基于Web服务的计算网格中间件研究及应用

摘要

网格技术是当前分布式计算的前沿领域，世界各国纷纷不惜重金开展网格技术的研究。其中网格中间件的体系结构又是研究中的热点，网格中间件体系结构包括：对中间件基本组成部分和各部分功能的定义和描述；对中间件各部分相互关系与集成方法的规定；对网格有效运行机制的刻画。网格中间件体系结构是网格最核心的技术，只有建立合理的体系结构，才能够设计和构造好的网格中间件。 作者结合数值计算网格系统NetSolve，对计算网格中间件的体系结构进行了研究。发现基于传统RPC模式的NetSolve系统在自强-2000集群计算机以及类似的应用环境中存在以下问题：考虑到安全与效率因素，大部分集群计算机的内部服务器IP为局域网内部地址，而NetSolve系统要求客户端和服务器所在的机器都拥有一个可见IP地址(即互联网全局IP地址)，这样就造成NetSolve系统难以使用。NetSolve系统接口具有专用性，其他系统不能直接使用NetSolve。NetSolve系统无法接入开放网格服务体系结构OGSA。 针对NetSolve系统体系结构的先天性不足，作者结合Web服务与OGSA技术，提出了一种应用于高性能数值计算的网格中间件体系结构，并给出了实现。为基于Web服务的计算网格中间件设计与实现提供了一种新方法。 本文首先对NetSolve系统体系结构进行分析，抽出系统三层结构，并根据该结构提出了一般计算网格的功能模型。 其次，本文对层次结构的设计思想进行了深入地探讨，结合计算网格功能模型给出了基于Web服务的计算网格中间件的层次结构。并基于该层次结构，设计、实现了基于Web服务与原来的NetSolve系统的数值计算网格中间件，本文将该中间件称为WebSolve。 再次，为实现WebSolve系统中的服务注册与发现，本文提出并实现了RegisterService组件，为完成RegisterService服务列表同步，设计了MsgGossip算法进行全局消息发送。 最后在WebSolve计算网格环境下，采用服务非阻塞调用进行任务划分，实现了并行PCG(预条件共轭梯度法)求解器和分形图形绘制，并结合这些应用，对WebSolve系统总体设计的优点和不足进行了讨论并提出改进方案。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和本论文使用授权说明

第1章绪论

1.1网格计算系统

1.2数值计算网格中间件系统的研究现状

1.3 NetSolve系统

1.3.1现有的网络计算模型

1.3.2 NetSolve系统结构及工作原理

1.3.3 NetSolve系统缺陷

1.4研究目的及意义

1.5本文的主要工作与组织结构

第2章Web服务与NetSolve结合

2.1 Web服务

2.1.1定义

2.1.2体系模型

2.1.3模型中的关键概念

2.2 Web服务可交互协议栈

2.3 Struts、Web服务、NetSolve的结合分析

2.3.1 MVC模式

2.3.2基于MVC的Struts框架

2.3.3 WebSolve系统提出

第3章WebSolve总体设计

3.1设计目标和功能

3.2网格系统功能模型建立

3.3层次结构设计

3.3.1层次框架

3.3.2各层设计思路

3.3.3设计总结

3.4 WebSolve系统结构及工作流程

3.4.1 WebSolve系统结构

3.4.2 WebSolve工作方式与流程

3.5系统结构设计的优缺点分析

第4章WebSolve详细设计与实现

4.1系统资源层设计与实现

4.1.1逻辑资源模块实现思路

4.1.2服务器实现

4.2面向服务的体系结构层(SOA)实现

4.2.1资源服务实现

4.2.2共性服务实现

4.2.3 QoS支持

4.3 Register Service实现

4.3.1消息的定义、封装与实现

4.3.2消息传播

4.3.3同步服务列表

4.3.4结论

4.4面向服务的工具层实现

4.3.1交互式接口

4.3.2编程API接口

4.3.3基于Struts的Web接口实现

4.5网格应用层

第5章基于WebSolve的并行PCG与分形应用

5.1实验方法与环境

5.2基于WebSolve的并行PCG求解器

5.2.1预条件共轭梯度法(PCG)

5.2.2基于WebSolve的并行PCG实现

5.2.3实验结果

5.2.4结论

5.3分形图形演示

5.3.1简单分形图形绘制原理

5.3.2基于WebSolve的分形图形实验

5.4实验总结

第6章总结与展望

6.1工作总结

6.2下一步研究方向及展望

参考文献

作者攻读学位期间公开发表的论文

致 谢

附录A图索引