ＡＵＴＯＮＯＭＩＡ：一種自主的計算環(huán)境

王紀(jì)文

提要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、服務(wù)和設(shè)施的發(fā)展使得現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠利用一系列的開發(fā)和管理工具設(shè)計出安全可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和各類網(wǎng)上服務(wù)。事實上，當(dāng)系統(tǒng)自身的設(shè)計開發(fā)到達一定的復(fù)雜程度，伴隨著異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻和信息量的不斷增大，我們的信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得越來越不可掌控和不安全了。由此，要涉及到計算機的自動計算。所謂自動計算系統(tǒng)，就是系統(tǒng)本身能夠自我定義、自我修復(fù)、自我配置和自我優(yōu)化，等等。本文介紹實現(xiàn)這樣一個自動化計算的體系結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：AUTONOMIA；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

中圖分類號：F49文獻標(biāo)識碼：A

一、介紹

廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部署已經(jīng)造成了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的服務(wù)工作正呈指數(shù)增長。由于信息量的巨大和采集上的困難，加之網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)性，使得管理和控制這些應(yīng)用程序服務(wù)的調(diào)研工作很難開展。

對于這些極具挑戰(zhàn)性的研究問題，一種潛在的解決方式或者能從生物學(xué)系統(tǒng)得到啟發(fā)，因為這種系統(tǒng)已經(jīng)在管理和控制復(fù)雜、交互式的系統(tǒng)中得以成功運用。這種解決方式被稱作是自動處理，其提倡分布式信息系統(tǒng)能夠最終被設(shè)計成可以自動配置、自動部署、自我優(yōu)化，并且是安全的，容錯能力強的，還能夠擺脫人類管理員下達的指令自我參與超負荷工作。

二、自動處理：處理的新紀(jì)元

IBM公司最近展開了一項主要力在發(fā)展自動處理系統(tǒng)和服務(wù)的項目。最主要的方法就是去建立一種能夠自我管理，并能根據(jù)工作量的變化調(diào)整系統(tǒng)資源使其達到最優(yōu)的處理系統(tǒng)。這種能夠自我配置甚至在無人值守的環(huán)境中自我修復(fù)的方法是受人類自主神經(jīng)系統(tǒng)啟發(fā)的。這一發(fā)展下一個處理系統(tǒng)紀(jì)元的概念是建立在生物學(xué)系統(tǒng)和數(shù)字處理系統(tǒng)之上的。

Paul Horn在他先驅(qū)式的文章中為自動處理系統(tǒng)確立了8個關(guān)鍵的元素和特征。將來在瓶頸技術(shù)突破、自動處理的定義可能發(fā)生改變的情況下，以下的列表給出了八條自動處理系統(tǒng)的特征：自我定義、自我保護、自動優(yōu)化、自我修復(fù)、自我配置、邏輯清晰、開放和可以預(yù)知未來。

三、AUTONOMIA的設(shè)計方法

這項工程的目標(biāo)是自動部署移動代理商使其具有自我管理屬性。這種自動化的結(jié)構(gòu)是建立在先前的兩個項目基礎(chǔ)之上：適應(yīng)性分布式虛擬計算環(huán)境（ADVICE）和應(yīng)用軟件控制和管理系統(tǒng)（CATALINA）。這種自動化的環(huán)境為應(yīng)用程序開發(fā)人員提供了所有為維護軟件未來服務(wù)需求和屬性所必要的管理和控制工具，并且還提供在線監(jiān)控和管理機制。

（一）應(yīng)用程序管理編譯器（AME）。它為應(yīng)用程序的開發(fā)人員提供了能強化應(yīng)用軟件的自動化需求（如自我優(yōu)化和自我修復(fù)等）和尋找適當(dāng)?shù)姆椒M足其需求的服務(wù)。編譯器的主要功能是在結(jié)構(gòu)存儲方面控制應(yīng)用軟件的管理需求。

（二）自動化的中間件服務(wù)（AMS）。在AME的基礎(chǔ)上定義應(yīng)用軟件管理需求以后，下一步要做的就是利用AMS服務(wù)去建立一種在應(yīng)用程序執(zhí)行階段能夠合理地動態(tài)控制分配資源的應(yīng)用程序的執(zhí)行環(huán)境。

1、自我修復(fù)。對于每一種錯誤類型（系統(tǒng)、組建或者代理），相應(yīng)的軟件代理有責(zé)任測試程序。在監(jiān)控階段，一旦程序運行出現(xiàn)錯誤，錯誤處理器將把焦點集中在已經(jīng)出現(xiàn)的錯誤上。例如，在組件方面上檢測出現(xiàn)了問題，代理就會持續(xù)監(jiān)控組件的執(zhí)行和它的CPU占有率。當(dāng)組建停止運行的時候，它的執(zhí)行狀態(tài)將會被錯誤處理器檢測到，然后處理器將會分析和確定錯誤類型以及要糾正這個錯誤需要做什么。當(dāng)這些準(zhǔn)備工作都完成了，錯誤處理器就會挑選相應(yīng)的修復(fù)程序去執(zhí)行。如果系統(tǒng)自身出現(xiàn)錯誤，錯誤處理器將會和Application Delegated Mander（ADM）協(xié)商，以確立另一臺好的主機去運行已經(jīng)受到影響的組件。

2、自我優(yōu)化。與自我修復(fù)的方法相似，在自我優(yōu)化的方法中也將有一個叫做自我修復(fù)的handler軟件代理，它的責(zé)任就是在運行的時候優(yōu)化應(yīng)用程序和系統(tǒng)性能。這種自我優(yōu)化的handler會選擇合適的機械裝置優(yōu)化應(yīng)用軟件的性能（如利用移植應(yīng)用程序組件等），從而改變?nèi)抠Y源的分配和負載平衡。

四、自動執(zhí)行方法

在這部分中，我們討論自動化的主要執(zhí)行模塊。主要介紹執(zhí)行系統(tǒng)自我修復(fù)的功能。

（一）移動代理系統(tǒng)。設(shè)計自動化的移動代理系統(tǒng)就是為了給移動代理商提供一個能夠獨立于硬件設(shè)施和操作系統(tǒng)的統(tǒng)一的執(zhí)行平臺。它能夠接收代理、執(zhí)行代理、監(jiān)管代理的狀態(tài)，并且能夠?qū)⒋韽囊粋€地方轉(zhuǎn)移到另一個地方。它還為AUTONOMIA提供能夠跟蹤在這個環(huán)境里進行的連接和撤銷等系統(tǒng)一系列的操作。在這個移動代理系統(tǒng)中，定義了一個組件代理傳輸協(xié)議，作為MAS的接入點。它負責(zé)從遠程計算機中接收代理，而忽略計算機是否為可以代理的操作系統(tǒng)，并將代理發(fā)送到能夠代理的主機上。

（二）應(yīng)用程序管理編譯器。一個用戶可以從在組件庫中注冊的已經(jīng)定義好的庫里通過選擇組件，建立起組件之間的聯(lián)系，從而開發(fā)屬于自己的應(yīng)用軟件。另外，要發(fā)展應(yīng)用程序流程圖，AME能夠使用戶為每個組件的管理要求作詳細說明，并且存儲在組件庫中。AST通過使用應(yīng)用模版中的類，為應(yīng)用程序提供一種獨特的、有代表性的管理和控制屬性。管理和控制的信息包括名字、描述、屬性（應(yīng)用程序特有性質(zhì)的列表）、容錯能力、安全、監(jiān)控技術(shù)和監(jiān)控參數(shù)將存儲在應(yīng)用系統(tǒng)的模版類里。AST用的是可擴展標(biāo)識語XML。

（三）自動化的中間件服務(wù)。AMS提供了為實現(xiàn)自動計算環(huán)境的自動化管理服務(wù)核心。AMS提供的服務(wù)使用了移動代理。AMS提供的主要服務(wù)有組件庫、資源庫、java空間，要更進一步說明的是，每個AMS服務(wù)都是使用被應(yīng)用程序和系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)選出的運算法則而執(zhí)行的。

五、總結(jié)

本文介紹了一種實現(xiàn)自動計算環(huán)境（AUTONOMIA）的體系結(jié)構(gòu)，利用該實現(xiàn)方法可以自動控制和管理大規(guī)模、平行的、分布式的應(yīng)用軟件。討論了當(dāng)組件、代理或者系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時自我修復(fù)的方法模式設(shè)計思想，目標(biāo)是繼續(xù)實現(xiàn)環(huán)境的自我優(yōu)化和自我保護。

（作者單位：首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)信息學(xué)院）

主要參考文獻：

[1]R.E.Barlow and R.Campo，“total Time on test Processes and Applications to Failure Data analysis”，reliability and Fault Tree Analysis （R.E.Barlow，J.fussellandN.Singpurwalla，eds.），SIAM，Philadelphia，1975.

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