通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)考試五層沙漏結(jié)構(gòu)

  6.2.2 五層沙漏結(jié)構(gòu)
  五層沙漏結(jié)構(gòu)是一種早期的網(wǎng)格抽象層次結(jié)構(gòu)，以“協(xié)議”為中心，強(qiáng)調(diào)協(xié)議在網(wǎng)格的資源共享和互操作中的地位。通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)一種機(jī)制，使得虛擬組織的用戶與資源之間可以進(jìn)行資源使用的協(xié)商，建立共享關(guān)系，并且可以進(jìn)一步管理和開發(fā)新的共享關(guān)系。這一標(biāo)準(zhǔn)化的開放結(jié)構(gòu)對網(wǎng)格的擴(kuò)展性、互操作性、一致性以及代碼共享都有好處。為了便于理解，在五層沙漏結(jié)構(gòu)中，最底層是構(gòu)造層（fabric），構(gòu)造層面對的是一個(gè)個(gè)具體的物理（也可以是邏輯的）資源，它通過對這些局部資源的管理，向上盾提供對這些資源的管理和控制界面。構(gòu)造層的上面是連接層(connectivity），主要是為下層的物理資源提供安全的數(shù)據(jù)通信能力，這是資源之間進(jìn)行互操作的前提，連接層使得孤立的單個(gè)資源之間建立了聯(lián)系。連接層的上面是資源層（resource），它反映的是抽象的局部資源的特征，而資源層上面的匯聚層(collective）完成的功能是如何將下面以單個(gè)資源形式表現(xiàn)出來的資源集中起來，協(xié)調(diào)解決多個(gè)資源之間的問題。最上面的應(yīng)用層（application）和資源的距離最遠(yuǎn)，它關(guān)心的是有什么樣的資源可以由下面各層提供給虛擬組織，解決不同虛擬組織的具體問題。

五層結(jié)構(gòu)的另外一個(gè)重要特點(diǎn)就是沙漏形狀。其內(nèi)在含義就是因?yàn)楦鞑糠謪f(xié)議的數(shù)量是不同的。對于其最核心的部分，要能夠?qū)崿F(xiàn)上層各種協(xié)議向核心協(xié)議的映射.同時(shí)實(shí)現(xiàn)核心協(xié)議向下層其他各種協(xié)議的映射.核心協(xié)議在所有支持網(wǎng)格計(jì)算的地點(diǎn)都應(yīng)該得到支持，因此核心協(xié)議的數(shù)ft不應(yīng)該太多，這樣，核心協(xié)議就形成了協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中的一個(gè)瓶頸，在五層結(jié)構(gòu)中，資源層和連接層共同組成這一核心的瓶頸部分，如圖6-3所示。

  五層結(jié)構(gòu)之所以形如沙漏，是由各部分協(xié)議數(shù)ft的分布不均勻引起的。考慮到核心的移植、升級的方便性.核心部分的協(xié)議數(shù)址相對比較少（例如Internet上的TCP和HTTP),對于其最核心的部分，要實(shí)現(xiàn)上層協(xié)議（沙漏的頂層）向核心協(xié)議的映射，同時(shí)實(shí)現(xiàn)核心協(xié)議向下層協(xié)議(沙漏的底層）的映射。按照定義，核心協(xié)議的數(shù)量不能太多，這樣核心協(xié)議就成了一個(gè)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的瓶頸。在五層結(jié)構(gòu)中，資源層和連接層共同組成這一核心的瓶頸部 分,它促進(jìn)了單獨(dú)的資源共享。五層沙漏結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)中各組成部件與共享資源的距離，將對共享資源進(jìn)行操作、管理和使用的功能分散在五個(gè)不同的層次，越向下層就越接近于物理的共享資源，因此該層與特定資源相關(guān)的成分就比較多;越向上層就越感覺不到共享資源的細(xì)節(jié)特征，也就是說上層是更加抽象共享資源的表示，因此就不需要關(guān)心與底層資源相關(guān)的具體實(shí)現(xiàn)問題。
  五層沙漏結(jié)構(gòu)的每層都有自已的服務(wù)、API和SDK,上層協(xié)議調(diào)用下層協(xié)議的服務(wù)。網(wǎng)格內(nèi)的全局應(yīng)用都通過協(xié)議提供的服務(wù)調(diào)用操作系統(tǒng)。
  1.構(gòu)造層（Fabric)
  它的功能是向上提供網(wǎng)格中可供共享的資源，它們是物理或邏輯實(shí)體。常用的資源包括處理能力、存儲系統(tǒng)、目錄、網(wǎng)格資源、分布式文件系統(tǒng)、分布式計(jì)算機(jī)池、計(jì)算機(jī)集群等。Toolkit中相應(yīng)組件負(fù)責(zé)偵測可用的軟、硬件資源的特性、當(dāng)前負(fù)荷、狀態(tài)等信息，并將其打包供上層協(xié)議調(diào)用。
  2.連接層（Connectivity)
  它是網(wǎng)格中網(wǎng)絡(luò)事務(wù)處理通信與授權(quán)控制的核心協(xié)議。構(gòu)造層提交的各種資源間的數(shù)據(jù)交換都在這一層的控制下實(shí)現(xiàn)。各資源間的授權(quán)驗(yàn)證、安全控制也在這里實(shí)現(xiàn)。在Toolkit中，相應(yīng)組件采用基于公鑰的網(wǎng)格安全基礎(chǔ)協(xié)議（GSI)。在此協(xié)議中提供一次登錄、委托授權(quán)、局域安全方案整合、基于用戶的信任關(guān)系等功能。資源間的數(shù)據(jù)交換通過傳輸、路由及名字解析實(shí)現(xiàn)。
  3.資源層（Resource)
  這一層的作用是對單個(gè)資源實(shí)施控制，與可用資源進(jìn)行安全握手、對資源做初始化、監(jiān)測資源運(yùn)行狀況、統(tǒng)計(jì)與付費(fèi)有關(guān)的資源使用數(shù)據(jù)。在Toolkit中有一系列組件用來實(shí)現(xiàn)資源注冊、資源分配和資源監(jiān)視。Toolkit還在這一層定義了客戶端的C、Java的API和SDK。
  4.匯集層（Collective)
  這層的作用是將資源層提交的受控資源匯集在一起，供虛擬組織的應(yīng)用程序共享、調(diào)用。為了對來自應(yīng)用的共享進(jìn)行管理和控制，匯集層提供目錄服務(wù)、資源分配、日程安排、資源代理、資源監(jiān)測診斷、網(wǎng)格啟動(dòng)、負(fù)荷控制、賬戶管理等多種功能。
  5.應(yīng)用層（Applications)
  這層是網(wǎng)格上用戶的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序通過各層的API調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)，再通過服務(wù)調(diào)用網(wǎng)格上的資源來完成任務(wù)。應(yīng)用程序的開發(fā)涉及大量庫函數(shù)。為便于網(wǎng)格應(yīng)用程序的開發(fā),需要構(gòu)建支持網(wǎng)格計(jì)算的庫函數(shù)。
  目前，Globus體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)被一些大型網(wǎng)格應(yīng)用所采用。研究人員已經(jīng)在天氣預(yù)報(bào)、高能物理實(shí)驗(yàn)、航空器研究等領(lǐng)域開發(fā)了一些基于Globus網(wǎng)格計(jì)算的應(yīng)用程序，效果較好。雖然這些應(yīng)用仍屬試驗(yàn)性質(zhì)，但它至少表明，網(wǎng)格計(jì)算可以勝任不少用超級計(jì)算機(jī)難以勝任的大型應(yīng)用任務(wù)。

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