网格技术的发展及三个阶段

2.6.1　网格技术的发展

1.网格技术简介

网格是在20世纪90年代中期为构建先进科学和工程分布式计算设施而引入的概念，被认为是继Internet、Web之后的第三次浪潮^［55］。通俗地说，Internet实现了计算机系统与网络设施的互联，Web实现了网页的互通，使信息的共享与获取不受时空限制，而网格则试图实现在全球Internet范围内按需共享和整合各种资源，除了通常的信息与设备资源共享外，计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合与广泛共享是网格区分于以往共享技术的本质特征。

2.网格技术发展的三个阶段^［56］

第一个阶段，连接超级计算中心为一定范围内的高性能应用提供计算资源。国外代表性的项目有FAFNER和I-WAY，它们主要关注T兆网试验床和元计算。

第二个阶段，全球范围内为各种大规模计算和数据密集型应用提供分布计算环境的基础设施。进入这一时期的代表性项目有Globus和Legion等。这时关于网格的研究主要关注:

●网格环境下的分布性、异构性、可扩展性和动态性;

●基于Internet在多种异构计算机系统和资源之间建立通用、分布式计算环境，让不同结点和资源可以有效地共享与协同工作。

当时以计算网格(computing grid)来称谓网格技术，指的是一个硬件和软件基础设施，它提供对高端计算能力可靠、一致、普遍和不昂贵的接入。这一时期的网格技术主要关注网格中间件的研究与开发。中国对网格的研究从这个阶段开始，并陆续开展了如先进计算基础设施ACI、织女星网格、中国国家网格CNGrid、中国教育科研网格ChinaGrid等研究项目。

第三阶段，以GGF于2002年提出的开放网格服务体系结构(Open Grid Services Architecture，OGSA)为标志，网格演进成为共享虚拟系统。该阶段研究关注的重点是在动态、多机构的虚拟组织(Virtual Organization，VO)中协调资源共享和协同解决问题，其关键是在一组参与结点(资源提供者和消费者)中协商资源共享与管理，并利用协商得到的资源池共同解决问题。

3.开放网格服务体系结构和WSRF

开放网格服务体系结构OGSA由Global Grid Forum的OGSI工作小组于2002年6月制定，旨在集成存在于分布式异构环境中的各种独立资源，以求在动态的“虚拟组织”中做到资源的共享和协同处理。OGSA的突出思想是以“服务”为中心。在OGSA框架中，将一切都抽象为服务，包括计算机、应用程序、数据、仪器设备等。这种观念有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格。OGSA架构由四个主要的层构成，从下到上依次为资源(物理资源和逻辑资源)、Web服务(包括定义网格服务的OGSI扩展)、基于OGSA架构的服务、网格应用程序。其中网格服务是作为服务网格的基本组成单元，网格服务是由WSDL描述，具备对外公开的操作接口，遵循OGSI规范的服务^［57］。OGSA是一个抽象的东西，是一个框架，OGSI(Open Grid Services Infrastructure)是作为OGSA核心规范提出的，它对OGSA的主要方面具体化、规范化。著名网格中间件Globus 3就是基于OGSA的。

OGSI的实践表明尚存在以下不足^［58］:(www.xing528.com)

●由于过分强调网格服务和Web服务的差别，导致两者之间不能更好地融合在一起;

●OGSI把繁杂的技术内容全部集中在一个规范中，没有清晰的功能划分，以支持增量发展，也不利于对不同部分的灵活运用;

●由于OGSI单个规范中的内容太多，所有接口和操作都与服务数据有关，缺乏通用性，而且OGSI规范没有对资源和服务进行区分;

●由于OGSI超前地大量使用XML模式(Schema)等技术，不能得到现有Web服务工具环境的有力支持;

●OGSI通过封装资源的状态，将具有状态的资源建模为Web服务，这种做法受到了Web服务纯化论者的批评和抵制，同时某些Web服务的实现不能适应网格服务的动态创建和销毁;

●网格服务的定义语言GWSDL不能作为可支持Web服务描述语言WSDL 1.1的功能扩展，由于WSDL 2.0发布的延迟很难支持OGSI定义。

为了实现网格与Web服务的有效融合，Web服务必须提供用户访问和操作服务的状态数据的能力，定义管理服务状态数据的规范，便于应用以标准和可操作的方式发现、观测和交互有状态资源，并利用Web服务的已有功能。2004年由IBM、Globus联盟和HP共同提出Web服务资源框架(WS-Resource Framework，WSRF)和Web服务通知规范(WS-Notification)。WSRF是根据特定的消息交换和相关的XML模式来定义Web服务资源(WS-Resource)方法的描述规范。这些规范定义了Web服务和一个或多个有状态的资源之间的关联方法，描述了定义资源状态的视图，以及Web服务与状态资源相关联的类型定义的方法，描述了如何通过Web服务接口来访问状态资源的状态，定义了状态资源分组(grouping)和寻址(addressing)的相关机制^［59］。WSRF规范是针对OGSI规范的主要接口和操作而定义的，它保留了OGSI中规定的所有基本功能，只是改变了某些语法:

●WSRF把OGSI功能分成一系列功能规范，这样就可以灵活地使用各个部分;

●WSRF减少了对XML模式的使用，这样就可以得到目前大多数Web服务工具的直接支持，而且开发者比较熟悉;

●明确地把服务与该服务所作用的有状态资源区别开来，而不是集成在一起。

在功能上，这几个规范和原来的OGSI不同的部分有很直接的对应关系^［60］。

WSRF得到了很多公司的支持，网格中间件Globus的最新版本Globus 4.0.5遵循WSRF规范，它也是目前应用最广泛的网格中间件。