服務(wù)網(wǎng)格 基于網(wǎng)格的Ｗｅｂ服務(wù)

　　收稿日期：2006-07-11? 　　作者簡介：洪國輝（1946-），男，江蘇無錫人，武漢科技大學(xué)中南分校信息工程學(xué)院教授。? 　　（武漢科技大學(xué)中南分校 信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430223)?
　　
　　摘要：傳統(tǒng)意義上的分布式計算與并行計算，分別只是空間與時間上的并發(fā)，對資源的共享與利用程度有限。本文提出一種基于網(wǎng)格計算（grid computing）的Web服務(wù)（Web Services）概念，即所謂服務(wù)網(wǎng)格，其目標(biāo)是對一定的網(wǎng)格域上的資源進(jìn)行整合，提供簡單一致的接口，有效地提供內(nèi)容服務(wù)、計算服務(wù)、存儲服務(wù)、交易服務(wù)等，同時實現(xiàn)空間與時間的并發(fā)，促進(jìn)分布在網(wǎng)絡(luò)上，特別是lnternet上的計算資源，通信資源，存儲資源，數(shù)據(jù)資源，信息資源的充分共享與高效利用。?
　　關(guān)鍵字：網(wǎng)格；Web服務(wù)；服務(wù)網(wǎng)格?
　　
　　1 什么是網(wǎng)格?
　　網(wǎng)格（grid）又稱作計算網(wǎng)格（computational grid），網(wǎng)格計算（grid computing）。早期稱作元計算(metacomputing)�！熬W(wǎng)格是構(gòu)筑在因特網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體，為科技人員和普通老百姓提供更多的資源、功能和交互性”。簡單地講，網(wǎng)格是把整個因特網(wǎng)整合成一臺巨大的超級計算機(jī)、實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享。當(dāng)然，網(wǎng)格并不一定非要這么大。我們也可以構(gòu)造地區(qū)性的網(wǎng)格，如大學(xué)校區(qū)網(wǎng)格、企事業(yè)內(nèi)部網(wǎng)格、局域網(wǎng)網(wǎng)格、甚至家庭網(wǎng)格和個人網(wǎng)格。事實上，網(wǎng)格的根本特征是資源共享而不是它的規(guī)模。?
　　現(xiàn)在關(guān)于網(wǎng)格技術(shù)的研究一般有兩個側(cè)重點：?
　　一是美國聯(lián)邦政府及歐洲一些國家過去十多年來資助的高性能計算項目。這類項目研究的目標(biāo)是將跨地域的多臺高性能計算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、貴重科研設(shè)備（電子顯微鏡、雷達(dá)陣列、粒子加速器、天文望遠(yuǎn)鏡等）、通信設(shè)備、可視化設(shè)備和各種傳感器整合成一個巨大的超級計算機(jī)系統(tǒng)，支持科學(xué)計算和科學(xué)研究，這一類的側(cè)重點是用網(wǎng)格實現(xiàn)高性能及高可用性的計算。?
　　還有一類是把網(wǎng)格看成是未來的互聯(lián)網(wǎng)，簡單地講，傳統(tǒng)因特網(wǎng)實現(xiàn)了計算機(jī)硬件的連通，Web實現(xiàn)了網(wǎng)頁的連通，而網(wǎng)格試圖實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面連通，包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等。?
　　我們這里所討論的網(wǎng)格技術(shù)的含義傾向于后者。我們所關(guān)注的目標(biāo)，其一是使局域網(wǎng)內(nèi)或者更廣泛范圍內(nèi)的普通個人計算機(jī)(基于Intel芯片的，Windows或Linux操作系統(tǒng)的)能實現(xiàn)各種資源的共享，特別是閑置資源，即每臺個人計算機(jī)都可以擁有自己獨立執(zhí)行的事務(wù)與獨立存儲的數(shù)據(jù)，只是在空閑的時候，或是有較多的空閑資源的時候，將這部分資源共享出來，由網(wǎng)格內(nèi)部或外部的計算資源請求者申請使用。我們的另一個關(guān)注點，是服務(wù)的互聯(lián)，特別是針對常規(guī)的應(yīng)用，以及電子商務(wù)流程中的應(yīng)用，而不僅僅是科學(xué)計算。?
　　為了實現(xiàn)以上的目標(biāo)，下列問題是需要研究及解決的：?
　　1.1 網(wǎng)格計算的理論模型：應(yīng)用如何在網(wǎng)格中分割與分布？特別是對于常規(guī)（generic）的應(yīng)用？現(xiàn)有的網(wǎng)格應(yīng)用，多是限定于特定的問題及應(yīng)用域，如高能物理計算，氣象預(yù)報，三維圖形的渲染與生成，這使得網(wǎng)格的應(yīng)用范圍受到很大限制，也制約了網(wǎng)格在實際應(yīng)用中的發(fā)展。?
　　1.2 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)：即網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)格硬件框架，網(wǎng)格的軟件體系，資源如何被集成、管理和共享。?
　　1.3 網(wǎng)格計算的協(xié)議和框架：協(xié)議棧，框架規(guī)約。?
　　1.4 網(wǎng)格計算支撐環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)：包括開發(fā)、部署、管理等軟件支撐環(huán)境。?
　　1.5 網(wǎng)格程序設(shè)計和應(yīng)用開發(fā)界面：提供給網(wǎng)格服務(wù)客戶的單一、規(guī)定、簡單的應(yīng)用接口，使得客戶商能方便地進(jìn)行調(diào)用，而無需學(xué)習(xí)復(fù)雜的API及并行算法。?
　　2 什么是Web services?
　　經(jīng)常的應(yīng)用更新是當(dāng)今電子商務(wù)應(yīng)用部署所面臨的最大問題，如何提升企業(yè)的響應(yīng)能力，削減響應(yīng)開支，提升企業(yè)的競爭力，是所有的e化企業(yè)必須面對的。?
　　同時，企業(yè)間的縱向、橫向合作與融合，使得企業(yè)間信息交換、服務(wù)訪問、系統(tǒng)交互愈發(fā)頻繁，如何在N*N的復(fù)雜拓?fù)洵h(huán)境下，實現(xiàn)信息系統(tǒng)的快速開發(fā)，便捷部署與靈活維護(hù)？答案也許就是Web services。?
　　Web services是新一代的Web應(yīng)用。它是自包含、自描述的應(yīng)用模塊，能在Web上被發(fā)布、定位并調(diào)用。Web services執(zhí)行各種功能，包括簡單的請求應(yīng)答到復(fù)雜的商業(yè)處理。?
　　一個典型的Web services可能提供股票競價服務(wù)，或是進(jìn)行信用卡處理。一個Web services一經(jīng)部署，其它應(yīng)用（或其它Web services）就能發(fā)現(xiàn)并調(diào)用之。?
　　Web services其實并不是全新的技術(shù)，而只是集成了一系列成熟的、為業(yè)界所廣泛支持的協(xié)議，它定義了一個面向服務(wù)的、基于軟件組件的應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)。其中最基礎(chǔ)的協(xié)議是SOAP、WSDL與UDDI。?
　　SOAP（Simple Object Access Protocol）：簡單對象訪問協(xié)議，規(guī)定了如何用XML文檔來表示數(shù)據(jù)對象，它同時規(guī)定了一種RPC風(fēng)格的遠(yuǎn)程Web方法調(diào)用，其調(diào)用參數(shù)及返回值均以XML文檔來描述。?
　　WSDL（Web services Description Language）：Web服務(wù)描述語言，它為Web服務(wù)提供者制定了一套標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范來描述其提供的Web服務(wù)與Web方法。WSDL指定了Web服務(wù)的具體內(nèi)容與調(diào)用接口。?
　　UDDI（Universal Description,Discovery,and Integration）：統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)及集成協(xié)議，提供一種動態(tài)機(jī)制，使客戶方能夠按特定的服務(wù)供應(yīng)商或公司來搜索指定的Web服務(wù)（“White Page”），或是按所需的服務(wù)來搜索特定的供應(yīng)商（“Yellow Page”）。?
　　Web服務(wù)作為Internet環(huán)境下的軟件組件的基本角色，就技術(shù)而言，無論從哪個角度來看，Web服務(wù)都是對象/組件技術(shù)在Internet中的延伸。它并不是要取代現(xiàn)有的Corba、DCOM等分布式技術(shù)（恰恰相反，Web services能利用這些技術(shù)來構(gòu)建），而是要在更高的抽象層次，及更廣泛的分布領(lǐng)域，以一種新概念的軟件組件形式，來實現(xiàn)分布式服務(wù)的融合與集成。?
　　3 服務(wù)網(wǎng)格――因特網(wǎng)上的中間件?
　　將網(wǎng)格與Web services相結(jié)合，就構(gòu)成了所謂服務(wù)網(wǎng)格，即利用網(wǎng)格作為Web services的基礎(chǔ)設(shè)施，同時也利用Web services作為網(wǎng)格中信息傳遞的服務(wù)框架。?
　　我們根據(jù)規(guī)模及服務(wù)特性，劃分出兩種層次的服務(wù)網(wǎng)格：?
　　3.1 網(wǎng)格節(jié)點為普通的PC臺式機(jī)或服務(wù)器，節(jié)點數(shù)一般在100個以內(nèi)，操作系統(tǒng)為Windows或Linux等。?
　　網(wǎng)格有一個單一的服務(wù)入口點（稱之為portal，提供Web services），對于每一Web services請求，由Portal來進(jìn)行任務(wù)分割及分布，由網(wǎng)格節(jié)點合作完成服務(wù)請求，最后由Portal聚集所有的返回信息并整合成標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)響應(yīng)返回給服務(wù)請求者（客戶端）。?
　　特點：?
　　3.1.1 網(wǎng)格對于服務(wù)是透明的。由網(wǎng)格來完成服務(wù)，但網(wǎng)格對客戶端是不可見的。任務(wù)由portal來負(fù)責(zé)分布及收集返回信息。?
　　3.1.2 網(wǎng)格節(jié)點是“瘦”服務(wù)器形式。由于java applet是在沙箱中運行，對宿主機(jī)不會產(chǎn)生破壞，而且java有良好的可移植性，節(jié)點一般采用java applet或java application的方式來向portal申請任務(wù)（pull方式），或由portal指派任務(wù)（push方式），節(jié)點機(jī)上因此也無需太多太復(fù)雜的支撐環(huán)境，部署相對簡單。因此整個網(wǎng)格的任務(wù)調(diào)度、處理控制及資源管理功能也相對較弱。?
　　3.1.3 整個網(wǎng)格對外是一個Web services的概念，是以網(wǎng)格為基礎(chǔ)架構(gòu)所提供的Web services。?
　　例子：?
　　有這樣一家醫(yī)院，有一個內(nèi)部的信息網(wǎng)，大約有100臺左右的PC機(jī)，以及10臺左右的可聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療設(shè)備（如CT機(jī)）。有兩類計算密集的應(yīng)用，一類是對醫(yī)療儀器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理及可視化，如腦部掃描的數(shù)據(jù)分析及層面圖生成；另一類是收集的各項醫(yī)療數(shù)據(jù)的分析及決策支持系統(tǒng)。這兩項應(yīng)用的計算量都比較大，以單臺機(jī)來處理，力不從心�？梢詷�(gòu)建這樣一個網(wǎng)格服務(wù)，將大部時間都處在空閑狀態(tài)的PC機(jī)構(gòu)成一個網(wǎng)格，將前述的計算密集型應(yīng)用分布到網(wǎng)格節(jié)點中并行執(zhí)行，能獲得較高的響應(yīng)速度。如果計算資源仍有較大富余，可以將該網(wǎng)格服務(wù)掛到因特網(wǎng)上。計算資源通過網(wǎng)格得到了充分共享與合理利用。?
　　3.2 網(wǎng)格上的節(jié)點是Web services的服務(wù)提供者。?
　　網(wǎng)格上有Broker（代理者）作為服務(wù)入口點，Broker不僅提供服務(wù)定位功能，更重要的是提供服務(wù)集成功能，即將分布在節(jié)點上的各Web services視作軟件組件，根據(jù)服務(wù)請求的需要，動態(tài)地組合各種組件，以形成新的、集成化的服務(wù)。?
　　特點：?
　　3.2.1 網(wǎng)格依賴Web services來實現(xiàn)。這里的網(wǎng)格，主要不是面向科學(xué)計算，而是面向服務(wù)，特別是集成各種現(xiàn)有基礎(chǔ)服務(wù)，以形成更高級別的、可為客戶所定制的服務(wù)。它主要關(guān)注如何消除信息孤島和知識孤島，實現(xiàn)信息資源和知識資源的智能共享。?
　　3.2.2 為了滿足企業(yè)級的高強(qiáng)度的單一服務(wù)請求，網(wǎng)格節(jié)點一般具有高性能、高可用性兩大特性，如現(xiàn)在正處在研究應(yīng)用階段的集群（cluster）技術(shù)，以保證Web services的可靠提供。這里的節(jié)點，甚至可以是上面提到的網(wǎng)格服務(wù)，比如企業(yè)級的服務(wù)提供者，其服務(wù)由內(nèi)部的PC機(jī)組成的網(wǎng)格來實現(xiàn)，對外界依然是透明的。?
　　3.2.3 網(wǎng)格節(jié)點是松散耦合的，各網(wǎng)格節(jié)點都是自治系統(tǒng)，且多屬于不同的企業(yè)或組織。但作為服務(wù)入口點的Broker（這里的Broker可以且應(yīng)該有很多個，以便滿足不同的服務(wù)集成需要），應(yīng)該對相關(guān)子服務(wù)的可用性、可靠性、性能、代價，以及容錯及服務(wù)智能路由和重定向負(fù)有相當(dāng)?shù)呢?zé)任，客戶應(yīng)無需了解服務(wù)是如何被分割分發(fā)成子服務(wù)，同時開發(fā)接口也應(yīng)統(tǒng)一簡單清晰。?
　　3.2.4 服務(wù)網(wǎng)格模式是可以遞歸實現(xiàn)的。即網(wǎng)格節(jié)點也可以是一個服務(wù)網(wǎng)格。如一個決策支持服務(wù)網(wǎng)格中的某一節(jié)點是提供交通信息服務(wù)的，該節(jié)點同時也可以是一個由各種交通服務(wù)提供商所提供的特定交通工具信息服務(wù)所組成的服務(wù)網(wǎng)格。這就如同組件軟件的開發(fā)模式，組件也可以是由組件組裝而成，以實現(xiàn)重用與靈活構(gòu)建。?
　　3.2.5 服務(wù)與網(wǎng)格的概念同時存在。對客戶（服務(wù)請求者）而言，既可以使用各節(jié)點提供的單一服務(wù)，也可以使用由Broker提供的集成服務(wù)，也可以自己定制所需的服務(wù)（即自己按需組裝）。?
　　例子：?
　　自助旅游服務(wù)。假設(shè)將來某一天，一家人要驅(qū)車去西雙版納自助旅游。車上裝有智能計算機(jī)系統(tǒng)，并可以無線方式接入因特網(wǎng)，它首先自動搜索因特網(wǎng)上的旅游決策服務(wù)的提供商名錄，找到合適的決策服務(wù)提供商，并向提供商提交自己的決策策略（如服務(wù)質(zhì)量優(yōu)先，或價格優(yōu)先），提供商本身并不存儲及提供相關(guān)的交通、氣象、酒店、景點等相關(guān)信息，它會到因特網(wǎng)上去查找相應(yīng)的名錄，根據(jù)用戶提供的相關(guān)信息（如路線、時間等）搜索相應(yīng)的特定服務(wù)提供商，訪問它們的相關(guān)服務(wù)，并在多家提供商間進(jìn)行決策，收集到這些服務(wù)所提供的信息后，決策服務(wù)提供商根據(jù)自己的決策模型，為客戶提供一套完整的方案與相應(yīng)信息。?
　　而在旅游進(jìn)行的過程中，汽車是通過GIS與GPS，以及出發(fā)前得到的相關(guān)信息與知識，自動駕駛的。同時它要實時地訪問期間各交通點的交通狀況傳感器所構(gòu)成的網(wǎng)格服務(wù)，根據(jù)實時的道路交通狀況，來調(diào)整車速與行進(jìn)路線。?
　　4 結(jié)語?
　　服務(wù)網(wǎng)格是因特網(wǎng)上的中間件。現(xiàn)有的資源，諸如網(wǎng)絡(luò)、超級計算機(jī)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)等都是網(wǎng)格的底層設(shè)施，網(wǎng)格之上是應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序通過服務(wù)網(wǎng)格調(diào)用、共享網(wǎng)上資源來完成任務(wù)。服務(wù)網(wǎng)格作為這樣一種中間件，一種新概念的組件軟件模型，必將成為近階段研究與應(yīng)用的熱點。?
　　
　　參考文獻(xiàn)?
　　[1]李建陽.網(wǎng)格與Web服務(wù)結(jié)合應(yīng)用研究[J].西南民族大學(xué)學(xué)報.自然科學(xué)版,2006(2).?
　　[2]張軍強(qiáng),孫冰.Web服務(wù)與網(wǎng)格計算的融合[J].大眾科技,2005(09).?
　　[3]劉高原.基于Web服務(wù)的網(wǎng)格服務(wù)研究[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2005(04).

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