[基于服务网格的教学资源共享的设计与研究] 网格资源
时间：2019-01-14 03:32:32 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】通过分析现阶段教学资源共享的现状,针对教学资源的分布性和异构性所带来的教学资源共享困难,提出了用服务网格来消除资源孤岛,实现教学资源系统的集成,为动态的虚拟学习组织解决资源共享和协同问题。并用这种思想设计出“基于服务网格的教学资源共享的研究”的总体实施方案。
【关键词】网格;资源孤岛;OGSA;资源共享;服务网格
【中图分类号】G420 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097(2009)08―0073―02
一 引言
目前网络教学所提供的资源基本上是以HTML格式为主,开发的教学资源严重依赖操作系统、运行环境,无法跨平台运行,无法进行更大范围内的共享。而现代远程教育的核心和精髓是教学资源的共享,这种资源包括师资、教学内容和教学思想等。目前多数网络教学的资源共享,只做到了单向资源共享,只是把自己所拥有的资源向社会开放,而且各个教育系统分散孤立,形成了一个个独立的资源孤岛。由于这些问题的存在,促发了我们将研究聚焦于网格(Grid)[1]理念指导下的软件集成,即采用网格技术实现教学资源系统的集成;使教学资源系统通过Web服务的互联、集成和协同,来为动态的虚拟学习组织解决资源共享和协同问题。本文应用服务网格对教学资源库之间进行动态整合,为上层学习管理系统提供统一的资源接口,从而实现网络教学资源的共享。服务网格在网络教学中的应用,将会极大地改变现有网络教学的应用现状,必将使现有的教学资源得到高度的整合和共享,大大提高教育资源的利用率,带来教育质量的飞跃。
二 网格及其体系结构
1 网格的定义及其特征
网格是将地理上分布异构的各种高性能计算机、数据服务器、大型检索存储系统等通过高速的互联网连接集成,对所有资源统一调配和使用,建立面向网络服务的通用基础支撑环境,实现Internet上计算资源、数据资源和服务资源的有效聚合和广泛共享,从而建立一个能够实现区域或全球合作或协作的虚拟科研和实验环境,支持以大规模计算和数据处理为特征的科学活动。
网格技术的基本特征[1]:①分布性与共享性:网格系统由分布在不同地点、不同类型的计算机、外部设备、各种各样的资源库、知识库、网格服务等构成。共享性就是要做到对各种资源的充分共享。②动态性和异构性:动态性包括网格资源、网格规模会随着时间的变化不断调整,或充实内容,或去除不再使用的资源。异构性是指网格内存在形式各异的计算机系统,同时,网格内的信息资源也是多样的。③自相似性:网格的结构具有自相似的特征。
2 网格体系结构
网格体系结构是指确定网格服务系统中的基本系统组件,界定和描述设置系统基本组件的目的和组件的功能,并说明组件之间如何进行交互式的操作的概念模型。目前出现了两个比较重要的网格体系结构:一是较早提出的五层沙漏结构;另一个是考虑到Web Services技术的影响和作用,而提出的开放网格服务结构(OGSA)[2]。支持Web Services的OGSA架构如图1,可抽象为四个主要层次。从下到上依次为:资源层(包括物理和逻辑资源);Web服务层;基于OGSA 架构的网格服务层和网格应用层[3]。
三 基于服务网格的教学资源共享的设计
1 基于服务网格的教学资源共享的问题提出
传统方案的资源共享系统,属于“内容位于中心”的存储模式。数据资源都集中存放在性能较高的服务器中,客户端要得到其上的文件,则要通过网络访问服务器,由服务器将所需的文件传输到客户端的本地硬盘,并且客户机之间不具有交互能力。若服务器要同时为多位用户提供数据,所占用链路的带宽将扩大到单个数据流的多倍。服务器的负载也将增长为单个数据流服务的多倍。资源的更新完全依赖于服务器端的数据更新,服务器管理者工作强度加大,需不断整理服务器中原有的和用户近来上传到服务器上的数据,并要寻找用户关心的各类数据,将其存放在硬盘中,以便客户端访问,因此就需要超大容量的硬盘才能存储各式各样的资源文件,满足不同类型用户的访问。对于用户上传到服务器的文件,还存在利用率不高的情况,严重浪费服务器硬盘的空间。而对于访问量超大的共享系统,还需配置集群式服务器,必然导致系统成本的加倍上升。
2 基于服务网格的教学资源共享的体系结构
由上述可知,为了实现教学资源的充分共享,应该建立基于网格技术的教学资源系统的集成。在这个网格平台中,应解决由于教学资源的分布性、动态性、异构性所造成的教学资源不能充分共享的问题[4]。因此这个网格平台的功能结构应包括抽象资源层、网格服务层和问题提交层。抽象资源层主要解决教学资源的异构性问题,将教学资源的物理资源和逻辑资源的异构性屏蔽,形成适合网格平台访问的抽象资源。网格服务层协作服务资源的功能,当任务到达时,提供最优化资源的服务。问题提交层借助人机交互机制为网格应用提供人机界面,建立基于Web的网格门户。
图2是以服务网格技术建立的教学资源共享的体系结构模型。由图可知,服务网格既是整个体系的基础,同时也是整个体系的核心。在图2中,底层是网格资源的提供者,包括学校网站、各种图书管资源、科研网资源等教学资源。
网格中间件是网格资源代理和资源提供者之间的联系纽带。它是网格平台的核心,负责提供远程进程管理、资源分配、存储访问、登录和认证、安全性和服务质量等。网格中间件为网格资源代理提供查询各种资源的功能,同时能够将资源代理提供的任务,从网格资源层找到最优化的资源,任务完成后把结果提交给网格资源代理的功能。
网格代理是网格门户和网格中间件的通信媒介,屏蔽了教学资源的异构性,隐藏了各类资源复杂的物理分布性,形成对用户透明的服务接口。
网格门户,基于Web技术,是作为与用户沟通和交互的界面,为用户提供一个惯用的、一致的方法,使用标准的Web浏览器与复杂的底层网格工具和服务进行交互。
3 基于服务网格教学资源共享的系统设计方案
在基于服务网格的教学资源共享的体系结构模型基础上,进行教学资源共享的系统设计,消除信息孤岛,实现教学资源的透明整合。为了实现网格透明共享思想,提出了如图3的系统设计方案:
在实现方案中,有一台注册服务器,它的作用是:各个资源服务器中所有的网格服务都要向注册服务器注册;各个应用程序服务器要用到其他资源服务器的服务时,首先在注册服务器上查询,看有多少资源服务器在注册服务器中注册了相同的网格服务。实际应用时,若用户要查询高二数学课件资源,用户登录本地服务器,它先向注册服务器查询,看哪些服务器向注册服务器注册了课件资源这样一个服务。注册服务器返回有这一项服务的服务器的信息,然后,应用程序服务器依据注册服务器返回的信息,逐个访问有这个服务的服务器上的查询服务,最后连同本地服务器上的课件信息返回给用户,供用户选择浏览。
在整个服务流程中,用户单点登录网格,通过应用程序服务器向注册服务器查询所需实现的网格服务由哪些服务器提供,获得信息后,向提供服务的资源服务器发出请求,资源服务器处理数据后以通知的形式返回给应用程序服务器,应用程序服务器将处理的结果返回给用户。整个服务过程对用户透明,用户无需了解实现细节。
4 基于服务网格的教学资源共享的编程模式
网格应用系统使用B/S三层结构的计算模式,利用WSRF.NET来开发,使用MVC设计模式,如图4所示,用户通过浏览器向系统发出请求,系统使用控制器程序接收用户请求,并进行安全检查,首先向注册服务器发出请求,查找在网格环境中,提供用户请求服务的服务器地址与Grid Service,再根据注册服务器返回的Grid Service情况,访问网格中所有提供该功能的服务器,在获得所有服务器提供的数据后,将这些数据汇总,并格式化后,通过Web程序返回给终端用户,从而实现网格的透明共享功能:表面上用户访问的是某一台服务器,实现上后台有多台服务器为他提供服务。
四 小结
本文提出一种新的面向网络教学的服务网格,充分利用网格技术支持网络教学资源共享。通过对教学资源共享平台框架的设计,屏蔽了现阶段教学资源的分布性、异构性,解决了异构教学资源共享的问题。基于网格的高校教学平台的建设可以较好地实现整个信息系统各类资源的统一管理,加速信息系统的整合,提高资源利用率。本文只是提出了基于服务网格的教学资源共享的研究的总体实施方案,还有相当多的研究工作需要进行,希望在今后的研究中,能够很好的实现它,其中包括系统开发环境和运行环境的建立以及网格服务模块的编写。
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