《管理信息化网格的企业信息化关键技术探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管理信息化网格的企业信息化关键技术探讨（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、网格的企业信息化关键技术研究摘要：网格是使用开放、通用的协议来联合分布的资源，并提供超过尽力而为的服务质量的系统。由于网格技术不但能整合分布、异构资源、提供资源访问全局的单一映像与透明性，能够合理地分配资源、提供计算能力需求与资源之间的优化映射，而且能够将网格域内的计算资源、信息资源、通信资源等以“服务”的方式提供给第三方选择与使用，所以网格技术在其出现后不久便迅速由科学工程领域走向工业应用领域。关键字：网格 多层网格体系 Globus EGOAbstract：The grid is use open, general agreements to joint distribution of r
2、esources, and provides the best quality of service over the system. Due to the grid technology not only can integrate distributed, heterogeneous resources and provide resources accessing global single image and transparency, to reasonably allocating resources, to provide computing power demand and r
3、esources, and the optimization of the mapping between grid domain to the computing resources, information resources, communication resources service way to provide to the third party choice and use, so the grid technology in its appear soon after quickly from the science engineering field to industr
4、ial applications.Keyword: Grid Multi-layer Grid System Globus EGO0、引言上世纪90年代，计算机网络，特别是Internet技术取得了飞速发展。与此同时，科学研究工作对计算机性能的要求也越来越高。当单机系统难以满足复杂大型科学计算(高能物理学、地球观测、天文物理、生物信息学等)的求解需要时，人们开始研究如何在网络环境中利用多台地理位置上分散的大、中型计算机协同工作，共同完成复杂任务所需的高性能计算，使通过网络对分布在各大型数据中心的软、硬件资源的使用能像电力网格(Electricity Grid，EG)为用户提供即插即用输电服务一
5、样方便，于是出现了一种新的计算技术“网格计算” (Grid Computing)和相应计算机网络计算环境中“计算网格”(简称网格，Grid)的概念。应当指出:网格仅在使用方便这一点上借用了电力网格的概念，在技术上二者截然不同，没有必然联系1。由于网格技术不但能整合分布、异构资源、提供资源访问全局的单一映像与透明性，能够合理地分配资源、提供计算能力需求与资源之间的优化映射，而且能够将网格域内的计算资源、信息资源、通信资源等以“计算服务”、“信息服务”和“通信服务”的方式提供给第三方选择与使用，所以网格技术在出现后不久，学术界和商业界便一致认为网格会像万维网一样迅速由科学工程领域走向商业领域2。特
6、别是2000年以来，各大IT企业表现积极纷纷投入企业网格计算领域并于2002年成立了企业网格联盟，学术界IEEE也于2004年成立GECON工作组致力于网格经济与商业模式的研究，推动企业网格的发展，网格计算在企业应用的研究开始成为新的研究热点。1、国内外的研究现状：清华大学范玉顺教授定义了制造网格的概念:制造网格是实现企业和社会资源共享和集成，支持企业群体协同运作和管理的集成支撑环境，它基于网格和相关先进的计算机与信息技术，通过网格将分散在不同企业和社会群体(包括高校、研究院所、专家、中介服务机构)中的设计、制造、管理、信息、技术、智力和软件资源通过封装和集成，屏蔽资源的异构性和地理分布性，以
7、透明的方式为用户提供各类制造服务(这里的制造是指大制造，包括企业生产经营的一切活动)，使企业或者经营个体能够以请求服务的方式方便地获得所有与制造相关的服务，能够像使用本地资源一样方便地使用封装在制造网格中的所有资源，实现各类资源的集成优化运行，并为构建面向企业协同制造特定需求的制造网络应用系统提供协同工作环境，从而实现企业间的商务协同、设计协同、制造协同和供应链协同，使基于制造网络支撑环境运行的制造企业群体能够以低的成本和短的开发周期，制造出符合市场需求的高质量产品3。在制造网格的体系结构研究方面，俞涛教授等提出将制造网格分为服务节点建设层、核心中间件层、应用中间件层和应用层四层结构;范玉顺教
8、授等提出将制造网格分为基础网络层、单元与基础协议层、资源封装层、网格中间件层、制造网络使能层、制造网络应用层、制造网络入口层、企业协同层的八层结构。2、网格理论及其体系结构发展网格计算技术经过十几年的发展，其理论和体系结构历经了网格雏形阶段、五层沙漏体系结构阶段、多层网格体系结构OGSA/OGSL阶段和多层网格体系结构OGSA/WSRF阶段2.1网格雏形阶段上世纪80年代，并行计算软件取得了巨大的发展，多种学科领域的研究者开始联合起来着手解决那些“极具挑战性”的问题，而大规模计算基础设施可以为科学发现提供超级服务，正是解决这些问题的有力工具。早期的网格就是从连接超级计算节点构件大规模计算基础设
9、施的项目开始，当时被称之为元计算。在此类项目的研究过程中涉及一些内在的问题(如地理位置分散情况下的协作研究等)为研究者解决计算节点间的协调与分布提供了大量实际经验，而协调与分布正是网格计算的两个核心概念。尽管此时还没有明确的网格计算的概念，但对于协调与分布问题的研究为网格计算的发展打下了良好的基础4。2.2五层沙漏体系结构阶段自上世纪90年代中期到2001年，网格计算主要针对科学与工程领域，其理论、相关工具与软件在这一时期得到了全面的研究与发展。Globus和Legion对基本系统级网格基础设施的开发方法进行了探索;Condor项目对高吞吐率调度问题进行了研究;Apples、Mars和Prop
10、het项目对高性能调度问题进行了研究;网络天气服务则侧重于网络资源的监控和预测;而存储资源代理项目重点解决了异构数据资源的统一访问问题，此外还有NetSolve、Ninf等项目都对网格计算的发展做出了巨大贡献。在这一阶段，Globus项目组Ian Foster:等人给出了网格的具体定义:“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技工作者和公众提供更多的资源、功能和服务。互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，.而网格的功能则更多更强，它能让人们共享计算资源、存储资源和其他资源”5。在此基础上，他们还提出了“以协议为中心”
11、的网格五层沙漏结构，自下而上依次划分为构造层、连接层、资源层、汇集层以及应用层:(1)构造层:构造层的基本功能是控制局部资源，包括查询机制(发现资源的结构和状态等信息)、控制服务质量的资源管理能力等，并向上提供访问这些资源的接口。该层资源包括计算资源、存储资源、目录、计算机集群、网络资源、传感器以及其它设备等。(2)连接层:连接层的基本功能是实现网格事务处理间的相互通信，它定义了核心的通信和认证协议，在实际中这些协议大部分是从TCP/IP协议栈中抽取出。通信协议允许在构造层资源之间交换数据，包括传输、路由、命名等功能;认证协议建立在通信服务之上，提供包括单一登录、代理、与局部安全方法的集成、基
12、于用户的信任机制等功能。(3)资源层:资源层的主要功能是实现单个资源共享，与可用资源进行安全连接，对资源进行初始化，监视资源运行状况等。资源层定义的协议包括安全初始化、监视、控制单个资源的共享操作、审计以及付费等。资源层协议有信息协议和管理协议两种:信息协议用来获得关于资源结构和状态的信息，管理协议则用来协商访问私l共享操作。(4)汇集层:汇集层的主要功能是协调多种资源共享，定义了不同资源集合间是如何相互作用的，但不涉及资源的具体特征，包括目录服务、协同分配私I调度以及代理服务、监控和诊断服务、数据复制服务、网格支持一下的编程系统、负载管理系统与协同分配工作框架、软件发现服务、协作服务等。(5
13、)应用层:应用层是网格的应用程序，包括用户程序代码和网格服务调用两部分。网格应用可以调用网格任一层上定义的服务，通过服务使用各层的资源来完成任务。五层沙漏结构的设计原则是保持参与的开销最小，它的资源层和连接层类似于操作系统内核，拥有较少的作为基础的核心协议，组成体系结构的瓶颈部分，使得该结构呈沙漏状。体系结构中每层都定义了服务、API和SDK，用协议进行对相关服务的访问，一般由上层协议调用下层的服务6。五层沙漏结构可管辖多种资源，允许局部控制，可用来构建高层的、特定领域的应用服务。它的特点就是简单、具有广泛的适应性，主要侧重于定性的描述而不是具体的协议的定义，从而整体上进行理解，在网格技术发展
14、初期具有十分重要的意义。2.3多层网格体系结构OGSA/OGSI阶段上世纪90年代后期特别是2000年以后，企业界开始积极参与网格技术研究，进一步推进了网格计算技术新的发展，网格的应用也由单纯科学工程领域向企业计算领域方向扩展。2000年，美国网格论坛、欧洲网格论坛和亚洲网格论坛合并组成了全球网格论坛，大量网格研究成果通过它演化为网格标准。2002年Globus联盟和IBM公司结合网格技术和Web服务技术在GGF上提出了“以服务为中心”的开放网格服务体系结构，随后GGF又推出了开放网格服务基础设施作为OGSA的核心规范。OGSA使用了“网格服务”和“虚拟织一织”这两个核心概念:在OGSA中，将
15、一切资源(包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等)和对资源所有的操作都看成是符合OGSI规范定义的特定Web服务表示的 Grid Service，这样有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格;而虚拟组织则通过标准的界面和约定米创建、终比、管理瞬时服务，对服务进行动态管理7。(l)资源层:构成OGSA结构的最底层，这里的资源不仅限于服务器、存储器、网络基础设施等传统计算网格的物理计算资源，还包括文件系统、数据库系统管理员、目录管理等逻辑资源。(2)服务层:所有网格资源(逻辑与物理资源)都被封装为Web服务，OGSI规范通过扩展Web服务定义语言WSDL和 XML Schema提出了网格
16、服务 (Grid Service)概念且围绕它设计了一套标准化接口来满足虚拟组织的需要，为所有网格资源制定了标准的接口、行为与交互，提供动态的、有状态的和能够被管理的Web服务，包括:服务实例的创建，命名和生命周期管理，服务状态数据的声明和查看，服务数据的异步通知，服务实例集合的表达和管理以及一般服务调用错误的处理等。(3)基于OGSA架构的服务层:是OGSA结构的中间件层，基于OGSI接口，通过网格核心服务以及特定领域的网格服务等服务，为形成更加有用的面向服务的架构以及网格具体应用服务的实现与应用提供技术实现保障。(4)应用层:利用OGSA网格架构的各种基本服务，结合行业特色与规范，提供网格具体应用程序。面向行业应用的网格应用程序层是网格应用的生命力所在。开放网格体系结构的意义就在于它将网格从科学和工程计算为中心的学术研究领域扩展到更广泛的以分布式系统服务集成为主要特
