隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,以Internet為基礎(chǔ)的新技術(shù)——網(wǎng)格(Grid)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在網(wǎng)格資源調(diào)用中,時(shí)間性能、安全性能和穩(wěn)定性能是衡量網(wǎng)格功能的重要指標(biāo),相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為網(wǎng)格研究的重要課題。本文分別從這三個(gè)方面出發(fā),對(duì)動(dòng)態(tài)鏈接表技術(shù)、身份鑒別技術(shù)、散列化處理技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)做了較深入的研究并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。這些技術(shù)對(duì)網(wǎng)格資源調(diào)用起到很好的支撐作用。
1 網(wǎng)格資源調(diào)用中必須考慮的問(wèn)題
從需求角度看,網(wǎng)格資源調(diào)用具有以下特點(diǎn):
(1)資源搜索速度快。網(wǎng)格資源中,有很大一部分駐留于大型資源庫(kù),而在大型資源庫(kù)中,對(duì)共享資源進(jìn)行搜索的時(shí)間開(kāi)銷直接影響時(shí)間性能。所以,提高搜索速度對(duì)于提高網(wǎng)格資源調(diào)用的時(shí)間性能至關(guān)重要。
(2)信息傳輸安全性高。網(wǎng)格資源調(diào)用時(shí),信息通過(guò)Internet進(jìn)行傳輸,傳輸?shù)陌踩允侵陵P(guān)重要的。這里的安全性包括數(shù)據(jù)的完整性,以及數(shù)據(jù)接收者的合法性。為此,需要有效的安全協(xié)議予以保證。
(3)資源傳輸過(guò)程的持續(xù)性和穩(wěn)定性。因?yàn)槲锢砭W(wǎng)絡(luò)存在帶寬有限、延遲大、傳輸狀態(tài)可變以及穩(wěn)定性差等缺點(diǎn),所以需要在信息傳輸過(guò)程中,面對(duì)網(wǎng)格傳輸狀態(tài)的變化自動(dòng)做出相應(yīng)調(diào)整,即具有很好的自適應(yīng)性。
2 網(wǎng)格資源調(diào)用中支撐技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)
2.1 動(dòng)態(tài)鏈接表
隨著網(wǎng)格規(guī)模的發(fā)展,不斷地有更多的客戶機(jī)加入網(wǎng)格,并提供更加豐富的資源,從而,在數(shù)據(jù)網(wǎng)格和信息網(wǎng)格中,也會(huì)有更大量的文件被共享。這樣,當(dāng)網(wǎng)格在線客戶機(jī)通過(guò)資源管理器搜索網(wǎng)格資源時(shí),其搜索范圍將會(huì)隨著共享文件的增多而變得越來(lái)越大。實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)資源中的文件搜索范圍在104或者更高的數(shù)量級(jí)時(shí),其搜索速度明顯變慢。
在網(wǎng)格發(fā)展初期,這種搜索可能不會(huì)造成明顯的負(fù)擔(dān),可是,隨著網(wǎng)格規(guī)模的不斷擴(kuò)大,勢(shì)必使網(wǎng)格的負(fù)擔(dān)日益加重。具體表現(xiàn)在網(wǎng)格資源調(diào)用的時(shí)間開(kāi)銷大大增加,甚至不堪承受。
動(dòng)態(tài)鏈接表技術(shù)的設(shè)計(jì)思想是:根據(jù)文件資源的調(diào)用情況以鏈接表方式建立一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),鏈接表本身根據(jù)資源使用情況實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地交互更新。鏈接表中統(tǒng)計(jì)的資源是近期某個(gè)時(shí)間到當(dāng)前時(shí)間段內(nèi),共享資源中被搜索或被共享次數(shù)較多的文件。資源使用者在對(duì)網(wǎng)格資源進(jìn)行調(diào)用時(shí),先在動(dòng)態(tài)鏈接表中進(jìn)行搜索。如果搜索命中,則資源使用者可以直接調(diào)用資源;如果沒(méi)有命中,則退出動(dòng)態(tài)鏈接表,再對(duì)資源直接進(jìn)行搜索。
圖1 動(dòng)態(tài)鏈接表的工作流程圖
因?yàn)閯?dòng)態(tài)鏈接表中的搜索范圍相對(duì)于資源的直接搜索范圍要小得多,所以,在資源很龐大的情況下,即使鏈接表不能命中,對(duì)鏈接表檢索的時(shí)間開(kāi)銷也幾乎可忽略不計(jì)。圖2是動(dòng)態(tài)鏈接表在搜索命中的情況下,其搜索時(shí)間開(kāi)銷與對(duì)資源直接搜索的時(shí)間開(kāi)銷的對(duì)比圖。
圖2 搜索命中情況下,動(dòng)態(tài)鏈接表搜索與資源直接搜索時(shí)間開(kāi)銷對(duì)比圖
; 圖2中,實(shí)線表示直接對(duì)資源搜索并命中的時(shí)間與文件數(shù)目的關(guān)系,虛線表示用動(dòng)態(tài)鏈接表搜索資源并命中的時(shí)間與文件數(shù)目的關(guān)系。可以看出,隨著文件數(shù)目的增多,直接對(duì)資源搜索并命中的搜索時(shí)間開(kāi)銷近似為一個(gè)線性遞增函數(shù),而采用動(dòng)態(tài)鏈接表搜索的時(shí)間開(kāi)銷很小,而且?guī)缀醭仕街本�,與資源中的文件數(shù)目無(wú)關(guān)。
實(shí)驗(yàn)表明:客戶機(jī)對(duì)資源的搜索情況呈正態(tài)分布,利用動(dòng)態(tài)鏈接表中搜索命中的概率約為30%。表1列出了網(wǎng)格資源調(diào)用中加入動(dòng)態(tài)鏈接表技術(shù)以后關(guān)于時(shí)間性能的測(cè)試結(jié)果。
表1第2列表示直接對(duì)資源搜索并命中目標(biāo)所用的時(shí)間開(kāi)銷的平均值,第3列表示客戶機(jī)在動(dòng)態(tài)鏈接表中搜索所用的時(shí)間開(kāi)銷的平均值。
從表1可看出:當(dāng)資源中的文件在2000～11000范圍時(shí),由于通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接表而造成系統(tǒng)時(shí)間性能少量下降;但是,在文件達(dá)到15000個(gè)時(shí),由于動(dòng)態(tài)鏈接表而造成的負(fù)面作用消失;隨著資源中文件的不斷增加,動(dòng)態(tài)鏈接表對(duì)網(wǎng)格資源搜索的時(shí)間性能提高越來(lái)越顯著。
由此可見(jiàn),如果資源中的文件數(shù)少,則不宜用動(dòng)態(tài)鏈接表,而當(dāng)資源中的文件達(dá)到一定數(shù)量時(shí),使用動(dòng)態(tài)鏈接表可有效地提高網(wǎng)格資源調(diào)用的時(shí)間性能。在實(shí)際編程中,安排了程序段先判斷資源中的文件數(shù)量,然后據(jù)此決定是否啟動(dòng)動(dòng)態(tài)鏈接表機(jī)制。
由于龐大的網(wǎng)格系統(tǒng)中存在無(wú)數(shù)的大型資源,因此,動(dòng)態(tài)鏈接表技術(shù)將從總體上有效提高網(wǎng)格資源調(diào)用的時(shí)間性能。
2.2 身份鑒別和散列化處理技術(shù)
在數(shù)據(jù)網(wǎng)格和信息網(wǎng)格中,資源的調(diào)用體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)資源和信息資源的在線瀏覽或下載等操作上,其中涉及信息在網(wǎng)格中的傳輸問(wèn)題。
盡管網(wǎng)格資源具有不必探求其來(lái)源的特點(diǎn),不必對(duì)資源的來(lái)源進(jìn)行判斷,但是在網(wǎng)格中傳輸信息時(shí),仍然特別需要保證通信安全。這體現(xiàn)在:在傳輸過(guò)程中,要防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)被他人截獲后篡改;此外,對(duì)于調(diào)用網(wǎng)格資源的客戶機(jī),需要對(duì)其調(diào)用資格進(jìn)行審定,再?zèng)Q定是否授權(quán)其進(jìn)行資源調(diào)用。
身份鑒別和散列化處理技術(shù)可以有效地解決上述問(wèn)題。其設(shè)計(jì)思想分兩層實(shí)現(xiàn)。第一層是資源管理器在檢測(cè)到客戶機(jī)有資源調(diào)用請(qǐng)求后,對(duì)客戶機(jī)進(jìn)行身份鑒別,依照鑒別結(jié)果向客戶機(jī)發(fā)送資源調(diào)用證書,并接收反饋信息,據(jù)此判斷該客戶機(jī)是否有網(wǎng)格資源調(diào)用資格;第二層是通過(guò)散列化處理對(duì)所傳輸數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行安全校驗(yàn)。
客戶機(jī)一旦登錄并向資源管理器發(fā)送資源調(diào)用請(qǐng)求,資源管理器就會(huì)生成一個(gè)資源調(diào)用證書。生成資源調(diào)用證書的過(guò)程,實(shí)際上是一個(gè)對(duì)資源調(diào)用者身份鑒別和確認(rèn)的過(guò)程。如果是,則發(fā)出證書,相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)對(duì)資源調(diào)用者的授權(quán)。證書中包括資源調(diào)用者的身份信息和資源本身的相關(guān)信息。
同時(shí),資源管理器周期性地生成隨機(jī)數(shù)組,并在每一個(gè)周期起點(diǎn)時(shí)刻,向已被授權(quán)的資源調(diào)用者和被調(diào)用者發(fā)送隨機(jī)數(shù)組。例如,在周期n的起點(diǎn)時(shí)刻,發(fā)送隨機(jī)數(shù)組arrayA,在周期n+1的起點(diǎn)時(shí)刻,發(fā)送隨機(jī)數(shù)組arrayB……所有的隨機(jī)數(shù)組都是不相同的。
一個(gè)具體的身份鑒別工作流程如下:在線客戶機(jī)A通過(guò)網(wǎng)格系統(tǒng)準(zhǔn)備調(diào)用資源S,于是先向資源管理器發(fā)送資源調(diào)用請(qǐng)求。資源管理器內(nèi)部有關(guān)于S的路徑信息,并確定S位于在線客戶機(jī)B。資源管理者在得到A的申請(qǐng)后,對(duì)A進(jìn)行審核,向A發(fā)送資源調(diào)用證書和隨機(jī)數(shù)組。同時(shí),資源管理器還向B發(fā)送資源要被調(diào)用的信息和隨機(jī)數(shù)組。
A和B同時(shí)反饋隨機(jī)數(shù)組到資源管理器,資源管理器通過(guò)對(duì)來(lái)自A和B的隨機(jī)數(shù)組對(duì)比作判斷,據(jù)此真正授權(quán)A可進(jìn)行網(wǎng)格資源的調(diào)用。這種方法通過(guò)較復(fù)雜的確認(rèn)資源調(diào)用者的身份,可以有效地保證網(wǎng)格資源的安全性。
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