务接口 31
3.6 OGSA的核心服务 32
3.6.1 执行管理服务 32
3.6.2 数据服务 33
3.6.3 资源管理服务 33
3.6.4 安全服务 34
3.6.5 自管理服务 34
3.6.6 信息服务 35
参考文献 35
第 4章面向服务的网格体系 37
4.1 基本理念 37
4.1.1 以服务为中心 37
4.1.2 采用统一的 Web服务框架 38
4.2 层次结构 39
4.2.1 物理和逻辑资源层 39
4.2.2 Web服务适配层 39
4.2.3 标准网格服务层 39
4.2.4 网格应用层 40
4.3 运行环境 40
4.3.1 简单运行环境 40
4.3.2 虚拟运行环境 40
4.3.3 组操作环境 41
4.4 网格的功能模块 41
4.5 网格的执行流程 43
4.5.1 作业的类型 43
4.5.2 作业的执行模型 43
4.5.3 作业的执行流程 45
4.6 参考实现： CGSP 47
参考文献 48
第 5章数学基础 50
5.1 实体与本体 50
5.2 虚拟化与代数系统 50
5.3 类型代数与商代数 52
5.4 同型与异构性 54
第 6章网格标准的理论描述 56
6.1 描述要点 56
6.1.1 资源相关的标准 57
6.1.2 工作流相关的标准 58
6.1.3 日志相关的规范 64
6.1.4 通知与资源的动态管理 65
6.2 握手与通道 65
6.3 本地代理 66
6.4 移动性 67
6.5 程序设计 67
6.6 与外网的连接 68
第 7章元信息服务 70
7.1 概述 70
7.2 功能架构 71
7.2.1 总体描述 71
7.2.2 MDS 72
7.2.3 MCAT 73
7.2.4 MCS 74
7.3 模块描述 76
7.3.1 元信息提供者及信息类型 76
7.3.2 元信息服务模型 76
7.3.3 元信息服务组件 79
参考文献 81
第 8章监控服务 82
8.1 概述 82
8.2 技术难点 83
8.3 常用监控模型与系统分类 84
8.3.1 常用监控模型 84
8.3.2 监控系统分类 87
8.4 监控系统的标准架构 88
8.5 网格监控标准的参考实现： CGSV 90
参考文献 92
第 9章数据管理 94
9.1 概述 94
9.2 GT4中的数据管理 95
9.3 关键技术 96
9.3.1 GridFTP 96
9.3.2 RFT 99
9.3.3 RLS 101
9.3.4 DAI 102
9.4 其他数据管理系统 107
9.4.1 SRM 107
9.4.2 SRB 109
9.5 数据管理技术应用示例 110
参考文献 113
第 10章执行管理 115
10.1 概述 115
10.2 执行管理剖析 116
10.3 作业需求描述 118
10.4 资源分配与作业调度 121
10.4.1目标 121
10.4.2调度模型 122
10.4.

摘要与插图

第 1章
从英国的 e-Science项目开始，网格成为支撑现代科学活动的核心技术，获得了蓬勃的发展。本章从现代科学活动的特点及要求出发，对网格技术的历史、发展现状、面临的挑战等作一个概括而又的介绍。
1.1 现代科学活动的特点及要求
科学研究是人类的一种认识和实践活动，其昀基本的特点是创造性和探索性。现代科学活动始于 20世纪初的物理学革命，其突出特点表现在以下八个方面[1]。
(1)科学研究的领域和对象逐渐向微观和宏观各层次深入，对过程、结构和功能多个方面进行完整研究。
(2)科学研究的内容具有学科交叉的性质，学科之间的横向和纵向联系更加紧密。
(3)科学研究的组织形式更加多样，集体研究成为科学研究的主要形式，科学研究成为一种重要的社会职业部门或社会建制，科研人员的数目剧增，形成庞大的科研队伍。
(4)科学研究的方法和手段越来越依赖于昀新的复杂技术装备，信息技术、网络技术等广泛应用于科学研究的各个领域，呈现出科学技术化的趋势。
(5)科学研究的成果迅速转化和扩散，使得基础研究、应用研究和开发研究三者之间的界限越来越模糊，政府、企业和科研机构之间的关系更加紧密，呈现出科学产业化的趋势。
(6)科学技术已经渗透到社会生活的各个领域，更加强调与国家经济、安全和可持续发展的目标紧密结合；同时科学研究的实验设备日益庞大和昂贵，对社会的人力、物力和资金的需求也不断加大，呈现出科学社会化的趋势。
(7)科技资源的配置在范围内进行，科技成果的评价和应用也在范围内进行和流动，科技合作与交流迅速增加，科学研究呈现出化的特征。
(8)科学研究的质量控制既要关注研究工作的潜在应用，更要考虑研究成果的可使用性、成本效益和社会可接受性等，而且更加强调科学家的社会责任，并把伦理标准纳入科学研究的行为规范之中。
现代科学活动的这些特点越来越需要知识和技术的结合、相关学科信息的共享和多种科研资源的协同工作。因此，如何协同分散在各地的大量科研资源来完成各种复杂科研问题的求解已成为一个至关重要的问题，于是网格技术应运而生。
1.2 网格概念的提出与发展
网格(Grid)技术正是为解决跨组织、跨地域的大规模资源共享和协作问题而提出的一种新方法。网格昀早是借助电力网的概念提出的：就像人们使用电力而不用知道电力从哪里来、怎么来一样，人们在使用网格提供的计算力的时候也无需知道提供“计算力”的资源的位置、互联方式等细节问题。网格问题被形象地定义为在个人、组织机构、互联资源(计算设备、网络、在线仪器设备、存储设备等)的动态集合上实现灵活、安全、透明、协同的资源共享。网格研究试图将一组通过高速网络连接起来的异构的资源聚合起来，作为一个整体计算环境，透明地向用户提供各类高性能计算服务。其昀终目标是希望计算机一旦接入网络就能获取源源不断的计算能力。
从狭义上来讲，网格被称为计算网格( Computational Grid)，由元计算 (metacomputing) [2]的概念发展而来。在昀开始的时候，元计算的目标是把各个独立的计算机或网络上的闲置计算机资源集合起来，成为一个整体来为科学计算提供强大的计算服务。随着网络环境及网络应用需求的多样化，单纯的计算服务已经无法满足这种需求，在这个背景下，人们引入了网格的概念。网格之父 Ian Foster在文献[3]中给出的描述是：计算网格是一个能够为人们提供可靠的、一致的、普适并且廉价的高端计算能力的软、硬件平台。
从广义上来讲，网格就是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池，它能够充分吸纳各种不同类型的计算资源，将它们转化为一种