軟件體系結(jié)構(gòu)15

1、2022年6月21日廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1 軟件體系結(jié)構(gòu)軟件體系結(jié)構(gòu) Software Architecture2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2第第15章章 網(wǎng)格及網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)格及網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)o網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代軟件體系結(jié)構(gòu)中比較有代表性網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代軟件體系結(jié)構(gòu)中比較有代表性的結(jié)構(gòu)，我們將其作為綜合實(shí)例進(jìn)行分析網(wǎng)格體系的結(jié)構(gòu)，我們將其作為綜合實(shí)例進(jìn)行分析網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu) 。o本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：o15.1 網(wǎng)格網(wǎng)格o15.2 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)o15.3 開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)o15.4 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的比較

2、網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的比較o15.5 Globus Toolkit 3體系結(jié)構(gòu)分析體系結(jié)構(gòu)分析o15.6 GT3的安全實(shí)現(xiàn)的安全實(shí)現(xiàn)2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院3151 網(wǎng)格網(wǎng)格o15.1.1 網(wǎng)格的概念網(wǎng)格的概念o網(wǎng)格主要是借鑒電力網(wǎng)的概念，最初主要為了解決網(wǎng)格主要是借鑒電力網(wǎng)的概念，最初主要為了解決高端科學(xué)運(yùn)算及工程上分布式計(jì)算而構(gòu)造的一個計(jì)高端科學(xué)運(yùn)算及工程上分布式計(jì)算而構(gòu)造的一個計(jì)算形式。算形式。o描述網(wǎng)格描述網(wǎng)格:“網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，網(wǎng)格是構(gòu)筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、傳它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、

3、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體，為科技人員和普通老感器、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?；ヂ?lián)網(wǎng)主要百姓提供更多的資源、功能和交互性?；ヂ?lián)網(wǎng)主要為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等通信功能。而網(wǎng)為人們提供電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽等通信功能。而網(wǎng)格功能則更多更強(qiáng)，讓人們透明地使用計(jì)算、存儲格功能則更多更強(qiáng)，讓人們透明地使用計(jì)算、存儲等其它資源。等其它資源。2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院4o15.1.2 網(wǎng)格的特點(diǎn)網(wǎng)格的特點(diǎn)o1）網(wǎng)格中擁有數(shù)量巨大的參與者，而且更改頻度）網(wǎng)格中擁有數(shù)量巨大的參與者，而且更改頻度高。高。o2）擁有巨大的資源池，每個用戶對自己的資源都）擁有巨大

4、的資源池，每個用戶對自己的資源都有自主控制權(quán)。有自主控制權(quán)。o3）在網(wǎng)格計(jì)算期間，其執(zhí)行過程中的請求、啟動）在網(wǎng)格計(jì)算期間，其執(zhí)行過程中的請求、啟動過程和申請、釋放資源是動態(tài)的；過程和申請、釋放資源是動態(tài)的；o4）資源能夠適應(yīng)不同的鑒別和授權(quán)機(jī)制與策略；）資源能夠適應(yīng)不同的鑒別和授權(quán)機(jī)制與策略；o5）資源和用戶可屬于不同的組織。）資源和用戶可屬于不同的組織。o6）組織間具有不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺。）組織間具有不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺。2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院515.2 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)o1521 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展o網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)就是描述如何根據(jù)建立的網(wǎng)格框架

5、去網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)就是描述如何根據(jù)建立的網(wǎng)格框架去開發(fā)相應(yīng)的網(wǎng)格軟件和應(yīng)用。開發(fā)相應(yīng)的網(wǎng)格軟件和應(yīng)用。o重要網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)：重要網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)：o1、五層沙漏結(jié)構(gòu)。、五層沙漏結(jié)構(gòu)。o2、開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)、開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu) 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院6o15.2.2 五層沙漏結(jié)構(gòu)五層沙漏結(jié)構(gòu)o具體結(jié)構(gòu)如圖具體結(jié)構(gòu)如圖15.1，圖，圖15.2示。示。2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院72022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院8o（1） 構(gòu)造層：實(shí)現(xiàn)本地控制接口，是本地機(jī)器與構(gòu)造層：實(shí)現(xiàn)本地控制接口，是本地機(jī)器與外界資源溝通的橋梁。外界資源溝通的橋梁。o（2） 連接層：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格數(shù)

6、據(jù)的通信并定義通信間連接層：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格數(shù)據(jù)的通信并定義通信間的安全協(xié)議。的安全協(xié)議。o（3） 資源層：資源層主要是關(guān)注網(wǎng)格中可用的單資源層：資源層主要是關(guān)注網(wǎng)格中可用的單個資源，能夠與可用資源建立安全的連接。個資源，能夠與可用資源建立安全的連接。o（4） 匯聚層：匯聚層與資源層相反，它所關(guān)注的匯聚層：匯聚層與資源層相反，它所關(guān)注的是網(wǎng)格的全局狀態(tài)和跨區(qū)域的交互行為。是網(wǎng)格的全局狀態(tài)和跨區(qū)域的交互行為。o（5） 應(yīng)用層：應(yīng)用層位于體系結(jié)構(gòu)的最頂層，用應(yīng)用層：應(yīng)用層位于體系結(jié)構(gòu)的最頂層，用戶可以利用下層提供的服務(wù)進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。戶可以利用下層提供的服務(wù)進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。2022-6-21廣東工業(yè)大

7、學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院9o15.2.3積木塊結(jié)構(gòu)積木塊結(jié)構(gòu)o利用積木塊思想，把對常用的應(yīng)用和服務(wù)進(jìn)行定義，利用積木塊思想，把對常用的應(yīng)用和服務(wù)進(jìn)行定義，并設(shè)計(jì)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，這和我們傳統(tǒng)的功能模塊的并設(shè)計(jì)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，這和我們傳統(tǒng)的功能模塊的思想是非常類似的。思想是非常類似的。o15.2.4網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)o根據(jù)不同的元數(shù)據(jù)、資源、服務(wù)、協(xié)議等概念形成根據(jù)不同的元數(shù)據(jù)、資源、服務(wù)、協(xié)議等概念形成不同的概念空間，根據(jù)這些概念之間的關(guān)系形成網(wǎng)不同的概念空間，根據(jù)這些概念之間的關(guān)系形成網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。格體系結(jié)構(gòu)。o15.2.5混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)o混合結(jié)構(gòu)就是以上各種結(jié)構(gòu)的組合?；旌辖Y(jié)構(gòu)就是以上各種結(jié)構(gòu)的組合。202

8、2-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院10153 開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)o1531 OGSA的基本思想的基本思想o以以“服務(wù)服務(wù)”為中心的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。圖為中心的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。圖15.3對網(wǎng)對網(wǎng)格服務(wù)描述。格服務(wù)描述。 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院11o15.3.2 OGSA體系結(jié)構(gòu)分析體系結(jié)構(gòu)分析 oOGSA架構(gòu)架構(gòu) 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院12o1)物理與邏輯資源層：不管物理資源還是邏輯資物理與邏輯資源層：不管物理資源還是邏輯資源，在源，在OGSA中都看作是服務(wù)，從圖中都看作是服務(wù)，從圖15.4看到，看到，物理資源包括服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)。物理資源

9、包括服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)。 o2)Web服務(wù)與服務(wù)與OGSI層：這層包括層：這層包括Web服務(wù)和服務(wù)和OGSI。o3)OGSA架構(gòu)服務(wù)層：該層利用架構(gòu)服務(wù)層：該層利用Web服務(wù)及其服務(wù)及其OGSI擴(kuò)展提供的基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格服務(wù)。擴(kuò)展提供的基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格服務(wù)。o4)網(wǎng)格應(yīng)用程序?qū)樱涸搶邮抢孟聦犹峁┑姆?wù)網(wǎng)格應(yīng)用程序?qū)樱涸搶邮抢孟聦犹峁┑姆?wù)進(jìn)行網(wǎng)格應(yīng)用軟件的開發(fā)，使用戶能夠方便、快進(jìn)行網(wǎng)格應(yīng)用軟件的開發(fā)，使用戶能夠方便、快捷地使用網(wǎng)格資源。捷地使用網(wǎng)格資源。 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院13o15.3.3 OGSI規(guī)范規(guī)范o1.服務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)數(shù)據(jù)o服務(wù)數(shù)據(jù)的聲明可以使用擴(kuò)展服務(wù)數(shù)

10、據(jù)的聲明可以使用擴(kuò)展WSDL(Web Services Description Language)而成的而成的GWSDL作為服務(wù)描述機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。作為服務(wù)描述機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。o2.網(wǎng)格服務(wù)接口網(wǎng)格服務(wù)接口oOGSI規(guī)范制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)接口。規(guī)范制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)接口。Grid服務(wù)的服務(wù)的例子如圖例子如圖15.5所示。所示。2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院142022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院15o15.3.4 OGSA的安全體系結(jié)構(gòu)的安全體系結(jié)構(gòu)o圖圖15.6描述了描述了OGSA安全體系結(jié)構(gòu)的主要組成部安全體系結(jié)構(gòu)的主要組成部分及其相互之間的關(guān)系。分及其相互之間的關(guān)系。

11、2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院16oOGSA的安全特性的安全特性:o安全在網(wǎng)格中屬于一種網(wǎng)格服務(wù)，也就是一個動態(tài)安全在網(wǎng)格中屬于一種網(wǎng)格服務(wù)，也就是一個動態(tài)的過程，通過特定的網(wǎng)格服務(wù)接口可以在實(shí)現(xiàn)事前的過程，通過特定的網(wǎng)格服務(wù)接口可以在實(shí)現(xiàn)事前防范的同時又具有必要的事后追蹤功能；防范的同時又具有必要的事后追蹤功能；o在原來在原來GSI的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對其主要功能進(jìn)行了擴(kuò)的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對其主要功能進(jìn)行了擴(kuò)充和改進(jìn)，既符合了充和改進(jìn)，既符合了OGSA安全的需要，又有很好安全的需要，又有很好的向下兼容性；的向下兼容性；o有關(guān)安全的服務(wù)都可以定義為接口，有利于用戶調(diào)有關(guān)安全的服務(wù)都可以定義為接

12、口，有利于用戶調(diào)用以及不同計(jì)算環(huán)境間的整合；用以及不同計(jì)算環(huán)境間的整合；2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院17o可以充分利用可以充分利用Web Service和和XML的安全機(jī)制；的安全機(jī)制；o安全服務(wù)接口是可選的，能夠利用不同的安全策略安全服務(wù)接口是可選的，能夠利用不同的安全策略劃分安全等級。劃分安全等級。2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院18o15.3.5 OGSA的關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)o1GlobusoGlobus是一個軟件工具集，主要用途是用來解決是一個軟件工具集，主要用途是用來解決網(wǎng)格環(huán)境中工具、服務(wù)和應(yīng)用開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問題。網(wǎng)格環(huán)境中工具、服務(wù)和應(yīng)用開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問題。它

13、提供了一個模塊化的服務(wù)包，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格它提供了一個模塊化的服務(wù)包，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格協(xié)議和協(xié)議和API。 oWeb Service是一種分布式計(jì)算技術(shù)（類似是一種分布式計(jì)算技術(shù)（類似CORBA、RMI、EJB等），只要該操作系統(tǒng)支持等），只要該操作系統(tǒng)支持Internet通信協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)它的功能，目前已通信協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)它的功能，目前已經(jīng)被大量部署于商業(yè)應(yīng)用的經(jīng)被大量部署于商業(yè)應(yīng)用的C/S模式中，具有良好模式中，具有良好的應(yīng)用基礎(chǔ)。的應(yīng)用基礎(chǔ)。 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院1915.4 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的比較網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的比較o五層沙漏體系結(jié)構(gòu)是一種以協(xié)議為中心的結(jié)構(gòu)，它五層沙漏體

14、系結(jié)構(gòu)是一種以協(xié)議為中心的結(jié)構(gòu)，它根據(jù)異構(gòu)、動態(tài)、跨管理域的分布式環(huán)境下共享各根據(jù)異構(gòu)、動態(tài)、跨管理域的分布式環(huán)境下共享各種資源的不同功能對其進(jìn)行了分解，將其分別放在種資源的不同功能對其進(jìn)行了分解，將其分別放在構(gòu)造層、連接層、資源層、匯聚層和應(yīng)用層中。構(gòu)造層、連接層、資源層、匯聚層和應(yīng)用層中。oOGSA將網(wǎng)格和將網(wǎng)格和Web Services技術(shù)相結(jié)合，以技術(shù)相結(jié)合，以服務(wù)為核心，取兩者之長而避其所短。服務(wù)為核心，取兩者之長而避其所短。 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2015.5 GT 3體系結(jié)構(gòu)分析體系結(jié)構(gòu)分析o15.5.1 Globus及及Globus Toolkit簡介簡介o網(wǎng)

15、格計(jì)算工具包軟件網(wǎng)格計(jì)算工具包軟件Globus Toolkit（以下（以下簡稱簡稱GT），以此用來幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格），以此用來幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格試驗(yàn)和應(yīng)用平臺，進(jìn)行基于大型網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的大試驗(yàn)和應(yīng)用平臺，進(jìn)行基于大型網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的大型應(yīng)用程序的開發(fā)。型應(yīng)用程序的開發(fā)。 o在在GT3中，具有三種面向不同層次的運(yùn)行環(huán)境，中，具有三種面向不同層次的運(yùn)行環(huán)境，分別是簡單運(yùn)行環(huán)境、虛擬運(yùn)行環(huán)境及組操作運(yùn)行分別是簡單運(yùn)行環(huán)境、虛擬運(yùn)行環(huán)境及組操作運(yùn)行環(huán)境，如圖環(huán)境，如圖15.7示。示。 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院212022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院22o 15.5.2

16、Globus系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)oGlobus項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)主要部分：項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)主要部分：o網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施(GSI): o元計(jì)算目錄服務(wù)元計(jì)算目錄服務(wù)(MDS)： o全局二級存儲服務(wù)全局二級存儲服務(wù)(GASS): o網(wǎng)格網(wǎng)格FTP服務(wù)服務(wù)(GridFTP):o Globus復(fù)制管理復(fù)制管理: 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院23o15.5.3 GT3的核心體系結(jié)構(gòu)的核心體系結(jié)構(gòu)2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院24o15.5.4 GT3核心體系結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)核心體系結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)o1 OGSI參考實(shí)現(xiàn)參考實(shí)現(xiàn)o2 安全基礎(chǔ)設(shè)施安全基礎(chǔ)設(shè)施o3 系統(tǒng)級服務(wù)系統(tǒng)級服務(wù)n日志服務(wù)日志服務(wù)n操

17、縱服務(wù)操縱服務(wù)n管理服務(wù)管理服務(wù)o4 網(wǎng)格容器服務(wù)網(wǎng)格容器服務(wù)o5 GT3的服務(wù)器端框架的服務(wù)器端框架2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院252022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院26o服務(wù)器端框架的主要體系結(jié)構(gòu)組件包括：服務(wù)器端框架的主要體系結(jié)構(gòu)組件包括：o（1）AXIS框架?？蚣?。o（2）Globus容器框架。容器框架。o6 GT3客戶端框架客戶端框架2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院272022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院28o15.5.5 GT3的高層基礎(chǔ)服務(wù)的高層基礎(chǔ)服務(wù)o1.GT3的邏的邏o輯框架輯框架2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院29o2 信息服務(wù)信息服

18、務(wù)oGT3信息服務(wù)由哪些主要部分組成信息服務(wù)由哪些主要部分組成 2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院30o3 索引服務(wù)索引服務(wù)o圖圖15.13 GT3索引服務(wù)概貌索引服務(wù)概貌2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院31o4 資源管理服務(wù)資源管理服務(wù)o一、一、GRAM的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)o如圖如圖15.14，GRAM結(jié)構(gòu)主要由三個部分組成。結(jié)構(gòu)主要由三個部分組成。o1、主控宿主環(huán)境、主控宿主環(huán)境o這個模塊包含四個部分：這個模塊包含四個部分：o1）主控管理工作工廠服務(wù)，）主控管理工作工廠服務(wù)， o2）虛擬主機(jī)環(huán)境重定向器（）虛擬主機(jī)環(huán)境重定向器（Virtual Host Environment Redirector）o3）用戶宿主環(huán)境啟動器（）用戶宿主環(huán)境啟動器（Starter UHE）o4）初啟用戶宿主環(huán)境（）初啟用戶宿主環(huán)境（LAUNCH UHE）2022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院32圖圖15.142022-6-21廣東工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院33o2、用戶宿主環(huán)境、用戶宿主環(huán)境o這個模塊包括