基于MDS4的網絡資源管理

唐麗麗，侯韶華

（南京郵電大學 光電工程學院，南京210003）

0 引言

在過去幾年中，軟硬件技術都發(fā)生了翻天覆地的變化，主要表現為硬件的高速化與軟件的復雜化，計算機的計算能力和存儲能力都有了質的提高。但在許多應用領域中，如科研、工程以及商業(yè)領域，仍然有一些問題技術是使用現有最先進的超級計算機也不能很好地解決。這類問題的特點是需要高強力計算，以及TB級到PB級的數據處理與共享。為了解決這類問題，網格技術應運而生，它通過高速網絡連接分布在不同地理位置的各類資源，不但是各類計算資源（超級計算機），而且包括各種大型數據庫、大容量存儲設備以及其他高性能儀器設備，形成對用戶相對透明的虛擬高性能科研環(huán)境。

但在傳統的網格系統中，并沒有把網絡作為一種可控制的資源提供給用戶，只是作為一種數據傳輸的媒介[1]。傳統網格系統不能像調度應用資源一樣調度網絡連接資源，難以將網絡資源進行分配和配置。隨著智能光網絡的發(fā)展，網絡由原來間接為用戶提供服務的業(yè)務支撐網，逐步演變成為可以直接面向用戶提供電路、帶寬、用戶端設備，甚至波長業(yè)務的新業(yè)務網絡[2]。這種發(fā)展趨勢使網絡逐漸具備了靈活預留、分配、重配置等功能，為網絡的地位提升提供了技術支持。

光子網格就是將光網絡資源進行抽象化，融合其它網格資源，為用戶提供動態(tài)可控的網格服務，實現廣泛資源共享的一種基礎設施。對于數據密集型的網格應用，光子網格能夠提供廉價的帶寬資源和可靠的傳輸性能。光子網格的主要目標就是按需地為網格業(yè)務提供光網絡資源，使光網絡資源與傳統的應用資源一樣，成為網格可共享、可調度和可管理的資源的一部分。

1 網格監(jiān)控和發(fā)現服務（MDS4）

（GT4，Globus Toolkit4）是目前應用最為廣泛的網格開發(fā)工具包，網格監(jiān)控中間件（MDS4，Monitoring and Discovery Service）是一種基于網格計算環(huán)境的信息服務，主要完成對網格計算環(huán)境中資源的監(jiān)控（包括資源的采集、注冊、更新等）和發(fā)現（包括資源的查詢等），提供網格計算環(huán)境的一個真實、實時的動態(tài)反映[3]。MDS中的信息流動如圖1所示。

聚合器資源：是一個Java類，用來實現聚合器框架中收集到的 XML格式的數據的接口。它使用信息資源特有的訪問機制和聚合器特定的Web服務接口從所有注冊的資源中，周期收集信息的最新數據和狀態(tài)。聚合器服務把所有收集的信息保存為XML格式，該格式可以使用Xpath表達式進行查詢。

聚合器框架：負責對聚合器源中的數據進行收集、管理和索引。

聚合器服務：包括索引服務、觸發(fā)服務和歸檔服務，都是建立在聚合器框架上的服務。索引服務，支持Xpath表達式從信息服務中查詢獲得最新值；觸發(fā)服，一旦收集到的信息符合用戶確定的標準時執(zhí)行特定的用戶響應；歸檔服務，在持續(xù)的數據庫中存儲信息資源值，然后用戶可以查詢數據庫獲得歷史信息[4]。

圖1 WS-MDS中的信息流動

2 基于MDS4的網格網絡結構模型

MDS4可以方便且準確地描述網格的計算節(jié)點，如CPU速度和數量、存儲大小、磁盤空間、操作系統類型和版本等等，但它目前不能描述計算機之間的網絡互聯。MDS4也不能保持網格節(jié)點之間的網絡性能屬性相關的信息[5]。

給出的網格網絡模型，把光網絡抽象為一種網格資源，用戶可以像調度應用資源一樣調度網絡資源，如圖2所示。為了突出網格網絡作為可調度的網格資源，模型把遠程應用資源都抽象為計算機（host），同時忽略交換機或路由器。

圖2 網格網絡的拓撲結構模型

這個模型把網絡進行了分組，每一個子網內的計算機具有大致相同的通信性能。模型中有一個特殊的節(jié)點：“根節(jié)點”——Grid B。這個特殊的節(jié)點列出了所有屬于該網格的子網絡——“myrinet”、“internet”、“gigabit”。這個“根節(jié)點”沒有雙親，它所有的孩子都是獨立的網絡組。圖中的葉節(jié)點對應于網格中的計算機資源，這些葉節(jié)點有一個或多個雙親但沒有孩子。

用XML保存數據。在XML描述符中，雙親有指向他們孩子的指針。程序閱讀并解析 XML數據后維護一個雙向鏈接：從父網格節(jié)點指向子網格節(jié)點的鏈接和從子網格節(jié)點指向父網格節(jié)點的鏈接。這個雙向鏈接可發(fā)現兩臺計算機是否相互通信并且如何相互通信（需要通過他們共同的父網絡分組），并可檢索屬于某一網絡分組的所有計算機（通過子網格節(jié)點列表）。下面給出了Grid B的部分網格網絡資源信息。

其中，XML描述符中主要有2種元素：grid nodes和GIS references。grid nodes（網格節(jié)點）代表可用Globus4 gatekeeper訪問的計算資源。Gatekeeper是位于遠程計算機上的一個進程，主要負責處理任務分配請求。它具有單一的入口地點，在收到客戶(client)的任務分配請求以后，它將和客戶互相進行安全認證，若客戶通過認證，則將被Gatekeeper映射到本地安全環(huán)境，同時，啟動一個具有本地權限的任務管理器JobManager。GIS references（網格信息服務引用）是一種使用MDS4或HTTP獲得XML描述的方法。

使用該模型訪問網絡資源的方法及過程如下：

（1）網絡資源端

當有網絡作為資源加入 Grid B時，主動向MDS4提交注冊信息（如：網絡帶寬、時延、損耗、父網絡節(jié)點、子網絡節(jié)點，等等）。并且，注冊具有生命周期，如果不定期更新的話就會超期。因此，MDS4中的聚合器會定期自我清理，當過期網絡資源停止更新注冊時就會自動消失。

網絡拓撲結構描述圖被映射進 MDS4：子網絡分組維護一個父節(jié)點列表，父網絡分組也維護一個子節(jié)點的列表。MDS4也提供將子節(jié)點注冊到父節(jié)點，其命令行程序如下：只需要給MDS4增加一個簡單的信息提供腳本，從而通過閱讀已經存在的MDS4配置文件找出父節(jié)點的列表，其命令行程序如下：

（2）聚合器服務端

MDS4中的Index Service周期性更新索引信息，將網絡資源的最新信息保存下來，并可供用戶進行Xpath查詢。

MDS4中的Trigger Service會根據用戶作業(yè)的要求，以及遠程應用資源映射到本地所需帶寬的大小、時延等性能選擇最佳的網絡資源，從而用戶選擇該最佳網絡資源傳輸作業(yè)。

MDS4中的Archive Service將用戶選擇的網絡資源實時保存下來，以供用戶查詢網絡資源相關的歷史信息。

3 結語

網格真正有效地使用依賴于對網格資源的有效應用部署。一個主要的困難來自于計算節(jié)點和網絡資源的異構性。而計算節(jié)點相對好掌握，但網格的網絡描述還不適合用于網格部署應用的約束條件。接下來的工作是要設計出基于資源組件的自動部署的模型，把網絡資源和普通應用資源作為對等資源，真正實現像電網一樣的光子網格。

[1] 劉冬梅. 光子網格中資源管理及數據傳輸機制關鍵技術研究[D]. 北京：北京郵電大學. 2007.

[2] 藍茜英，林剛. 光分組交換網絡中時隙波長交織網研究[J]. 通信技術,2010,43(09):1.

[3] SOTOMAYOR B,CHILDERS L. Globus Toolkit4: Java網格服務編程[M].北京：清華大學出版社，2009.

[4] 向穗華. 基于MDS4的網格資源及任務監(jiān)控系統研究[J].泉州師范學院學報:自然科學, 2008, 26(04):1-2.

[5] Lacour S, Christian P, Priol T. A Network Topology Description Model for Grid Application Deployment[M]. USA:IEEE, 2004.