试析文化信息网格研究

论文关键词：网格　开放网格服务结构　文化信息网格

论文摘要：通过分析网格技术的应用，针对网格所沙及到的基本概念、支撑技术、体系结构等，从三个方面进行了研究。(1)论述了网格技术的基本概念及基于ogsa开放网格体系结构的运行机理;(2)提出了应用ssa系统构建文化信息网格以实现资源共李服务的设想，阅迷了文化信息网格的目录集成、资源服务的功能及方法;(3)提出了网格的发展方向及展望。

1开放的网格服务体系结构(ogsa)

近年来，随着网格应用的不断深人，基于web service的网格技术已得到快速发展。目前，通过soap(简单对象访问协议)、wsdl ( web服务描述语言)、uddi(统一描述、查找和集成)、wsfl ( web服务流语言)及bpel4ws ( web服务的业务流程执行语言)等开放协议和标准，web service提供了面向互联网应用的统一服务注册、发现、绑定和集成机制。开放的网格服务体系架构知en grid service architecture，简称(ssa)在web服务的基础上，利用开放式的网格服务基础结构(ogsi)的核心接口，解决了虚拟化服务间的互操作问题，极大地增强了网格协议和服务的互操作性，使网格应用突破科学计算的局限性，而向电子商务、电子政务、信息服务领域扩展。

ogsa把计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等抽象定义为服务，通过统一的标准接口(包括gridservice,notificationsource, notificationsink. registry, factory,primarykey, handlemap)来实现服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理、消息订阅、通知发放等功能，并对网格资源实施管理和共享。

ogsa的虚拟组织将各种资源包装为服务，通过建立一个注册服务和一个句柄映射服务，将服务到注册中心。网格用户通过注册服务访问注册中心中服务工厂的信息和已经创建的服务实例信息，再通过请求特定的服务工厂创建的一个实例，并按照服务接口的描述将数据传递给该实例，从而享用网格的服务功能。

2基于ogsa的空化伯班网格设计

文化信息网格是以网格技术为基础，以全国文化信息资源共享工程为依托，基于宽带传翰和海量信息组织、web serv-ices等技术和网格基础支撑环境的多层次的文化信息应用平台，是进行文化信息生产、传播及服务的信息基础设施。

2. 1构建文化信息网格的技术需求

(1)文化信息资源集成与管理。通过实现对分布式、松散祸合的组织结构中共享资源(包括计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源)的管理，从而进行资源的组织、规划、协调和调控。

(2)协同工作支持。在虚拟信息组织间提供相互合作的平台环境，协调网络资源的共建共享工作。

(3)构建以“服务”为中心的信息体系。构建具有高科技、专业化、社会性和公共服务功能的新型信息服务模式。

(4)共享资源维护与安全控制。为实现共享资源的、删除、修改等安全化操作提供支持。网格安全管理贯穿系统所有层面，包括资源认证、资源访问控制、用户身份鉴别、数据传翰、安全管理等功能。

2. 2文化信息网格框架与功能模块

参考ogsa体系，文化信息网格的框架体系设计为5层结构，自下而上包括资源层、构造层、连接层、汇集层及应用层等5个层次，各层之间相互关联，上层可以调用下层的功能和服务，形成了从信息获取、传输到管理、共享、应用的完整体系。其主要功能及特点如下:

(1)资源层。这是网格应用的基础，由各种抽象的资源组成，包括主机、存储设备、仪器设备等物理资源，网络带宽、程序软件、服务应用等逻辑资源、信息资源、用户资源、计算资源等。

(2)构造层。这是面向服务应用的关键，其作用在于解决各类资源的协同与共享问题。根据被封装的业务功能与服务对象，通过web服务接口描述其共享能力，支持网格服务管理机制。其核心包括资源服务、信息管理、网格系统监控、安全控制等。

(3)连接层。这是处理通信与授权控制的核心协议层。实现构造层各种资源间的数据交换、授权验证、安全控制。采用基于公钥的网格安全协议，提供一次登录、委托授权、安全方案整合、基于用户信任关系等功能。

(4)汇集层。这是汇集资源层的受控资源，提供协调管理的中心。其提供资源分配、目录管理、负载控制、资源监控等功能，具有跨资源集合的交互协议和服务，协调多个资源间的协同作业。

(5)应用层。这是网格应用具体实现层。通过用户代码和网格调用两部分，应用层调用网格各低层提供的服务，如资源管理服务、数据访问服务、资源发现服务等，实现资源共享服务。

文化信息网格是一个松散辆合的系统，它基于当前的互联网及将来的高速传输网，为文化信息资源的共建共享提供完整的网格服务支撑平台。它对文化系统中的各种资源进行整合，屏蔽网格资源的异构性与动态性，为用户提供高可靠的、安全方便的透明网格服务，实现基于网格开发环境，通过网格门户而进行信息、资源、服务、安全的统一管理。文化信息网格管理平台逻辑功能设计如下:

(1)网格门户。为网格应用提供基于web的统一用户界面，用户通过服务门户选择服务应用、提交任务，并在任务执行结束后，通过网格浏览器得到可视化的结果。

(2)信息管理。负责收集网格系统各个节点的状态信息并做出相应的处理。

(3)统一管理。完成通用的网格服务功能。通过对服务、数据、作业、域管理等的服务抽象，统一实现网格服务的与运行。

（4)安全管理。这是网格运行环境的基础支撑系统。其保障网格中分布式资源的有效、一致、安全的管理与共享，提供面向异构环境、跨自治域的安全系统集成框架及安全控制策略，包括用户认证、资源、服务授权、加密传输等。

2. 3文化信息网格的运行机制

2. 3. 1网格服务运行环境

文化信息网格遵循ogsa开放网格服务体系和ogsl，网格服务的实现基于globus toolkit3。ogsa体系结构将网格中所有的软件、硬件、存储和网络等资源抽象于服务的形式，通过服务屏蔽资源之间的差异，为资源的共享和协同奠定基础。

2. 3. 2聚合目录的分层发现机制

依托于全国文化信息资源共建共享工程的成功实践，本人设计了层次化网格模型:即建立部级网格中心节点，其下设立各省级信息中心分节点，再辐射至市(县)级基层节点，构建树型的结构模型。

在树型网格系统中，网格节点的结构具有自相似性，所有网格节点的内部逻辑结构相同，实现从上至下的统一管理。父网格节点开发环境可调用子网格结点开发环境，各个网格节点的功能从树型结构的底层向上汇集，网格中心节点具有所有子网格的功能。不同的网格节点可通过统一的管理层进行相互调用，子网格完成各自系统功能，所有负载并不向上聚集。信息服务的调用只存在于上下级的网格节点之间，子网格与子网格之间通过父网格的信息交互完成。

采用层次模型的树型结构，通过部级网格中心节点的全局控制，使网格系统具备了完整性与统一性;各个区域用户可优先使用本区域的资源，体现了文化信息网格的区域性;每层的网格节点可扩展自己的网格子节点，使系统具有了扩展性。

2. 3. 3网格服务示例

在基于ogsa的网格服务中，服务请求者请求服务工厂构建服务实例，每一个服务实例都有一个gsh(grid services handle，网格服务句柄)作为系统中的唯一标识。如果服务请求者需要与服务进行通信，它就将gsh解析为一个gsr (grid service reference，网格服务引用)，然后用它与工厂创建的服务实例进行联系。当服务请求者想要销毁这个服务实例时，它可以显示调用一个销毁操作，或是简单地依赖ogsi内置的基于生命期的垃圾回收机制。下面以资源检索为例，说明网格服务的实现原理:

基于ogsa的一切都为服务的思想，可将文化信息网格中的检索服务包装为3个部分:资源检索服务、资源提供者、资源检索服务工厂。

(1)资源检索服务。为屏蔽不同资源检索的不同实现方式，定义3个端口类型:gridservice, searchcodeport-type和manipulationporttype。

" searchcodeporttype”用于启动检索服务应用程序，并监侧状态，负责通知操作。在此端口下，定义两个操作:① extractsearchcode( ):对资源检索应用提供统一的方法与调用，并监测进程的状态，其参数的返回值与资源检索主函数相同。searchinginstancestatus:记录资源检索的状态信息，提供实时的状态通知。

" manipulationporttype.包装t资源检索服务的操作方法，此端口下，定义两个操作:① endjob( ):终止检索进程。rerur lob( ):重新运行检索进程。

(2)资源的提供者。定义resourceprovider端口，用于把不同的资源包装成统一的形式。以模块化的形式动态载人，实现searchcodeporttype, searchinginstancestatus的具体操作，生成不同实现的资源检索服务实例.。

(3)资源检索服务工厂。负责本节点的资源检索网格服务信息到注册服务。注册信息包括:工厂自身信息及资源检索服务信息。根据用户的检索需要，载人相应的资源检索提供者，从而生成针对性的资源检索网格服务实例。

下图以资源检索为例，诊释了资源检索网格服务的功能与流程。

①工厂注册服务信息。在启动网格服务环境时，资源检索工厂就会向服务注册中心所有的检索服务接口和调用描述信息。②服务请求者发现服务。服务请求者访问服务注册中心，查询是否有可用的资源检索服务，在得到确认后，通过工厂的网格服务句柄(gsh)与相应的资源检索工厂进行绑定。③服务请求者向工厂请求创建实例。服务请求者将包含了资源检索服务实例的类型信息的具体请求发送至资源检索工厂。④工厂创建资源检索实例。工厂解析请求，根据创建的服务类型要求，查询工厂配置文件，找到这个服务类型所对应的操作提供者，再将其实例化后，载人到生成的资源检索服务实例中。⑤工厂返回创建完成的资源检索服务句柄给服务请求者。工厂将此资源检索服务实例的网格服务句柄返回给服务请求者。⑥服务请求者调用服务请求执行检索操作。服务请求者在收到资源检索服务实例的网格服务句柄之后，向资源检索服务实例发出执行检索请求，并持续发出keepalive消息保持存活，如果在执行过程中发生异常，服务请求者就会调用searchinginstancestatus的操作终止运行或重新检索等.检索结束后，检索服务实例会即刻通知服务请求者，完成一次检索服务过程。

2. 3. 4文化信息网格虚拟组织间的资源共享

在文化信息网格基层节点的本地基础服务中，用户接口可构造成一个registry，一个或者多个factory，一个handlemap句柄映射服务.在此简单的运行环境中，每个factory在registry中记录，用于客户端发现可用的factory。当一个factory收到客户端要求创建网格服务实例的请求时，factory就会激活相应的运行环境的接口来创建新的实例，并且斌给它一个句柄，使用registry注册该实例。

对于跨越异构、地理分布的文化信息网格的高端全局服务，可构建为虚拟的网格运行环境。，其中，创建一个或多个高级的factory，用于创建低级的factory请求;创建一个高级的registry，记录高级的factory和服务实例，定制虚拟组织的服务策略，从而管理虚拟组织的服务。客户端使用虚拟组织的registry功能来发现factory和其它虚拟组织相关的服务实例，然后使用registry返回 的句柄直接和服务实例进行交互，从而实现跨越异构平台的资源管理与共享.

3网格的发展方向

ogsa是目前最重要也是最新的一种网格体系结构，结合globus技术，实现了对互联网上计算资源、存储资源等各种资源的共享。目前，一系列支持网格计算通信协议(如网格计算安全协议、网格计算传翰协议、网格计算的信息获取协议等)、网格服务(如网格安全服务、网格信息服务、网格数据传翰服务)，以及web服务资源框架(wsrf: web services resource framework)的与应用，为网格技术的应用拓展了广阔的空间，这将直接推动信息网格、知识网格的迅猛发展，使资源共享得以广泛的实施。