面向服务的网格计算 新型分布式计算体系与中间件PDF电子书下载

第一篇 面向服务的网格计算 3

第1章 从元计算到面向服务的网格计算 3

1.1 网格定义 3

1.2 网格的发展阶段 5

1.3 与网格计算相关的研究领域 8

1.3.1 分布式系统 8

1.3.2 公用计算和按需计算 9

1.3.3 云计算 10

1.4 网格相关组织 10

1.4.1 标准化组织 11

1.4.2 典型应用 13

第2章 网格体系结构 16

2.1 五层沙漏模型 16

2.2 面向服务的体系架构SOA 18

2.2.1 基本概念 18

2.2.2 实现平台 20

2.3 Web服务 21

2.3.1 Web服务协议栈 21

2.3.2 SOAP消息协议 26

2.3.3 服务描述语言 27

2.3.4 服务发布与发现 28

2.3.5 服务安全和事务 31

2.3.6 服务编排与编舞 33

2.3.7 Web服务互操作 38

2.4 开放网格服务体系结构OGSA 38

2.4.1 网格服务 40

2.4.2 Web服务资源框架WSRF 42

2.4.3 OGSA核心服务 46

第3章 面向服务的网格中间件 49

3.1 中间件技术 49

3.1.1 分布式中间件 49

3.1.2 网格中间件 54

3.2 资源管理 55

3.2.1 资源管理系统 55

3.2.2 任务调度 58

3.2.3 网格资源管理系统 75

3.3 数据管理 78

3.3.1 数据传输 78

3.3.2 数据复制和副本管理 81

3.4 工作流管理 82

3.4.1 工作流设计 83

3.4.2 工作流调度 84

3.4.3 网格工作流管理系统 86

3.5 网格安全 88

3.5.1 问题定义 88

3.5.2 网格安全体系 95

3.5.3 网格授权系统 97

3.5.4 证书管理系统 98

3.6 网格监控与管理 100

3.6.1 网格监控体系结构 100

3.6.2 网格监控工具和系统 100

3.6.3 网格门户 102

第二篇 高级网格服务 107

第4章 P2P与网格计算 107

4.1 P2P系统资源发现 108

4.1.1 结构化P2P系统 108

4.1.2 非结构化P2P系统 116

4.2 P2P网格资源发现 118

4.2.1 结构化系统 119

4.2.2 非结构化系统 122

4.2.3 基于树向量的动态资源发现 124

第5章 语义网格与知识网格 127

5.1 语义Web 130

5.1.1 元数据和RDF 131

5.1.2 本体和OWL 137

5.1.3 本体工程 140

5.2 语义Web服务 143

5.2.1 Web服务语义标注语言 143

5.2.2 服务发现和语义匹配 148

5.3 相关研究 153

5.3.1 语义网格研究项目 153

5.3.2 知识网格研究项目 156

第6章 连续媒体服务 159

6.1 多媒体压缩技术 159

6.1.1 MPEG-4视频标准 160

6.1.2 H.264/AVC标准 161

6.2 媒体服务器 162

6.2.1 多媒体文件系统 163

6.2.2 应用层QoS保证 165

6.3 连续媒体分发服务 166

6.3.1 通信协议 166

6.3.2 媒体分发方式 167

6.3.3 基于无线网络的流媒体 169

第7章 协同工作服务 171

7.1 计算机支持的协同工作 171

7.1.1 协同工作机理 171

7.1.2 计算机支持技术 172

7.2 协同工作环境 173

7.2.1 协同工作环境框架 174

7.2.2 基于网格的协同工作环境 179

7.3 协作感知 184

7.3.1 基本概念 184

7.3.2 感知模型及其实现机制 185

7.4 协作上下文 186

7.4.1 基本概念 186

7.4.2 基于本体的协作上下文建模 188

7.5 对等科研协作网络 191

7.5.1 问题描述 191

7.5.2 研究进展 193

第三篇 教育服务网格示范工程第8章 教育服务网格 201

8.1 数字化学习支撑环境 201

8.1.1 数字化学习技术 201

8.1.2 数字化学习平台 214

8.2 e-Learning Grid 218

8.2.1 e-Learning Grid的概念 218

8.2.2 e-Learning Grid研究现状与发展趋势 222

8.2.3 从e-Learning Grid到教育服务网格 224

8.3 教育服务网格体系结构 227

8.3.1 基本面向服务体系结构层 228

8.3.2 网格中间件层 228

8.3.3 公共服务层 230

8.3.4 领域应用层 232

第9章 远程学习评价网格LAGrid 233

9.1 LAGrid简介 233

9.1.1 远程教育的学习评价问题 233

9.1.2 LAGrid：基于网格的远程学习评价系统 234

9.2 LAGrid体系结构 238

9.2.1 LAGrid领域服务和应用 239

9.2.2 从领域服务到网格基础设施的映射 241

9.3 LAGrid部署、监控和管理 242

9.3.1 网格运行环境 242

9.3.2 网格扩展机制 243

9.3.3 网格系统监控与管理 245

9.4 网格环境资源访问的QoS问题 246

第10章 LAGrid核心中间件 249

10.1 资源管理与调度 249

10.1.1 资源管理框架 249

10.1.2 资源调度算法 250

10.2 信息服务 255

10.2.1 LAGrid信息服务 256

10.2.2 LAGrid信息模型及其实现 257

10.3 消息中间件 260

10.3.1 面向服务的消息中间件 261

10.3.2 LAGrid-MOM体系结构模型 262

10.3.3 LAGrid-MOM的实现及应用 264

10.4 服务聚合 269

10.4.1 服务聚合的概念 269

10.4.2 LAGrid服务聚合模型 271

10.5 动态数据聚合 273

10.5.1 动态数据聚合模型 273

10.5.2 LAGrid动态数据聚合服务 276

10.6 安全 278

10.6.1 数字化学习的安全问题 278

10.6.2 网格安全 279

10.6.3 LAGrid安全体系 280

10.7 资源共享 287

10.7.1 数字化学习资源共享 287

10.7.2 LAGrid学习资源共享环境 292

10.8 协同工作 299

10.8.1 协作感知服务 299

10.8.2 三维协作感知模型 302

10.8.3 面向网格的协作感知语言GOCAL 304

10.8.4 GOCAL协作感知运行时的实现 312

10.8.5 人-系统-人协同工作环境 315

参考文献 318

图1.1 Internet的演变 3

图1.2 网格发展的三个阶段 5

图1.3 I-WAY系统和I-POP节点的构成 6

图1.4 网格、公用计算与按需计算之间的关系 10

图1.5 与网格相关的组织机构 11

图1.6 美国FusionGrid分布图 14

图2.1 五层沙漏模型 16

图2.2 软件开发复用模式的演变 18

图2.3 服务接口和具体实现的关系 18

图2.4 SOA的语言、平台和厂商无关性 19

图2.5 SOA模型 20

图2.6 SOA实现平台的基本组成 20

图2.7 服务组合示例 21

图2.8 Web服务协议栈 22

图2.9 端点引用结构 23

图2.10 最新的端点引用结构 23

图2.11 消息信息头的结构 23

图2.12 消息信息头结构与SOAP消息的关系 24

图2.13 SOAP消息的结构 26

图2.14 WSDL文档结构 27

图2.15 WSDL与SOAP绑定的代码例子 28

图2.16 发布Web服务的两种方式：UDDI和WSIL 28

图2.17 UDDI信息模型 29

图2.18 从WSDL到UDDI的映射 30

图2.19 UDDI和SOAP 30

图2.20 服务发布：WSIL文档 31

图2.21 WS-Security协议族 31

图2.22 基于WS-Coordination的集中式协调流程 33

图2.23 BPEL例子 35

图2.24 定义变量 35

图2.25 定义业务过程 36

图2.26 WS-CDL规范的核心语言成分 37

图2.27 WS-CDL活动 37

图2.28 Web服务体系结构 38

图2.29 OGSA体系结构 39

图2.30 网格服务的结构示意图 40

图2.31 OGSI的层次结构 41

图2.32 网格服务、OGSA、OGSI、GT3和Web服务的关系 42

图2.33 Web服务资源框架WSRF的组成 42

图2.34 基于WSRF的OGSA体系结构 43

图2.35 GT4体系结构 43

图2.36 信息服务MDS4 45

图2.37 OGSA资源管理级别 47

图3.1 中间件技术分类和发展过程 49

图3.2 RPC工作流程 50

图3.3 CORBA工作原理 51

图3.4 消息中间件传输模式：点到点和订阅-发布 52

图3.5 J2EE分层结构 53

图3.6 资源管理系统抽象模型 55

图3.7 JSDL Schema 56

图3.8 资源信息存储模式分类 57

图3.9 Min-min算法 62

图3.10 Suffrage算法 62

图3.11 禁忌搜索算法 64

图3.12 短跳过程伪代码 65

图3.13 HEFT算法示例 66

图3.14 HEFT算法示例的求解结果 68

图3.15 TDS算法示例 69

图3.16 TDS算法示例的原始调度方案 71

图3.17 基于任务复制的TDS调度方案 71

图3.18 线性和非线性任务簇 72

图3.19 DSC算法示例调度结果 73

图3.20 TPCC计算示例 74

图3.21 GSP框架 74

图3.22 Condor作业生命周期 75

图3.23 Nimrod/G体系结构 77

图3.24 GridWay核心结构 78

图3.25 数据传输技术分类体系 78

图3.26 网络存储堆栈 80

图3.27 网格工作流管理系统 83

图3.28 PKIX模型 91

图3.29 Kerberos工作流程 92

图3.30 网格安全问题分类体系 93

图3.31 GSI大纲视图 95

图3.32 CAS工作原理 97

图3.33 Akenti系统体系结构 97

图3.34 PERMIS PMI 98

图3.35 MyProxy工作流程 99

图3.36 网格监控体系结构GMA 100

图3.37 Ganglia体系结构 101

图3.38 关系型网格监控体系结构 102

图3.39 第一代网格门户的三层体系结构 103

图4.1 P2P网络拓扑类型 107

图4.2 Chord网络示例 109

图4.3 Chord网络节点查询表 110

图4.4 CAN网络示例 111

图4.5 Pastry网络节点路由表示例 112

图4.6 Tapestry邻居映射表 114

图4.7 de Bruijn图及其路由算法 115

图4.8 Koorde路由算法及示例 116

图4.9 MAAN系统示例 120

图4.10 两级P2P网格结构 123

图4.11 子树T（Pi→Pj）示例 125

图4.12 索引向量树示例 125

图5.1 DIKW模型 127

图5.2 智慧网格体系结构 128

图5.3 符号学、异构性、Web技术和DIKW的对应关系 129

图5.4 Web、语义Web、Web服务和语义Web服务 129

图5.5 Web服务、语义Web、网格计算和语义网格 129

图5.6 Web技术的演化 130

图5.7 语义Web体系结构 131

图5.8 非结构化、半结构化和结构化数据示例 132

图5.9 语义层次 133

图5.10 RDF模型示例 134

图5.11 空节点 134

图5.12 OWL-S服务本体的上层结构 144

图5.13 过程本体 145

图5.14 WSDL-S工作原理 146

图5.15 WSMO框架Web服务元素的结构 147

图5.16 服务发现参考体系结构 148

图5.17 语义能力匹配算法 150

图5.18 基于服务档案本体的语义匹配 150

图5.19 基于图的匹配算法 151

图5.20 服务描述和服务图示例 152

图5.21 服务发现的三个子过程 153

图5.22 语义网格体系结构S-OGSA 153

图5.23 InteliGrid体系结构 154

图5.24 K-WF网格体系结构 155

图5.25 下一代网格层次结构 156

图5.26 K-Grid网格体系结构 157

图6.1 流媒体系统体系结构 159

图6.2 H.26X和MPEG系列标准 160

图6.3 MPEG-4参考模型 161

图6.4 媒体服务器体系结构 162

图6.5 文件系统类型：分区和集成 163

图6.6 Tiger Shark系统体系结构 164

图6.7 Fellini系统架构 164

图6.8 支持流媒体应用的Internet协议栈 167

图6.9 CDN拓扑示意图 169

图6.10 MobiVoD体系结构 170

图7.1 协作技术需求的广泛性 174

图7.2 现实协作流程——各种协作形态的和谐交叠 175

图7.3 协调机制及其实现技术 176

图7.4 协作环境中上下文感知的协作服务 177

图7.5 协作技术集成 177

图7.6 基于消息中间件的企业协作系统 178

图7.7 基于虚拟组织的结构化协作 179

图7.8 NSF蓝带顾问小组推荐的五类基本服务 180

图7.9 基于网格的协作环境框架 182

图7.10 协作信息本体模型 183

图7.11 GCWF中的协作服务 183

图7.12 组织记忆与知识管理的关系 187

图7.13 活动和上下文的叠代性 188

图7.14 协作者与协作上下文之间的交互 188

图7.15 基于上下文的信息共享 189

图7.16 协作上下文本体模型 190

图7.17 Collaboratories 191

图7.18 用户行为分类 195

图8.1 LCMS联盟的数字化学习系统功能结构 202

图8.2 LMS一般模型 204

图8.3 LMS与ITS的融合 204

图8.4 学习管理系统的演变 205

图8.5 协作学习的地位与作用 209

图8.6 L2L协作学习框架 209

图8.7 PBL的四种方式 211

图8.8 PBL的活动构成 211

图8.9 WebDAV的一种组合应用 213

图8.10 Annotea原理示意 213

图8.11 联邦式协作环境框架 215

图8.12 O.K.I体系结构 216

图8.13 Sakai体系结构 217

图8.14 Sakai对群体活动的支持 217

图8.15 JISC数字化学习框架 218

图8.16 JISC数字化学习框架的层次模型 218

图8.17 网格的层次框架 222

图8.18 教育服务网格体系结构模型 228

图9.1 人机交互协作环境 235

图9.2 远程学习评价活动的简化流程 236

图9.3 LAGrid门户主页 237

图9.4 LAGrid体系结构 238

图9.5 LAGrid业务流程图 240

图9.6 LAGrid运行场景 241

图9.7 LAGrid网格节点分布 241

图9.8 领域服务到网格基础设施的映射 242

图9.9 系统运行环境示意 243

图9.10 网格节点扩展流程 244

图9.11 扩展过程关键数据交互 244

图9.12 LAGrid监控与运行 245

图9.13 复制管理与邻近点选择 247

图9.14 资源复制及其复制策略 247

图10.1 LAGrid资源分配与调度框架 249

图10.2 调度算法 251

图10.3 本地调度模型 252

图10.4 全局调度模型 252

图10.5 平均响应时间 254

图10.6 服务器利用率 254

图10.7 调度信息交换 255

图10.8 LAGrid组织管理层次结构 257

图10.9 UDDI信息模型 258

图10.10 LAGrid信息模型 259

图10.11 网格信息服务实现框架 260

图10.12 LAGrid消息服务 260

图10.13 RPC传输模型 261

图10.14 MOM传输模型 261

图10.15 LAGrid-MOM体系结构 263

图10.16 服务定位和消息路由 265

图10.17 LAGrid-MOM的服务重组 268

图10.18 消息处理过程 269

图10.19 服务聚合原理 270

图10.20 服务聚合执行过程 271

图10.21 服务聚合的实现模型 272

图10.22 动态数据聚合模型 273

图10.23 动态数据聚合的实现框架 277

图10.24 协作流程运行监控与调整 278

图10.25 虚拟组织重叠策略域 280

图10.26 LAGrid安全体系 281

图10.27 统一入口示意图 282

图10.28 用户认证及单一登录 283

图10.29 用户注销过程 283

图10.30 安全令牌服务 284

图10.31 WSE架构 285

图10.32 跨组织的安全资源访问 286

图10.33 数字化学习环境对学习活动的全面支持 287

图10.34 元数据和语义标注的类型 289

图10.35 本体研究视图 290

图10.36 IMS Enterprise规范的学习资源共享环境 292

图10.37 LAGrid资源共享环境 293

图10.38 资源订阅过程示意图 295

图10.39 资源检索过程示意图 296

图10.40 资源适应性配送原理框架 297

图10.41 基于协作格设施的协作感知服务 299

图10.42 跨越群组边界的协作感知交互 300

图10.43 三维协作感知模型 302

图10.44 大规模群组协作模态的多样性 303

图10.45 基于复合感知事件的协作情景创建 311

图10.46 GOCAL运行时系统 312

图10.47 分布网络环境下的事件检测 313

图10.48 复合感知事件的模式树结构 314

图10.49 事件识别状态机 314

图10.50 基于MOM的协作感知驱动流程 316

图10.51 感知驱动下的跨组织协作流程 317

表1.1 ISO RM-ODP所定义的八种透明性 9

表2.1 BPEL原语活动 34

表2.2 网格服务标准接口 40

表3.1 所有任务节点的est和ect值 69

表3.2 所有节点的最优前驱 70

表3.3 所有节点的lact和last值 70

表3.4 所有任务节点优先级 70

表3.5 复制策略分类指标体系 81

表4.1 网格和P2P特点比较 107

表4.2 Pastry网络参数 112

表4.3 Koorde路由过程示例 116

表6.1 常用周期广播算法比较 170

表7.1 感知概念的多种定义 184

表7.2 自上而下模式和自下而上模式的区别 193

表10.1 符号说明 253

表10.2 数据实体服务层描述的元素 274

表10.3 服务聚合层描述的元素 275

表10.4 跨组织聚合层描述的元素 275