網格體系結構

網格體系結構

一、五層沙漏結構(Five-Level Sandglass Architecture)

五層沙漏結構是由伊安 ▪ 福斯特等提出的一種具有代表性的網格體系結構，其影響十分廣泛，它的特點就是簡單，主要側重於定性的描述而不是具體的協議定義，容易從整體上進行理解。在五層沙漏體系結構中，最基本的思想就是：以協議為中心，強調服務與API和SDK的重要性。改該結構的設計原則就是要保持參與的開銷最小，即作為基礎的核心協議較少，類似於OS內核，以方便移植。另外，沙漏結構管轄多種資源，允許局部控制，可用來構建高層的、特定領域的應用服務，支持廣泛的適應性。 該結構根據該結構中各組成部分與共享資源的距離，將對共享資源進行操作、管理和使用的功能分散在五個不同的層次，由下至上分別為構造層（Fabric）、連接層（Connectivity）、資源層（Resource）、匯聚層（Collective）和應用層（Application）。

五層結構的功能特點：

（1）構造層

構造層的基本功能就是控制局部的資源，包括查詢機制（發現資源的結構和狀態等信息）、控制服務質量的資源管理能力等，並向上提供訪問這些資源的接口。構造層資源是非常廣泛的，可以是計算資源、存儲系統、目錄、網絡資源以及傳感器等等。構造層資源提供的功能越豐富，則構造層資源可以支持的高級共享操作就越多，例如如果資源層支持提前預約功能，則很容易在高層實現資源的協同調度服務，否則在高層實現這樣的服務就會有較大的額外開銷。

（2）連接層

連接層的基本功能就是實現相互的通信。它定義了核心的通信和認證協議，用於網格的網絡事務處理。通信協議允許在構造層資源之間交換數據，要求包括傳輸、路由、命名等功能。在實際中這些協議大部分是從TCP/IP協議棧中抽取出的。認證協議建立在通信服務之上，提供的功能包括：單一登錄、代理、與局部安全方法的集成、基於用户的信任機制。

（3）資源層

資源層的主要功能就是實現對單個資源的共享。資源層定義的協議包括安全初始化、監視、控制單個資源的共享操作、審計以及付費等。它忽略了全局狀態和跨越分佈資源集合的原子操作。

（4）匯聚層

匯聚層的主要功能是協調多種資源的共享。匯聚層協議與服務描述的是資源的共性，包括目錄服務、協同分配和調度以及代理服務、監控和診斷服務、數據複製服務、網格支持下的編程系統、負載管理系統與協同分配工作框架、軟件發現服務、協作服務等。它們説明了不同資源集合之間是如何相互作用的，但不涉及到資源的具體特徵。

（5）應用層

應用層是在虛擬組織環境中存在的。應用可以根據任一層次上定義的服務來構造。每一層都定義了協議，以提供對相關服務的訪問，這些服務包括資源管理、數據存取、資源發現等。在每一層，可以將API定義為與執行特定活動的服務交換協議信息的具體實現。

二 開放網格服務體系結構（Open Grid Services Architecture, OGSA）

OGSA包括兩大關鍵技術，即網格技術和Web Service技術，它是在五層沙漏結構的基礎上，結合Web Service技術提出來的，解決了兩個重要問題——標準服務接口的定義和協議的識別。以服務為中心是OGSA的基本思想，在OGSA中一切都是服務。這一結構的意義就在於它將網格從科學和工程計算為中心的學術研究領域，擴展到更廣泛的以分佈式系統服務集成為主要特徵的社會經濟活動領域。 OGSA的基本思想

SA最基本的思想就是以“服務”為中心。在OGSA框架中，將一切抽象為服務，包括各種計算資源、存儲資源、網絡、程序、數據庫等等，簡而言之，一切都是服務。這種觀念，有利於通過統一的標準接口來管理和使用網格。

OGSA以服務為中心，具有如下好處：

網格中一切都是服務，通過提供一組相對統一的核心接口，所有的網格服務都基於這些接口實現，可以很容易地構造出具有層次結構的、更高級的uwu，這些服務可以跨越不同的抽象層次，以一種統一的方式來看待。虛擬化也使得將多個這時不必考慮的實現，可以以底層資源組成為基礎，為虛擬組織中進行資源管理。通過網格服務得虛擬化，可以將通用得服務語義和行為，無縫地映射到本地平台基礎設施之上。

三、Web服務資源框架（Web Service Resource Framework，WSRF）

WSRF的提出:

GSA剛提出不久，GGF及時推出了OGSI（Open Grid Services Infrastructure，開放網格服務基礎架構）草案，併成立了OGSI工作組，負責該草案的進一步完善和規範化。OGSI是作為OGSA核心規範提出的，其1.0版於2003年7月正式發佈。OGSI規範通過擴展WEB服務定義語言WSDL和XML Schema的使用，來解決具有狀態屬性的Web服務問題。它提出了網格服務的概念，並針對網格服務定義了一套標準化的接口，主要包括：服務實例的創建、命名和生命期管理、服務狀態數據的聲明和查看、服務數據的異步通知、服務實例集合的表達和管理、以及一般的服務調用錯誤的處理等。 SI通過封裝資源的狀態，將具有狀態的資源建模為Web服務，這種做法引起了“Web服務沒有狀態和實例”的爭議，同時某些Web服務的實現不能滿足網格服務的動態創建和銷燬的需求。OGSI單個規範中的內容太多，所有接口和操作都與服務數據有關，缺乏通用性，而且OGSI規範沒有對資源和服務進行區分。OGSI使用的Web服務和XML工具不能良好工作，因為它過多地採用了XML模式，比如xsd:any基本用法、屬性等，這可能帶來移植性差的問題。另外，由於OGSI過分強調網格服務和Web服務的差別，導致了兩者之間不能更好地融合在一起。上述原因促使了WSRF（Web Service Resource Framework，Web服務資源框架）的出現。

RF採用了與網格服務完全不同的定義：資源是有狀態的，服務是無狀態的。為了充分兼容現有的Web服務，WSRF使用WSDL 1.1定義OGSI中的各項能力，避免對擴展工具的要求，原有的網格服務已經演變成了Web服務和資源文檔兩部分。WSRF推出的目的在於，定義出一個通用且開放的架構，利用Web服務對具有狀態屬性的資源進行存取，幷包含描述狀態屬性的機制，另外也包含如何將機制延伸至Web服務中的方式。WSRF的技術規範:

WSRF是一個服務資源的框架，是五個技術規範的集合，表2總結了這些技術規範。

這些規範定義了以下方法： web服務資源可以與銷燬請求同步地或者通過提供基於時間的析構（destruct）機制來銷燬，而且指定的資源特性可以被用來檢查和檢測Web服務資源的生存期； Web服務資源的類型定義可以由Web服務的接口描述和XML資源特性文檔來組成，並且可以通過Web服務消息交換來查詢和更改Web服務資源的狀態； 如果Web服務內部所包含的尋址或者策略信息變得無效或者過時，Web服務端點引用（Web服務尋址）可以被更新；

可以定義異構的通過引用方式結合在一起的Web服務集合，不管這些服務是否屬於Web服務資源； 通過使用用於基本錯誤的XML Schema類型以及擴展這個基本錯誤類型的規則應用到Web服務中，使得Web服務中的錯誤報告可以更加標準化。 WSRF的有點及發展

和OGSA的最初核心規範OGSI相比，WSRF具有以下五個方面的優勢：

（1） 融入WEB服務標準，同時更全面地擴展了現有的XML標準，在開發環境下，使其應用更為簡單。 （2） OGSI中的術語和結構讓WEB服務的標準組織感到困惑，因為OGSI錯誤地認為WEB服務一定需要很多支撐的構建。WSRF通過對消息處理器和狀態資源進行分離來消除上訴隱患，明確了其目標是允許WEB服務操作對狀態資源進行管理和操縱。

（3） OGSI中的Factory接口提供了較少的可用功能，在WSRF中定義了更加通用的WS_esource factory模式。 （4） OGSI中的接口不主持通常事件系統中要求的和現存的面向消息的中間件所支持的各種功能。WSRF中規範彌補了上述的不足，從廣義角度來理解通知機制，狀態改變通知機制正是家裏在常規的WEB服務的需求之上。 （5） OGSI規範的規模非常龐大，使讀者不能充分理解其內容，以及明確具體任務中所需的組件。在WSRF中通過將功能進行分離，使之簡化並拓展了組合的伸縮性。