基于MDS4的网络资源管理

唐丽丽，侯韶华

（南京邮电大学 光电工程学院，南京210003）

0 引言

在过去几年中，软硬件技术都发生了翻天覆地的变化，主要表现为硬件的高速化与软件的复杂化，计算机的计算能力和存储能力都有了质的提高。但在许多应用领域中，如科研、工程以及商业领域，仍然有一些问题技术是使用现有最先进的超级计算机也不能很好地解决。这类问题的特点是需要高强力计算，以及TB级到PB级的数据处理与共享。为了解决这类问题，网格技术应运而生，它通过高速网络连接分布在不同地理位置的各类资源，不但是各类计算资源（超级计算机），而且包括各种大型数据库、大容量存储设备以及其他高性能仪器设备，形成对用户相对透明的虚拟高性能科研环境。

但在传统的网格系统中，并没有把网络作为一种可控制的资源提供给用户，只是作为一种数据传输的媒介[1]。传统网格系统不能像调度应用资源一样调度网络连接资源，难以将网络资源进行分配和配置。随着智能光网络的发展，网络由原来间接为用户提供服务的业务支撑网，逐步演变成为可以直接面向用户提供电路、带宽、用户端设备，甚至波长业务的新业务网络[2]。这种发展趋势使网络逐渐具备了灵活预留、分配、重配置等功能，为网络的地位提升提供了技术支持。

光子网格就是将光网络资源进行抽象化，融合其它网格资源，为用户提供动态可控的网格服务，实现广泛资源共享的一种基础设施。对于数据密集型的网格应用，光子网格能够提供廉价的带宽资源和可靠的传输性能。光子网格的主要目标就是按需地为网格业务提供光网络资源，使光网络资源与传统的应用资源一样，成为网格可共享、可调度和可管理的资源的一部分。

1 网格监控和发现服务（MDS4）

（GT4，Globus Toolkit4）是目前应用最为广泛的网格开发工具包，网格监控中间件（MDS4，Monitoring and Discovery Service）是一种基于网格计算环境的信息服务，主要完成对网格计算环境中资源的监控（包括资源的采集、注册、更新等）和发现（包括资源的查询等），提供网格计算环境的一个真实、实时的动态反映[3]。MDS中的信息流动如图1所示。

聚合器资源：是一个Java类，用来实现聚合器框架中收集到的 XML格式的数据的接口。它使用信息资源特有的访问机制和聚合器特定的Web服务接口从所有注册的资源中，周期收集信息的最新数据和状态。聚合器服务把所有收集的信息保存为XML格式，该格式可以使用Xpath表达式进行查询。

聚合器框架：负责对聚合器源中的数据进行收集、管理和索引。

聚合器服务：包括索引服务、触发服务和归档服务，都是建立在聚合器框架上的服务。索引服务，支持Xpath表达式从信息服务中查询获得最新值；触发服，一旦收集到的信息符合用户确定的标准时执行特定的用户响应；归档服务，在持续的数据库中存储信息资源值，然后用户可以查询数据库获得历史信息[4]。

图1 WS-MDS中的信息流动

2 基于MDS4的网格网络结构模型

MDS4可以方便且准确地描述网格的计算节点，如CPU速度和数量、存储大小、磁盘空间、操作系统类型和版本等等，但它目前不能描述计算机之间的网络互联。MDS4也不能保持网格节点之间的网络性能属性相关的信息[5]。

给出的网格网络模型，把光网络抽象为一种网格资源，用户可以像调度应用资源一样调度网络资源，如图2所示。为了突出网格网络作为可调度的网格资源，模型把远程应用资源都抽象为计算机（host），同时忽略交换机或路由器。

图2 网格网络的拓扑结构模型

这个模型把网络进行了分组，每一个子网内的计算机具有大致相同的通信性能。模型中有一个特殊的节点：“根节点”——Grid B。这个特殊的节点列出了所有属于该网格的子网络——“myrinet”、“internet”、“gigabit”。这个“根节点”没有双亲，它所有的孩子都是独立的网络组。图中的叶节点对应于网格中的计算机资源，这些叶节点有一个或多个双亲但没有孩子。

用XML保存数据。在XML描述符中，双亲有指向他们孩子的指针。程序阅读并解析 XML数据后维护一个双向链接：从父网格节点指向子网格节点的链接和从子网格节点指向父网格节点的链接。这个双向链接可发现两台计算机是否相互通信并且如何相互通信（需要通过他们共同的父网络分组），并可检索属于某一网络分组的所有计算机（通过子网格节点列表）。下面给出了Grid B的部分网格网络资源信息。

其中，XML描述符中主要有2种元素：grid nodes和GIS references。grid nodes（网格节点）代表可用Globus4 gatekeeper访问的计算资源。Gatekeeper是位于远程计算机上的一个进程，主要负责处理任务分配请求。它具有单一的入口地点，在收到客户(client)的任务分配请求以后，它将和客户互相进行安全认证，若客户通过认证，则将被Gatekeeper映射到本地安全环境，同时，启动一个具有本地权限的任务管理器JobManager。GIS references（网格信息服务引用）是一种使用MDS4或HTTP获得XML描述的方法。

使用该模型访问网络资源的方法及过程如下：

（1）网络资源端

当有网络作为资源加入 Grid B时，主动向MDS4提交注册信息（如：网络带宽、时延、损耗、父网络节点、子网络节点，等等）。并且，注册具有生命周期，如果不定期更新的话就会超期。因此，MDS4中的聚合器会定期自我清理，当过期网络资源停止更新注册时就会自动消失。

网络拓扑结构描述图被映射进 MDS4：子网络分组维护一个父节点列表，父网络分组也维护一个子节点的列表。MDS4也提供将子节点注册到父节点，其命令行程序如下：只需要给MDS4增加一个简单的信息提供脚本，从而通过阅读已经存在的MDS4配置文件找出父节点的列表，其命令行程序如下：

（2）聚合器服务端

MDS4中的Index Service周期性更新索引信息，将网络资源的最新信息保存下来，并可供用户进行Xpath查询。

MDS4中的Trigger Service会根据用户作业的要求，以及远程应用资源映射到本地所需带宽的大小、时延等性能选择最佳的网络资源，从而用户选择该最佳网络资源传输作业。

MDS4中的Archive Service将用户选择的网络资源实时保存下来，以供用户查询网络资源相关的历史信息。

3 结语

网格真正有效地使用依赖于对网格资源的有效应用部署。一个主要的困难来自于计算节点和网络资源的异构性。而计算节点相对好掌握，但网格的网络描述还不适合用于网格部署应用的约束条件。接下来的工作是要设计出基于资源组件的自动部署的模型，把网络资源和普通应用资源作为对等资源，真正实现像电网一样的光子网格。

[1] 刘冬梅. 光子网格中资源管理及数据传输机制关键技术研究[D]. 北京：北京邮电大学. 2007.

[2] 蓝茜英，林刚. 光分组交换网络中时隙波长交织网研究[J]. 通信技术,2010,43(09):1.

[3] SOTOMAYOR B,CHILDERS L. Globus Toolkit4: Java网格服务编程[M].北京：清华大学出版社，2009.

[4] 向穗华. 基于MDS4的网格资源及任务监控系统研究[J].泉州师范学院学报:自然科学, 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.