論網(wǎng)格計算與 Web 服務的應用結(jié)合

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1、論網(wǎng)格計算與 Web 服務的應用結(jié)合 目前兩項最熱門的技術(shù)就是網(wǎng)格計算和 Web 服務，但是這兩者是兼容的嗎？本 文將告訴我們這兩個系統(tǒng)實際上兼容程度是相當高的，并描述了在網(wǎng)格應用程序 中使用 Web 服務的好處。 為了確定網(wǎng)格計算和 Web 服務是否相互兼容，我們需要研究一下網(wǎng)格計算的工 作方式，看看我們是否真的可以將一個典型的網(wǎng)格系統(tǒng)分解成若干個相對分散的 單元。網(wǎng)格計算的架構(gòu)依賴于相當基本的原理，即在多臺客戶機和多臺服務器之 間傳送簡單的請求。食Web服務依賴于處理從一臺客戶機發(fā)送到一臺服務器上 的請求。 如果您尚未看到這一點是如何適應已有的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的，本文將探討兩種最常見的 網(wǎng)格

2、系統(tǒng)：請求架構(gòu)和分發(fā)架構(gòu)。請求系統(tǒng)依賴于客戶機請求工作，而分發(fā)系統(tǒng) 依賴于代理直接給客戶機提供工作。這兩種系統(tǒng)在與 Web 服務結(jié)合的時候面對 的是不同的問題，這一點我們也會討論到。 網(wǎng)格通信 在網(wǎng)格計算中，基本存在兩種主要的組件類型 —— 服務器和客戶機。服務器用 于分發(fā)工作請求及保存有關(guān)構(gòu)成整個工作的獨立工作單元的信息。客戶機（典型 情況下有多個）負責處理獨立的工作單元。 這兩者之間的通信方式有多種，但是系統(tǒng)的核心是對工作的分發(fā)。再次指出，系 統(tǒng)采用兩種工作方式中的一種，要么是客戶機管理自己的工作流，并向服務器請 求新的工作單元，要么是服務器將工作單元分發(fā)給客戶機。通信過程并不是到這

3、 里就停止了；通常還需要額外的服務器和服務來支持網(wǎng)格服務器的基礎(chǔ)設(shè)施，它 們相互之間需要進行對話，并交換信息。 關(guān)鍵的問題在于，通常情況下網(wǎng)格解決方案中交換的是相當分散的信息片斷。在 客戶機和服務器之間交換的是原始的工作單元和處理之后的響應。甚至在數(shù)據(jù)負 載相當高的情況之下，如進行數(shù)據(jù)處理或視頻呈現(xiàn)時，我們依然在交換信息包， 而不是在客戶機和服務器元素之間建立完全、雙向、永久的通信。 新版的 WebSphere 擴展包中的網(wǎng)格思想更為激進，甚至允許將到 WebSphere 應 用程序的 Web 請求通過 WebSphere 服務器進行分發(fā)。這個例子也證明了網(wǎng)格管 理與實際的工作分發(fā)都可以通

4、過相當簡單的數(shù)據(jù)交換來完成。 規(guī)則中當然總有例外。并不是所有的網(wǎng)格系統(tǒng)都依賴于如此直接的簡單包交換。 比如說，資源網(wǎng)格通常依賴于網(wǎng)格提供者（客戶機）之間相當繁重的相互通信， 這樣才能在網(wǎng)格上實現(xiàn)實時的存儲請求。不過在這些情況下，即便當客戶機之間 直接進行通信時，依然是一種基本的信息交換。 因此，如果我們僅僅在交換信息，當然就應該用一種標準的方法在服務器和客戶 機之間進行通信。這也就是 Web 服務的用武之地。 Web 服務概覽 在我們能夠理解 Web 服務如何為我們的網(wǎng)格解決方案提供支柱之前，我們需要 理解 Web 服務的工作方式。最簡單的方法是將其想像成一種遠程過程調(diào)用 (RPC)

5、，通過這種方式我們可以從一臺計算機(客戶機)上調(diào)用某個功能，而 代碼和實際的功能是在另外一臺計算機(服務器)上執(zhí)行的。 各種各樣的 RPC 中不存在新東西。一段時間以來，各種不同的平臺上都有不同 的實現(xiàn)。也許最有名的 RPC 實現(xiàn)是 UNIX 機上的。這一實現(xiàn)使用了一組復雜的 函數(shù)，可以使客戶機與服務器之間進行信息交換，它將一種基本的 C 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換 成一種可以在網(wǎng)絡上廣播的標準化格式，即外部數(shù)據(jù)表示( External Data Represen tat ion, XDR)格式。這種方法對數(shù)據(jù)進行了序列化和標準化的處理， 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)格式可以被該 RPC 架構(gòu)下的任何客戶機或服務器解碼出來。

6、 最近 Web 的爆炸式發(fā)展意味著，每當我們訪問某個 Web 站點的時候，我們很自 然就是在進行遠程過程調(diào)用。我們的客戶機就是瀏覽器，它向一臺服務器(如 Apache, IIS 等)請求一個文件，然后，處理并顯示得到的信息。這是一個簡單 的數(shù)據(jù)交換過程。有了公共網(wǎng)關(guān)接口( Common Ga teway In terface, CGI)、JSP、 ASP 這樣的動態(tài)技術(shù)，我們才真正是在調(diào)用遠程過程。交換過程是以 HTTP 請求 和 HTML 響應的形式進行的，但是達到的效果一樣：我們調(diào)用遠程機器上的過程， 然后獲得一個響應。 通過以某種方式標準化信息的交換過程，我們就得到了 Web 服務。

7、請求和響應 都以XML編碼。從基本相同的技術(shù)派生出兩個變種：XML-RPC的設(shè)計目標與它 的縮寫名所暗示的完全一樣 —— 發(fā)送和接收用 XML 格式化的遠程過程調(diào)用； 簡單對象訪問協(xié)議(Simple Object Access Protocol, SOAP)更加高級。SOAP的 核心依然是一種 RPC 技術(shù)，但是這種技術(shù)經(jīng)過增強，可以實現(xiàn)對一個對象的遠 程操縱。這樣 SOAP 就不是一種簡單的 RPC 調(diào)用，而是可以創(chuàng)建對象、操縱對 象、并用這個對象在服務器和客戶機之間進行更加確切和格式化的信息交換。 Web 服務可以由任何一種 Web 服務器提供，可以在幾乎所有的支持平臺上用幾 乎所有的語

8、言書寫，其中包括 Perl、 Python、 C/C++、 Java 語言以及 Visual Basic。 Web 服務的核心基本上是 Web 服務器上的一個動態(tài)組件，它能夠正確地 處理 Web 服務請求和響應。 這意味著，在很多情況下，您可以很容易在您的已有系統(tǒng)中創(chuàng)建一個 Web 服務 的接口。您需要做的只是在通常進行的常規(guī)系統(tǒng)調(diào)用外圍編寫一個包裝器。 網(wǎng)格與 Web 服務之間的界限逐漸模糊到目前為止，我們已經(jīng)探討了通過交換信 息而實現(xiàn)的網(wǎng)格技術(shù)，這種交換既可以在服務器和客戶機之間進行，也可以直接 在客戶機之間進行，從而實現(xiàn)對信息的處理和分發(fā)。但是這種交換系統(tǒng)需要借用 某種方式進行真正的

9、信息交換。這些年來，人們使用了很多種系統(tǒng)，包括 FTP 協(xié) 議和定制的協(xié)議系統(tǒng)。 目前，在 Web 服務陣營之中，我們已經(jīng)擁有了一種通用的工具，可以用來在兩 臺機器之間交換信息，比如說請求執(zhí)行某項特定的功能(如 getnewworkunit())， 或是簡單地在這兩者之間交換信息。因為 Web 服務是建立在 XML 等其他標準之 上的，因此很容易開發(fā)并擴展到各種不同環(huán)境中，并且也容易部署。我們擺脫了 不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的所有問題，并且不需要擔心處理器字節(jié)中的位次序 (endian-ness),也不需要將我們傳遞的信息轉(zhuǎn)換成中性格式，因為Web服務 的標準已經(jīng)替我們做了這些事情。 因為我們

10、需要用某種類型的偵聽程序/分發(fā)服務來處理請求、分發(fā)工作以及收集 結(jié)果，所以Web服務就是最理想的選擇。Web服務系統(tǒng)帶來的主要益處在于， 因為它依賴于 HTTP 協(xié)議，因此很容易將 Web 服務集成到已有的 HTTP 平臺、 路由器、防火墻以及其他系統(tǒng)中。大多數(shù)組織已經(jīng)運行了 HTTP 服務，因此您可 以用已有的技術(shù)和安全系統(tǒng)來支持您的網(wǎng)格系統(tǒng)，而不需要對網(wǎng)絡進行改造，也 不會對網(wǎng)格系統(tǒng)中的設(shè)備造成限制。這樣，用 Web 服務開發(fā)網(wǎng)格系統(tǒng)就具有了 一些無可比擬的優(yōu)勢，其中包括： 增強的兼容性 增強的靈活性 通過消除數(shù)據(jù)交換的復雜性，使跨平臺開發(fā)成為可能 很容易部署在已有的 Web 服務器上

11、 很容易通過已有的 HTTP 安全機制與防火墻的支持來提供安全性 通過 Intranet 或 Internet 訪問網(wǎng)格組件的難度降低，這樣就使得通信變得容 易，可訪問性增強。 出于所有上面這些理由，以及更多的原因， Web 服務已經(jīng)逐漸成為新的網(wǎng)格服務 標準 開放網(wǎng)格服務架構(gòu)(Open Grid Services Architecture, OGSA)以 及與之相伴的開放網(wǎng)格服務基礎(chǔ)設(shè)施(Open Grid Services Infras true ture, OGSI)—— 的一個組成部分。 GlobusToolkit3.0 是第一個完全支持 OGSA/OGSI 標準的網(wǎng)格平臺，它

12、支持將 Web 服務作為數(shù)據(jù)交換的平臺。 IBM 作為 OGSA 標準和 Globus 系統(tǒng)的關(guān)鍵參與 者，給 Web 服務提供了強有力的支持，現(xiàn)在正推薦人們在業(yè)務開發(fā)平臺中廣泛 使用 Web 服務。 Globus 支持 SOAP Web 服務協(xié)議。 Web 服務方法還帶來其他一些好處。 Web 服務可以通過多種不同的 Web 服務目 錄和系統(tǒng)發(fā)布，其中包括像統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)與集成(Universal Description、 Discovery and Integration, UDDI)和 Web 服務描述語言(Web Services Description Language, WSDL

13、)這樣的系統(tǒng)。為了讓網(wǎng)格計算能更容易部署，我 們需要通過這樣的目錄和系統(tǒng)來發(fā)布服務。 不管您是否選擇Globus Toolki t,都需要考慮如何在您的網(wǎng)格系統(tǒng)中應用Web 服務。有兩種 Web 服務可供使用，它們分別適應兩種典型的網(wǎng)格服務結(jié)構(gòu)：請 求架構(gòu)，在這種架構(gòu)之下客戶機與一個或者多個中央服務器進行聯(lián)系；分發(fā)架構(gòu)， 服務器直接與客戶機聯(lián)系。對于每一種架構(gòu)，在網(wǎng)格應用程序中使用 Web 服務 之前您都必須考慮一些問題。 支持請求架構(gòu) Web 服務的主要應用位置是在分發(fā)和代理的一端，也就是說，點單元被分布到網(wǎng) 格中的客戶機（提供者）上，這就是一種請求架構(gòu)的例子，其中客戶機從網(wǎng)格代 理那

14、里請求工作。 請求架構(gòu)事實上是可以支持 Web 服務的最簡單的系統(tǒng)，因為這樣的系統(tǒng)可以像 以前一樣很好地工作：客戶機向一個可用的服務器發(fā)送已經(jīng)完成的工作單元，并 從那里請求新的工作。您需要做的事情只是安裝 Web 服務和 Web 服務器，可以 單獨安裝，也可以直接安裝在代理服務器上，然后添加代碼以將您的 Web 服務 連接到代理。整個系統(tǒng)的工作情況如圖 1 所示： 圖 1. 請求架構(gòu)運行圖 Globus 對于這種架構(gòu)是一個理想的解決方案，因為 Web 服務組件可以很方便地 對系統(tǒng) 支持分發(fā)架構(gòu) 分發(fā)架構(gòu)與傳統(tǒng)的網(wǎng)格服務模型相反，它直接從服務器向客戶機分配工作。這種 架構(gòu)盡管不常

15、用，但是如果某種環(huán)境中的工作是受到控制的，并可以仔細地分配 到特定的執(zhí)行單元，并分別監(jiān)控，那么這種架構(gòu)對于分發(fā)工作就是很實用的方法。 然后，由服務器負責單獨管理和分配每一個單元。 分發(fā)模型對于時間要求高的任務分配是一種好辦法，因為工作單元可以根據(jù)機器 的負載和代理上的服務器隊列分配到獨立的機器上。這種模型特別適合用于 Intranet 和封閉的網(wǎng)絡中，因為訪問和通信都很方便，因此系統(tǒng)的效率也相對 較高。這種模型還適用于工作提供者（即客戶機）完全用來處理網(wǎng)格工作的情況。 分發(fā)系統(tǒng)惟一的問題是實現(xiàn)難度比較大。這種模型不是由服務器運行 Web 服務 系統(tǒng)，客戶機作為 Web 服務的客戶機，而是調(diào)

16、了個頭。網(wǎng)格提供者（通常應該 是“客戶機”）需要支持一個 Web 服務的服務器接口。這時，代理（通常是“服 務器”）成為網(wǎng)格提供者的 Web 服務客戶機。您可以從圖 2 中看到這種模型的 運行情況： 圖 2. 分發(fā)模式下的 Web 服務 在這里的 Web 服務機制的基礎(chǔ)之上還存在以下問題： 代理需要確切知道哪些機器是網(wǎng)格的一部分，因為它需要能分別訪問這些客戶機 每一個客戶機都必須支持 Web 服務模型，該模型又依賴于客戶機提供 HTTP 服 務 每一個客戶機都必須能夠確定自己的負載和性能，這樣才能在代理請求的時候?qū)?這些信息提供給它 盡管需要解決上面的每一個問題，分發(fā)架構(gòu)使用起來依然相對簡單。然而 Globus Toolkit 目前并不支持這種模型。這并不意味著我們不能在其他領(lǐng)域內(nèi)使用 Globus Toolkit,但是卻意味著您必須重新考慮客戶機和代理之 間是如何交換任務的。 將網(wǎng)格應用程序和 Web 服務集成實際上并不像剛開始看上去那么復雜。大多數(shù) 網(wǎng)格應用程序的基礎(chǔ)使它們很容易轉(zhuǎn)移到 Web 服務的架構(gòu)上來,但是您需要考 慮對您的網(wǎng)格應用程序設(shè)計的影響,以保證您的后端系統(tǒng)（包括代理、工作單元 管理器以及其他組件）都能與您所期望的客戶機工作方式兼容。