校园网格系统设计方案

随着教育信息化的深入和因特网的发展，校园网上的教学资源越来越丰富，而网络资源也呈几何级数增长。而校园网络中心或计算中心对各院系的现有资源缺乏有效的整合和管理。使得各种单一资源利用率相对较低，很难实现校园网内的资源充分共享与协同工作。

网格的出现为实现网络资源共享提供了技术支持。网格是一种将地理上分布的、异构的计算及存储资源和设备通过高速网络连接起来。形成高性能的计算环境，从而实现广泛资源共享的新技术。校园网格与一般的计算网格、信息网格不同，其资源提供者是各院系、部的各类资源，包括集群、数据库、高性能计算机、个人PC机、存储设备等。用户一般是学校的教职员工和学生。他们通过校园网格共享计算、信息、存储、专家、数据、教学等资源。因此，网格技术在校园网中的应用使得校园网的资源能够在更大范围内共享，极大地改变现有校园网的应用现状。

1 网格技术简介

1．1 数据网格

数据网格是一种面向大型分布式数据存储和处理的网格，它将全球范围内分布的、异构的存储和数据资源通过高性能网络连接起来，并提供相关机制使用户能够透明地访问和处理大型分布式数据集。数据网格研究聚集于大型分布式数据的存储和管理、传输、数据访问的优化、数据可靠性与可获取性，以及计算资源的调度等。数据网格的主要目标就是为分布式的数据密集型的应用程序提供服务以及基础设施，因此数据网格必须提供一组安全的高性能的协议用来保证大型数据集的传输，以及确保数据能够根据用户的需要在全网范围内复制、分发。

1．2 元数据

元数据是描述数据的数据，是关于数据的结构化数据。它用于描述数据的内容、覆盖范围、质量、管理方式、数据的所有者、数据的提供方式等信息，是数据与数据用户之间的桥梁。

2 校园网格设计

2．1 设计目标

随着校园网络资源的快速增长，校园网络内形成了越来越多的信息孤岛。一方面是用户对网络资源的需求，而另一方面大量网络资源不能得到有效的使用。校园数据网格系统就是为了解决此矛盾而提出来的。它可以很好地实现异构数据的统一访问和数据共享，充分利用网络的存储资源，为科学研究和协同学习提供一个广阔的资源平台。校园数据网格系统主要实现目标如下：1)统一、透明的访问接口：校园数据网格系统为用户提供一个一致的、方便的访问资源方法；2)为用户提供高效的数据访问：使用复制技术在网格系统中产生多个数据副本，以平衡系统负载，提高数据访问的响应时间和系统的容错性；3)统一的资源命名：采用全局统一的命名机制来访问和操作数据，给用户提供一个全局统一视图，方便用户对资源的管理和操作；4)资源定位的透明性：系统通过副本目录元信息和存储资源代理来完成资源的定位以及对资源的操作；5)灵活性和容错性：系统采用局部自治，全局协调的结构；6)安全性：通过有效的安全机制保障系统的数据安全。

2．2 校园数据网格系统的结构设计

校园数据网格系统是基于校园网的现有资源构建的，该系统具有分布式、层次式的体系结构，既避免了集中式管理带来的系统瓶颈问题，也有效解决了对于资源的统一管理问题。如图1所示，该系统主要由2部分构成：元信息管理和存储资源代理。元信息管理主要为系统功能的实现提供元信息支持。存储资源代理主要完成数据的访问和操作。在系统的每个自治内部署存储资源代理以实现自治域系统的功能。用户可以通过存储资源代理透明的访问各种资源而不必关心底层的物理操作。通过存储资源代理和元信息管理为用户提供一个统一、透明的访问方式，实现所需功能。用户请求存储资源代理，通过存储资源代理和元信息管理的交互获取所需元信息，并调度到合适的资源来实现访问、修改以及数据传输等操作。

校园数据网格系统的功能主要分为3部分：元信息管理、数据管理和安全管理。如表l所示。

1)元信息管理用户元信息管理、数据元信息管理和副本元信息管理。用户元信息管理：负责管理网格用户的相关信息，实现对用户的统一管理和控制。数据元信息管理：负责管理数据网格系统中的各种资源，为用户提供一个统一的逻辑视图。副本元信息管理：负责管理数据网格系统中的所有副本，为副本的创建、选择与定位以及副本的一致性管理提供支持。

2)数据管理 数据访问的调度、数据传输和数据复制。数据访问的调度：负责应答用户的访问请求，并根据用户的请求执行相应的操作。数据传输：负责完成相应节点之间数据安全、高效地传输。数据复制：负责完成数据网格系统中的数据复制操作，产生相应的数据副本。

3)安全管理 分别完成对