ＡＵＴＯＮＯＭＩＡ：一种自主的计算环境

王纪文

提要网络技术、服务和设施的发展使得现今的网络系统能够利用一系列的开发和管理工具设计出安全可靠的网络系统和各类网上服务。事实上，当系统自身的设计开发到达一定的复杂程度，伴随着异构网络环境问题的日益严峻和信息量的不断增大，我们的信息基础结构已经变得越来越不可掌控和不安全了。由此，要涉及到计算机的自动计算。所谓自动计算系统，就是系统本身能够自我定义、自我修复、自我配置和自我优化，等等。本文介绍实现这样一个自动化计算的体系结构。

关键词：AUTONOMIA；网络技术

中图分类号：F49文献标识码：A

一、介绍

广泛的网络技术部署已经造成了互联网应用程序的服务工作正呈指数增长。由于信息量的巨大和采集上的困难，加之网络环境的异构性，使得管理和控制这些应用程序服务的调研工作很难开展。

对于这些极具挑战性的研究问题，一种潜在的解决方式或者能从生物学系统得到启发，因为这种系统已经在管理和控制复杂、交互式的系统中得以成功运用。这种解决方式被称作是自动处理，其提倡分布式信息系统能够最终被设计成可以自动配置、自动部署、自我优化，并且是安全的，容错能力强的，还能够摆脱人类管理员下达的指令自我参与超负荷工作。

二、自动处理：处理的新纪元

IBM公司最近展开了一项主要力在发展自动处理系统和服务的项目。最主要的方法就是去建立一种能够自我管理，并能根据工作量的变化调整系统资源使其达到最优的处理系统。这种能够自我配置甚至在无人值守的环境中自我修复的方法是受人类自主神经系统启发的。这一发展下一个处理系统纪元的概念是建立在生物学系统和数字处理系统之上的。

Paul Horn在他先驱式的文章中为自动处理系统确立了8个关键的元素和特征。将来在瓶颈技术突破、自动处理的定义可能发生改变的情况下，以下的列表给出了八条自动处理系统的特征：自我定义、自我保护、自动优化、自我修复、自我配置、逻辑清晰、开放和可以预知未来。

三、AUTONOMIA的设计方法

这项工程的目标是自动部署移动代理商使其具有自我管理属性。这种自动化的结构是建立在先前的两个项目基础之上：适应性分布式虚拟计算环境（ADVICE）和应用软件控制和管理系统（CATALINA）。这种自动化的环境为应用程序开发人员提供了所有为维护软件未来服务需求和属性所必要的管理和控制工具，并且还提供在线监控和管理机制。

（一）应用程序管理编译器（AME）。它为应用程序的开发人员提供了能强化应用软件的自动化需求（如自我优化和自我修复等）和寻找适当的方法满足其需求的服务。编译器的主要功能是在结构存储方面控制应用软件的管理需求。

（二）自动化的中间件服务（AMS）。在AME的基础上定义应用软件管理需求以后，下一步要做的就是利用AMS服务去建立一种在应用程序执行阶段能够合理地动态控制分配资源的应用程序的执行环境。

1、自我修复。对于每一种错误类型（系统、组建或者代理），相应的软件代理有责任测试程序。在监控阶段，一旦程序运行出现错误，错误处理器将把焦点集中在已经出现的错误上。例如，在组件方面上检测出现了问题，代理就会持续监控组件的执行和它的CPU占有率。当组建停止运行的时候，它的执行状态将会被错误处理器检测到，然后处理器将会分析和确定错误类型以及要纠正这个错误需要做什么。当这些准备工作都完成了，错误处理器就会挑选相应的修复程序去执行。如果系统自身出现错误，错误处理器将会和Application Delegated Mander（ADM）协商，以确立另一台好的主机去运行已经受到影响的组件。

2、自我优化。与自我修复的方法相似，在自我优化的方法中也将有一个叫做自我修复的handler软件代理，它的责任就是在运行的时候优化应用程序和系统性能。这种自我优化的handler会选择合适的机械装置优化应用软件的性能（如利用移植应用程序组件等），从而改变全部资源的分配和负载平衡。

四、自动执行方法

在这部分中，我们讨论自动化的主要执行模块。主要介绍执行系统自我修复的功能。

（一）移动代理系统。设计自动化的移动代理系统就是为了给移动代理商提供一个能够独立于硬件设施和操作系统的统一的执行平台。它能够接收代理、执行代理、监管代理的状态，并且能够将代理从一个地方转移到另一个地方。它还为AUTONOMIA提供能够跟踪在这个环境里进行的连接和撤销等系统一系列的操作。在这个移动代理系统中，定义了一个组件代理传输协议，作为MAS的接入点。它负责从远程计算机中接收代理，而忽略计算机是否为可以代理的操作系统，并将代理发送到能够代理的主机上。

（二）应用程序管理编译器。一个用户可以从在组件库中注册的已经定义好的库里通过选择组件，建立起组件之间的联系，从而开发属于自己的应用软件。另外，要发展应用程序流程图，AME能够使用户为每个组件的管理要求作详细说明，并且存储在组件库中。AST通过使用应用模版中的类，为应用程序提供一种独特的、有代表性的管理和控制属性。管理和控制的信息包括名字、描述、属性（应用程序特有性质的列表）、容错能力、安全、监控技术和监控参数将存储在应用系统的模版类里。AST用的是可扩展标识语XML。

（三）自动化的中间件服务。AMS提供了为实现自动计算环境的自动化管理服务核心。AMS提供的服务使用了移动代理。AMS提供的主要服务有组件库、资源库、java空间，要更进一步说明的是，每个AMS服务都是使用被应用程序和系统状态动态选出的运算法则而执行的。

五、总结

本文介绍了一种实现自动计算环境（AUTONOMIA）的体系结构，利用该实现方法可以自动控制和管理大规模、平行的、分布式的应用软件。讨论了当组件、代理或者系统出现错误时自我修复的方法模式设计思想，目标是继续实现环境的自我优化和自我保护。

（作者单位：首都经济贸易大学信息学院）

主要参考文献：

[1]R.E.Barlow and R.Campo，“total Time on test Processes and Applications to Failure Data analysis”，reliability and Fault Tree Analysis （R.E.Barlow，J.fussellandN.Singpurwalla，eds.），SIAM，Philadelphia，1975.

[2]H.Okamura，A.Fujimoto，T.Dohi，S.Osaki and K.S.Trivedi，“The Optimal Preventive Maintenance Policy for a Software System with Multi Server Station”，Proc.6th ISSAT Intl Conf. Reliability and Quality in Design，2000.