《電子技術應用》
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支持虛擬組織建立的網格資源協作平臺研究
來源:微型機與應用2011年第2期
陶宇煒
(常州大學, 江蘇 常州 213164)
摘要: 針對基于Internet的學習平臺在有效利用教學資源方面存在的問題,采用開放網格服務架構OGSA,建立基于虛擬組織的協作平臺。在虛擬組織中,應用或用戶能夠創建臨時服務,資源以網格服務的形式提供給用戶或應用?;贠GSA的虛擬組織的建立,為資源共享協作提供了切實可行的解決思路和實施方案。
Abstract:
Key words :

摘   要: 針對基于Internet的學習平臺在有效利用教學資源方面存在的問題,采用網格服務架構" title="開放網格服務架構">開放網格服務架構OGSA,建立基于虛擬組織的協作平臺。在虛擬組織中,應用或用戶能夠創建臨時服務,資源以網格服務的形式提供給用戶或應用?;贠GSA的虛擬組織的建立,為資源共享協作提供了切實可行的解決思路和實施方案。
關鍵詞: 網格資源; 開放網格服務架構; 網格服務; 虛擬組織

    目前高校使用的網絡課堂、論壇以及學習網站等網絡學習平臺都是基于傳統的Internet,它們只能實現部分和單向的資源共享,在利用當前的技術條件進行合作學習和資源共享等方面存在不足。表現為資源的獲取和應用及更新速度較慢、動態適應性較差;并且多數為簡單的信息存儲,不利于教師、學生和學校的管理人員之間的有效溝通以及知識的共享和互動,遠沒有達到知識的水平;沒有體現信息化技術在教學、科研及管理中的優勢作用。
 隨著高校信息化建設的不斷深入和發展,這些組織形式已經不能滿足新的信息技術支持下教學、科研、管理等方面的需求。高??梢酝ㄟ^不斷優化傳統課堂教學,同時大力建設信息技術支持的虛擬學習環境來解決大批量的人才培養和學生個性化培養的矛盾。為此,本文提出采用網格服務的模式構建一個規模較大、擴展性強、兼容不同技術標準的資源協作平臺,充分發揮虛擬組織在教學組織上的優勢。
1 網格及虛擬組織概述
 網格是一個集成的計算和資源環境,它把分散在不同地理位置的資源虛擬成為一個強大的信息系統,實現計算、存儲、數據、信息、軟件、知識和專家等資源的全面共享[1-2]。Ian Foster把“網格問題”定義為“動態的個人、機構和資源的集合體中靈活、安全、協同的資源共享”,并把這樣的集合體稱為虛擬組織[3]。網格具有跨平臺、數據完全共享、計算能力強、集成有效性高等特點。網格具有高效的數據處理能力和充分利用閑置資源等特性,可以有效地支持虛擬組織間的資源共享,能很好地滿足虛擬組織管理的需要。網格技術的目的就是要支持動態虛擬組織對各種各樣資源的共享和協同使用。網格實現的是最充分的信息共享,能在形成的虛擬組織中將各個成員的資源、信息、數據等統一起來,實現靈活、一致、動態的共享協同機制。
 虛擬組織的概念是網格計算的關鍵。虛擬組織是區別于傳統組織的一種以信息技術為支撐的協作組織,它是運用以計算機技術為核心的多種技術手段把實體、資源動態地聯系在一起的一種組織機制。虛擬組織是為了達到某些特定的目標,經由分工與協作和不同能力與資源的整合,以及各方不同層次的權利與責任而構成的組織的集合[4]。它通過信息網絡將若干規模各異、各有專長的組織鏈接起來形成開放的組織形式。網格虛擬組織就是從網格服務的角度出發,利用網格平臺為虛擬組織內各個服務需求相近的個體提供資源共享的信息服務接口,使這些個體可以不受時間和空間限制進行共享和協作。
2 虛擬組織模型的體系結構
 采用虛擬組織管理網格資源,用戶通過虛擬組織查詢所需服務。模型采用分層結構,由網格資源層、虛擬組織層、用戶應用層組成。虛擬組織的結構如圖1所示。

   網格資源層包括若干網格節點,本地應用程序作為網格服務部署在網格節點上;虛擬組織層是模型的核心部分,它由注冊服務、功能描述表、任務隊列、網格服務池、虛擬組織協調服務等模塊組成。
 注冊服務記錄網格服務功能及其所屬網格節點的信息。功能描述表記錄虛擬組織內網格服務的功能信息,注冊服務模塊中具備同種功能的多個服務對應功能描述表的一個表項,功能描述表與注冊服務模塊建立一對多的關系。用戶通過功能描述表查找所需的服務功能。任務隊列為虛擬組織收到的服務請求。虛擬組織協調服務提供保證虛擬組織之間正常協作與共享的服務,為當前虛擬組織收到的服務請求分配可用服務,維護虛擬組織正常運行,包括虛擬組織建立、虛擬組織成員狀態的更新、安全權限控制,協助進行資源的共享和協作等,并負責虛擬組織內部消息傳遞、通信。網格服務池記錄當前處于可用狀態的網格服務。
 虛擬組織層為每個網格節點安裝服務的發現和使用接口以及向外發布的服務接口。用戶訪問數據時,先通過發現接口訪問虛擬組織內滿足條件的訪問接口,并根據需求向相關節點請求數據。系統接口、應用通信、數據轉換和目錄信息都是建立在開放的、被廣為接受的標準之上, 使任何具備權限的用戶都能迅速地訪問到他們所需要的資源。
 用戶是經過身份認證的合法用戶。虛擬組織發給該用戶一個X.509認證,用于標識該證書持有者的身份。所有用戶只有通過身份認證才能使用網格資源。用戶可以使用本地資源,也可以在其他地點登陸網格系統,使用其他虛擬組織的資源。
3 網格環境下虛擬組織的建立
3.1 支持虛擬組織建立的網格服務機制

 在虛擬組織中,應用和用戶能夠創建臨時服務,并且可以發現這些服務并得到其特性。用戶提出的服務要求一般都比較抽象和復雜,但是這些要求可以轉化為多個相對基本的要求或者服務,這樣層層分解,直到找到基本的可以滿足的服務為止。開放網格體系結構OGSA(Open Grid Services Architecture)[5]中的重要網格服務接口服務生命周期管理(GridService)、消息發布服務(NotificationSource)、消息接受服務(NotificationSink)、注冊服務(Registry)、創建臨時服務(Factory)、主鍵服務(PrimaryKey)、句柄映射(HandleMap)等支持臨時服務實例的創建,可以發現、描述和創建與虛擬組織有關的服務實例。其中GridService服務接口是必需的,每個服務接口提供了相應的操作[6]。
 網格服務通過提供一組相對統一的核心服務接口,使所有的網格服務都基于這些接口實現,這樣就可以較容易地基于簡單、基本、具體的服務構造出具有層次結構的、高級別和抽象的服務。這些服務可以跨越不同的抽象層次,以統一的方式看待,有利于通過統一的標準接口管理和使用網格。圖2表示用這些接口構造的虛擬組織服務結構。

   網格環境中的每個網格服務都被賦予一個全局唯一的名稱,稱為網格服務句柄GSH(Grid Service Handle),由GSH區分網格服務實例。支持服務發現的網格服務稱為注冊(Registry),此服務提供GSH的注冊操作。通過GridService接口的FindServiceData操作,可以檢索已經注冊的GSH的消息。
 在虛擬運行環境中,采用多級Registry和Factory的辦法來管理服務,即使用一個或者多個高級Factory來處理創建低級Factory請求。用戶接口被構造成一個高級Registry、一個或者多個高級的Factory和HandleMap服務。Registry記錄了高級Factory和它們所創建的服務實例,以及特殊的虛擬組織服務策略,這些策略規定了如何使用虛擬組織中的服務??蛻舳耸褂锰摂M組織的Registry功能來發現Factory和其他與虛擬組織相關的服務實例,然后使用Registry返回的句柄直接與服務實例交互。高級的Factory和Registry均以標準接口實現。
3.2 虛擬組織的建立和運作
 用戶通過Registry發布任務請求的信息,通過向虛擬組織協調服務提出申請加入某個虛擬組織,虛擬組織協調服務提供用戶該虛擬組織的信息,創建該用戶所用的Factory并注冊到相應的Registry中。然后用戶利用獲得的以WSDL描述的服務信息與虛擬組織協調服務進行交互。用戶加入到虛擬組織以后,可以通過和虛擬組織協調服務以及虛擬組織中其他用戶之間的交互,來更新虛擬組織的信息。虛擬組織內以基于XML的SOAP協議作為標準通信協議,完成各個成員的應用程序的無縫集成,同時使用SOAP的安全擴展來保障虛擬組織交互操作過程中的安全問題。
4 面向虛擬組織的資源共享協作應用
 數字化教學資源包括各類校內外精品課程、各類自主學習型網絡課程、各類校內外精品課程網站、多媒體課件、校內外自助學習平臺、視頻點播系統等項目;數字圖書館、各類教學資源網的鏈接等方面的內容。
 教學資源作為網格節點分布于各服務器,可以根據需要加入網格虛擬組織。在網格虛擬組織中,每個參與其中的成員可以提供一種或多種服務。以網格虛擬組織作為共享服務和協作的邏輯單位,每個網格虛擬組織中的成員不僅能充分利用組織內豐富的資源和網格平臺強大的計算、存儲、通信能力,而且還能有效提供自己的資源進行共享協作,提升了學習支持服務的力度。每個成員可以通過網格平臺共享虛擬組織內部信息和其他虛擬組織的公共共享信息服務。
 用戶請求提供資源服務的過程如下:
?。?)身份認證。用戶和虛擬組織創建連接,將其證書X.509發給虛擬組織,虛擬組織給用戶發送VODL明文文件,用戶將VODL的明文用CertA加密后發給虛擬組織,虛擬組織將密文解密和原文一致則信任用戶,完成身份認證[7]。
?。?)注冊服務。將網格節點數據共享與交換應用封裝成GridServices組件的形式,發布到UDDI(統一描述、發現和集成)注冊中心,以供注冊認證的用戶調用。
?。?)查找符合要求的服務。合法用戶提出資源服務請求,在虛擬組織維護的功能描述表中查找所需的服務。
?。?)得到服務句柄。注冊服務根據用戶提出的要求篩選返回滿足要求的服務。
?。?)創建服務實例請求和滿足要求的實例。用戶根據返回的服務句柄,向虛擬組織提出請求,創建特定的服務實例,指定相關的參數,例如服務生命周期,進行何種類型的操作等。虛擬組織協調服務模塊根據收到的服務請求和特定策略分配可用服務,創建滿足要求的服務實例。
 (6)新創建的服務實例以“用戶”的身份查詢任務,這種基于用戶身份的代理策略是由OGSA的安全機制支持的。
    (7)得到結果。用戶找到可提供服務的資源。
    文中基于開放網格體系結構OGSA和虛擬組織建立起高效的資源共享平臺,將網格環境中所有的組件以網格服務的方式虛擬化;通過提供相對統一的核心接口,所有的網格服務都基于這些接口實現,并構造出具有層次結構的、高級別的服務;以虛擬組織的形式管理網格資源,屏蔽了資源異構及其復雜性;實現靈活的、動態的網格資源協同使用。
參考文獻
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[4] 邢永杰. 虛擬組織[D]. 上海:復旦大學出版社,2008.
[5] OGSA工作小組. OGSA結構描述[EB/OL],http://www.gridforum.org/ogsi-wg/drafts/ogsa_draft2.9_2002-06-22.pdf, 2003-01-10, http://www.Globus.org/ogsa/
[6] FOSTER I, KESSELMAN C, NICK J M, et al. Grid services for distributed system integration[J]. Computer,2002,35(6):37-46.
[7] 趙雪松,孫遠運,馬鈞培. 基于虛擬組織的訪問控制模型[J]. 計算機工程,2008,34(24):19-21.

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