[转帖]可成长性：网络计算的基本特征

周华

[这个贴子最后由周华在 2003/04/03 07:20pm 编辑]

国防科技大学王怀民
    基于Internet的网络信息系统是一个不断成长的“生态”系统，“可成长性”则成为Internet环境下网络计算的基本特征。因此，如何在无法预知未来的情况下构建可成长的网络计算系统是我们今天面临的挑战。
　　“烟囱”与“一体化”一种观点认为我国网络应用的历史不长，规模不大，没有发达国家那么多“烟囱”，因此易于在一体化设计的指导下开发网络计算系统，但实际情况并非如此。例如，电信、邮政、社保等领域的网络信息系统的开发者在做“三互（即互连、互通、互操作）”的需求调研时就遇到困难：用户提不出具体需求。这也难怪，因为用户连局部应用的体会还没有，何来综合集成的需求呢？在这种情况下，用户往往是先开发当时能够讲清楚的局部系统，然后再考虑各局部系统的集成问题。由此看来，我们在网络计算系统方面虽然没有发达国家那么多“烟囱”，但同时也缺乏一体化建设的深入需求和经验。这是否意味着我们一定要走先建“烟囱”的老路呢？
　　回答和解决这些问题需要深入研究Internet环境下网络计算的特点，遵从网络计算系统建设的一般规律。
　　“无木不言林，孤木不成林”网络计算系统是把分布各处的多个局部自治的系统通过网络集成在一起，以实现资源（包括信息、应用和计算资源）的广泛共享。网络计算系统需要解决的问题就是如何将各局部自治的应用系统联合成为能够发挥综合效能的大系统。因此，没有多个自治的局部系统，也就无所谓网络计算系统，或者说，人们也就提不出所谓广泛共享性的需求。但这并不意味着我们一定要走先建“烟囱”再拆“烟囱”的老路，我们的观点是“植树造林”，在“造林（建设网络计算系统）”的目标引导下“植树（开发局部系统）”，让网络计算系统“成长”起来。
　　“木在壤中生，林在地上长”那么如何使今天栽下的“树”长大之后不至于成为“孤木”，免遭“砍伐”之灾或免受“移植”之苦呢？一个简单的办法是将所有的“树”栽在同一块土地上。对于网络计算系统而言，首先就是将各自独立的局部系统建立在公共平台上。
　　基于以上对网络计算系统建设规律的认识，我们认为，网络计算系统的设计应该遵循“可成长性”原则，即所谓“如何栽树，使之成林”的设计。
　　可成长性设计原则所谓一个系统是可成长的是指该系统在一定条件下具有“可代谢性”和“可生长性”。系统的可代谢性特指系统的组成部分可以更新;系统的可生长性指系统的组成成分可以不断增加。这里的“一定的条件”可以是投入/产出、时效、技术或功能等因素。
　　回顾计算机技术的发展历程，许多有生命力的计算系统都具有某种可成长性，其中的关键技术也因此成为主流技术，人们熟知的有以下一些：
　　●面向对象的应用系统面向对象的应用系统由若干接口清晰的对象组成，对象的封装特性使应用系统的组织成分易于替换、升级和重用。基于对象技术的构件/构架技术的发展使得应用系统具有更灵活的扩展能力。面向对象的分析、设计和程序设计方法、工具成为开发可成长的网络计算系统的主流技术。
　　●基于层次结构的网络系统网络系统的层次模型要求下层构件为上层构件提供标准的服务接口，上层通过下层构件的标准接口请求服务，因此，只要保持各层的接口不变，下层构件内部机制的变化（如协议构件的变化）不会对上层构件产生大的影响，这使得网络系统的代谢成本较低，易于应用生长。这种层次结构已经被许多系统采用，成为提高系统代谢能力和生长能力的主流技术。
　　●基于客户/服务器模型的分布式应用系统客户/服务器模型将分布式应用系统的数据管理逻辑与应用及表现逻辑分开，前者部署在服务器上，后者部署在客户机上。客户应用通过标准接口共享服务器上的数据。该模型使客户数可以充分扩展，而服务器及数据库管理系统的升级也不会影响分布在各地的客户的正常工作。
　　●基于WWW技术的Internet信息系统标准HTML文件格式使任何HTML浏览器可以解释丰富多彩的HTML页面，标准的HTTP协议使浏览器可以与任何HTTP服务器交互，统一的URL地址格式使用户可以透明地访问网络上任何HTTP服务器管理的页面。WWW技术使任意的HTTP服务器或HTML浏览器可以在任何时候加入系统。WWW技术使Internet迅速成长为新型媒体。
　　基于历史的分析，我们可以梳理出网络计算系统可成长性设计的若干原则：
　　可继承性原则一个寿命很短的系统不是可成长的系统。这一原则要求网络计算系统的组成成分之间具有较好的兼容性和可重用性。
　　可替换性原则可替代性是保证系统可代谢能力的基础。这一原则要求网络计算系统的组成成分局部性好，升级或移植的成本低，对系统其他成分的影响小。
　　可扩展性原则可扩展性是保证系统可生长能力的基础。这一原则要求网络计算系统的组成成分之间有较好的“三互”，尤其需要动态组合与配置能力。
　　根据以上原则，网络计算系统的可成长性设计应该重视以下技术途径：
　　层次化系统设计需要将环境相关的部分与环境无关的部分置于不同的层次，以使系统能够比较方便地适应环境的变化，并尽可能多地重用已有成分；另外需要将领域相关和领域无关的成分置于不同的层次，以便共享或重用公共服务，或在公共平台上扩展功能。
　　构件化系统每一个层次应该由若干可重用、易替换的构件组成。
　　局部化系统的层次之间应该接口清晰，各层次之间、构件之间的关联完全通过标准接口，不应涉及实现细节和其他环境因素。
　　标准化采用标准，特别是采用被广泛接受的工业标准对于系统构件的可重用性、可移植性和互操作性具有重要的基础性作用。
　　案例分析这里，我们分析一种当前主流的支持网络计算系统可成长性的二维体系结构，其中一维是层次化的平台体系结构，另一维是三层应用体系结构（图1）。　
　

周华

结合我们的实践，我们认为三层体系结构是支持网络计算系统成长的有效应用体系结构。三个层次是指应用表现层、应用逻辑层和资源管理层(图1)。图2推荐了一种三层体系结构的解决方案，其中，应用表现层是用户使用网络计算系统的用户界面，采用标准的Web浏览器，内嵌遵循IIOP协议的Java ORB和Java Applet解释器，用户以标准的浏览器方式使用网络计算系统。应用逻辑层上包括HTTP Server和应用服务器。应用服务器上运行各类网络计算系统应用对象，例如数据库访问对象、数据综合对象、决策支持对象、任务规划对象、数据交换对象、流程控制对象等。HTTP Server上安装网络计算系统的HTML主页和访问应用对象的Java Applet，以支持应用界面能够按照Web的方式工作。资源管理层涉及数据库管理系统或其他资源管理对象。　

周华

三层体系结构的典型工作流程如下：
　　①用户通过浏览器从HTTP服务器上下载指定网络应用系统的HTML主页；②用户通过该主页从HTTP服务器上下载访问应用对象的Java Applet；③浏览器装载Java Applet；④用户通过Java Applet访问应用服务器上的应用对象；⑤应用对象在必要时访问资源管理层的资源对象，或接受资源对象的通告。
　　这种三层体系结构使网络计算系统具有良好的可成长性。
　　首先，只要遵循标准，某一层次的升级不会影响其他层次；第二，应用表现层的表现方式不会因为应用逻辑的变化而变化，界面软件的继承性高，另外，应用表现层的浏览器框架结构使用户可以及时在线下载所需要的最新应用逻辑，适应了可扩展性的要求，大大降低了应用部署成本；第三，应用开发者可以在应用服务器上不断开发、部署新的集成框架和网络信息系统应用，无需顾及应用表现层和资源管理层，其继承性、替换性和扩展性皆佳；第四，通过资源注册管理器，资源管理层可以随时将新的资源对象加入系统之中。
　　按照可成长性原则分析正在发展中的Web Service技术，我们不难发现，该技术能够更好地支持Internet环境下网络计算系统的成长，这也许正是Web Service技术近年来为什么备受青睐的内在原因。
　　尚需研究的问题Internet环境下，网络计算系统的成长面临三大客观障碍：一是系统的无序性；二是系统的异构性；三是系统的局部自治性。
　　人们已经注意到，未来的网络计算系统不是以今天的某一个系统为核心扩展而成，它应当是由若干局部自治的系统综合而成的。例如，未来支持社会主体信用评估的信息系统需要集成今天的金融、社保、交通、电信、公安等信息系统，而非现有系统的扩展。因此，一个值得进一步研究的问题是采用什么样的网络计算系统模型和实体交互机制，才能使我们构造的局部自治系统易于综合到未来的（今天还不能预见的）大系统中。
　　今天的许多研究工作在解决这一问题上已经显现潜力，例如，基于Agent的网络计算模型、增订/发布机制、事件通告机制、动态配置与绑定机制等。
转自全国计算机网络计算大赛网站
http://www.hpc-contest.edu.cn/