CN1835451A

CN1835451A - 基于森林结构的网格信息管理系统

Info

Publication number: CN1835451A
Application number: CN 200510055209
Authority: CN
Inventors: 马殿富; 孙海龙; 胡春明; 沃天宇
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-20

Abstract

本发明公开了一种网格信息管理系统，它包括资源层、信息提供者层和信息服务层。资源层为网格中所包含的各种资源；信息提供者层为提供各种信息的程序实体的集合，负责从下层的资源中收集资源相关信息，并将收集到的信息提供给上层的信息服务层；信息服务层是整个网格信息管理系统的核心所在，它由多个信息服务节点组成；每个信息服务节点分布在信息服务层的各个网格节点上，按照树型的层次结构进行组织，形成多棵信息服务树；多棵信息服务树构成森林式网格信息管理系统。本发明为遵循OGSA体系结构的服务网格平台提供了资源信息服务，解决了服务资源发现、查找以及监控等基本问题，为大规模的网格环境下资源的共享与协同提供了必要的支持。

Description

基于森林结构的网格信息管理系统

技术领域

本发明涉及网格技术，更具体地说，涉及一种适合于OGSA体系结构网格系统的网格信息管理系统。

背景技术

网格技术是近几年新兴起的技术，它是把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。人们可以构造地区性的网格、企业内部网格、局域网网格、甚至家庭网格和个人网格，所以，网格技术的根本特征是整合资源、实现资源共享、消除资源孤岛；它是在动态的、跨越多机构的虚拟组织中间进行协调，实现在一定的共享规则下，通过资源的共享与协同进行问题的求解。

参与到网格系统中的资源千差万别，使得网格系统呈现出分布性、异构性和动态性的特点，为了能够协同网格中的资源进行问题求解，一个前提就是要知道这些资源的必要信息，比如资源的能力、状态、位置和使用方式等等。

网格服务是网格系统的一个重要组件，它提供并且维护了网格资源的相关信息，其中包括参与到网格中的人员、软件、服务和硬件的信息。网格服务是实现资源共享和协同的重要保证，实际上网格系统中的许多上层服务如资源发现、资源调度、监控等都是以网格服务为基础的。

OGSA(Open Grid Service Architecture开放式网格服务体系)是目前被广泛接受的一种新的网格体系结构，它首次将网格服务和网格计算结合起来，它以服务为中心，网格中任何的资源都抽象为网格服务，它通过将网格服务和网格计算的结合与协同进行问题的求解。在这种情况下，作为网格系统的重要组件，网格信息管理系统的体系结构和实现方式需要进行重新考虑。

由于OGSA将Web服务技术作为网格的实现手段引入网格研究领域，通过引入Web服务来进一步增强原来网格协议和服务的互操作性。OGSA的重要思想是“一切都是服务”，也就是说无论是计算资源、数据资源、信息资源、软件服务等都将抽象为“网格服务”，各类网格服务在访问形式上是一致的，它们具有开放性和互操作性，因此网格服务之间可以通过一致的访问接口互相作用，实现各种业务功能和网格的安全性、可靠性、可扩展性、可管理性等众多非功能特性。但是MDS2和RGMA等信息管理系统都不是面向服务的，因此与其他封装成标准服务的网格系统组成模块之间无法进行一致的交互、互操作。因此虽然传统的MDS2和RGMA网格信息管理系统已经得到了成功的应用，但它们都不适合于在OGSA体系结构下的网格系统。尽管Globus Toolkit 3中的IndexService和OGSA体系结构保持一致，但IndexService采用集中的系统结构，在可扩展性和系统效率方面有很大的局限性。总的看来，在OGSA体系结构下，目前尚没有一个较好的网格信息管理系统。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种适合于OGSA体系结构网格系统的基于森林结构的网格信息管理系统。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种基于森林结构的网格信息管理系统，其特征在于：该网格信息管理系统分为三层：资源层、信息提供者层和信息服务层；

资源层为网格中所包含的各种资源；

信息提供者层为提供各种信息的程序实体的集合，负责从下层的资源层中收集资源相关信息，提供给上层的信息服务层；

信息服务层是整个网格信息管理系统的核心所在，它由多个信息服务节点组成；每个信息服务节点分布在信息服务层的各个网格物理节点上，对外提供信息访问和管理的功能，信息服务节点之间按照树型的层次结构进行组织，构成多棵信息服务树，组成森林结构的网格信息管理系统。用户可以通过任何一个信息服务节点来访问整个信息管理系统中的资源信息。

所述信息提供者层从下层的资源层中收集的信息包括网格服务信息、静态系统资源信息以及动态系统资源信息，信息提供者将收集到的信息提供给信息服务层。

每棵信息服务树由多个信息服务节点组成，信息服务节点之间按照父子关系组成树型结构。

在该网格信息管理系统中，各个信息服务节点之间采用SOAP协议进行通信；用户和系统之间以及信息管理系统之间采用IQP协议进行信息查询；采用IRP协议组织信息服务节点形成信息服务树；采用ISP协议支持多棵信息服务树之间的信息共享。

本发明网格信息管理系统为遵循OGSA体系结构的服务网格平台提供了资源信息服务，解决了服务资源发现、查找以及监控等基本问题，为大规模的网格环境下资源的共享与协同提供了必要的支持。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

具体实施方式

在网格系统中，网格信息管理系统是网格系统的一个重要组件，它提供网格资源的相关信息，维护着参与到网格中的人员、软件、服务和硬件的信息，是实现资源共享和协同的重要保证，实际上网格系统中的许多上层服务如资源发现、资源调度、监控等都是以信息管理系统为基础的。

本发明提供的网格信息管理系统针对网格环境的特点以及OGSA体系结构的要求，为遵循OGSA体系结构的网格系统提供服务的发现与查找等功能，为资源的共享和协同问题提供支持。

如图1所示，本发明提供的基于森林结构的网格信息管理系统(简称FOSIS网格信息管理系统)分为三层：资源层、信息提供者层和信息服务层。

资源层为网格中所有的计算资源、存储资源、网络资源以及仪器设备等各种资源。

信息提供者层为提供各种信息的程序实体的集合，信息提供者负责从下层的资源层中收集资源相关信息，并将收集的资料提供给上层的信息服务层。本发明基于森林结构的网格信息管理系统支持三种类型的信息，即网格服务信息、静态系统资源信息以及动态系统资源信息，信息提供者按照以下格式将收集到的资源信息提供给上层的信息服务层：

网格服务信息通过以下属性进行描述：

(1)Service AccessPoint：网格服务的访问点，通过该访问点能够定位一个服务，并进行访问。

(2)Service Name：服务的名称，区分不同服务的一个字符串。

(3)Service Description：服务的描述信息

静态系统资源信息通过以下属性进行描述：

(1)IPAddress：计算节点的IP地址

(2)OS：操作系统的类型

(3)Hostname：机器的名字标识

(4)cpuType：CPU类型

(5)cpuFrequency：CPU频率

(6)fileSystem：文件系统的类型

(7)machineType：机器类型

(8)CPUNumber：CPU的个数

(9)totalDisk：磁盘总的存储空间

(10)totalMemory：总的内存空间

系统的动态信息通过以下属性描述：

(1)availableDisk：当前可用的磁盘空间

(2)CPULoad：CPU当前负载

(3)availableMem：当前可用内存空间

信息服务层是整个网格信息管理系统的核心所在，它由多个信息服务节点组成，每个信息服务节点分布在信息服务层的各个网格物理节点上，对外提供信息访问和管理的功能，用户可以通过任何一个信息服务节点来访问整个信息管理系统中的资源信息。

在信息服务层，分布在各个网格物理节点上的信息服务节点按照树型的层次结构进行组织，构成多棵信息服务树，组成森林结构的网格信息管理系统。每棵信息服务树由多个信息服务节点组成，信息服务节点之间按照父子关系组成树型结构。信息服务树结构的组织依据如下：1、实际物理组织上的上下级管理关系，例如北航大学网络中心的信息服务节点是计算机系的信息服务节点的父节点。2、存储容量大、处理能力强的节点尽量配置成信息服务树型的高层节点；反之，配置成低层节点，甚至为叶节点。这种组织方式充分考虑了实际中物理组织的结构和网格中的虚拟组织的构成。在网格中的信息服务(GridInformation Service)，通常简称为GIS，在这里我们把由若干个信息服务节点组成的树状结构称为信息服务树GIS-Tree，因此整个网格信息管理系统FOSIS体现为若干棵GIS-Tree组成的森林结构。

在本发明信息管理系统(简称FOSIS)中使用了四个关键协议，即用于消息通信的SOAP(Simple Object Access Protocol)协议、与信息查询相关的IQP(Information Query Protocol)协议、支持GIS-Tree结构建立的IRP(Information Registration Protocol)协议和支持多棵GIS-Tree之间信息共享的ISP(Information Sharing Protocol)协议。在该网格信息管理系统中，各个信息服务节点之间采用SOAP协议进行通信；用户和系统之间以及信息管理系统之间采用IQP协议进行信息查询；采用IRP协议组织信息服务节点集合形成信息服务树；采用ISP协议支持多棵信息服务树之间的信息共享。

由于本发明是面向基于OGSA的网格系统的信息管理系统，而OGSA融合了Web服务和网格技术，为了与Web服务协议栈保持一致，所以，本发明网格信息管理系统采用SOAP协议作为系统中各个组件之间的基本通信协议，具体包括信息的注册、用户的查询和信息管理系统之间的通信，所有的消息都封装在SOAP信封中。

信息查询是信息管理系统的重要功能，在FOSIS中，我们定义了用于信息查询的IQP协议，IQP支持两种查询：用户和信息管理系统之间的查询；为了处理用户的请求，信息管理系统之间进行的查询。IQP协议的查询消息结构：

IQP_Message

{

QueryConstraints；

SourceAccesspoint；

MaxResultNumber；

QueryRange；

}

QueryConstraints为发出查询请求的用户所指定的约束条件，比如资源的属性值；SourceAccesspoint是查询者的访问点，该属性用于信息管理系统之间的查询时避免父节点重复查询子节点的信息，最终的查询用户可以将该SourceAccesspoint设置为空；MaxResultNumber指定返回结果的最大数量，避免做不必要的查询；QueryRange指定了查询范围，可以在本节点、子节点以及整个GIS-Tree中进行查询处理。

在网格这样的分布式系统中，节点的加入和退出具有高度的动态性，按照FOSIS这样的结构构建信息管理系统必须考虑到这一点。当一个信息管理系统节点启动之后，尝试向父节点进行注册，此时如果父节点的信息管理系统尚未启动，信息管理系统会不断进行尝试，考虑到系统的开销，信息管理系统向父节点注册的时间间隔随着时间的流逝会不断加大。此外，为了处理信息管理系统节点的突然失效等问题，我们在IRP协议中引入了软状态注册协议。信息管理系统子节点周期性向父节点发送表示自己存活的注册消息，当父节点在指定的时间内没有收到注册消息时，就表明该子节点的信息不再可用，将其从GIS-Tree中删除；同样，如果子节点发送注册消息之后，得不到父节点的响应，表明父节点发生了某种异常，然后子节点会以不断改变的时间间隔重新向父节点进行注册。本发明网格信息管理系统采用IRP协议建立树状结构的信息服务树。

IRP协议使用的消息IRP_Message：

{

ChildAccesspoint；

}

其中ChildAccesspoint表示信息管理系统子节点的访问点。IRP_Message也封装成SOAP消息进行处理。

为了实现网格系统中，多棵信息树GIS-Tree之间的信息共享；对复杂问题的求解，计算可能会在跨越多个物理组织的虚拟组织中进行，根据我们的对GIS-Tree的定义，一棵GIS-Tree一般是对一个物理组织中的信息进行管理，要想在多个物理组织之间共享资源以及资源的相关信息，就必须提供在多棵GIS-Tree之间的信息共享。用户通过IQP协议向所在物理组织的某个信息管理系统节点发出查询请求，查询请求沿着树结构向上传递。如果根节点仍然无法提供满足用户指定条件的信息，那么根节点将通过ISP协议将请求转发给其他物理组织中的对等根节点。实际上，ISP协议可以看作多棵GIS-Tree根节点之间的请求转发协议，从本质上说，是一种P2P的应用模式。与IQP协议不同的是，在ISP中请求消息需要指明所在的物理组织的信息：

ISP_Message{

OrganizationInfo；

IQP_Message；

}

OrganizationInfo为发出请求的信息管理系统所在物理组织信息，接收请求的对等节点根据这一信息使用适当的信息共享策略来处理查询请求；IQP_Message为发出信息查询请求的用户所使用的IQP消息。

本发明网格信息管理系统为遵循OGSA体系结构的服务网格平台提供了资源信息服务，解决了服务资源发现、查找以及监控等基本问题，为大规模的网格环境下资源的共享与协同提供了必要的支持。另外，本发明有效地解决了WebSASE4G平台中的网格服务的发现与查找问题，保证了在一个或者多个物理组织中的资源共享和协同问题。

以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。

Claims

1、一种基于森林结构的网格信息管理系统，其特征在于：该网格信息管理系统分为三层：资源层、信息提供者层和信息服务层；

资源层为网格中所包含的各种资源；

信息服务层是整个网格信息管理系统的核心所在，它由多个信息服务节点组成；每个信息服务节点分布在信息服务层的各个网格物理节点上，对外提供信息访问和管理的功能，信息服务节点之间按照树型的层次结构进行组织，构成多棵信息服务树，组成森林结构的网格信息管理系统。

2、根据权利要求1所述的一种基于森林结构的网格信息管理系统，其特征在于：所述信息提供者层从下层的资源层中收集的信息包括网格服务信息、静态系统资源信息以及动态系统资源信息。

3、根据权利要求2所述的一种基于森林结构的网格信息管理系统，其特征在于：所述每棵信息服务树由多个信息服务节点组成，信息服务节点之间按照父子关系组成树型结构。

4、根据权利要求3所述的一种基于森林结构的网格信息管理系统，其特征在于：在该网格信息管理系统中，各个组件之间采用SOAP协议进行通信；用户和系统之间以及信息管理系统之间采用IQP协议进行信息查询；采用IRP协议组织信息服务节点集合形成信息服务树；采用ISP协议支持多棵信息服务树之间的信息共享。