通信工程师互联网技术考试五层沙漏结构

  6.2.2 五层沙漏结构
  五层沙漏结构是一种早期的网格抽象层次结构，以“协议”为中心，强调协议在网格的资源共享和互操作中的地位。通过协议实现一种机制，使得虚拟组织的用户与资源之间可以进行资源使用的协商，建立共享关系，并且可以进一步管理和开发新的共享关系。这一标准化的开放结构对网格的扩展性、互操作性、一致性以及代码共享都有好处。为了便于理解，在五层沙漏结构中，最底层是构造层（fabric），构造层面对的是一个个具体的物理（也可以是逻辑的）资源，它通过对这些局部资源的管理，向上盾提供对这些资源的管理和控制界面。构造层的上面是连接层(connectivity），主要是为下层的物理资源提供安全的数据通信能力，这是资源之间进行互操作的前提，连接层使得孤立的单个资源之间建立了联系。连接层的上面是资源层（resource），它反映的是抽象的局部资源的特征，而资源层上面的汇聚层(collective）完成的功能是如何将下面以单个资源形式表现出来的资源集中起来，协调解决多个资源之间的问题。最上面的应用层（application）和资源的距离最远，它关心的是有什么样的资源可以由下面各层提供给虚拟组织，解决不同虚拟组织的具体问题。

五层结构的另外一个重要特点就是沙漏形状。其内在含义就是因为各部分协议的数量是不同的。对于其最核心的部分，要能够实现上层各种协议向核心协议的映射.同时实现核心协议向下层其他各种协议的映射.核心协议在所有支持网格计算的地点都应该得到支持，因此核心协议的数ft不应该太多，这样，核心协议就形成了协议层次结构中的一个瓶颈，在五层结构中，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈部分，如图6-3所示。

  五层结构之所以形如沙漏，是由各部分协议数ft的分布不均匀引起的。考虑到核心的移植、升级的方便性.核心部分的协议数址相对比较少（例如Internet上的TCP和HTTP),对于其最核心的部分，要实现上层协议（沙漏的顶层）向核心协议的映射，同时实现核心协议向下层协议(沙漏的底层）的映射。按照定义，核心协议的数量不能太多，这样核心协议就成了一个协议层次结构的瓶颈。在五层结构中，资源层和连接层共同组成这一核心的瓶颈部 分,它促进了单独的资源共享。五层沙漏结构根据结构中各组成部件与共享资源的距离，将对共享资源进行操作、管理和使用的功能分散在五个不同的层次，越向下层就越接近于物理的共享资源，因此该层与特定资源相关的成分就比较多;越向上层就越感觉不到共享资源的细节特征，也就是说上层是更加抽象共享资源的表示，因此就不需要关心与底层资源相关的具体实现问题。
  五层沙漏结构的每层都有自已的服务、API和SDK,上层协议调用下层协议的服务。网格内的全局应用都通过协议提供的服务调用操作系统。
  1.构造层（Fabric)
  它的功能是向上提供网格中可供共享的资源，它们是物理或逻辑实体。常用的资源包括处理能力、存储系统、目录、网格资源、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。Toolkit中相应组件负责侦测可用的软、硬件资源的特性、当前负荷、状态等信息，并将其打包供上层协议调用。
  2.连接层（Connectivity)
  它是网格中网络事务处理通信与授权控制的核心协议。构造层提交的各种资源间的数据交换都在这一层的控制下实现。各资源间的授权验证、安全控制也在这里实现。在Toolkit中，相应组件采用基于公钥的网格安全基础协议（GSI)。在此协议中提供一次登录、委托授权、局域安全方案整合、基于用户的信任关系等功能。资源间的数据交换通过传输、路由及名字解析实现。
  3.资源层（Resource)
  这一层的作用是对单个资源实施控制，与可用资源进行安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数据。在Toolkit中有一系列组件用来实现资源注册、资源分配和资源监视。Toolkit还在这一层定义了客户端的C、Java的API和SDK。
  4.汇集层（Collective)
  这层的作用是将资源层提交的受控资源汇集在一起，供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制，汇集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。
  5.应用层（Applications)
  这层是网格上用户的应用程序。应用程序通过各层的API调用相应的服务，再通过服务调用网格上的资源来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数。为便于网格应用程序的开发,需要构建支持网格计算的库函数。
  目前，Globus体系结构已经被一些大型网格应用所采用。研究人员已经在天气预报、高能物理实验、航空器研究等领域开发了一些基于Globus网格计算的应用程序，效果较好。虽然这些应用仍属试验性质，但它至少表明，网格计算可以胜任不少用超级计算机难以胜任的大型应用任务。

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