基于网格计算的QoS模型的研究

(中国矿业大学计算机学院，江苏徐州221008)

摘　要：随着网格技术和应用的不断深入，对网格提出了严格的服务质量(quality of servi。ce，简称Qos)要求，网格计算中的Qos成为研究应用的焦点，缺乏Qos保证逐渐成为制约网格应用的瓶颈之一。论文对网格计算的质量服务进行了研究，描述了网格QoS定义，网格QoS需求和网格QoS的层次模型，同时也介绍了当前研究思路及以后的发展趋势。

关键词：网格应用；网格QoS；需求；层次模型

中图分类号：TP393　文献标识码：A　文章编号：1009-3044(2007)0I-10052-02

1　引言

随着研究的深入，网格的应用领域开始不断扩展。网格技术不但带来了超强的计算能力，而且它使世界各地的资源有机的结合在一起。网格计算的主要应用包括了分布式计算、高吞吐量计算、协同工程和数据查询等诸多领域。应用网格技术。可以消除信息孤岛和资源孤岛，使人们能够更加智能的分享各种资源。

由于网格具有的异构性、分布性、动态性和自治性，网格应用中的服务质量QoS的协商和保证是一项非常复杂和具有挑战性的工作，服务质量QoS的好坏、效率的高低直接关系到网格系统的性能。因此基于网格应用的需求，必须具有非凡的服务质量，即网格应用系统希望、也迫切需要有QoS的协商和保证。非凡的服务质量已经成为检验网格性能好坏的标准之一，因为不同的用户，甚至同一用户对服务的功能、性能、成本等都有不同考虑。网格的QoS研究出现于2000年前后，但目前尚未形成明确的技术体系，其典型研究工作包括QoS需求的描述、资源的预留与联合分配、支持QoS的资源(服务)选取与映射、支持特定QoS参数的资源调度以及域间的QoS协商与资源管理等机制。服务网格的概念提出之后。网格QoS研究工作的重点开始转移到面向服务的QoS管理方面。但每个用户对网格环境都有明确的服务需求，尽管已经有了许多学者在研究网格服务质量，如GGF的成员关注于网格QoS相关内容；GRAAP-WG已经提出了一份GGF草案支持网格中的资源预留属性；并且一份基于OGSI的协议模型也正在探讨之中，但是网格QoS的研究仍缺乏完整、清晰的技术体系，没有一种QoS解决方案成功地满足了网格环境中的所有服务质量需求。

2　网格中QOS

2．1 QoS

QoS的英文全称为“Quality of Service”，中文名为“服务质量”，是网络与用户之间以及网络上互相通信的用户之间关于信息传输与共享的质的约定，定义了连接模式(TCP)和无连接模式(IP)传输的一组参数，它们保证传输质量和服务的可靠性。它包括最大延时、数据吞吐量和传送包的优先级。QoS是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。在正常情况下，如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统，并不需要QoS，当网络过载或拥塞时，QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。

2．2网格中QoS

2．2．1网格中QoS定义

基于QoS的定义，网格中的QoS可定义为一组服务集合的性能，该性能决定用户对服务的满意程度，是网格区别与“基础设施”或“中间件”的一个关键要素。同时网络QoS可看成仅是网格QoS的一部分，因为在通常情况下，QoS是一个网络部件(如一个应用、一台主机或一个路由器)提供的一些保证稳定传输网络数据的质量级别。网格QoS的目标就是要为网格最终用户在使用网格系统这种共享平台时提供一些可预测性的质量级别，以及控制超过目前本网格系统最大服务能力的服务。

某些网格应用对QoS的要求比其它应用更高，因此有下面两种基本的QoS：(1)资源预留(适于综合服务)：根据某个应用对QoS的要求来分配网格资源，并且服从QoS管理策略；(2)按优先级排列(适于差分服务)：对网格的业务进行分类，并根据QoS管理策略的规范来分配网格资源。当所标识的业务类别有更强烈服务要求的需求时，网格构件会给予优先处理。

网格技术和基础架构(infrastructure)支持在动态的，分布的虚拟组织上进行对资源的共享和互操作。也就是说，这一发明使分布在世界各地的计算机，都可以应用这一整合了QoS传送服务的虚拟组织，而不再会有地域上的差别。

2．2．2网格中OoS需求

先从网格需求来看，虽然现在的分布式已经实现了诸如海关报关系统、飞机订票系统等资源共享与协同工作，但是这些系统大多还是基于同构平台的相对封闭的系统，对资源的定义局限于某些特定的数据和软、硬件。网格是一个开放的系统，为异构资源建立了一个共享平台，网络上任何资源都可以共享和利用。网格的目的就是希望给最终的使用者提供与地理位置无关、与具体的计算设施无关的通用的计算能力。可以想象网格将作为信息社会的网络基础设施，为推动社会快速的发展起到巨大的作用。它的应用领域也将越来越广泛。

对网格的需求也就意味着对其需求的质量保证。质量保证正是QoS的主要工作。下面从三个方面陈述网格QoS的需求。[3]

(1)网格服务(grid service)可以看作是一个提供定义好的接口的Web service，并且接口还都服从一定的协定。接口服务包括发现，动态服务的建立，生存期的管理，通告，可操控性；协定包括命名和升级。网格服务也包括授权和并存控制。随着计算网格,数据网格直到服务网格的发展，基于此服务网格的概念和QOS性能，网格作为广泛、分布的服务，与用户和其它服务的交互决定了QoS是其内在需求。

(2)从多样的用户需求看，不同的用户，甚至同一用户对服务的功能、性能、成本等都有不同考虑，因而使QoS变得重要。

(3)从网格资源的异构性看，网格资源是异构的，它必须为用户提供单一系统映像，透明地满足用户需求。因而0。S直接关系到网格系统的性能。

3　网格中QoS的层次关系

网格计算主要是试图在一系列集合和群中解决与资源共享有关的问题。这里的资源不仅包括硬资源而且包含像信息，数据和软件等的软性资源。据网格能动态组建虚拟组织的特点，又可把资源分为逻辑资源和物理资源。网格环境下的QoS问题既包括网络Qos和驱动Qos问题又包括资源Qos问题。在网格系统中在最终用户提出的Qos需求一般是对逻辑资源和系统的QoS需求，因此在虚拟组织中该为网格系统最终用户提供逻辑资源向物理资源转换和映射的策略和功能。基于这个目的从用户的角度给出如图1的网格QoS的四层结构图。[5]

最顶层是用户层，表示用户在应用到网格服务是提出的OoS的需求。第二层是网格服务层，主要描述网格服务QoS需求。第三层是满足网格服务中00S参量的系统和逻辑资源层。系统QoS主要指的是网络QoS需求和驱动QoS需求。逻辑资源QoS主要是虚拟组织中对资源的QoS需求。通过以上的分析，可以把网格中的QoS分为网络、驱动和物理资源三个部分。QoS的每层参数都是由具体的网格系统从顶到下或从下到顶转换来的。根据网格的应用及从图1抽象的网格QoS层次结构，可以映射出比较具体的图2网格中QoS的层次关系。

最底层是网络QoS，满足通常是本地工作优先于网格系统工作的要求。接着是端对端的QoS，说明在资源共享的关系中资源提供者也可以是另一个资源的主动接受者。上一层是网格中间件QoS，中间件使得资源共享对最终用户提供的系统能力、协作和安全更加透明。最上层是最终用户，靠中间件来连接。同样在每一层中的QOS参数都是由具体的应用网格系统从顶到下或从下到顶来协调转换传递的。

4　结束语

由于网格资源的动态性和异构性等特点，对网格OoS的需求是必然的。目前为了保证网格服务质量，提出了很多研究网格QOS的思路。但是要能在网格应用中实施，还有待进一步的发展。当前研究思路第一步是将“QoS控制、管理”与“QoS算法、协议”分离；第二步是能具体描述QoS的算法、协议，能够实现资源的预留、分配、协商、调度和安全等。我们的工作目标就是以适用为主。因此要设计满足最终用户的服务质量，需要做大量的工作。目前正在研究比较多的是实现端到端Qos的控制。我们下一步的工作是通过加强用户权限来降低QOS管理的复杂度及对协同的服务采用描述0verlay的方式将多对多QoS管理简化。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。