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网格服务挖掘中网格服务部署关键技术研究

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论文说明：中英文词汇对照表及图表目录

1前言

2研究背景

3基于服务的网格计算

5网格服务部署

6网格服务依赖

7网格服务组合

8网格服务依赖交互

9网格服务部署模型

10结论

参考文献

作者在读期间科研成果简介

致谢

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摘要

网格是继传统Internet和Web之后的第三个大浪潮，可以称之为第三代Internet。以E-mail为主要应用的第一代Internet把遍布于世界各地的计算机用TCP／IP协议连接在一起；第二代Internet则通过Web信息浏览及电子商务应用等信息服务，实现了全球网页的连通；第三代Internet将试图实现互联网上所有资源的全面连通，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等，这就是网格计算（Grid Computing）。网格技术和基础设施支持在动态的、多机构的虚拟组织（Virtual Organization，VO）里进行协调的资源共享和问题决策。这里的共享不仅仅是文件的交换，而且还包括对计算机、软件、数据和其他资源的直接存取。工业界、科学界和工程界越来越需要这种类型的共享，来协作解决和处理各种问题。网格必将成为未来的网络基础设施，几乎所有的应用都将基于网格。 网格计算和面向服务的计算（Service-Oriented Computing，SOC）的逐步融合所形成的服务网格，为各类应用提供了一种通用的、协同共享的标准中间件。开放式网格服务体系结构（Open Grid Service Architecture，OGSA）的提出，标志着服务网格的研究进入了实质性的阶段。服务网格采用标准定义的“网格服务”，对各种类型应用提供统一的支持。OGSA向着Web服务资源框架（Web Services Resource Framework，WSRF）的转变，加速了网格技术和Web 服务技术的融合，促成了学术界和工业界、商业界研究的接轨，新的服务标准化道路正在逐步形成。基于服务网格平台和标准化协议的各种应用将充分发挥整合共享的优势。 本文的主要创新性研究成果和贡献如下： （1）提出了一种在网格环境下按需计算的新型计算范例网格服务挖掘以及适应该计算范例的软件架构。虽然网格不但为科学家、工程师以及科研人员提供高性能的科学计算服务，而且为工业界、商业界提供企业计算服务，但是网格离普通计算机用户却还十分遥远。尤其是随着用户对应用需求的不断扩大，越来越多的用户希望在网格上定制自己服务应用。近几年网格计算技术的飞速发展和网格基础设施的广泛部署，以网格服务为主的软件实体以开放、自主的方式存在于各个网格节点上，这为普通网格用户提供了环境和技术上支持。在这样的背景下，我们提出了一种在网格环境下按需计算的新型计算范例──网格服务挖掘（Grid Service Mining,GSM）。网格服务挖掘是一个在面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture,SOA）下，根据用户需求，有组织、自动地对分布在动态的、多机构的虚拟服务域（Virtual Service Domain,VSD）中的网格服务进行准确定位、识别、链接或组装，而形成满足用户需求的网格服务的过程。同时提出了一个适应该计算范例的软件架构（Framework forGSM,FGSM）。该软件架构采用Multi-Agent的设计模式，以服务组合为核心，为用户提供基于领域知识的网格服务挖掘功能。实际应用证明，FGSM具有良好的适应性、可用性、可扩展性和可靠性。 （2）深入研究了GSM系统中的网格服务部署的全过程。在GSM中，绝大多数用户应用是由分布在不同服务自治域、虚拟服务域里的网格服务的组合、协调和协作来实现的。随着系统的不断演化以及用户需求的不断变化，这些网格服务之间的交互变得越来越复杂。如何把挖掘到的网格服务组合起来，并把它们所形成的虚拟服务系统带入到目标环境中，使得用户能够使用它来完成其定制的服务应用，这就是网格服务部署（Grid Service Deployment,GSD）。从服务的生命周期角度出发，把GSD过程看是一个包括网格服务的发布、安装、激活、适应、去活、更新、移除和撤回等有序活动的集合。GSM系统中自治服务域的自治策略的改变、虚拟组织的动态形成、网格服务随时的加入或离开以及用户需求的多样性等，都会给GSD过程带来很多挑战。这其中包括诸如网格服务依赖、网格服务组合、网格服务依赖交互以及GSD部署的形式化等关键性问题。这种对GSD过程的研究方法符合GSM系统的特点，为GSM系统的监控、管理等提供了坚实的基础。 （3）提出了基于矩阵模型与图论的网格服务依赖分析方法。首先分析了GSM系统中可能存在的各种服务依赖，然后从服务领域、服务类型、服务活性以及服务依赖强度等维度出发，用直接依赖图（Direct Dependency Graph，DDG）来直观地描绘GSM系统中的网格服务依赖关系。根据直接依赖图，建立了GSM系统的直接依赖矩阵、依赖关系矩阵等来表示和记录服务间的这种依赖关系。利用该矩阵模型分析了服务重用、服务系统变化和服务最小覆盖等问题，并给出了相应的算法和定理。通过在实例中的应用，该依赖分析方法显示了其良好的可用性、有效性和准确性，具有很强的实际应用价值。 （4）提出了基于网格服务自动机模型的网格服务组合的形式化推理方法。以I/O自动机理论为基础，提出了网格服务自动机模型（Grid Service AutomataModel，GSAM）。GSAM包括两个部分：一个是描述网格服务完成其服务功能的网格服务功能自动机（Grid Service Functional Automata，GSFA）；一个是描述网格服务间完成消息交换的网格服务通道自动机（Grid Service ChannelAutomata，GSCA）。通过该模型定义的兼容签名、组合签名等概念，可以精确地模拟网格服务的组合及其形式化的推理，并给出了相关的定理及其证明。与其它网格服务组合方法相比，该方法具有很强的理论基础和严谨的推导规则。 （5）从理论角度分析和建模网格服务依赖的交互问题。描述了网格服务自治域之间的网格服务依赖，并指出服务依赖交互应该满足自治性、有效性和透明性的原则。研究了与服务依赖交互评估相关的三个主要问题：有效依赖评估问题、最大服务依赖交互问题和服务依赖请求问题。为有效依赖评估问题提出了一个多项式时间的算法。同时证明了求解最大服务依赖交互问题以及求解该问题的近似算法均是NP完全的。实际应用中用户最关心的问题是服务依赖请求问题，即某个自治服务域会如何处理来自用户的服务依赖请求。并为该问题提出了一个多项式时间的算法，并证明了其有效性。 （6）提出了基于安装策略的网格服务部署的形式化模型。该模型定义了四类安装策略来决定来自同一网格服务家族的服务如何在GSM系统中进行安装。同时引入服务兼容性的概念来描述系统的安全配置（已存在的服务应用不受影响）和成功配置（新启动的服务应用能够正常运行）的问题。并且给出了满足安全配置和成功配置效果的服务安装式序列应当满足的条件，证明了相关定理。通过在实例中的应用，该模型显示出其良好的适用性和实际可操作性，具有很强的实际应用价值。 在GSM系统的大背景下，本文从网格服务部署的全过程建模入手，深入分析和研究了网格服务部署中的关键性问题，并提出了行之有效的解决方案。实践证明GSM系统的提出以及网格服务部署的研究具有很强的理论基础和实际应用价值。

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