收稿日期：2006-07-11? 　　作者簡介：洪國輝（1946-），男，江蘇無錫人，武漢科技大學中南分校信息工程學院教授。? 　�。ㄎ錆h科技大學中南分校 信息工程學院，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格計算（grid computing）的Web服務（Web Services）概念，即所謂服務網格，其目標是對一定的網格域上的資源進行整合，提供簡單一致的接口，有效地提供內容服務、計算服務、存儲服務、交易服務等，同時實現空間與時間的并發(fā)，促進分布在網絡上，特別是lnternet上的計算資源，通信資源，存儲資源，數據資源，信息資源的充分共享與高效利用。?
　　關鍵字：網格；Web服務；服務網格?
　　
　　1 什么是網格?
　　網格（grid）又稱作計算網格（computational grid），網格計算（grid computing）。早期稱作元計算(metacomputing)。“網格是構筑在因特網上的一組新興技術，它將高速互聯網、高性能計算機、大型數據庫、傳感器、遠程設備等融為一體，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，網格是把整個因特網整合成一臺巨大的超級計算機、實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享。當然，網格并不一定非要這么大。我們也可以構造地區(qū)性的網格，如大學校區(qū)網格、企事業(yè)內部網格、局域網網格、甚至家庭網格和個人網格。事實上，網格的根本特征是資源共享而不是它的規(guī)模。?
　　現在關于網格技術的研究一般有兩個側重點：?
　　一是美國聯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是將跨地域的多臺高性能計算機、大型數據庫、貴重科研設備（電子顯微鏡、雷達陣列、粒子加速器、天文望遠鏡等）、通信設備、可視化設備和各種傳感器整合成一個巨大的超級計算機系統(tǒng)，支持科學計算和科學研究，這一類的側重點是用網格實現高性能及高可用性的計算。?
　　還有一類是把網格看成是未來的互聯網，簡單地講，傳統(tǒng)因特網實現了計算機硬件的連通，Web實現了網頁的連通，而網格試圖實現互聯網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格技術的含義傾向于后者。我們所關注的目標，其一是使局域網內或者更廣泛范圍內的普通個人計算機(基于Intel芯片的，Windows或Linux操作系統(tǒng)的)能實現各種資源的共享，特別是閑置資源，即每臺個人計算機都可以擁有自己獨立執(zhí)行的事務與獨立存儲的數據，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，由網格內部或外部的計算資源請求者申請使用。我們的另一個關注點，是服務的互聯，特別是針對常規(guī)的應用，以及電子商務流程中的應用，而不僅僅是科學計算。?
　　為了實現以上的目標，下列問題是需要研究及解決的：?
　　1.1 網格計算的理論模型：應用如何在網格中分割與分布？特別是對于常規(guī)（generic）的應用？現有的網格應用，多是限定于特定的問題及應用域，如高能物理計算，氣象預報，三維圖形的渲染與生成，這使得網格的應用范圍受到很大限制，也制約了網格在實際應用中的發(fā)展。?
　　1.2 網格體系結構：即網格的拓撲結構，網格硬件框架，網格的軟件體系，資源如何被集成、管理和共享。?
　　1.3 網格計算的協(xié)議和框架：協(xié)議棧，框架規(guī)約。?
　　1.4 網格計算支撐環(huán)境的設計與實現：包括開發(fā)、部署、管理等軟件支撐環(huán)境。?
　　1.5 網格程序設計和應用開發(fā)界面：提供給網格服務客戶的單一、規(guī)定、簡單的應用接口，使得客戶商能方便地進行調用，而無需學習復雜的API及并行算法。?
　　2 什么是Web services?
　　經常的應用更新是當今電子商務應用部署所面臨的最大問題，如何提升企業(yè)的響應能力，削減響應開支，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、服務訪問、系統(tǒng)交互愈發(fā)頻繁，如何在N*N的復雜拓撲環(huán)境下，實現信息系統(tǒng)的快速開發(fā)，便捷部署與靈活維護？答案也許就是Web services。?
　　Web services是新一代的Web應用。它是自包含、自描述的應用模塊，能在Web上被發(fā)布、定位并調用。Web services執(zhí)行各種功能，包括簡單的請求應答到復雜的商業(yè)處理。?
　　一個典型的Web services可能提供股票競價服務，或是進行信用卡處理。一個Web services一經部署，其它應用（或其它Web services）就能發(fā)現并調用之。?
　　Web services其實并不是全新的技術，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的、基于軟件組件的應用體系結構。其中最基礎的協(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文檔來表示數據對象，它同時規(guī)定了一種RPC風格的遠程Web方法調用，其調用參數及返回值均以XML文檔來描述。?
　　WSDL（Web services Description Language）：Web服務描述語言，它為Web服務提供者制定了一套標準的規(guī)范來描述其提供的Web服務與Web方法。WSDL指定了Web服務的具體內容與調用接口。?
　　UDDI（Universal Description,Discovery,and Integration）：統(tǒng)一描述、發(fā)現及集成協(xié)議，提供一種動態(tài)機制，使客戶方能夠按特定的服務供應商或公司來搜索指定的Web服務（“White Page”），或是按所需的服務來搜索特定的供應商（“Yellow Page”）。?
　　Web服務作為Internet環(huán)境下的軟件組件的基本角色，就技術而言，無論從哪個角度來看，Web服務都是對象/組件技術在Internet中的延伸。它并不是要取代現有的Corba、DCOM等分布式技術（恰恰相反，Web services能利用這些技術來構建），而是要在更高的抽象層次，及更廣泛的分布領域，以一種新概念的軟件組件形式，來實現分布式服務的融合與集成。?
　　3 服務網格――因特網上的中間件?
　　將網格與Web services相結合，就構成了所謂服務網格，即利用網格作為Web services的基礎設施，同時也利用Web services作為網格中信息傳遞的服務框架。?
　　我們根據規(guī)模及服務特性，劃分出兩種層次的服務網格：?
　　3.1 網格節(jié)點為普通的PC臺式機或服務器，節(jié)點數一般在100個以內，操作系統(tǒng)為Windows或Linux等。?
　　網格有一個單一的服務入口點（稱之為portal，提供Web services），對于每一Web services請求，由Portal來進行任務分割及分布，由網格節(jié)點合作完成服務請求，最后由Portal聚集所有的返回信息并整合成標準的服務響應返回給服務請求者（客戶端）。?
　　特點：?
　　3.1.1 網格對于服務是透明的。由網格來完成服務，但網格對客戶端是不可見的。任務由portal來負責分布及收集返回信息。?
　　3.1.2 網格節(jié)點是“瘦”服務器形式。由于java applet是在沙箱中運行，對宿主機不會產生破壞，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（pull方式），或由portal指派任務（push方式），節(jié)點機上因此也無需太多太復雜的支撐環(huán)境，部署相對簡單。因此整個網格的任務調度、處理控制及資源管理功能也相對較弱。?
　　3.1.3 整個網格對外是一個Web services的概念，是以網格為基礎架構所提供的Web services。?
　　例子：?
　　有這樣一家醫(yī)院，有一個內部的信息網，大約有100臺左右的PC機，以及10臺左右的可聯網的醫(yī)療設備（如CT機）。有兩類計算密集的應用，一類是對醫(yī)療儀器所采集的數據進行分析、處理及可視化，如腦部掃描的數據分析及層面圖生成；另一類是收集的各項醫(yī)療數據的分析及決策支持系統(tǒng)。這兩項應用的計算量都比較大，以單臺機來處理，力不從心�？梢詷嫿ㄟ@樣一個網格服務，將大部時間都處在空閑狀態(tài)的PC機構成一個網格，將前述的計算密集型應用分布到網格節(jié)點中并行執(zhí)行，能獲得較高的響應速度。如果計算資源仍有較大富余，可以將該網格服務掛到因特網上。計算資源通過網格得到了充分共享與合理利用。?
　　3.2 網格上的節(jié)點是Web services的服務提供者。?
　　網格上有Broker（代理者）作為服務入口點，Broker不僅提供服務定位功能，更重要的是提供服務集成功能，即將分布在節(jié)點上的各Web services視作軟件組件，根據服務請求的需要，動態(tài)地組合各種組件，以形成新的、集成化的服務。?
　　特點：?
　　3.2.1 網格依賴Web services來實現。這里的網格，主要不是面向科學計算，而是面向服務，特別是集成各種現有基礎服務，以形成更高級別的、可為客戶所定制的服務。它主要關注如何消除信息孤島和知識孤島，實現信息資源和知識資源的智能共享。?
　　3.2.2 為了滿足企業(yè)級的高強度的單一服務請求，網格節(jié)點一般具有高性能、高可用性兩大特性，如現在正處在研究應用階段的集群（cluster）技術，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格服務，比如企業(yè)級的服務提供者，其服務由內部的PC機組成的網格來實現，對外界依然是透明的。?
　　3.2.3 網格節(jié)點是松散耦合的，各網格節(jié)點都是自治系統(tǒng)，且多屬于不同的企業(yè)或組織。但作為服務入口點的Broker（這里的Broker可以且應該有很多個，以便滿足不同的服務集成需要），應該對相關子服務的可用性、可靠性、性能、代價，以及容錯及服務智能路由和重定向負有相當的責任，客戶應無需了解服務是如何被分割分發(fā)成子服務，同時開發(fā)接口也應統(tǒng)一簡單清晰。?
　　3.2.4 服務網格模式是可以遞歸實現的。即網格節(jié)點也可以是一個服務網格。如一個決策支持服務網格中的某一節(jié)點是提供交通信息服務的，該節(jié)點同時也可以是一個由各種交通服務提供商所提供的特定交通工具信息服務所組成的服務網格。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，以實現重用與靈活構建。?
　　3.2.5 服務與網格的概念同時存在。對客戶（服務請求者）而言，既可以使用各節(jié)點提供的單一服務，也可以使用由Broker提供的集成服務，也可以自己定制所需的服務（即自己按需組裝）。?
　　例子：?
　　自助旅游服務。假設將來某一天，一家人要驅車去西雙版納自助旅游。車上裝有智能計算機系統(tǒng)，并可以無線方式接入因特網，它首先自動搜索因特網上的旅游決策服務的提供商名錄，找到合適的決策服務提供商，并向提供商提交自己的決策策略（如服務質量優(yōu)先，或價格優(yōu)先），提供商本身并不存儲及提供相關的交通、氣象、酒店、景點等相關信息，它會到因特網上去查找相應的名錄，根據用戶提供的相關信息（如路線、時間等）搜索相應的特定服務提供商，訪問它們的相關服務，并在多家提供商間進行決策，收集到這些服務所提供的信息后，決策服務提供商根據自己的決策模型，為客戶提供一套完整的方案與相應信息。?
　　而在旅游進行的過程中，汽車是通過GIS與GPS，以及出發(fā)前得到的相關信息與知識，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成的網格服務，根據實時的道路交通狀況，來調整車速與行進路線。?
　　4 結語?
　　服務網格是因特網上的中間件�，F有的資源，諸如網絡、超級計算機、服務器、操作系統(tǒng)、數據庫、文件系統(tǒng)等都是網格的底層設施，網格之上是應用程序，這些應用程序通過服務網格調用、共享網上資源來完成任務。服務網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用的熱點。?
　　
　　參考文獻?
　　[1]李建陽.網格與Web服務結合應用研究[J].西南民族大學學報.自然科學版,2006(2).?
　　[2]張軍強,孫冰.Web服務與網格計算的融合[J].大眾科技,2005(09).?
　　[3]劉高原.基于Web服務的網格服務研究[J].華東交通大學學報,2005(04).

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