大型科学仪器虚拟化远程共享机制研究及实现

摘要

随着科技竞争的日益激烈，我国现有科技基础条件已经不能满足科技发展与全社会创新活动的需求。优化与重整科技基础资源，构建一个开放、共享、高水平的科技基础条件平台，已成为科技发挥第一生产力作用的必要支撑，成为我国科技工作的当务之急。大型科学仪器的共享是目前国科技基础条件平台建设的一个重要组成部分，搭建共享平台是推动科技资源开放共享、提升创新能力的有效措施。 本文依托《2004-2010年国家科技基础条件平台建设纲要》及山西省科技基础条件平台建设基金项目(山西省大型科学仪器网络虚拟实验室建设，编号:2006091001)，结合目前国内大型科学仪器整体布局分散、利用率不高的特点，对大型科学仪器的利用率及共享现状进行了调研、分析，阐述了当前实现大型科学仪器共享的必要性，并且在掌握了大型科学仪器共享方式、方法、最新进展和吸收其他地区大型科学仪器共享平台建设经验的基础上，对大型科学仪器的远程共享机制进行了拓展，提出了一种大型科学仪器虚拟化远程共享的思路，其核心思想是将大型科学仪器的功能通过Web Services技术虚拟化为一种Web服务，使用户对大型科学仪器的使用从传统的共享模式提升到按需使用服务的模式，在进一步保证大型科学仪器系统自身的安全性的同时，实现大型科学仪器的跨平台远程共享，更加有效的提高大型科学仪器综合利用率。在此基础上经过深入的分析、研究，设计了一套具体的解决方案，在此方案中搭建了大型科学仪器虚拟化远程共享体系架构，并详细设计了大型科学仪器的虚拟化接口和通讯标准，这些接口和通讯标准的应用使这种共享方式的具体实现可以脱离具体的通讯物理底层，从而保证了大型科学仪器远程共享实现的跨平台性。并且通过结合具体的大型科学仪器以及主流技术，开发了一套大型科学仪器虚拟化共享平台原型系统，本系统模拟异构平台信息交互，选择并行计算机作为远程虚拟化操作对象，在该平台上用户通过浏览器认证登录后，即可使用远程的并行计算环境，对用户而言面对的是一个Web服务，用户不需要了解后台并行计算环境的具体操作方法，只需按照系统提供的标准服务规范，通过虚拟化接口实现与并行计算机的远程交互。最后通过实现标准待分析化学分子式结构文档的远程上传、执行、下载及虚拟演示，验证了此虚拟化远程共享方案的技术可行性，并且取得了较好的工程应用效果，受到了山西省科技厅与我校化工学科相关师生的好评。从而为实现对大型科学仪器资源进行战略重组和系统优化，以及促进全社会科技资源高效配置和综合利用，提高科技创新能力，作了进一步的理论和实践探讨。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文研究背景及重要意义

1.2大型科学仪器利用率现状分析

1.3课题研究的主要内容及章节安排

第二章大型科学仪器共享现状分析及虚拟化方法研究

2.1大型科学仪器共享现状分析

2.1.1大型科学仪器的信息共享

2.1.2大型科学仪器的直接共享

2.2大型科学仪器共享方式拓展及虚拟化方法研究

第三章基于XML和Web Services技术的虚拟化共享平台体系架构设计

3.1 Web Services技术概述

3.1.1 Web Services的定义及体系架构

3.1.2 Web Services的特点

3.1.3 Web Services协议栈

3.2虚拟化共享平台体系架构整体框架模型

3.2.1共享平台体系结构

3.2.2基于Web Services的共享平台拓扑结构

3.3大型科学仪器虚拟化接口设计

3.3.1登录(Login)

3.3.2查询所有用户(GetAllUser)

3.3.3建立新用户(CreateNewUser)

3.3.4用户更新(UpdateUser)

3.3.5删除用户(DeleteUser)

3.3.6获取系统信息(GetSysinfo)

3.3.7查询所有任务(GetAllTask)

3.3.8查询特定用户所有任务(GetAllMyTask)

3.3.9建立新任务(CreateNewTask)

3.3.10上传任务(UploadCommandFile)

3.3.11下载任务执行结果(DownloadTaskRsult)

3.3.12查询任务执行状态(QueryTaskStatus)

3.3.13相关服务访问点集合(service)

3.4大型科学仪器虚拟化接口通讯格式标准设计

3.4.1 XML概述

3.4.2系统信息通讯格式设计

3.4.3任务信息通讯格式设计

3.4.4用户信息通讯格式设计

第四章大型科学仪器虚拟化远程共享平台的实现

4.1大型科学仪器虚拟化远程共享系统验证性平台选择

4.1.1验证平台操作系统的选择

4.1.2OpenPBS与Gaussian

4.2系统体系结构的选择

4.2.1两层体系结构

4.2.2三层体系结构

4.2.3多层体系结构

4.3系统开发平台及关键技术的选择

4.4共享平台逻辑结构设计及特点

4.5共享平台Web服务器设计

4.6共享平台仪器虚拟化服务器设计

4.7共享平台数据库设计

4.8共享平台系统与并行计算机的交互实现

4.9小结

第五章基于并行计算机的大型科学仪器虚拟化远程共享平台原型系统说明及测试

5.1系统登录界面

5.2系统主界面

5.2.1管理员主界面

5.2.2普通用户主界面

5.3任务管理

5.4用户管理

5.5我的任务

5.6远程管理

5.7小结

第六章总结与展望

参考文献

附录

致谢

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