校园网格系统中资源信息服务的实现.doc

校园网格系统中资源信息服务的实现摘要:资源信息服务是网格系统实现中的核心和基础部分之一,提供各种分布式网格资源的静态和动态信息. 根据面向对象的思想,对校园网格系统中的资源节点采用层次化管理的办法. 通过对资源的抽象,将所有的资源信息存储在树中. 采用两级移动代理的策略监测校园网格系统中网格节点的动态改变,包括网格节点的加入和退出,节点资源信息的改变. 通过定时更新树的操作来保证信息树中所存储的资源信息总是最新的. 对树的操作简单易实现,当校园网格系统中的资源节点不是很多时,这种方法能高效地完成资源信息服务的实现.关键词:网格;信息服务;层次化管理; 资源信息树网格技术1 出现于20 世纪90 年代,它利用高速互联网把分布于不同地理位置的计算机、数据库、存储器和软件等资源连成整体,就像一台超级计算机一样为用户提供一体化信息服务,其核心思想是“整个因特网就是一台计算机”. 网格技术充分实现了资源共享,具有成本低、效率高、使用更加方便等优点. 美国阿尔贡国家实验室(Argonne National Laboratory) 的资深科学家、美国著名的网格计算项目Globus 的主持人之一Lan Foster 在他主编的网格:一种新计算的基础设施的蓝图一书这样描述:“网格是构筑在互联网上的一种新兴技术,它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体,为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和交互性. 互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能,而网格功能则更多更强,能让人们透明地使用计算、存储等其他资源.”资源信息服务2 是网格系统实现中的核心和基础部分之一,提供各种分布式网格资源的静态和动态信息. 对于资源信息服务,目前的研究主要分为2 种:一种是采用Globus Toolkit 的元计算目录服务来实现;另一种是类似于织女星网格体系中采用资源路由的方法. Globus3 工具包是目前网格领域内流行的一个开发工具,MDS4 - 5 是Globus 工具包提供的信息服务,它提供了一个用于管理计算网格动态及静态信息的框架,功能主要有资源发现、提供资源状态信息以及提供资源调度与监控信息. 但MDS 对底层资源信息依赖性很大,并且其实现要依靠LDAP4 目录访问协议. LDAP 协议能优化读操作但不适用于频繁写操作.本文所描述的校园网格系统建立在几所邻近的高校内,所对应的网格节点多是校园网内的PC 机,其加入和退出系统是自主的. 根据校园网格系统自身的特点,结合MDS 的实现思想,采用层次信息树对资源信息进行管理. 资源的监测由系统中的监测模块来负责.1 校园网格系统的拓扑结构所建立的校园网格系统(如图1) 共分3 层,第1 层是主干网格资源服务TGRS ( Trunt Grid Resource Servers ) ,在这一层中各个节点是各个地域网格管理的服务器,代表各地域网络到网格系统CGS (Campus Grid System) 的接口;第2 层是注册到各学校服务器上的资源分类层CGRS(Campus Grid Resource Servers) ,在这一层各节点是各个学校网格管理服务器,代表各学校到本地域网格系统的接口;第3 层是注册的服务提供者或注册用户. 由于一台计算机可以是一个资源的提供者,同时它还可以是一个注册用户,所以将它们进行统一的管理,提高了整个系统的相对安全性. 物理连接上不改变当前的网络连接,其目的是充分发挥学校内部带宽大的优点.图1 校园网格系统的拓扑结构2 层次信息树资源信息服务是一个底层服务模块,通过对资源层次信息树的访问可以完成资源管理的任务. 资源层次信息树中存储了整个网格系统中所有网格节点的信息,这些节点的特点是异构性、自主性和动态性.2. 1 层次信息树采用面向对象的思想设计和建立校园网格系统的资源信息服务模型层次信息树,在树中,每个结点图2 层次信息树Fig. 2 Hierarchical information tree代表了一个对象类,每个对象类中都定义了父结点和子结点. 而每个对象类都可以对应多个实体. 这种结构便于对信息的查找,而对于资源的加入或退出只需在树中找到对应位置添加或者删除即可. 校园网格系统(CGS) 的层次信息树如图2 所示.2. 2 资源的表示以计算资源为例,校园网格系统CGS 中的计算资源需要进行统一表示. 而通过对资源信息的抽象可达到这一目标. 一个计算资源的资源参数包括2 部分:一部分称为静态参数,包括资源的网络地址、地理位置、总的处理器数目、处理器主频、操作系统类型等;另一部分会随时间变化而变化,称为动态参数,它包括资源的当前计算能力、可用处理器数目、负载大小、可用的内存大小、可用的外存大小等等. 这样,每个计算资源在网格环境中都可以抽象地表示为若干静态参数和动态参数的集合. 对于图2 资源目录信息树的叶子节点来说,抽象出所有资源的共性,定义其数据结构如下:St ring PCname ; 主机名Int resour ID ; 全局唯一的资源ID 号Unsigned int PCIP ; 32 位IP 地址Int res- type ; 资源类型,1 代表计算资源,2 代表信息资源Int os- type ; OS 类型,如1 代表windows ,2 代表linuxSt ring f requent ; cpu 类型Int currentability ; 当前计算能力resource2. 3 资源信息树的实现2. 3. 1 相关数据结构的定义对于校园网间的资源,采用资源信息树来实现对整个校园网格系统CGS 中资源的统一管理. 对于树的常用存储结构,考虑到每个非叶子节点会有多个孩子节点,为了节省存储空间,并且对于任一节点而言,访问其父节点和孩子节点均较方便,所以定义如下的数据结构:Typedef st ruct DTNodeElemType data ;Int res- type ; 资源类型,1 代表计算资源,2 代表信息资源Unsigned int PCIP ; 32 位IP 地址Struct DTNode 3 firstchild , 3 nextsibling ; 存储指向该结点的第一个孩子结点和下一兄弟结点的指针Int parent ; 其双亲所在位置Int node-lever ; 该结点在整个目录信息树中所位于的层数St ruct resource 3 res ; 该链域指向叶子结点的具体资源信息,若为非叶子节点,则指针为空DTNode , 3 DTTree ;2. 3. 2 资源的注册校园网格系统CGS 中有一个资源监测模块,资源监测模块实时监测到有新的网格节点请求加入校园网格系统时,捕获该请求,因资源请求是由一种可扩展的资源描述语言(RSL) 来表示并在组件之间传递的,所以经RSL 细化,可得到请求加入校园网格系统的资源节点的详细信息. 然后调用资源信息服务模块的注册服务. 注册过程就是一个对资源信息树的广度遍历过程,注册过程的算法如下:Void grid- register (DTNode 3 T , resource r)该函数完成网格的注册T 为指向目录信息树的根结点,即有T = DTTree ; T. parent = 0 ; T. node-lever = 1 ;r 为resource 类型的一个参数,其数值是请求加入网格系统的资源节点的相关信息p = T. firstchild ;Do找到请求加入系统的资源所应归属的服务类别If (p. res- type = = r. res- type) break ;Else p = p - > next sibling ; while (p ! = null) ;Insert (p , r) ; 将r 插入父结点为p 的子树中第2 期蔡红云等:校园网格系统中资源信息服务的实现·199 ·Void Insert (DTNode 3 p , resource r)father = p ;p = p - > firstchild ;If (p - > firstchild = = null)已到达树的叶子结点While (p - > next sibling ! = null) p = p - > next sibling ;S = (DTTree) malloc (sizeof (DTNode) ) ;S - > res = r ;S - > parent = father ;S - > node-lever = father. node-lever + 1 ;S - > next sibling = null ;p - > next sibling = S ;ElseDoIf (p - > PCIP 与r - > PCIP 在同一网段内) Insert (p ,r) ;Else p = p - > nest sibling ; while (p ! = null)2. 3. 3 资源的查找CGS 中,对于资源的查找过程和2. 3. 2 资源的注册过程类似. 资源的注册是遍历资源信息树,找到相应的插入位置进行注册,资源的查找同样是遍历资源信息树,找到符合查找要求的资源后,将找到的资源所在网络地址返回. 查找1 个解和1 组解在具体的查找过程中会稍有不同.图3 资源监测模型3 资源监测模块所讨论的校园网格系统中,采用两级移动代理6 的策略来实现对网格资源的实时监测,如图3所示.在各个网格节点上,都有主机sensor ,执行主机监测任务,包括CPU 负载、可用存储、TCP 重发等. 这些监测结果由运行在各局部收集器下面的移动代理负责收集,然后向上汇报给局部收集器,然后再由运行在各局部收集器上面的一级移动代理来收集各局部收集器上面的更新信息. 定时更新资源信息树. 采用这种两级移动代理的监测策略和本文图1 的系统拓扑结构相对应,并且减少了整个系统的开销.4 结束语在校园网格系统中,信息服务是一个基础和核心的模块. 只有通过调用信息服务模块才能完成对网格资源的调度. 本文所讨论的资源信息服务解决了对资源信息的统一存储、一致访问问题. 通过对资源的抽象和信息树的建立,将所有的网格资源信息都存储在信息树的叶子结点处. 每个资源结点都拥有由系统分配的全局唯一的资源ID 号. 资源的分类具有多个层次,体现在目录信息树中即为有多层,而每一个非叶子结点又可对应多个实体,采用孩子兄弟表示法来存储整棵目录信息树,节省了大量的存储空间. 两级移动代理的监测较好地解决了校园网格系统中资源发现和监测问题,并且能大大缩减对信息树的更新频率,提高了整个系统的性能. 但采用这种信息树的存储方式,存在一定的可扩展性问题. 当网格系统中资源节点达到一定程度时,对于树的存储和访问效率会降低,以后的工作中要考虑这个问题.参考文献:1 FOSTER LAN , KESSELMAN CARL. The grid : Blueprint for a new computing infrastructure M . Morgan : Morgan- Kauf2man , 1998. 110 - 112.2 CZAJ KOWSKI K,FITZGERALD S ,FOSTER I , et al. Grid information services for distributed resource sharing Z . Proceed2ings of the Tenth IEEE International Symposium on High-performance Distributed Computing(HPDC-10) ,san Francisco ,2001.3 都志辉,陈渝,刘鹏. 网格计算M . 北京:清华大学出版社,2002. 63 - 66.4 马永征,南凯,阎保平. 基于MDS 的数据网格信息服务体系结构J . 微电子学与计算机,2003 (8) :27 - 30.5 肖侬,任浩,徐志伟,等. 基于资源目录技术的网格系统软件设计与实现J . 计算机研究与发展,2002 ,39 (8) :902 -906.6 金海,李其胜,邹德清,等. 信息服务网格资源代理的实现策略J . 计算机应用与软件,2004 ,21 (1) :55 - 57.Realization of Resource Information Service in theCampus Grid System Abstract :Resource information service is one of the kernel component s of grid system and it provides to usstatic and dynamic information of dist ributed grid resources. According to the thought of object-oriented , a hier2archical model for the resource node is proposed in the campus grid system. All the information of the resource isstored in a t ree by the abst raction of resource. A two-layer mobile agent is used in the grid system to monitor thechange of the status of the grid node ,including the node login and logout as well as the change of the node sta2tus. The information t ree is updated every a fixed interval , so the resource information stored in the t ree is al2ways newly. All the operations on the information t ree can be imple mented easily , so the method using an in2formation t ree can effectively implement the information service when the resource nodes arent so much in thecampus grid system.Key words :grid ;information service ;hierarchical management ;resource information t ree