專利名稱：網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)面向代理編程計算任務的自適應方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過移動代理解決計算任務自適應網(wǎng)格環(huán)境的方法，屬于網(wǎng)格與 移動代理的交叉領域。
背景技術：
網(wǎng)格和代理是從不同的角度解決分布式系統(tǒng)中協(xié)調(diào)、協(xié)商、協(xié)作的問題。網(wǎng) 格是通過一系列工具為動態(tài)的地理上分布的虛擬組織提供安全可靠的資源共享 基礎架構，因此網(wǎng)格可以認為是分布式計算環(huán)境的"骨架"。而代理是一種能夠 適應動態(tài)環(huán)境的自治的實體，通過自治的行為實現(xiàn)它們的設計目標，其中移動代 理不僅具有代理的自治性還具有移動性，因此代理可以認為是分布式計算環(huán)境的
"大腦"。網(wǎng)格缺乏智能但其安全可靠，而代理則相反，因此結合網(wǎng)格和代理各 自的優(yōu)勢能夠更好的解決大規(guī)模的分布式計算問題。
目前已有將代理技術應用到網(wǎng)格環(huán)境中解決若干問題的方案，如利用代理調(diào) 度網(wǎng)格任務，利用代理對網(wǎng)格資源和任務的屬性預測，利用移動代理獲取網(wǎng)格資 源信息等，然而在這些方案中，網(wǎng)格和代理并沒有互相彌補各自的缺陷，代理的 安全性問題，資源監(jiān)控，數(shù)據(jù)傳輸方案依然是自成一體，網(wǎng)格平臺和代理平臺完 全獨立運行。因此需要結合兩者優(yōu)勢提出新的、整合的平臺?，F(xiàn)有的平臺如 DEINF/UFMA的MAG項目提出在網(wǎng)格中間件InteGrade和代理中間件Jade的基礎上 再開發(fā)一個中間件MAG來支持任務的錯誤容忍，然而該方案中任務代理本身并不 具備智能性，任務錯誤的偵測、移動行為的決策都是通過其他代理來完成的。
此外，網(wǎng)格調(diào)度一直是網(wǎng)格研究的熱點。目前網(wǎng)格中任務的調(diào)度算法大多來 源于集群，然而網(wǎng)格環(huán)境與集群環(huán)境差異巨大，如網(wǎng)格資源高度動態(tài)和不可預測 而集群資源變化較小和可預測，網(wǎng)格環(huán)境需要考慮網(wǎng)絡環(huán)境而集群則可以忽略 等。因此，除了調(diào)度算法以外，使任務能夠產(chǎn)生自適應網(wǎng)格環(huán)境變化的行為是確 保任務穩(wěn)定、快速執(zhí)行的關鍵。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的是提供一種網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)面向代理編程計算任務的自 適應方法，解決網(wǎng)格環(huán)境與移動代理的高效的融合問題，解決任務代理能在網(wǎng)格 環(huán)境下的自適應問題。
技術方案本發(fā)明提出的網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)面向代理編程計算任務的自適應方法， 其特征在于該方法增加新的作業(yè)類型"AGENT",使得任務代理的創(chuàng)建過程與現(xiàn) 有網(wǎng)格任務的創(chuàng)建過程完全兼容；通過部署G-A容器，該容器提供滿足FIPA規(guī) 范和WSRF規(guī)范的代理管理服務和代理消息服務，支持任務代理的移動和定位過 程,使得任務代理能夠自適應網(wǎng)格環(huán)境的變化，智能的移動決策，其具體的過程 如下-
第一步:面向代理編程的計算程序設計
11. 編寫計算行為，它包含計算任務的代碼，
12. 編寫移動策略行為，它在獨立于代理的線程中執(zhí)行，感知環(huán)境的變化和選 擇移動的目標，
13. 編寫序列化中間數(shù)據(jù)行為，定義程序中需要序列化的數(shù)據(jù)，定期或者移動 前調(diào)度該行為執(zhí)行，
第二步:創(chuàng)建任務代理
21. 編寫作業(yè)描述文件，
22. 任務調(diào)度，
23. 任務提交
i. 網(wǎng)格客戶端程序?qū)⒆鳂I(yè)提交給資源的作業(yè)管理工廠服務；
ii. 作業(yè)管理工廠服務驗證用戶代理證書，并對該用戶的行為授權， 如果驗證和授權成功則轉(zhuǎn)到下一步，否則通過客戶端安全驗證失
??；
iii. 作業(yè)管理工廠服務解析作業(yè)描述文件，如需準備數(shù)據(jù)，則調(diào)用網(wǎng) 格數(shù)據(jù)傳輸服務將需要的數(shù)據(jù)傳到指定的目錄；
iv. 作業(yè)管理工廠服務發(fā)現(xiàn)作業(yè)的類型為"AGENT",將控制轉(zhuǎn)移到代 理管理服務；
v. 代理管理服務載入代理的代碼，如果載入成功則返回全局的代理 標識，否則返回創(chuàng)建代理失敗；vi. 代理管理服務更新代理信息表，并與主代理管理服務同步信息； vii. 任務代理創(chuàng)建完成； 第三步:移動任務代理
31. 代理的移動策略行為觸發(fā)移動，
32. 代理中斷當前執(zhí)行，并執(zhí)行序列化中間數(shù)據(jù)行為，
33. 代理通知本地代理管理服務需要移動，
34. 本地代理管理服務通過代理消息傳輸服務告知遠程代理管理服務將要向他 移動一個代理，同時調(diào)用網(wǎng)格數(shù)據(jù)傳輸服務將與代理相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程資源，
35. 當本地代理服務收到傳輸成功的消息后，發(fā)送啟動代理的ACL命令消息給 遠程代理管理服務，
36. 遠程代理管理服務根據(jù)傳輸過來的代理信息重建代理，如果成功則返回成 功消息，并更新代理信息表；否則，返回失敗，
37. 本地代理管理服務收到成功的消息，則將本地代理的信息刪除，同時更新 本地代理信息表；否則重新選擇資源并轉(zhuǎn)到步驟34， 第四步:任務代理的定位
41. 用戶根據(jù)任務代理標識，首先向用戶所在主機的代理信息表緩存査詢代理 位置，如果查詢成功則轉(zhuǎn)到44;否則轉(zhuǎn)到下一步；
42. 用戶根據(jù)任務代理標識向主G-A容器中的代理管理服務請求該任務代理 的位置；
43. 主代理管理服務査詢代理信息表，如果查詢成功則返回給用戶該任務代理 的位置，否則返回失敗消息；
44. 用戶根據(jù)獲取的任務代理位置，向該任務代理發(fā)出請求服務信息，如請求 成功，則更新用戶所在主機的代理信息表緩存。否則轉(zhuǎn)到步驟42。
FIPA規(guī)范和WSRF規(guī)范的代理管理服務和代理消息服務的實現(xiàn)和部署的步 驟如下
①代理管理服務該服務的特性是其功能滿足FIPA規(guī)范，其實現(xiàn)滿足WSRF規(guī) 范，需要實現(xiàn)的功能如下 A.支持代理創(chuàng)建，包括
Al.支持作業(yè)管理中間件的調(diào)用，根據(jù)任務屬性創(chuàng)建任務代理； A2.支持從備份的中間數(shù)據(jù)恢復代理；A3.支持移動的任務代理的重建；
B. 支持代理刪除；
Bl.失敗代理數(shù)據(jù)的刪除；
B2.代理移動成功后，將本地的代理數(shù)據(jù)刪除；
C. 支持自動維護代理信息表；
Cl.創(chuàng)建代理后的代理信息的更新， C2.刪除代理后的代理信息的更新，
D. 支持代理位置査詢；
② 部署主G-A容器,它作為主資源監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)服務和主代理管理服務的宿主容 器；
③ 部署子G-A容器，它們必須指出主資源監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)服務和主代理管理服務的
宿主容器。
有益效果本發(fā)明提出的網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)面向代理編程計算任務的自適應方法與 現(xiàn)有的通過移動代理解決計算任務自適應網(wǎng)格環(huán)境的方法相比有如下優(yōu)點
1. 本發(fā)明提出的G-A容器將網(wǎng)格和代理技術更為緊密的結合，表現(xiàn)為代理將直 接利用現(xiàn)有的網(wǎng)格安全基礎設施、網(wǎng)格數(shù)據(jù)傳輸服務、網(wǎng)格資源監(jiān)控與發(fā)現(xiàn) 服務，為代理的安全、數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)度和決策提供直接支持。
2. 通過實現(xiàn)同時滿足FIPA規(guī)范和WSRF規(guī)范的代理管理服務和代理消息傳輸服 務，與目前通過多層的中間件實現(xiàn)兩者結合相比，簡化了網(wǎng)格對代理技術支 持的復雜度。
3. 通過面向代理編程的方法設計網(wǎng)格任務，讓編程人員確定數(shù)據(jù)保存行為和移 動決策行為，使得任務不僅能夠智能的決策移動的時機而且在移動到目標容 器后能夠恢復到前一個較為接近的執(zhí)行狀態(tài)，保證任務的穩(wěn)定，有效的執(zhí)行。
4. 通過新定義的任務類型"AGENT"，確定提交的任務將是一個移動代理。任務 描述文檔的定義以及任務的提交過程與網(wǎng)格中現(xiàn)有其他類型的任務如
"F0RK"、 "MPI"、 "MULT"的提交過程完全兼容，這樣保持在現(xiàn)有客戶端的與 服務端程序少量修改的情況下，支持新的代理任務的管理。


圖1是G-A容器體系結構圖；圖2是創(chuàng)建任務代理流程圖； 圖3是移動任務代理流程圖； 圖4是定位任務代理流程圖。
具體實施例方式
為了更好的解釋上述技術方案產(chǎn)生的原因及其實現(xiàn)細節(jié)，現(xiàn)對各步驟詳細說 明如下
步驟l: G-A容器(Grid-Agent Container)的實現(xiàn)和部署
網(wǎng)格容器如Globus Toolkit4通過實現(xiàn)基于WSRF標準的WEB服務提供各種 資源共享的功能，包括網(wǎng)格安全基礎設施(GSI)，網(wǎng)格數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)格資源監(jiān) 控和發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格作業(yè)管理，其他功能仍在不斷完善?；诖碎_放的網(wǎng)格服務框架， 將支持移動代理的服務加入到該框架中，直接支持代理的管理和交互是可行的。 考慮到這里只關心多個移動代理解決大規(guī)模分布式計算的自適應問題，需要裁減 多代理系統(tǒng)的功能。開發(fā)的G-A容器是一個基于開放的網(wǎng)格服務框架，能夠容納 移動代理的網(wǎng)格容器。具體的開發(fā)和部署步驟如下
④開發(fā)代理管理服務，該服務的功能滿足FIPA規(guī)范，其實現(xiàn)方式滿足WSRF規(guī) 范，具體需要實現(xiàn)如下功能
A. 支持代理創(chuàng)建，包括
a) 支持作業(yè)管理中間件的調(diào)用，根據(jù)任務屬性創(chuàng)建任務代理；
b) 支持從備份的中間數(shù)據(jù)恢復代理；
c) 支持移動的任務代理的重建；
B. 支持代理刪除；
a) 失敗代理數(shù)據(jù)的刪除；
b) 代理移動成功后，將本地的代理數(shù)據(jù)刪除；
C. 支持自動維護代理信息表；
a) 創(chuàng)建代理后的代理信息的更新
b) 刪除代理后的代理信息的更新
D. 支持代理位置査詢；
開發(fā)代理消息傳輸服務，該服務的功能滿足FIPA規(guī)范，其實現(xiàn)方式滿足WSRF 規(guī)范，實現(xiàn)支持ACL消息的處理過程；⑥ 部署主G-A容器。它作為主資源監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)服務和主代理管理服務的宿主容 器；
⑦ 部署子G-A容器。它們必須指出主資源監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)服務和主代理管理服務的 宿主容器。
步驟2:面向代理編程的計算程序設計
基于面向?qū)ο蠓椒ǖ某绦蛟诰W(wǎng)格環(huán)境內(nèi)執(zhí)行的一個缺點在于其缺乏有效的 遷移手段。通常進程或線程的遷移代價高昂，如JAVA中可以通過使用Brakers 框架來支持線程的遷移。由于程序的開發(fā)人員通常清楚什么數(shù)據(jù)對程序恢復執(zhí)行 是必要的，因此可以通過讓程序員自己指定哪些數(shù)據(jù)需要序列化，基于這些數(shù)據(jù) 不能完全恢復代理中斷執(zhí)行前的瞬間狀態(tài)，但可以恢復到"上一個"一致的狀態(tài)。
借鑒Jade中代理行為的概念，Jade是一個開源的基于JAVA的代理開發(fā)框架。 編寫任務代理的步驟如下
⑧ 編寫計算行為。它包含計算任務的代碼。
⑨ 編寫移動策略行為。它在獨立于代理的線程中執(zhí)行，感知環(huán)境的變化和選擇 移動的目標。
⑩ 編寫序列化中間數(shù)據(jù)行為。定義程序中需要序列化的數(shù)據(jù)，定期或者移動前 調(diào)度該行為執(zhí)行。
步驟3:創(chuàng)建任務代理
為保持與現(xiàn)有網(wǎng)格作業(yè)管理中間件的兼容，任務代理的創(chuàng)建過程保持與作業(yè) 提交的過程相同，作業(yè)的類型除了 "F0RK"、 "MULTI"和"MPI"外，另外還需要 支持"AGENT"。當作業(yè)管理工廠服務發(fā)現(xiàn)提交的作業(yè)類型是"AGENT"，則將該 作業(yè)的實例化過程交給代理管理服務，具體的步驟如下 編寫作業(yè)描述文件。該文件需要明確兩類作業(yè)信息
A. 作業(yè)屬性作業(yè)類型、程序語言、執(zhí)行程序、程序執(zhí)行參數(shù)、上傳數(shù)據(jù) 文件地址、結果輸出地址、錯誤輸出地址、代理證書等；
B. 作業(yè)執(zhí)行需求體系結構、CPU理速度、CPU個數(shù)、可用內(nèi)存大小、可用
硬盤空間等；
任務調(diào)度。調(diào)度器從網(wǎng)格資源監(jiān)測和發(fā)現(xiàn)服務獲得網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)所有資源的信 息，并根據(jù)作業(yè)執(zhí)行需求根據(jù)最佳匹配算法(即匹配性能最高的資源)選擇 執(zhí)行的資源。 任務提交。
A. 網(wǎng)格客戶端程序?qū)⒆鳂I(yè)提交給資源的作業(yè)管理工廠服務；
B. 作業(yè)管理工廠服務驗證用戶代理證書，并對該用戶的行為授權，如果驗 證和授權成功則轉(zhuǎn)到下一步，否則通過客戶端安全驗證失敗；
C. 作業(yè)管理工廠服務解析作業(yè)描述文件，如需準備數(shù)據(jù)，則調(diào)用網(wǎng)格數(shù)據(jù) 傳輸服務將需要的數(shù)據(jù)傳到指定的目錄；
D. 作業(yè)管理工廠服務發(fā)現(xiàn)作業(yè)的類型為"AGENT",將控制轉(zhuǎn)移到代理管理 服務；
E. 代理管理服務載入代理的代碼，如果載入成功則返回全局的代理標識
(AID)，否則返回創(chuàng)建代理失?。?br> F. 代理管理服務更新代理信息表，并與主代理管理服務同步信息；
G. 任務代理創(chuàng)建完成。
步驟4:移動任務代理
代理的移動策略觸發(fā)代理的移動。而代理管理包含在網(wǎng)格容器中使得代理可 以方便的訪問本地資源監(jiān)測與發(fā)現(xiàn)服務收集的本地資源信息，為代理移動的決策
提供支持。代理移動的步驟如下
⑩代理的移動策略行為觸發(fā)移動
⑩代理中斷當前執(zhí)行，并執(zhí)行序列化中間數(shù)據(jù)行為 代理通知本地代理管理服務需要移動
本地代理管理服務通過代理消息傳輸服務告知遠程代理管理服務將要向他 移動一個代理，同時調(diào)用網(wǎng)格數(shù)據(jù)傳輸服務將與代理相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程資 源。
當本地代理服務收到傳輸成功的消息后，發(fā)送啟動代理的ACL命令消息給遠
程代理管理服務。
遠程代理管理服務根據(jù)傳輸過來的代理信息重建代理，如果成功則返回成功
消息，并更新代理信息表；否則，返回失敗。 逸本地代理管理服務收到成功的消息，則將本地代理的信息刪除，同時更新本
地代理信息表；否則重新選擇資源并轉(zhuǎn)到④。 步驟5:任務代理的定位
由于任務代理會隨環(huán)境的變化移動，因此跟蹤任務代理位置是確保能夠獲得任務代理的執(zhí)行狀態(tài)和執(zhí)行結果的關鍵。任務代理的定位過程與域名服務器尋找 IP地址的過程相似，具體的步驟如下
21用戶根據(jù)任務代理標識(AID),首先向用戶所在主機的代理信息表緩存查詢
代理位置，如果査詢成功則轉(zhuǎn)到④；否則轉(zhuǎn)到下一步； 22用戶根據(jù)任務代理標識(AID)向主G-A容器中的代理管理服務請求該任務
代理的位置；
23主代理管理服務査詢代理信息表，如果査詢成功則返回給用戶該任務代理的
位置，否則返回失敗消息； 24用戶根據(jù)獲取的任務代理位置，向該任務代理發(fā)出請求服務信息，如請求成
功，則更新用戶所在主機的代理信息表緩存。否則轉(zhuǎn)到②。 步驟6:任務結果的獲取
任務代理最終會將結果以文件的形式傳輸?shù)阶鳂I(yè)屬性定義的結果輸出地址 中，用戶可以直接根據(jù)該地址下載數(shù)據(jù)。
權利要求
1.一種網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)面向代理編程計算任務的自適應方法，其特征在于該方法增加新的作業(yè)類型“AGENT”，使得任務代理的創(chuàng)建過程與現(xiàn)有網(wǎng)格任務的創(chuàng)建過程完全兼容；通過部署G-A容器，該容器提供滿足FIPA規(guī)范和WSRF規(guī)范的代理管理服務和代理消息服務，支持任務代理的移動和定位過程，使得任務代理能夠自適應網(wǎng)格環(huán)境的變化，智能的移動決策，其具體的過程如下第一步面向代理編程的計算程序設計11.編寫計算行為，它包含計算任務的代碼，12.編寫移動策略行為，它在獨立于代理的線程中執(zhí)行，感知環(huán)境的變化和選擇移動的目標，13.編寫序列化中間數(shù)據(jù)行為，定義程序中需要序列化的數(shù)據(jù)，定期或者移動前調(diào)度該行為執(zhí)行，第二步創(chuàng)建任務代理23.編寫作業(yè)描述文件，24.任務調(diào)度，23.任務提交i.網(wǎng)格客戶端程序?qū)⒆鳂I(yè)提交給資源的作業(yè)管理工廠服務；ii.作業(yè)管理工廠服務驗證用戶代理證書，并對該用戶的行為授權，如果驗證和授權成功則轉(zhuǎn)到下一步，否則通過客戶端安全驗證失?。籭ii.作業(yè)管理工廠服務解析作業(yè)描述文件，如需準備數(shù)據(jù)，則調(diào)用網(wǎng)格數(shù)據(jù)傳輸服務將需要的數(shù)據(jù)傳到指定的目錄；iv.作業(yè)管理工廠服務發(fā)現(xiàn)作業(yè)的類型為“AGENT”，將控制轉(zhuǎn)移到代理管理服務；v.代理管理服務載入代理的代碼，如果載入成功則返回全局的代理標識，否則返回創(chuàng)建代理失??；vi.代理管理服務更新代理信息表，并與主代理管理服務同步信息；vii.任務代理創(chuàng)建完成；第三步移動任務代理31.代理的移動策略行為觸發(fā)移動，33.代理中斷當前執(zhí)行，并執(zhí)行序列化中間數(shù)據(jù)行為，33.代理通知本地代理管理服務需要移動，34.本地代理管理服務通過代理消息傳輸服務告知遠程代理管理服務將要向他移動一個代理，同時調(diào)用網(wǎng)格數(shù)據(jù)傳輸服務將與代理相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程資源，35.當本地代理服務收到傳輸成功的消息后，發(fā)送啟動代理的ACL命令消息給遠程代理管理服務，36.遠程代理管理服務根據(jù)傳輸過來的代理信息重建代理，如果成功則返回成功消息，并更新代理信息表；否則，返回失敗，37.本地代理管理服務收到成功的消息，則將本地代理的信息刪除，同時更新本地代理信息表；否則重新選擇資源并轉(zhuǎn)到步驟34，第四步任務代理的定位41.用戶根據(jù)任務代理標識，首先向用戶所在主機的代理信息表緩存查詢代理位置，如果查詢成功則轉(zhuǎn)到44；否則轉(zhuǎn)到下一步；42.用戶根據(jù)任務代理標識向主G-A容器中的代理管理服務請求該任務代理的位置；43.主代理管理服務查詢代理信息表，如果查詢成功則返回給用戶該任務代理的位置，否則返回失敗消息；44.用戶根據(jù)獲取的任務代理位置，向該任務代理發(fā)出請求服務信息，如請求成功，則更新用戶所在主機的代理信息表緩存。否則轉(zhuǎn)到步驟42。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)面向代理編程計算任務的自適應 方法，其特征在于FIPA規(guī)范和WSRF規(guī)范的代理管理服務和代理消息服務的實 現(xiàn)和部署的步驟如下 代理管理服務該服務的特性是其功能滿足FIPA規(guī)范，其實現(xiàn)滿足WSRF規(guī) 范，需要實現(xiàn)的功能如下 A.支持代理創(chuàng)建，包括Al.支持作業(yè)管理中間件的調(diào)用，根據(jù)任務屬性創(chuàng)建任務代理； A2.支持從備份的中間數(shù)據(jù)恢復代理； A3.支持移動的任務代理的重建；B. 支持代理刪除；Bl.失敗代理數(shù)據(jù)的刪除；B2.代理移動成功后，將本地的代理數(shù)據(jù)刪除；C. 支持自動維護代理信息表；Cl.創(chuàng)建代理后的代理信息的更新， C2.刪除代理后的代理信息的更新，D. 支持代理位置查詢；26部署主G-A容器，它作為主資源監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)服務和主代理管理服務的宿主容 器；27部署子G-A容器，它們必須指出主資源監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)服務和主代理管理服務的 宿主容器。
全文摘要
網(wǎng)格環(huán)境內(nèi)面向代理編程計算任務的自適應方法基于現(xiàn)有的開放的網(wǎng)格體系結構，通過部署代理管理服務和代理消息服務這兩個滿足FIPA規(guī)范和WSRF規(guī)范的網(wǎng)格服務以及部署G-A容器，支持代理的管理和移動。通過擴展現(xiàn)有的網(wǎng)格作業(yè)類型，即增加新的作業(yè)類型“AGENT”，使得任務代理的創(chuàng)建過程與現(xiàn)有網(wǎng)格任務的創(chuàng)建過程完全兼容；同時通過定義面向代理編程的任務，以及代理的移動和定位過程，使得代理任務的能夠自適應網(wǎng)格環(huán)境的變化，智能的移動決策。
文檔編號G06F9/46GK101308463SQ20081012413
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權日2008年6月13日
發(fā)明者雄 付, 任勛益, 季一木, 琳 張, 侃 易, 楊明慧, 王汝傳, 蔣凌云, 松 鄧 申請人:南京郵電大學