本文将介绍网格技术目前流行的三个网格体系结构，五层沙漏结构（Five-Level Sandglass Architecture）、开放网格服务体系结构（Open Grid Services Architecture，OGSA）、Web 服务资源框架（Web Services Resource Framework，WSRF），以及它们的实现和支撑技术。

1 引言

网格体系结构是关于如何构建网格的技术，它包括两个层次的内涵。一是要标识出网格系统由哪些部分组成，清晰地描述出各个部分的功能、目的和特点。二是要描述网格各个组成部分之间的关系，如何将各个部分有机地结合在一起，形成完整的网格系统，从而保证网格有效地运转，也就是将各个部分进行集成的方式或方法。网格技术的权威伊安? 福斯特（Ian Foster）将网格体系结构定义为“划分系统基本组件，指定系统组件的目的与功能，说明组件之间如何相互作用的技术”。显然，网格体系结构是网格的骨架，只有建立合理的网格体系结构，才能设计和构建好网格。

到目前为止，主流的网格体系结构主要有三个：第一个是伊安? 福斯特等人在早些时候提出的五层沙漏结构（Five-Level Sandglass Architecture）；第二个是在以IBM为代表的工业界的影响下，考虑到Web技术的发展与影响后，伊安? 福斯特等结合五层沙漏结构和Web Service提出的OGSA（Open Grid Services Architecture，开放网格服务体系结构）；第三个是由Globus联盟、IBM和HP于2004年初共同提出的WSRF（Web Service Resource Framework，Web服务资源框架），WSRF v1.2规范已于2006年4月3日被批准为OASIS（Organization for the Advancement of Structured Information Standards，结构化信息标准促进组织）标准。

下面将介绍网格的基本组件，即网格的基本功能模块和三种具体网格体系结构。

2 网格的基本功能模块

研究网格体系结构的目的是为了更好地实现网格，因此在网格体系结构的研究过程中，首先需要确定的就是网格系统到底由哪些基本的功能模块组成的，它们之间如何有机地组合，成为一个完整的网格系统。

网格是建立在现有国际互联网的基础之上的，使用了互联网的IP地址、网络传输协议等概念和技术，它需要已有的一些互联网协议和规范作为支持，如超文本传输协议（HTTP）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP），这些都是互联网上的成熟协议，将它们用作网格协议的传输载体就为方便地构建网格打下了一定基础。当然全盘照用这些协议还是不能满足网格的需求的，例如HTTP协议是为网页浏览而制定的，使用“请求——应答”的方式，但在网格中除了这种消息请求方式外，还有主动推送等其他的消息方式。因此在构建网格时，还需要在现有互联网协议的基础上加以扩展。

互联网完成的功能在网格体系结构中就不再考虑了，以网格数据为例，网格需要考虑到是数据表示形式、数据的传输方式、数据存储和副本管理，但对具体的数据传输格式和传输过程使用FTP或是UDP协议则不再考虑，因为这些是互联网解决的问题。

网格体系结构要考虑到是如何向用户提供一个接口，通过该接口接收来自用户的请求，发送来自网格的信息。用户可以将所使用的网格看作是一个黑盒子，不必知道其内部如何实现用户请求的服务。实际上，网格系统中是由一系列的基本功能模块协作，向用户提供服务的，网格系统的基本功能模块如图1所示。

图1. 网格系统的基本功能模块示意图

网格用户通过用户界面实现与网格之间的信息交互，实现诸如用户作业提交、结果返回等输入输出功能。网格在提供服务之前要知道哪个资源当前可以向用户提供服务，这就需要网格中信息管理模块提供相应的信息。选定合适的资源后，网格需要把该资源分配给用户使用，并对使用的过程中的资源进行管理，这些是资源管理的功能。网格在提供服务的过程中需要网格数据管理功能模块将远程数据传输到所需节点，作业运行过程中由作业管理模块提供作业的运行情况汇报。使用网格的用户及其使用时间和费用等的管理则由用户和记账管理模块实现，用户使用网格的整个过程中都需要QoS（Quality of Service，服务质量）保证、通信和安全保障，以提供安全可靠、高性能的服务。

当然，以上仅仅是对网格系统中基本功能模块的简单描述，实际上各个功能模块的功能远远不止这些，几个主要功能模块的详细情况见本章后续部分中的介绍。

为了实现上述功能要求的网格系统可以有不同的实现方案。举个例子，如果将网格系统比作一个房子，房子的基本功能可能是向使用者提供睡觉、吃饭、会客、洗漱等功能，这些功能可比作网格中的资源管理、作业管理等功能模块。具体建造房子的时候，可以建造各个不同的房间以实现不同的功能，而各个房间如何布局就要依据使用者的要求各不相同了。如何实现布局各个房间以及安排其功能，设计出房子的结构图，就是房子的“体系结构”要解决的问题，各人设计的房屋“体系结构”相差很大，有的是别墅，有的是平房，但都必须要实现房子的基本功能。网格也是如此，建造网格需要依据网格的“结构图”——网格体系结构，网格体系结构决定了网格系统由哪些模块实现网格的各个功能，模块之间如何有机地组合成完整的网格系统。当然，实现同样功能的网格体系结构是各不相同的，依据它们构建的网格系统也是各不相同，以下就介绍已有的几个网格体系结构。

3 五层沙漏体系结构

五层沙漏结构是由伊安? 福斯特等提出的一种具有代表性的网格体系结构，其影响十分广泛，它的特点就是简单，主要侧重于定性的描述而不是具体的协议定义，容易从整体上进行理解。在五层沙漏体系结构中，最基本的思想就是：以协议为中心，强调服务与API和SDK的重要性。

五层沙漏结构的设计原则就是要保持参与的开销最小，即作为基础的核心协议较少，类似于OS内核，以方便移植。另外，沙漏结构管辖多种资源，允许局部控制，可用来构建高层的、特定领域的应用服务，支持广泛的适应性。