基于corba的网格计算模型

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1、基于C O R B A 的网格计算模型 曹晓敏贾美英 ( 北京图形研究所北京1 0 0 0 2 9 ) 摘要本文分析了网格思想的主要特点，比较了另一种分布式中间件C O R B A 与网格的异同，在此基础 上，提出了一种基于C O R B A 的网格计算模型。 关键字分布式计算网格C O R B A 1 引言 随着互联网的普及以及电子商务的发展，人们遇到的分布式处理与计算问题越来越复 杂，然而，购买峰值计算所需要的全部资源往往又造成大量的资源浪费。于是，人们开始 寻找一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们找到了答案一网格计 算。 实际上，网格计算是分布式计算的一种。而C O R

2、 B A 作为分布式应用平台中功能最强 大的标准中间件，与网格技术必然存在着某些可以相互借鉴的地方。本文在分析二者特征 的基础上，提出了一种基于C O R B A 的网格计算模型。 2 1 网格计算的概念 2 网格计算 网格计算是一种利用互联网或专用网络把地理上广泛分布的各种计算资源互连在一起 的技术，它把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现各种资源的全面共享。传统 因特网实现了计算机硬件的连通，W e b 实现了网页的连通，而网格则试图实现互联网上所 有资源的全面连通，所以有人称之为“第三次互联网浪潮”。 网格计算( G r i dc o m p u t i n g ) 的构想来源于电

3、力供应网( P o w e rg r i d ) 。电力供应网 的原意是电力供应商根据用户的需要供应电力，消费者只需支付自己使用的那部分电费。 网格计算的基本思想也因此被引申为，就像人们日常生活中从电网中获取电能一样从网络 中获取高性能的计算能力。 它的出现始于利用I l l t c m e t 进行科研协作。美国芝加哥伊利诺斯大学的电子可视化实 验室和印第安那大学在1 9 9 8 年度的m E E ，A C M 超级计算会议( s c 9 8 ) 上联合推出了一项联 网研究成果，并演示了全球研究机构联网的重要性。他们使用高速网络来访问物理上分布 在不同地方的分布式计算、存储和显示资源来解决复

4、杂的计算问题，对于这种计算和通信 资源的联合，专家们称之为国际联网( I n t e r n a t i o n a lG r i d ，i G r i d ) ，也就是网格。 2 2 网格计算基本结构 网格的核心观念就是：“网络就是计算机”，这个网络可以大到整个互联网，小到一个 家庭网。微机上的应J _ I 可以分为三个层次：硬件、操作系统、界面和应用，相对应的，网 基于C O R B A 的网格计算模型 格系统也可以自下而上地分为三个基本层面：硬件层面、网络操作系统层面以及应用层 面。其基本结构模型如图1 所示。 应用 界面 操作 系统 硬件 微机结构 办公、上网、游戏等 命令行、视窗、W

5、 曲 B a s r a , C ，J a v a ，C O M 魄期姆黼期黩骟，L i n u x I B M 傩系结构 I n t e g A M D 处理器 网椿结构 图1 网格基本结构 网格硬件层面包括高性能计算机节点和应用节点的建设，主要包括网格结点和宽带网 络系统。网格结点就是网格计算资源的提供者，它包括高端服务器、集群系统、M P P 系统 大型存储设备、数据库等。这些资源在地理位置上是分布的，系统具有异构特性。而宽带 网络系统是在网格计算环境中，提供高性能通信的必要手段。通信能力的好坏对网格计算 提供的性能影响很大，要做到计算能力“即连即用”必须要高质量的宽带网络系统支持。用

6、户要获得延迟小、可靠的通信服务也离不开高速的网络。 操作系统层面包括中间软件和协议软件的研究和开发，其中有网格操作系统、资源管 理系统、任务管理系统、用户和管理系统和安全服务系统。中间层其功能是屏蔽资源层中 各种计算资源的分布、异构特性的资源平台，向应用层提供一致、透明的应用接口。计算 资源管理工具要解决资源的描述、组织和管理等关键问题。任务调度工具其作用是根据当 前系统的负载情况，对系统内的任务进行动态调度，提高系统的运行效率。它们属于网格 计算的中间件。 、 应用层面包括各种应用软件的研究、高速网格建设等，使用户可以方便地共享网格中 的各种资源。其关键在于可视化界面。网格计算的主要领域是科

7、学计算，它往往伴随着海 量的数据，面对浩如烟海的数据想通过人工分析得出正确的判断十分困难。如果把计算结 果转换成直观的图形信息，就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难，这就要研究能在网格 计算中传输和读取的可视化工具。 2 3 网格计算的主要特征 网格计算环境要求不影响各节点本地的管理和自主性，不改变原有的操作系统、网络 协议和服务，保证用户和远程结点的安全性，允许远程节点选择加入或退出系统，尽量使 用已存在的标准的技术，以便与已有的应用兼容，并能提供可靠的容错机制。一个理想的 网格计算应类似当前的W e b 服务，可以构建在当前所有硬件和软件平台上，给用户提供完 全透明的计算环境。对用户而言，它

8、把众多同、异构的资源变成了同构的虚拟计算环境。 可以看出来，网格计算具有以下主要特征： 2 3 1 整合性 从网格的核心思想来看，它的出发点就是将“全世界的P C 联合起来”，通过互联网的 应H ；I ，将全世界的P C 接合成一台超大计算机，实现所有资源的共享。这些资源包括计算 1 5 5 资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等。 2 3 2 异构性 网格由分布在广域网上不同管理域的各种节点组成，这些节点由不同的硬件平台组 成，运行不同的操作系统，具有完全异构的特性。 2 3 3 动态自适应性 网格必须能动态监视和管理所有节点的资源，从可利用的资源中选取最佳资源服务。 2

9、3 4 可扩展性 网格的思想是开放的，能适应网格资源规模不断扩大、应用不断增长的情况。 3 当前成熟的分布式计算标准C O R B A 体系结构 3 1C O R B A 的概念 C O R B A ( t h eC o m m o nO b j e c tR e q u e s tB r o k e rA r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理体系结 构) 是由对象管理组织O M G ( O b j e c tM a n a g e m e n tG r o u p ) 1 9 9 0 年提出的，目前可以说是 功能最强大的分布式应用体系结构规范。 3 2C O R B

10、 A 体系结构简介 C O R B A 是一种软总线结构，它将面向对象思想和客户服务器结构结合起来，提供了 一套对象间实现透明地发送请求与接受响应的机制。它由四部分组成，其参考模型见图 2 。 应用对象 公共设施 1 已：请求代建( 晰t & q 卜u e s t a l l 图2C O R B A 结构参考模型 1 ) 对象服务( O b j e c tS e r v i c e s ) ：这是一组服务( 接口和对象) 的集合，它为使用和 实现对象提供一组基本功能，简单地说，它使得对象的实现以及对对象的使用成为可能a 这种服务在构建任何分布式应用时都是必须的，它独立于程序语言及具体领域。例如

11、，生 命周期服务定义了如何创建、删除、复制和移动一个对象，但它并不关心该对象的具体实 基于C O R B A 的网格计算模型 现。 2 )公共设施( C o m m o nF a c i l i t i e s ) ：为许多应用提供的共享服务的集合。相对于对象 服务而言，对象服务面向构件本身，而公共设施更接近用户层。 3 ) 应用对象( A p p l i c a t i o nO b j e c t s ) ：相当于传统概念中的应用程序。 4 ) 对象请求代理O R B ( O b j e c tR e q u e s tB r o k e r ) ：O R B 是O M G 对象管理体系O

12、 M A ( O b j e c tM a n a g e m e n tA r c h i t e c t u r e ) 的基础，它负责部件间的通信。由它来提供对象间的互 操作，使不同对象在分布环境和独立于对象实现的平台之间进行交互。这些对象可以是用 不同的语言编写实现的，也可以运行在分布异构环境下不同的平台上。 3 3 异地请求调用过程 从图2 可以看出来，C O R B A 结构中，O R B 是核心。它是客户向服务方对象发送请求 的一个中间层，它屏蔽了客户方对服务方请求的编码解码、网络间的消息传送、对象适 配、平台异构性等复杂而繁琐的事务。在分布式环境中，客户想要访问某个对象，只需拿

13、 到该对象的对象标识，并根据该对象的接口所提供的属性和方法来请求该对象的服务。对 象的定位以及激活该对象的实现都由O R B 来完成。服务方对象完成客户所要求的服务 后，其结果也由O R B 返回给客户方。这样，客户方和服务方彼此独立，客户所需要了解 的只是对象的接口所表现出来的逻辑结构，完全不用关心对象在哪里实现，或用的什么语 言来实现等细节，从而实现了客户对异地对象的便利地访问。客户对服务方对象请求过程 简单示意图如图3 。 图3 请求调用过程示意图 其中，对象接口定义的逻辑结构用I D L 语言来描述。C O R B A 提供了I D L 到C 、 c H 、J a v a 、C O B

14、 O L 等语言映射机制的I D L 编译器，客户应用( C l i e n t ) 和服务( S e r v e r ) 方的实现可以使用自己独立的语言。 C O R B A 提供两种对象调用方式：静态调用方式和动态调用方式。静态调用方式是指 C l i e n t 在程序运行前就已经通过I D L 接口描述了解了S e r v e r 对象的定义，包括对象提供的 操作以及所带的参数等内容，然后直接进行调用。 1 5 7 基于C O R B A 的网格计算模型 动态调用方式是指C l i e n t 在运行时动态地确定所请求对象的接E l 参数，这通过一个接 口库来实现。接口库是一个联机L

15、作的对象定义数据库，它存放I D L 接口信息，并提供 I D L 接1 2 1 信息的动态查询、修改和删除操作。接1 2 1 库具有以下特点： 1 )动态性：接口库中的信息可以动态实时地查询、修改或删除。 2 )分布与共享性：每个O R B 的接口库中存放一部分I D L 接口的定义，不同O R B 之 间的接口库可以共享信息。 ， 3 )通用性：操作接口库中的A P I 在C O R B A 规范中用I D L 来定义。即使不同O R B 有不同的接口库实现，但对接口库的操作是相同的。 3 4C O R B A 小结 通过以上分析可以看出，C O R B A 制定了一种体系结构规范，使得所

16、有符合该规范的 应用软件可以互通互连。理论上讲，由于有接口库的存在，所有c l i e n t 可以随时查询并调 用最新的l V e l “ 对象实现。在这里，c l i e n t 和s e r v e r 都只是一个相对的概念，对象请求者相 对于被请求的对象是C l i e n t ，相应地，被请求的对象相对于请求者则是一个S e r v e r 。同一 个对象可以既是c l i e n t ，又是s e r v e r 。 4 C O R B A 与网格特征比较 通过以上分别对网格和C O R B A 的分析，C O R B A 相对于网格而言具有如下特征： 1 ) 具有部分整合性 C O R B A 规范本身的提出就是致力于分布异构环境下的各类应用系统的集成，通过制 定这种规范，所有符合该规范的产品以及应用之间就可以相互调用，实现了软件级别的共 享与整合。然而，网格的思想是所有资源的全面整合，而且其最核心的思想应该在计算资 源的整合。也就是说，包括网络节点上的C P U 、内存等资源的整合。在这点上，C