论文研究-基于OCL的网格服务信息描述模型 .pdf

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基于OCL的网格服务信息描述模型,金仙力,马华东,本文提出一种基于OCL的网格服务信息描述模型,提出网格服务表示模型的概念,阐述了网格服务信息管理模型的结构及其约束.该模型建立网
巾国科技记文在线 http://www.paper.edu.cn 其中,GSDε scription是冈格服务的内容和功能总体描述.它一方面可以作为搜索查询的基 础;另一方面可以作为搜索查询结果的一部分返回,以可读的方式将网格服务信息呈现给网格 应用开发者,供其进一步选择 Function是网格服务的具体行为描述是网格服务所能提供行为特征描述集合,例如:身份 认证、用广管理、支付等都可以作为网格服务的行为特征 Environment是网格服务所在资源节点的环境特征,包括资源节点的操作系统环境 (如: Solaris、 Windows2000等)、节点的响应速度和吞吐量、节点内存的大小等. ayer是网格服务在网格体系结构中所处的层次我们把它分为网格资源层、网格核心中 间件、 MPICH-G2、 WebLogic Server、网格中间件、网格协同工具、网柊门户和网格应用层 八类 BasicInfo是网格服务基本信息特征,包括服务的开发商、版权、服务注册时间等信息 刈格服务的语法规范指閃格服务所提供的行为接口.可定义如下: 定义.网格服务的语法定义可衣示成个三元组; Syntax= <Action, ExtAction Constraint> 其中, action是网格服务提供给网格环境和其他服务的行为集合;对于个服务行为可以 从行为调用名、配置参数和返回结果三个方面进行说明 extaction是网格服务使用所需网格环境和其他网格服务的行为集合 Constraint是网格服务正常运行的条件约束,包括前置条件和后置条件前置条件是网格 服务正常运行前需要满足的状态,后置条件是网格服务运行后的状态网柊服务状态山一组私 有属性值进行说明 网格服务特征关系导航模型 根据网格服务苌示模型,我们将网格服务信息描述模型用特征聚合模型形式表示出来,用 于建立服务信息特征之间的关系导航,如图1所示: +gFDescr ption +oubG Index drill 19北X +lindex +menOr clear +Copyright +functio wIndex|1 N| ne strin口 I Fun. Liln -functio 十t developer te>tFunction 0 Throughput puk Action 图1:网格服务信息描述模型 模型设计的原则是尽可能地将具有重复关键词的信息独立提取成特征类,这样设计的日 山国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 的是为了实现髙效的基于特征关键词查询的网格服务信息索引如图所示模型包含十个类 网格服务索引类 WINdex,内容和功能总体描述类 DEScription,层次类 Layer,行为类 ction,行 为描述类 Function,资源节点的操作系统类OS,昋吐量类 Throughpu,节点内存类 Memory,开发 商类 Developer,饭杖类 Copyrigh.其中网格服务索引类 GSindex是模型的核心,与所有的其他特 征类保持关联,它含有七个属性和两个操:id是网格服务的唯·确定标识; SLInk是网格服务 所在资源节点位置; Registerlime是网格服务注册时间; availability:表明该网格服务的可用 性;sⅠ、♂s2、s3记载网格服务信息的时间戳,分别表示网格服务最后一次更新时间、网格服务 相信在12之前 GSDecription中描述的内容信息是有效的、网格服务相信在s3之前网格服务可 用,它们反映了网格服务信息的动态特征;操作 News和 Delos分表对应服务的注册与注销 个 GSIndex类实例总与一个描述该服务的总体内容和功能的 DEScription实例(角色 gODechψ puon)保持关联如果该服务需要网格环境中其他服务,那么同时与这些服务关联的 DEScription实例(角色 extGsDescrψ ption)保持关联相反地,个 DEscription实例可能对应 多个具有相同内容和功能描述的服务(角色 g index),同时这个功能被其他网格服务(角色 pubGsindex)所调用类似地,个服务的行为(角色 action)对应一个行为描述(角色 function), 同时可能调用其他服务的行为(角色 extRution),而一个服务的行为描述又可能被其他服务行 为(角色 Dubaction)所调用 类aer中 Layerlevel是自定义的枚举类型,为< resourcelayer, core Midwarelaver, MPICHLayer, webLogic Luyer, middleware Layer, cooperation Layer, portallayer, application1aver>,分别对应网格体系结构中的八个层次 需要指出的是,模型中只给出常用的信息特征类,对于其它扩展信息特征,只要按一定规 则封装成类,并与核心类 GSindex建立关联即可 模型约束 A.特征约束 在网格服务信息管理库中标识号i是服务的唯一标识.如果一个服务可用并且 GRInder 实例所关联的外部服务集合不为空,那么表明该服务的可用性依赖」这些关联的外部服务的 可用性这些约束用OCL可描述如下 context gsindex inl GSIndex. allInstances-forAllpl,p2 pl<> p2 implies pl id < p2 id) GSIndex. allinstances cidis Unique(n n) inv t<=ts2 and ts2<=ts3--时间戳必须满足的约束 LnV selfavailability= true and self extGSDescription-notEmpty implies self. gSDescription-forAll(pl p. gSIndex exists( qqavailability=true) 其中, implies是在OCL标准中定义的表示蕴含的布尔运算符;“-”表示注释;1orAl、size、 notEmpty和 exists是OCL标准提供的集合操作表达式中操作exi表明一个服务它所关联的所 有外部服务每个至少要有一个服务可用 同,如果一个服务的行为依赖于外部的服务行为那么所依赖的所有外部服务行为每个 山国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 至少要有一个可用,这个约束用OCL描述为: context action inl elfextFunction-notEmptyO implies selfextFunctoin-forAll(plp. gSindex-exists(c qavailability=true)) 如果一个服务行为依赖于另一个服务的行为,而后者冋时也依赖于前者,也就是说,这两 个关联的服务行为之间有循环相关性,那么这种情形将产生死锁为了避免死锁我们不允许 两个服务行为相互依赖该约束用OCL可以描述如下 context Action inm self. extFunction-notEmpty( implies self. extFunction-forAlIp p. gSIndex. action-excludes(seln)) 为了减少/ayer类实例,)少搜索空间,提高查找效率,个层次只允许对应一个对象实例 这样同层次的服务关联相同的层次类实例. context上 avert/v Layer allinstances-forAll(p, g p< q implies p layer <> q layer 其他类 Copyright、 Developer、 Memory、 Throughput、OS同样满足这种约束: context Copyright inv Copyright. allInstances-forAll(p, q p<>q implies pcp Name <>g cpName) context Developer inv Developer: allInstances-forAll(p, q p<>q implies p dep Name < qdep Name) context memory inv Memory. all/nstances-forAll(p, q p<>q implies p value <> qvalue) context Throughput inv Throughput. allInstances-forAll(p, q p<>q implies p value <> g value context os inv OS. allInstances-or All(p, q p<>q implies not(p osName g. csName o and p version g version)) B.服务行为约束 在类 Action中,我们定义了一个 OClDOC类型,用」记录该服务行为的前置条件和后置条 件约束,整个约束作为 OCLDOC类型实例随服务注册入库,例如:个产品预订服务行为及其约 束如下: context reserve(store: ProduciStore, cust: Customer; title: Porduct Title) Dre SOre. catalogue→ includes(tile)-店必须有此产品名 and store member;s- includes(cst)-2容必级是会员 storerentals includes reservation. newreservers-title and customer=]) 店有个新的预定,其产名与顾客请求的样 从这个例子可以看出该约束同时也反应了服务中的一些商务规则而这些约束和规则将 为服务消费者正硝使用服务提供精确的语义信息 C.操作约束 山国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn GSIndex类包含服务注册和注销两种操作,服务注册操作其行为约束用OCL可以描述如 context NewS(input: INPUT) GSindex.allInstances id- excludes (input id )and GS.allInstances gsLink-excludes (input. gs Link) let NumOfGs: Integer=GSIndex. allinstances-sizeo in NumOfGS= NumOfGs apre+1 context delos(id ID) post let NumOfGS: Integer= GSIndex allInstances-sizeo in NumOfGS= NumOfGs @pre- l and GSIndex. allinstances cid-excludes(id) 注册和注销两和操作的前置条什和后置条件约朿保证了网格服务信息管理库中服务増 加和删除的正确性需要注意的是,服务的注册仅仅表明在网格服务信息管理厍中注册了服务 的各种信息,但并不代表服务只体存在服务的可用性由属性 availability决定 模型分析 模型的正确性 为了验证模型的正确性,我们在oCLE2.07]环境下按图1模型进行改计并通过该环境提 供的模型验证工只进行验证,同时对上述所有OCL描述进行语法和约束检测图2中底部标签 LOG文木框给岀了模型崄证和OCL规范检测结果,结果表明模型设计正确,约束描述无冲突. 0-cCL EnIronment □ 0CL)c山F8 O GridSBrvicg C Compile active fil 忿感 日 O Constraints 国 Eva uate selectl r团 Project Mlet P CECE Tate Machine Tagged v GSIndEx. allInstances 1d->1sUn1-ue(- I n, Participar iNdex ompl Ing.suCC Ily completed 5 have been peor med, o problems) found 28725K495136KB 图2:OCL运行环境 山国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 模型的有效性 为了验证该模型的有敚性,我们以该模型所设计的一个网格服务信息管理原型系统 (JDK.4, oracle90)上进行了服务可用性实验上述的所有约束规则是通过OCL环境(图2)提 供的代码生成T具转化戌断言(asrt语句集成在系统中 实验是在一台有512M内存的 PentiumⅣV24GHz的微机上进行的,操作系统是 Windows Xp实验中我们从 Globus、自行开发的以及第三方的服条中选取300个从底层到上层 分别入厍,并假定所有服务均可用(属性 availability值设为tue).表1给出不同层的服务个数以 及所关联的层次类实例 表1 资源层核心中MPCH WebL四中间件协同工 eServer 间件层G2层 具层户层应用层 服务个数82 67 35 28 26 23 22 关联对象 layerl layer2 layer3 layer4 layer5 layer6 laver7 layer8 实验是从资源层中随机抽取80个服务,平均分成10组,表2是改变这些服务可用性对不同 层次服务叫用性的大体影响情况(结果取10组的平均值) 表2 资源层 (不可用核心中MPCH. WebLog中间件协同上门1户层应用层总个数 ic Server 构件个间件层G2层 层 具层 14.2 18 14.6 15.2 10.8 996 18.7 22.4 20.9 172 18.3 14.6 124124.5 6 27.9 23.2 214 19.5 16.1 13.0 141.7 29.3 25.8 22.5 20.3 17.6 14.2 155.8 上述实验数据表明,底层的少数服务不可用将导致上层大量的服务不可用,另一方面也表 明越底层的服务使用频率越高 同样我们也做了其他的约束冲突检测实验,如:将有行为循环相关性的两个服务进行注 册入库,结果系统有效阻止了第二个服务的注册所有的实验结果与上述约束描述规则相符, 从而进一步表明模型在实践应用中的可用性与有效性另外,在该系统原型中,对服务信息特 征之间的约束检测以及特征之问的关联和索引建立是在服务注册或更新时进行的这样做 方面为以后的服竻高效率检索奠定了基础,另·方面避免了用户对所搜索服务有效性和可用 性进行检测所带来的额外负担 模型的合理性 独立于具体的搜索算法我们从搜索空间的角度来分析模型设计的合里性 定义·令A为给定非空集合S=S1sS,,Sm其中ScA,S#(i=0,1,2…m)且∪S1=4 l 集合S称作集合A的覆盖如果除以上条件外,另有S门S=(i则称S是A的划分 7 山国科技记文在线 http://www.paper.edu.cn 在网格服务信息管理模型中,如果把所有网格服务看作仝集,除了行为类 Action外,其余类 的所有实例所关联的服务组成的集合均是该仝集的一种划分以层次类为例,它的人个层次实 例将网格服务划分为人类,因此如果己知一个服务所在的层次那么搜索空间将缩小原全集的 个了集,这样对于同种搜索算法搜索效率将明显提高.衣3给出了划分后的平均搜索空 间与全局搜索空间的比较 表3 (平均)搜索空间 参数说明 全局 N N代表信息管理库中的服务总个数(全集 n是全集划分后的集合个数N是划分中第 N i个集合中的服务个数(i=12,,n,n<=N 划分 n+->N=n+ 且满足∑N 其中全局可以看作是全集的最小划分划分中最坏的情况是最小划分和最大划分,平均 搜索空间最大,为N,最优情况是划分块数趋进的划分,此时平均搜索空间最小,接近2N 定义.若{A1,A2…,Ar}与{B1,B2,,Bs}是同集合A的两种划分,则其中所有Ai∩Bi ≠组成的集合称为是原来两种划分的交叉划分 版全理.设{4,4,…4)与B,B2…B}是同一集合X的两种划分,则其交叉划分亦是 合的一种划分。(让略) 定义给定X的任意两个划分{A4142,…4+},和{B1,B2;…B5},若对于每一个A均有B使 AB3则{41,42…A}称为是{B1B2…,B}的加细. 定理.仟何两种划分的交叉划分,都是原来各划分的一种加细 让明设{4142,…A}与{B1,B,…B、}的交义划分为T,对T中任意元索∩B必有A;nBcA 和A1∩BB1,故必是原划分的加细 因此在搜索服务时,已知的特征信息越多,搜索结果空间就越小,搜索结果越精确 模型的扩展性 随着网格服务应用的发展,功能特征的分类方式可能会发生调整,也可能会增加新的功能 特征所以服务功能特征是服务话义描述可扩展的部分,随着功能特征层次的细化,特征之间 的组织可以采用特征树的方式进行管玶和维护服务其他特征,如性能、环境、层次和基本特 征等都可以看作服务附加信息的话义描述,这部分特征的分类结构一般情况下不会随着业务 的改变发生变化 对」服务信息特征的拓展,只需将语义特征空间进行相应的扩展,即可对应用扩展部分的 服务进行语义描述,以适应新服务语义定义的需要达到较好的可扩展性;对应地,在网格服务 信息管理模型中,只要将扩展部分的特征按‘定规则封装成类,并与模型中的相关类建立关联 即可 结束语 本文提出一种基于OCL的网格服务信息描述椟型,该模型建立了网格中不同服务信息之 山国利技论文在线 http://www.paper.edu.cn 间的索引,有利于提高基于信息特征的服务檢索.同时,OCL约束描述为网格服务信息管理模 型提供了更精确的语义,从而保证了模型的一致性 目前工作主要集中于网格服务信息挡述模型约束,进一步的研究包括服务信息特征的细 化,多维划分的设计以及相关搜索算法的实现 参考文献 [1 Foster, C Kesselman, J. Nick, S. Tuecke, The Physiology of the Grid: An Open Grid Services Architecture for Distributed Systems Integration. Open Grid Service Infrastructure WG Global Grid Forum. June 2002. [2]GlobusProjectthews-reSourceFrameworkhttp://www.globus.org/wsrf/specs/ws-wsrf.pdf [3 Kreger, H. Fulfilling the Web Services Promise. Comm. of the ACm, ol. 46, No 6 June 2003), ACM, pp [4 Tosic, V. Service Offerings for XML Web Services and their Management Applications. Ph. D. Dissertation Carleton University, Ottawa, Canada. August 2004 5 Object Management Group UML 2.0 OCL Specification. OMG adopted specification ptc/03-10-14 2003 [61 Desmond Francis D'Souza, Alan Cameron Wills. UML, Objects, Components, and Frameworks with UML The Catalysis Approach. Reading: Addison-Wesley Longman, Inc, 1998 [7OcleTool,http://ci.cs.ubbcluj.ro/ocle XlanllJin HuaDong MA School of Computer Science and Technology Bcijing Univcrsity of Posts and Telecommunications, China 100876 his paper proposes a description model of grid service information using CL. The concept of' representation model for grid service is introduced, and also the structure of management model for grid service information and its constraint are explained. The model creates the association and index among the features of grid service information, which provides a basis for efficiently retrieving the services based on their features. Additionally, the OCl formalized description of the model can provide an accurate semantic support for such model. As a result, it can guarantee the consistency and the validity for the model. The theoretical analysis and the experimental results prove that this model is reasonable and valid grid service object constraint language service search 金仙力:男。1978年生。博士硏究生。主要硏究方向是基于构件的软件工程、服务网格和 形式化方法。 马华东:男。1964年生。博上,教授,博导。主要研究方向是多媒体、形式化方法、网格 技术和传感器网络

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