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现代科学研究和工程实践对高性能计算的需求越来越强烈。Internet的出现和普及为全国各地的科研和工程技术人员远程使用各计算中心提供的高性能计算能力和网络上的其它资源提供了基础支撑。目前的远程高性能计算方式有四种:远程终端方式,客户/服务器模式,分布式对象计算模式和计算网格。其中,计算网络还远没有达到实际应用的程度,而其余三种模式在本质上都属于客户/服务器模型,需要长时间保持连接,不能穿越防火墙,也不能适应低带宽、不稳定的网络环境,对于严格要求安全保密性、稳定性的高性能计算应用来说是一个严重的缺陷。针对这个问题,本文提出并实现了一种新的远程高性能计算模式。
本文主要内容和贡献如下:1、提出了一种新的基于WebServices技术的远程高性能计算模式,采用四层层次架构(实现层、事务逻辑层、表示层、客户调用层),层次独立性强,具有层次扩展无关性,彻底克服了客户/服务器等模式的缺陷。基于WebServices的远程高性能计算模式的优点包括减轻网络负载,提高应用效率;更充分的资源供共享;无需集中的管理和控制以及提供了潜在的遗留软件复用途径等。这种基于XML消息的服务调用机制更适合像Internet这样松散、异构的网络环境。
2、基于这种新型的远程高性能计算模式实现了远程高性能计算环境WSParallel系统。WSParallel系统是一个完整的高性能计算环境,实现了文件管理、作业管理、作业编辑、作业调试、开发辅助等丰富的功能模块。WSParallel系统利用商业化作业调度程序管理作业系统,同时通过作业监控线程收集运行信息来实现计算服务(实现层);前端服务(事务逻辑层)提供了多线程访问、安全验证等功能;通过WebServices开发高性能计算服务接口(表示层),利用WSDL描述发布服务;客户端则采用了Eclipse插件技术和RCP(RichClientPlatform,富客户端)技术,构建了功能强大的客户端环境,内部采用调用机制访问远程Web服务。Eclipse插件技术具有功能强大、功能继承、扩展方便的特点,为WSParallel系统的进一步扩展开发预留了足够的空间。同时用户作业编辑、预处理均可在客户端进行,很大程度上减少了联网操作,只有最关键的作业操作才在服务端进行,从而分担了服务端负荷。
3、研究了远程环境的网络安全问题和对服务的有效管理问题;由于WSParallel服务的接口完全在网上公开,并且服务调用需要通过Internet传输SOAP[1]消息,因此,研究远程环境的网络安全问题极有必要。本文从运行时环境、服务运行时环境以及网络运行时环境三个层次,基于公钥基础设施(PKI),安全套接层(SSL[2])和X509公钥基础设施,提供了口令、数字签名、加密、认证等安全手段,确保服务调用的安全和可靠。最后基于用户访问方式的多样性,又分别提供了有状态服务和无状态服务,对大限度增强了系统性能。
本文组织结构如下:首先在绪论部分介绍了本文总体工作,第二章和第三章则介绍了WSParallel系统的技术基础-WebServices技术和Eclipse技术;第四章为WSParallel系统概要设计,第五章则给出了WSParallel系统的具体实现;然后第六章对系统功能性能进行了测试,最后一章对本文工作进行了总结并展望以后工作。