網(wǎng)格和面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）是兩個(gè)似乎相互沖突的系統(tǒng)。SOA 是構(gòu)建離散服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，它可能要跨越多臺(tái)機(jī)器，這些機(jī)器可以進(jìn)行合并以構(gòu)建一個(gè)應(yīng)用程序，從而降低集成成本。大部分現(xiàn)代網(wǎng)格都采用了類似于 SOA 的 Web 服務(wù)，但是在這兩個(gè)系統(tǒng)之間實(shí)際上有更多東西可以進(jìn)行合并，而不僅僅是采用幾個(gè) Web 服務(wù)。您還必須調(diào)整網(wǎng)格解決方案的體系結(jié)構(gòu)。本文將簡要介紹 SOA 幕后的一些概念，以及在將網(wǎng)格應(yīng)用程序遷移到 SOA 模型時(shí)應(yīng)該考慮的問題。
遷移到 SOA 和網(wǎng)格
網(wǎng)格應(yīng)用程序的一個(gè)永恒的問題是，使其足夠靈活，以在各種平臺(tái)和環(huán)境中使用。盡管早期的網(wǎng)格使用了專用的解決方案，其中采用的是嚴(yán)格受控的硬件和環(huán)境，但是最近的發(fā)展已經(jīng)清楚地表明，將網(wǎng)格應(yīng)用程序放到更為廣泛的平臺(tái)上運(yùn)行，這樣您只需要添加一些機(jī)器就可以很容易地?cái)U(kuò)展網(wǎng)格的范圍和處理能力。
然而，平臺(tái)之間微小的差異可能會(huì)導(dǎo)致非常令人頭疼的事情。例如，Windows? 不同版本之間的改變，甚至是 Windows NT 和 Windows 2000 之間的差異，也都會(huì)導(dǎo)致那些網(wǎng)格環(huán)境中通常經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)和優(yōu)化了的應(yīng)用程序出現(xiàn)問題。一個(gè)顯然的解決方案是去掉那些高度與平臺(tái)相關(guān)的元素，并切換到一個(gè)更加通用的環(huán)境中。
SOA 幕后的準(zhǔn)則遵守一些基本的規(guī)則。SOA 是一個(gè)用來構(gòu)建應(yīng)用程序的基于組件的模型，可以將應(yīng)用程序劃分為很多離散的服務(wù)，這些服務(wù)各自執(zhí)行某個(gè)特定的功能，但是可以將它們組合在一起構(gòu)成更大的應(yīng)用程序。
SOA 的基本原理現(xiàn)在已經(jīng)并不新鮮了。面向?qū)ο蟮母拍钜呀?jīng)出現(xiàn)了很多年，分布式對象也已經(jīng)在很多技術(shù)中存在很多年了，例如 CORBA。主要的區(qū)別在于，SOA 是基于面向?qū)ο蠛?Web 服務(wù)兩個(gè)概念的組合，并在一個(gè)用來描述可用接口的開放系統(tǒng)中采用了這種結(jié)構(gòu)。通過使得 Web 服務(wù)可以更容易發(fā)現(xiàn)和識(shí)別，SOA 可以極大地簡化基于 SOA 應(yīng)用程序的部署和分布。由于 Web 服務(wù)都是基于開放標(biāo)準(zhǔn)的，在其定義中就保證了體系結(jié)構(gòu)和平臺(tái)的無關(guān)性，因此基于 SOA 的應(yīng)用程序可以部署到各種平臺(tái)上。
簡而言之，SOA 是一種對外提供服務(wù)的方法，讓計(jì)算機(jī)可以彼此進(jìn)行交談，并共享自己的處理能力和功能。網(wǎng)格正在慢慢地朝 Web 服務(wù)架構(gòu)發(fā)展，首先是 Globus 采用開放網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施（OGSI），然后是發(fā)布 Globus Toolkit 4.0（GT4）。SOA 和網(wǎng)格技術(shù)正基于諸如 Web Services Resource Framework（WSRF）以及其他的一些解決方案，朝 Web Standards Interoperability 技術(shù)方向發(fā)展。
您還可以看到 SOA 和網(wǎng)格都可以為對方提供很多東西。這并不是網(wǎng)格技術(shù)利用 SOA 準(zhǔn)則的情況，或者反之。從 SOA 的觀點(diǎn)來說，網(wǎng)格為信息和資源的分布提供了一個(gè)異常模型，這是 SOA 模型的一個(gè)關(guān)鍵特性。從網(wǎng)格的觀點(diǎn)來看，SOA 為調(diào)整網(wǎng)格解決方案的架構(gòu)以及促進(jìn)其透明性和更好地支持廣泛的平臺(tái)和環(huán)境，提供了一些可選的而又非常靈活的方法。
下面讓我們來了解一下傳統(tǒng)的網(wǎng)格模型，然后介紹一下基于 SOA 的網(wǎng)格模型，從而比較二者之間的區(qū)別，以及如何開始將網(wǎng)格和 SOA 應(yīng)用程序作為一個(gè)單一的資源進(jìn)行考慮。
傳統(tǒng)的網(wǎng)格模型
為了全面地理解 SOA 如何才能改進(jìn)網(wǎng)格服務(wù)，以及需要如何修改應(yīng)用程序，下面讓我們來看一個(gè)基于傳統(tǒng)的網(wǎng)格技術(shù)的典型網(wǎng)格服務(wù)，包括基本的 Web 服務(wù)。這個(gè)服務(wù)的基本結(jié)構(gòu)非常簡單。
在圖 1 中您可以看到一個(gè)典型的網(wǎng)格環(huán)境的結(jié)構(gòu)圖。其中我故意沒有說明網(wǎng)格軟件的類型，因?yàn)榇蟛糠志W(wǎng)格軟件都可以根據(jù)相同的原理進(jìn)行工作。
圖 1. 網(wǎng)格模型結(jié)構(gòu)圖
總體上來看，這個(gè)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單。我們有一個(gè)網(wǎng)格協(xié)調(diào)者負(fù)責(zé)分發(fā)信息并與各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工作。這個(gè)協(xié)調(diào)者（它還有很多別的名字，包括分發(fā)和管理節(jié)點(diǎn)）的職責(zé)就是運(yùn)行網(wǎng)格。協(xié)調(diào)者與工作節(jié)點(diǎn)之間的通信可能在很多解決方案中都存在，不過大部分系統(tǒng)（包括 Globus）都是依賴于 Web 服務(wù)的。此處使用的模型通常都稱為級聯(lián)服務(wù)，因?yàn)樾畔⒑凸ぷ髡埱蠖际峭ㄟ^服務(wù)進(jìn)行級聯(lián)，從而將其從某個(gè)地方分發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。
然而，不管采用哪種通信系統(tǒng)，其方法大體上是相同的：
- 嚴(yán)格結(jié)構(gòu)的意思是說，節(jié)點(diǎn)都是使用一個(gè)特定的 Web 服務(wù)或 Web 服務(wù)接口與某個(gè)軟件的特定部分進(jìn)行聯(lián)系的，從而處理來自節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)者的請求。
- 任務(wù)提交是通過協(xié)調(diào)者進(jìn)行處理的，它分布在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，通常使用一個(gè) Web 服務(wù)來提交任務(wù)。在工作節(jié)點(diǎn)上，有一個(gè)類似的客戶機(jī)將完成的任務(wù)發(fā)回給網(wǎng)格協(xié)調(diào)者。
- 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)所需要的其他信息（例如大型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或引用材料）可以在網(wǎng)絡(luò)上通過另外一個(gè)服務(wù)進(jìn)行訪問，Web 服務(wù)可能支持，也可能不支持。例如，有些網(wǎng)格使用一個(gè)集中的 SQL 數(shù)據(jù)庫來存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)不通過 Web 服務(wù)接口而是直接訪問的信息。
總體來說，大部分網(wǎng)格服務(wù)（直到最近）都是基于大型的單一代碼基礎(chǔ)的，它使用了一些私有的方法來進(jìn)行通信和共享信息。這使得 Web 服務(wù)模型也正在發(fā)生改變，但是即使采用了 Web 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)之后，很多解決方案也都可以對原有的單一應(yīng)用程序使用一個(gè) Web 服務(wù)接口。例如，從上面這個(gè)傳統(tǒng)的模型中我們可以看出，將任務(wù)提交到一個(gè)節(jié)點(diǎn)是通過一個(gè) Web 服務(wù)接口提交給網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的，這實(shí)際上會(huì)將面向 Web 服務(wù)的接口暴露給原來的應(yīng)用程序。
這種單塊方法存在一個(gè)問題，即使使用 Web 服務(wù)，它也會(huì)限制擴(kuò)展和增長的能力。采用這種單塊風(fēng)格，將應(yīng)用程序移植到其他平臺(tái)和環(huán)境就會(huì)變得更加復(fù)雜。如果您的系統(tǒng)不是基于 Web 服務(wù)的，那么問題可能就更加嚴(yán)重。增長之所以會(huì)受到限制是因?yàn)樗蕾囉趩蝹€(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)來負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)間分發(fā)信息。如果您的客戶機(jī)也是一個(gè)單塊接口（即使它同時(shí)還使用 Web 服務(wù)來提供接口），那么將網(wǎng)格應(yīng)用程序部署到很多機(jī)器上也會(huì)變得更加困難。
SOA 應(yīng)用程序模型
SOA 并不是使用 Web 服務(wù)來集成應(yīng)用程序不同部分并在其間進(jìn)行通信的另外一個(gè)簡單術(shù)語。SOA 要走得更遠(yuǎn)，它定義了一種方法來部署應(yīng)用程序，這樣可以將注意力從由多個(gè)函數(shù)和對象組成的單個(gè)應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到一種將整個(gè)應(yīng)用程序劃分為多個(gè)單一服務(wù)的結(jié)構(gòu)上來。例如，考慮一個(gè)記帳程序，它有一些組件負(fù)責(zé)開具發(fā)票并提供一種方法進(jìn)行支付。除了傳統(tǒng)的組件應(yīng)用程序模型之外，您還可能會(huì)希望為這兩個(gè)任務(wù)定義一些對象和相關(guān)方法。
在一個(gè)簡單的 Web 服務(wù)環(huán)境中，您要為對象和方法構(gòu)建一個(gè)接口來允許訪問需要遠(yuǎn)程訪問的內(nèi)容。例如，開具發(fā)票這個(gè)任務(wù)可能需要您通過網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行訪問。在所有的可能性中，Web 服務(wù)都會(huì)在一臺(tái)專用的機(jī)器上有一個(gè)專用的接口，為其構(gòu)建一個(gè)接口需要了解這臺(tái)服務(wù)器上都在運(yùn)行什么服務(wù)，以及為其提供接口需要的詳細(xì)信息。
在一個(gè) SOA 中，這個(gè)記帳應(yīng)用程序中的每個(gè)功能從技術(shù)上來說都可以作為一個(gè) Web 服務(wù)。每個(gè)服務(wù)都會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上廣播自己的存在，您可以在任何經(jīng)過適當(dāng)授權(quán)的機(jī)器上執(zhí)行任何操作。而且，由于每個(gè)服務(wù)都是自己可以控制的一個(gè)組件，因此它們可以存在于網(wǎng)絡(luò)上的任何地方。我們不再需要一臺(tái)專用的服務(wù)器來處理請求。例如，我們可以使用一個(gè)服務(wù)器農(nóng)場，由于服務(wù)會(huì)廣播自己的存在，因此我們不必?fù)?dān)心如何發(fā)現(xiàn)這些服務(wù)。
從上面的介紹中，我們可以確定 SOA 的主要元素是：
- 可以作為一個(gè)單獨(dú)的服務(wù)使用 —— 所提供的服務(wù)質(zhì)量的級別還需要作為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)確定。例如，我們還不知道是否要提供一個(gè)可以處理多個(gè)操作和多個(gè)服務(wù)的單一發(fā)票服務(wù)，每個(gè)都支持不同的操作，例如開具發(fā)票、支付發(fā)票或修改發(fā)票。
- 獨(dú)立性 —— 我們并不關(guān)心它們是如何來實(shí)現(xiàn)我們請求的任務(wù)的。它們只要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能就好了。類似地，服務(wù)也并不關(guān)心如何來達(dá)到這個(gè)結(jié)果。
- 服務(wù)會(huì)廣播自己的存在。
因此從理論上來說，應(yīng)該可以將一個(gè)應(yīng)用程序劃分為更小的組件，然后可以將其連接在一起（通過相互調(diào)用），從而構(gòu)成最終的應(yīng)用程序。由于這些單元也可能會(huì)擴(kuò)展到多臺(tái)機(jī)器上，因此我們需要從這種單塊、級聯(lián)結(jié)構(gòu)切換到一種更加靈活的分布式、自由通信的結(jié)構(gòu)。在圖 2 中您可以看到一個(gè) SOA 結(jié)構(gòu)的例子。
圖 2. SOA 網(wǎng)格模型的一個(gè)例子
SOA 網(wǎng)格模型
從上面對于 SOA 模型的介紹以及目前網(wǎng)格技術(shù)朝著 Web 服務(wù)結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢可以清楚地看出，二者正在不斷融合。使用簡單的術(shù)語來說，網(wǎng)格是一個(gè)共享資源的分布式系統(tǒng)，而 SOA 則是一個(gè)分布式體系結(jié)構(gòu)，后者最關(guān)注的是服務(wù)的相互操作能力、易于集成、簡單性、可擴(kuò)展性以及安全訪問的特性。這兩個(gè)系統(tǒng)有一些共同的問題，包括延時(shí)、并發(fā)和局部故障等問題。
二者都使用了 Web 服務(wù)，圖 3 給出了一個(gè)可以在 SOA 和網(wǎng)格環(huán)境中使用的簡單布局。二者都大量地采用了 SOAP、XML Web 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的安全性、管理和其他系統(tǒng)。
圖 3. SOA 操作模型
不管現(xiàn)有的應(yīng)用程序是否使用 Web 服務(wù)，您都可以看到在圖 3 中詳細(xì)介紹的開放標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了 SOA 標(biāo)準(zhǔn)的主體。總之，SOA 利用了以下的技術(shù)：
- 使用 XML 來構(gòu)成所有標(biāo)準(zhǔn)的核心部分，從用來交換信息的 SOAP 協(xié)議到用來共享描述信息的方法。例如， WSDL（一種基于 XML 的描述語言）就用來描述潛在的客戶機(jī)可以使用的服務(wù)。
- SOAP 為交換對象和調(diào)用方法提供了一些基本的方法。底層的傳輸協(xié)議是高度不相關(guān)的，不過很可能會(huì)使用 HTTP。
- 很多擴(kuò)展用來為服務(wù)之間的交互操作提供關(guān)鍵的服務(wù)。例如，WS-Reliability 和 WS-Resource 就用來幫助提高通信的可靠性。
- 后臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)，例如 WS-Security 和新的 WS-Distributed Management 標(biāo)準(zhǔn)，用來幫助提供安全的通信和管理遠(yuǎn)程服務(wù)。
這些準(zhǔn)則和技術(shù)早已在 Globus Toolkit 中得到了采用，并深入網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用程序之中。
要在自己的應(yīng)用程序中采用這些技術(shù)，需要改變一下開發(fā)應(yīng)用程序的方法。例如，要在網(wǎng)格應(yīng)用程序中采用 SOA 的準(zhǔn)則，您需要：
- 將應(yīng)用程序遷移到服務(wù)模型。如果您還沒有這樣做，就必須考慮一下應(yīng)用程序中的每個(gè)操作。稍后我們會(huì)更詳細(xì)地介紹這個(gè)問題。
- 將應(yīng)用程序劃分成更小的、離散的組件。例如，不采用一個(gè)帶有 Web 服務(wù)接口的單塊程序，而是將應(yīng)用程序劃分成單個(gè)基于 Web 服務(wù)的組件。您可以將為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)的應(yīng)用程序劃分成單個(gè)服務(wù)來接受任務(wù)、返回任務(wù)和匯報(bào)統(tǒng)計(jì)信息。
- 確保節(jié)點(diǎn)和控制器可以獨(dú)立工作。不要依賴于對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器或其他資源的持久連接。
反之，要在 SOA 應(yīng)用程序中采用網(wǎng)格的概念，您需要：
- 從應(yīng)用程序中刪除那些依賴于單一主機(jī)或環(huán)境進(jìn)行操作的部分。
- 將統(tǒng)計(jì)信息和監(jiān)視信息集成到 SOA 服務(wù)中，從而確定典型的網(wǎng)格負(fù)載信息，例如 CPU 和存儲(chǔ)資源。
這兩種情況中的結(jié)果應(yīng)該是可以構(gòu)建一個(gè)更加靈活而且實(shí)際可用的應(yīng)用程序。
遷移應(yīng)用程序
修改現(xiàn)有的應(yīng)用程序是修改網(wǎng)格或 SOA 應(yīng)用程序最困難的方法，因?yàn)槟枰业揭环N方法來修改應(yīng)用程序，卻不要極大地改變應(yīng)用程序工作的方法和現(xiàn)有的服務(wù)。
主要的問題是要確定應(yīng)用程序的組織。建立要執(zhí)行的操作列表，網(wǎng)格中的組件和節(jié)點(diǎn)之間通信是如何操作的，以及各個(gè)步驟的編譯次序。例如，您可能會(huì)希望制作一個(gè)提交次序的模型：當(dāng)提交作業(yè)時(shí)會(huì)發(fā)生什么，當(dāng)發(fā)回響應(yīng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么，當(dāng)需要有關(guān)某個(gè)給定資源的狀態(tài)信息時(shí)又會(huì)發(fā)生什么。有了這些信息，就可以構(gòu)建一個(gè)支持這些操作所需要的服務(wù)清單了。
現(xiàn)在您需要考慮如何實(shí)現(xiàn)這些服務(wù)。SOA 和基于網(wǎng)格的服務(wù)方法之間有一點(diǎn)區(qū)別：SOA 組件被認(rèn)為是無狀態(tài)的，而網(wǎng)格則是有狀態(tài)的。二者并不需要是互斥的。您可以開發(fā)一個(gè)無狀態(tài)的應(yīng)用程序來提供有狀態(tài)的信息，這樣就可以包含一個(gè)方法來記錄可以匯報(bào)的服務(wù)的狀態(tài)。
記住，即使是在遷移到新的 SOA 模型時(shí)，應(yīng)用程序中的關(guān)鍵部分也是相同的。例如在 CPU 敏感的網(wǎng)格中，網(wǎng)格中執(zhí)行實(shí)際工作的核心的計(jì)算函數(shù)都是相同的，訪問數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息的代碼也都是相同的。例如，如果您考慮一個(gè)圖像呈現(xiàn)網(wǎng)格，構(gòu)成原始圖像描述的數(shù)據(jù)以及將這些向量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成最終圖像的代碼（函數(shù)或應(yīng)用程序）都是相同的。只有各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信和發(fā)送請求的方式會(huì)發(fā)生變化。
最后，具備這些信息之后，就可以開始將應(yīng)用程序遷移到新的基于組件的模型了。不幸的是，并沒有什么簡單的方法可以產(chǎn)生這些信息，現(xiàn)在也沒有什么工具可以對此進(jìn)行簡化。您需要確定的很多信息都依賴于應(yīng)用程序和轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序時(shí)的源環(huán)境。
結(jié)束語
即使對于一個(gè)偶然的觀察者來說，SOA 和網(wǎng)格都具有類似的目標(biāo)：簡化應(yīng)用程序，擴(kuò)充其功能和所支持的平臺(tái)，可以將任務(wù)更容易地分發(fā)到多臺(tái)機(jī)器上。它們當(dāng)然會(huì)采用很多相同的基本組件 —— Web 服務(wù)和 XML —— 但是這些方法稍有不同。您還可以看到每種解決方案可以給另外一種解決方案提供很多優(yōu)點(diǎn)，足以值得考慮利用這種技術(shù)。例如，網(wǎng)格技術(shù)的獨(dú)立特性對于部署基于 SOA 的應(yīng)用程序就非常有益。SOA 的靈活特性和異構(gòu)特性對于網(wǎng)格擴(kuò)充自己的平臺(tái)基礎(chǔ)來說則十分理想。
采用基于 SOA 的網(wǎng)格，我們可以獲得很多優(yōu)點(diǎn)。單塊模型消失了?，F(xiàn)在不再采用一個(gè)單一的網(wǎng)格協(xié)調(diào)者來控制各個(gè)任務(wù)單元在網(wǎng)格上的執(zhí)行，任務(wù)可以提交到任意的節(jié)點(diǎn)上。當(dāng)任務(wù)進(jìn)行分發(fā)時(shí)，如果節(jié)點(diǎn)不能及時(shí)處理這些任務(wù)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該可以將任務(wù)直接發(fā)送到其他節(jié)點(diǎn)上。這種自治體系結(jié)構(gòu)是可能的，因?yàn)楦鱾€(gè)組件可以彼此進(jìn)行交互。