基于網(wǎng)格資源管理的協(xié)作在線學(xué)習(xí)研究

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在線學(xué)習(xí)在世界各地迅速普及。在線學(xué)習(xí)就相當(dāng)于學(xué)習(xí)者通過網(wǎng)絡(luò)尋找學(xué)習(xí)資源，并選擇適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)資源來學(xué)習(xí)，教師和教授的作用是學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，而不是傳統(tǒng)知識(shí)的傳播者。然而，盡管有眾多的可用的在線資源，學(xué)習(xí)過程中的重要元素如參與與協(xié)作通過當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并未實(shí)現(xiàn)。本文提出了一種基于網(wǎng)格的資源管理模型，該模型主要用于創(chuàng)建協(xié)作的在線學(xué)習(xí)環(huán)境。該模型提出一種有效的可交互操作的方式來幫助學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)，存儲(chǔ)，提取，保護(hù)和管理在線學(xué)習(xí)資源。模型主要使用如下技術(shù)：Linux，Apache，MySQL。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格；資源管理；協(xié)作在線學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 22-0000-02

1 引言

分布式系統(tǒng)可以被定義為一系列異構(gòu)，自主管理的領(lǐng)域，并共同完成一項(xiàng)單獨(dú)的大型的工作。在大量的計(jì)算技術(shù)盛行的當(dāng)代，分布式系統(tǒng)發(fā)生了巨大的變化，這些計(jì)算技術(shù)主要有以下幾種：對(duì)等計(jì)算，自主計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，普適計(jì)算，云計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算等。分布式系統(tǒng)主要目標(biāo)是共享資源，而這些技術(shù)也能創(chuàng)建大型的具有多種用途的協(xié)作環(huán)境。當(dāng)代我們可以進(jìn)行各種虛擬活動(dòng)如實(shí)現(xiàn)虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬組織、虛擬研究組和虛擬社交網(wǎng)絡(luò)等，由于這些技術(shù)的進(jìn)步，在線學(xué)習(xí)環(huán)境已成為現(xiàn)實(shí)，并且迅速普及。雖然現(xiàn)有的工具的幫助下可以實(shí)現(xiàn)E-LEARNING學(xué)習(xí)環(huán)境，但要使實(shí)施更有效和優(yōu)化，更有大量的工作和研究的需要完成。在線學(xué)習(xí)存在的最大問題是電子資源的管理，其中包括各種子問題如電子資源的發(fā)現(xiàn)、調(diào)度和安全。一種高效、可擴(kuò)展性的方式來處理這個(gè)問題方法是通過使用網(wǎng)格技術(shù)管理電子資源。網(wǎng)格技術(shù)，使我們能夠建立大型虛擬組織，通過網(wǎng)格服務(wù)共享各種資源。因此，網(wǎng)格技術(shù)可以用于創(chuàng)建在線學(xué)習(xí)環(huán)境，因?yàn)閯?chuàng)建在線學(xué)習(xí)環(huán)境遇到的問題正是網(wǎng)格技術(shù)試圖處理的。因?yàn)樵诰€學(xué)習(xí)環(huán)境需要管理各種形式的大量的電子資源，而這些電子資源又分散在不同地理位置，網(wǎng)格技術(shù)的使用就是一個(gè)明智的選擇。處理類似問題網(wǎng)格技術(shù)已經(jīng)研究到了一定的階段，所以同樣可以應(yīng)用到創(chuàng)設(shè)協(xié)同在線學(xué)習(xí)環(huán)境中。協(xié)同在線學(xué)習(xí)服務(wù)可以被歸類為廣義的和需要具體的服務(wù)兩種類型。需要特定的在線學(xué)習(xí)服務(wù)，是比較容易實(shí)現(xiàn)的，只要需求被很好地理解，它需要處理較少的的問題。而另一方面，廣義的電子學(xué)習(xí)服務(wù)是難以實(shí)施，需要解決的較多的問題，而且不時(shí)有新的問題出現(xiàn)。本文提出了一種基于網(wǎng)格的資源管理模型用于創(chuàng)設(shè)廣義在線學(xué)習(xí)環(huán)境。

2 背景及相關(guān)工作

Moodle是模塊化的面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，也被稱為虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。這是一個(gè)自由、開放的在線學(xué)習(xí)軟件平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)旨在創(chuàng)建在線課程。這些在線課程關(guān)注的焦點(diǎn)是互動(dòng)和協(xié)作建構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容。該平臺(tái)可以用在許多環(huán)境中使用，例如在教育環(huán)境中使用，培訓(xùn)，或在商業(yè)中應(yīng)用。

麻省理工學(xué)院“開放式課程網(wǎng)頁(yè)”（MIT，OCW）是一個(gè)內(nèi)容管理，系統(tǒng)，它是基于Microsoft內(nèi)容管理服務(wù)器的。它通過網(wǎng)絡(luò)出版了幾乎所有麻省理工學(xué)院的課程內(nèi)容。OCW向全世界開放，具有永久性。它不需要注冊(cè)或登記，因?yàn)镺CW課程不收取費(fèi)用或授予學(xué)位.

ATutor是一個(gè)開源的基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)內(nèi)容管理系統(tǒng)，被用于開發(fā)和提供在線課程。它是一個(gè)強(qiáng)的社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，具有強(qiáng)的可訪問性和適應(yīng)性。開源技術(shù)使其能有效地在網(wǎng)上呈現(xiàn)教學(xué)材料或獨(dú)立的網(wǎng)上課程。

3 基于網(wǎng)格資源管理的合作在線學(xué)習(xí)

資源管理涉及一些具有挑戰(zhàn)性的問題如資源發(fā)現(xiàn)，資源調(diào)度，資源分配，資源保護(hù)，資源監(jiān)測(cè)和控制。當(dāng)前網(wǎng)格技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，足以有效地處理這些問題。其中最著名的網(wǎng)格中間件是GGRAM.該資源管理中間件為用戶提供了強(qiáng)大的作業(yè)管理服務(wù)，其中一些包括作業(yè)分配，學(xué)籍管理，數(shù)據(jù)分布和作業(yè)啟動(dòng)/停止配置。它提供了一套標(biāo)準(zhǔn)接口和組件，集體管理作業(yè)任務(wù)和提供資源信息。此信息可用于各種用途。下圖描述GRAM的框架。

主控主機(jī)環(huán)境和用戶的主機(jī)環(huán)境具有分離功能，并能給出對(duì)在各個(gè)環(huán)境中執(zhí)行的功能改進(jìn)的抽象。主控主機(jī)直接和客戶交互。它提供匯總資源的狀態(tài)的信息，并管理其用戶主機(jī)啟動(dòng)并開始服務(wù)。用戶主機(jī)環(huán)境（UHE）執(zhí)行所有作業(yè)，并提供具體的抽象能力和安全來執(zhí)行作業(yè)。主管理作業(yè)工廠服務(wù)是負(fù)責(zé)接收基于聚合資源查詢和訂閱的客戶端的請(qǐng)求。

虛擬主機(jī)重定向處理器的核心工作是重定向UHE的所有指示。這些指示包括創(chuàng)造作業(yè)并調(diào)動(dòng)作業(yè)操作。當(dāng)客戶端請(qǐng)求執(zhí)行工作，虛擬主機(jī)引擎根據(jù)指示調(diào)用啟動(dòng)器。該Java類負(fù)責(zé)安全性映射，用戶驗(yàn)證和確保工作執(zhí)行。因而虛擬主機(jī)可以重定向請(qǐng)求來執(zhí)行作業(yè)服務(wù)。當(dāng)用戶主機(jī)并未工作，它將使用Lunch UHE Java類的幫助，并根據(jù)用戶的憑證來開啟主機(jī)。

管理作業(yè)工廠服務(wù)公開CreateService方法，它接受一個(gè)RSL指定作業(yè)。然后，它創(chuàng)建管理作業(yè)用戶實(shí)例。此外，它的作為本地的調(diào)度系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)其狀態(tài)和發(fā)送通知。管理作業(yè)服務(wù)將啟動(dòng)兩個(gè)文件流工廠服務(wù)，一個(gè)負(fù)責(zé)作業(yè)的輸出，另一個(gè)負(fù)責(zé)作業(yè)的控制。

文件流工廠服務(wù)/文件流服務(wù)對(duì)于管理執(zhí)行作業(yè)所需的數(shù)據(jù)來說是非常有幫助的服務(wù)。工廠服務(wù)創(chuàng)建兩個(gè)文件流服務(wù)：stdout和stderr。這些服務(wù)中的每服務(wù)都有兩個(gè)服務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)果：流目的地的網(wǎng)址，一個(gè)表明活動(dòng)的標(biāo)志。

網(wǎng)格資源的標(biāo)識(shí)映射（GRIM）服務(wù)執(zhí)行UHE，以創(chuàng)建一個(gè)用戶主機(jī)認(rèn)證。用戶主機(jī)認(rèn)證被用于MJS服務(wù)和客戶之間的相互認(rèn)證。資源信息提供服務(wù)（RIPS）是一個(gè)專門的通知服務(wù)，提供有關(guān)的調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、文件、系統(tǒng)、主機(jī)。

4 基于網(wǎng)格的資源管理模型

圖1所描述的框架是協(xié)作在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。下圖描述了基于網(wǎng)格的協(xié)作在線學(xué)習(xí)資源管理模式主要組成部分在該圖中，客戶端系統(tǒng)是由瀏覽器、應(yīng)用軟件、或任何一種有能力通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)的交互式終端組成?？蛻舳说恼?qǐng)求首先被位于服務(wù)器端的身份驗(yàn)證和授權(quán)系統(tǒng)截獲，它檢查客戶端的身份驗(yàn)證和授權(quán)信息與政策數(shù)據(jù)庫(kù)的信息是否一致。一旦客戶端被確定授權(quán)來處理他的要求，資源分配則被要求提供客戶端請(qǐng)求的細(xì)節(jié)。資源分配器檢查客戶端請(qǐng)求，并視需要而定，優(yōu)先事項(xiàng)和其他約束，分配客戶資源。資源信息和資源被資源分配器從在服務(wù)器端電子資源庫(kù)中檢索。在電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)的資源被系統(tǒng)內(nèi)容生成器組件生成。資源分配器可能還需要借助第三方服務(wù)獨(dú)家分配資源，或分配其它領(lǐng)域的資源。

執(zhí)行器是控制執(zhí)行用戶請(qǐng)求的一個(gè)組件?？蛻舳俗鳂I(yè)是在執(zhí)行器控制下執(zhí)行的?？蛻舳说膬?nèi)容也是在執(zhí)行器控制下產(chǎn)生的，之后刷新到客戶端系統(tǒng)。客戶端系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)服務(wù)器之后，客戶端與服務(wù)器交互進(jìn)入圖片。上圖模型首先需要注冊(cè)服務(wù)器具有電子資源發(fā)現(xiàn)服務(wù)功能，讓客戶可以通過該服務(wù)器找到可用資源，然后通過客戶端系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)這些資源。執(zhí)行器，資源分配器和身份驗(yàn)證和授權(quán)組件組合起來具有核心功能。該系統(tǒng)的其它組件包括策略數(shù)據(jù)庫(kù)和電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)。而策略數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)注請(qǐng)求者的認(rèn)證和授權(quán)，電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)包含對(duì)各種資源的精確信息。電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)也可以由第三方擴(kuò)展。一個(gè)校對(duì)組件也可以放在電子資源數(shù)據(jù)庫(kù)和第三方服務(wù)之間，以檢查第三方生成的內(nèi)容。上圖也顯示了一個(gè)單獨(dú)的內(nèi)容產(chǎn)生器組件，該內(nèi)容產(chǎn)生器有權(quán)在電子資源庫(kù)添加內(nèi)容并能把內(nèi)容的認(rèn)證和授權(quán)策略與各種請(qǐng)求人相聯(lián)系。

5 實(shí)施細(xì)則

由于它是開源的，成熟的，兼容和行之有效的模型，其實(shí)施環(huán)境由以下幾部分組成：Linux操作系統(tǒng)，Apache，MySQL和PHP。該模型的各項(xiàng)服務(wù)均使用網(wǎng)格服務(wù)GT4（Globus的工具包）實(shí)現(xiàn)。而交互是通過SOAP和HTTP實(shí)現(xiàn)的、身份驗(yàn)證和授權(quán)系統(tǒng)，使用WS-Security和WS-* specifications實(shí)現(xiàn)。資源分配器和執(zhí)行器通過GT4實(shí)現(xiàn)。策略數(shù)據(jù)庫(kù)使用XACML創(chuàng)建。各項(xiàng)服務(wù)均為網(wǎng)格服務(wù)。

6 結(jié)語

本文提出了一種基于網(wǎng)格的資源管理模型，該模型主要用于創(chuàng)建協(xié)作的在線學(xué)習(xí)環(huán)境。該模型提出一種有效的可交互操作的方式來幫助學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)，存儲(chǔ)，提取，保護(hù)和管理在線學(xué)習(xí)資源。

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基金項(xiàng)目：本文受湖北工程學(xué)院青年項(xiàng)目“基于網(wǎng)格的遠(yuǎn)程教學(xué)研究”（項(xiàng)目號(hào)：2011031）基于網(wǎng)格社區(qū)的教育資源管理研究（項(xiàng)目號(hào)：Z2012007）基金資助。