服務契約在網格計算中的應用

摘 要:從市場經濟模式下的網格服務模型出發，研究滿足基于市場需求的網格計算為目的，先后討論了服務契約的三個內容，首先給出粒度的概念，其次描述服務粒度化的必要性，然后闡述了服務契約的產生，最后按照企業建議的內容提出一種格式化契約的形式。該服務契約適用于作為市場模式下網格計算的服務供需雙方的電子交易憑證。關鍵詞:網格計算;服務粒度; 服務契約; 電子交易憑證

中圖分類號:TN915-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)18-0087-04

Application of Service Contract in Grid Computation

ZHU Hui1，2 

(1.Department of Computer Science and Technology， Xi’an University of Post Telecommunications， Xi’an 710121， China;

2.School of Computer Science Technology， Xidian University， Xi’an 710071， China)

Abstract: With the development of grid computation technology， the distributed resource scheduling and user certification become an important subject of network service. Service contract as a solution of resource certification and distribution， which is accepted by more and more network service systems. Proceeding from the grid service model under the market economy， aiming at the grid computation based on the market requirement， three contents of service contract are discussed in this paper. At first， the concept of granulation and service granularity are offered. Secondly， it describes what is service contrast. Finally， the form of a contract format is suggested in accordance with the recommendations of the enterprise. The concept of service contract can be applied to be the E-commerce proof between the service providers and service consumers in the grid computation of the market economy.Keywords: grid computer; service granularity; service contract; electronic trade evidence

0 引 言

網格計算(grid computing，GC)[1]作為分布式計算的一個分支，與傳統的分布式計算技術相比，網格計算的特點主要體現在三個方面，即協調非集中控制資源，網格整合各種資源，協調各種使用者;使用標準，開放，通用的協議和界面解決認證、授權、資源發現和資源存取等基本問題;網格允許它的資源被協調使用，以得到多種服務質量，滿足不同使用者需求，如系統響應時間，流通量，有效性，安全性，及資源重定位，使得聯合系統的功效比其各部分的功效總和要大得多。正由于它有如上特點，網格計算已經廣泛地被企業和政府用于IT優化、分析加速、信息訪問、工程設計、設計協作和信息存取等領域。成功的網格應用主要有:美國的Globus[2]，Legion[3]，Condor，IPG等;歐洲的CERN DataGrid[4]，UNICORE，MOL等;澳大利亞的Nimrod/G[5]，EcoGrid等;日本的Ninf[6]，Bricks等。最新的歐洲電子對撞機的數據處理系統就是按照網格計算模式建立的三層數據處理交換機構。

網格計算本質上利用互聯網技術，形成一個巨大的的資源和作業池。然而，大多數的網格服務都是在可信任的內部網絡之上的，而不是與外部的合作者之間進行資源調度，所以它存在著一定的局限性。網格服務商業化的需求將會隨著技術進步而擴大，當企業把服務看作一個在商業中能夠發揮實際影響時，它會將本地服務資源進行分割，并且提供給任何經授權的作業使用。

1 粒度和服務粒度

粒度[7]即取不同大小的對象，將原來“粗粒度”的大對象分割為若干“細粒度”的小對象，或把若干小對象合并成一個大的粗粒度對象來進行研討。人們在思考問題時，或者是先從總體進行觀察，然后再逐步深入地研究各個部分的情況;或先從各個方面對同一問題進行不同側面的了解，然后對它們進行綜合;或是上面兩種方法的組合，即時而從各側面對事物進行了解，然后進行綜合觀察，時而綜合觀察后，對不甚了解的部分再進行觀察。根據需要從不同側面、不同角度反復對事物進行了解、分析、綜合、推理，最后得出事物本質的性質和結論。

Zadeh在討論模糊信息粒度理論時，提出人類認知的3個主要概念，即粒度(granulation)、組織(organization)、因果(causation)。其中，粒度包括將全體分解為部分;組織包括從部分集成為全體;因果包括因果的關聯[8-9]。他還進一步提出對粒度的計算，認為粒度計算是一把大傘，它覆蓋了對所有有關粒度理論、方法論、技術和工具的研究，指出:“粗略地說，粒度計算是模糊信息粒度理論的超集，而粗糙集理論和區間計算是粒度數學的子集”。

在網格計算中， 粒度是指人們處理的文件或記錄的規模，即操作的規模和范圍，通過粒度組合可以解決一個復雜的作業。例如，一個在數百個處理器上運行的大型仿真程序可能會將整個仿真內容作為一個數百GB的文件進行讀/寫，也可能會讓各進程只讀/寫代表其各自負責那部分仿真數據的文件。這樣的應用通常由GridFTP(網格文件傳輸協議)來承擔，在網格上提供并行文件系統必須要克服兩個主要的挑戰:其一是身份驗證和用戶身份映射;其二是在重負載的情況下提供高性能的處理能力，此時可能會有數千臺機器同時訪問同一個文件系統。一般可采用統一的身份標識和服務粒度化解決這兩個挑戰。

服務是公開的一組功能的集合，服務粒度指的是服務所公開功能的范圍。隨著網絡服務市場化和商業化，為數眾多的小型企業沒有充足資金構建私有的信息處理平臺，必定會產生大量的小服務需求，這種需求對以提供服務而盈利的企業非常重要。當Web服務在商業合作伙伴之間創建時，提供服務的企業可以將整塊資源進行劃分，為每個請求創建單獨的服務，使得公司銷售服務非常的容易，即服務的粒度化。例如，企業可能提供一個服務，為更快地響應一個用戶，需要對他收取更多的費用;或者他也許會為更好的穩定性而收取更多的費用。因此企業可以與諸多消費者之間為這個服務的公司簽訂兩類不同的協議:一是為那些需要更高層次服務簽訂原意付出多費用的協議;二是為那些滿足于更低層次服務的公司簽訂不愿意付出過多費用的協議。。

隨著公司的發展，業務模式不斷變化，以及對數據處理的不同需求，表明:“服務是動態的，須要根據需求相對頻繁地更新或者替代專項服務”。而服務功能和數據庫、操作系統、服務器與存儲綁定，這種緊耦合方式缺乏與其他系統的互操作性，初期需要大量的資金投入，往往會導致用戶對某個廠商的依賴。如何靈活地構建這些服務粒度以滿足各類不同的需要，一般存在以下3種類型，如圖1所示。

圖1 網絡服務組合

基本服務 基本服務即是系統提供的最小粒度服務，或者說是原子服務。這類服務考慮的是利用它們的可重用性，它們是組成一些較大粒度服務的基礎。基本服務可以說是原有系統跟業務需求細分的中間結合點，它既是原有系統能夠提供的最細粒度服務，同時也是要設計的系統最細粒度服務。

合成服務 合成服務是基本服務的簡單組合，只是為了把具有相同功能，但操作不同業務對象的基本服務組合到一起，形成一個對外提供相同功能的服務。它類似設計模式里面的工廠模式，只要告訴服務接口傳進來的是哪一個業務對象，那么服務就能自動識別應該調用哪一個基本服務。

組合服務 組合服務是系統里面最復雜的部分，它不是將基本服務簡單地堆積到一塊，而是最大粒度的服務，里面各個基本服務的關系受到工作流程的控制。它是基本服務與工作流程的結合。

實現服務間松耦合的一個最重要思想就是服務粒度化，它可以降低服務的復雜性，提高服務的重用性，使服務能夠更好地適應需求的變化。當用戶需要更低成本的服務解決方案時，可以滿足他們從小規模的數據處理請求，并隨著業務的增長逐步擴大規模，同時根據自身的需求增加服務質量和其他功能等。與此同時，用戶可以使用點到點的通信方式，避免新增加昂貴的服務器。服務粒度劃分的本質是通過重組、松耦合的方式來實現服務的重用。分布式服務的提供則把松耦合的優勢發揮得淋漓盡致。它可以幫助用戶擺脫緊耦合的束縛，以較少的投資開始得到數據處理需求，用戶只配置需要的功能，并根據需要以漸進的方式擴大整合的規模。

2 服務契約

在WCF(Windows communiction foundation)中，一個服務契約是邏輯相關的操作組合。在網格服務中，最基本的交互是在服務提供者與服務用戶之間進行的，服務契約是用于描述服務交互情況的一組規則。對于這兩者之間的每一次交互，其中一方提供數據和功能的某一組合，而另一方則使用它。在提供者能夠向用戶提供所有由該服務提供的數據功能之前，無論采用何種方法，這兩者必須達成共識，形成協議或者說建立契約，以此來指定提供者正在執行的這個服務的詳細信息。就像是建立任何好的合法契約一樣，這兩者處于“正常交易關系”，它們仍然是相互獨立的個體，雙方不會互相干擾彼此的事務處理，除非契約明確規定需要這樣做。從本質上而言，這個契約使提供者與用戶之間的關聯關系滿足松散耦合，松散耦合要求交互的雙方應該含有盡量少的控制它們之間關聯關系的必要信息。軟件滿足松散耦合的全部原因在于:可以完全獨立地創建和控制每一個IT環境下的組件。選擇實現松散耦合的方法是:通過實現系統的契約接口，以及當允許交互雙方的每一方都可以獨立改變它們實現契約的方式時，確保仍然保持那些已被契約約定的關聯關系。

在網格應用中，契約是介于任何的Web服務提供者和任何的服務消費者之間的，它是對服務內容的描述，是對一系列的技術數據和可能的商業信息進行了具體的規范。對于最簡單的情況，契約提供了關于一個服務被提供者創建的一些細節，通過同意契約，雙方都能夠在實際編碼進行之前就確定知道什么東西將被提供。所以，契約是對服務行為的可見內容的表示，因此在契約中絕對不會包含提供者和用戶實際交換的數據，或者任何關于提供者和用戶是如何滿足契約要求的說明。另外，由于用戶是隨著提供者的變化而變化的，那么對于一個簡單的服務就可能存在多個契約。既然，契約是使服務起作用的關鍵，因此它應該包括的內容是:

描述功能需求。提供者將向任何選擇遵守契約內容的用戶提供的功能。契約應該定義提供者所提供的函數，返回數據或者是這兩者的組合。

提供非功能需求。不僅是服務做什么，而是它針對業務如何做的詳細信息。這包括兩方面的信息，提供者為提供其功能以及數據的責任，同樣用戶提供其功能以及數據的期望責任，以及他們需要提供的返回，例如有效性、安全性和基于服務考慮的其他性能。

指定在用戶與提供者之間的約定規則，這就是通常所說的策略，控制誰可以訪問提供者，使用者必須遵守的安全規程，以及其他所有適用于這個交換的規則。

實際上，在服務交互過程中存在兩種不同性質的契約。第一種，在兩個業務實體之間有合法的約定;第二種是這兩者之間旨在共同協作的技術關系。為了簡化這個技術關系，可以在契約中使用一個代表某些簡化的抽象，這些簡化是針對服務如何像個體一樣工作而言的。正像合法的契約是對一系列可執行規則和約定進行概述的文檔，這些規則和約定是由雙方都理解的語言編寫的，在IT業也需要以用戶和提供者都理解的標準化方式來定義一個保證IT“約定的規則”的契約，為每個使用者提供其相互交流所需要的信息。

3 契約的定義

如上所述，網格中的服務契約不是法律條文，它具備商業作用。這些契約通常涉及到商業牽連，而不只是技術牽連。例如，一個契約包括一個服務如何被認證的細節，具有關于認證、加密和授權的細節;它也可以包含服務層次協議(SLAs);同時它也可以包含商業信息，包括計帳、測量和監管將如何開展。所以，契約包括的是服務信息而不是服務本身，服務只需要被創建1次。當另一個不同的合作者使用這個服務，只需要修改契約。這使得可以用一種輕松有效的方法快速地布置服務。例如，一個電訊提供商想要通過使用一個能夠產生麻煩的票據接口，訂購進入、記賬以及綜合的方式為廣泛的消費者提供網絡服務，它可以通過創建一個服務來做這些，同時為不同的消費者基于每一個消費者的商業和技術的需求來創建不同的契約。

企業推薦執行服務契約定義流程有3點:

(1) 定義服務:包括定義用戶類型和描述服務的功能，敘述服務品質和適用性的約束條件，定義服務所提供給預期用戶的價值，以及其他使用要求的約束條件。

(2) 定義如何使用服務:定義請求的消息和語義格式，識別特殊結果和行為的條件，確定產生結果的處理、活動和步驟的流程。

(3) 定義服務間如何交互:定義用戶如何與服務通信，描述可接受的通信協議，選定適合的調用風格(請求/響應、通知、事件驅動等等)，設置你為服務預計的生命期。

完成上述步驟之后，將得到基于定義明確的契約，并且滿足松散耦合的服務。該契約是一個關于服務的元數據的集合，包含了很多可以操作的層次，從而表達如何交流和交流的期望目標。結合Ian Foster于2001年提出了網格計算協議體系結構，設計格式化的契約，使服務雙方達成以契約方式作為憑證，如圖2所示。在這個結構中，各域描述如下:

契約版本:為了保證隨著技術的發展，保證契約的兼容性而設定。

契約生命期:表示服務請求者和服務代理雙方達成服務的最長有效時間，這里不是和服務提供者達成的協議，原因在于服務內容在不同服務資源上的開始和截至時間是不同的。

圖2 結構化的契約格式

用戶信息:通常為用戶標識ID。它有兩個作用，首先，作業可能會需要多個基礎服務設施的項目，為了避免用戶多重注冊錄多個服務而引發的信任危機，采用單點登錄和代理委托，方便于管理，支持便利安全的通信。其次，可以通過這個用戶ID允許契約的持有者可以到用戶目錄進行查詢。它和信任路徑由可信第三方提供。

信任路徑:該域描述用戶到服務者之間的信任傳遞關系，它利用網格中安全通信與認證授權控制的核心協議，同本地安全策略的整合和基于用戶的信任策略等功能，實現授權認證和安全控制的描述。

作業描述和業務流程:該域根據定義請求的消息和語義格式描述了作業內容和業務流程，描述實現協調各種資源之間的交互。它將分配的受控資源匯集在一起，形成粒度服務環，供虛擬組織的應用程序共享和調用，識別特殊結果和行為的條件，確定產生結果的處理、活動和步驟的流程。作業定義和業務流程由作業所有者提供。

服務描述:由資源所有者提供的服務單位，用于某個作業所提供的服務內容的描述，包括:定義服務類型和描述服務的功能，敘述服務品質和適用性的約束條件，定義服務所提供給預期用戶的價值，以及其他使用要求的約束條件。它起到控制局部資源的作用，它與服務實體從資源池目錄中獲得。

服務實體:網絡所能提供的服務分兩類，物理資源包括計算資源、存儲系統、目錄、網絡資源等;邏輯資源包括分布式文件系統、分布計算池、計算機群等。它們均由物理或邏輯實體組成，可以提供計算、帶寬、數據、知識、存儲、軟件、信息的服務內容。

該格式化契約用于描述服務交互情況的一組規則，為作業調度提供了一種作業資源管理依據，它的目的在于:

(1) 利用網格資源管理機制隱藏異構性，為用戶提供統一的訪問接口;

(2) 屏蔽資源的動態性，保證用戶使用的質量;

(3) 尊重資源的本地管理機制和策略;

(4) 提供了作業網格用戶信任的審查機制，確保網格資源的安全和資源擁有者的權益。最后將網格提供給作業的各種分散資源聯系起來，協作完成作業要求。

4 結 語

隨著網絡服務市場化商品化的進步，以契約為規范服務提供者與作業所有者之間合約關系的形式必將成為資源分配的首選。本文從分析網格計算應用入手，并結合網格體系結構，先后介紹了粒度、服務粒度、服務契約等概念，隨后提出一個結構化契約格式的設計方案以供討論。由于目前對于服務契約的定義和結構還沒有達成一個統一標準，所以本文提出的結構化契約模型具有一定現實意義，筆者將在后續的文章中做進一步的闡述，以實現該結構化的契約。

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