??? 摘 要：介紹了Java本地接口方法JNI，重點(diǎn)討論了利用JNI調(diào)用C/C++動(dòng)態(tài)聯(lián)接庫(kù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中硬盤(pán)、內(nèi)存、CPU等資源的運(yùn)行狀態(tài)的方法，實(shí)現(xiàn)了Java與C/C++的互操作。同時(shí)，通過(guò)在Web Service服務(wù)中調(diào)用JNI方法，提取Web Service的遠(yuǎn)程調(diào)用功能。在網(wǎng)格環(huán)境中，構(gòu)建了基于GMA的監(jiān)控系統(tǒng)模式，并給出了該系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)理論分析和具體應(yīng)用證實(shí)了該系統(tǒng)的有效性。
??? 關(guān)鍵詞：網(wǎng)格；JNI；Web Service；GMA；監(jiān)控系統(tǒng)
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??? 網(wǎng)格是以資源共享為目的，支持對(duì)可計(jì)算資源的遠(yuǎn)程和并發(fā)訪問(wèn)，用高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接地理上分布的可計(jì)算資源所組成的一個(gè)具有單一系統(tǒng)映像的高性能計(jì)算和信息服務(wù)環(huán)境[1]。
??? 在網(wǎng)格環(huán)境下，存在著各種各樣異構(gòu)的計(jì)算資源，這些計(jì)算資源無(wú)論在硬件還是在軟件上都存在很大差異。而且，這些計(jì)算資源可能分布在世界各地，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起。由于這些特點(diǎn)，運(yùn)行過(guò)程中一些節(jié)點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生故障，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)或者出現(xiàn)性能問(wèn)題。而且，一些節(jié)點(diǎn)可能隨時(shí)會(huì)動(dòng)態(tài)地加入或者離開(kāi)網(wǎng)格環(huán)境。雖然各種網(wǎng)格中間件都有一定的容錯(cuò)性，但在某些情況下，人工干預(yù)也是不可避免的。由于網(wǎng)格規(guī)模巨大，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的性能數(shù)據(jù)，手工對(duì)網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)信息的收集、監(jiān)控和分析而不借助一定的工具是很困難的，這就使得監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)格中的作用顯得尤為突出。
??? 由于資源具有動(dòng)態(tài)性、流動(dòng)性的特征，網(wǎng)格系統(tǒng)的運(yùn)行性能、穩(wěn)定性、可靠性等重要指標(biāo)，很大程度上依賴(lài)于網(wǎng)格系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。這就要求在網(wǎng)格中提供一種資源監(jiān)測(cè)機(jī)制負(fù)責(zé)對(duì)各種資源進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，收集各種資源及節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變化信息，使用戶(hù)和應(yīng)用程序能夠及時(shí)掌握資源分配與調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)帶寬、處理器負(fù)載、系統(tǒng)吞吐量等信息，以便及時(shí)解決網(wǎng)格系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種障礙，提高整個(gè)網(wǎng)格的性能。 ?
1 JNI本地方法
??? Java本地接口方法JNI(Java Native Interface)是JDK的一部分，為Java提供一個(gè)本地代碼的接口，是Java世界和其他語(yǔ)言間的橋梁。JNI允許運(yùn)行在Java虛擬機(jī)JVM(Java Virtual Machine )上的代碼調(diào)用本地程序和類(lèi)庫(kù)，或者被它們調(diào)用，這些程序和類(lèi)庫(kù)可以是其他語(yǔ)言編寫(xiě)的，比如C、C++或者匯編語(yǔ)言等。
1.1 JNI技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟
??? JNI在不同平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)步驟相同。除了生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方法不同外，其他實(shí)現(xiàn)方法相同。圖1以Java編程中通過(guò)JNI方法調(diào)用不同平臺(tái)下的C/C++程序?yàn)槔?，說(shuō)明其具體步驟。
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??? (1)編寫(xiě)java源程序(MonitorInformation.java)；
??? public class MonitorInformation {
??? public native double[] Disk( );//硬盤(pán)的信息
??? public native int[] Cpu();//cpu的使用率
??? public native double[] Memory();//內(nèi)存、虛擬內(nèi)存的大小及使用率
??? public native long pin();//主頻
??? static{
??????? ?try{//此處即為本地方法所在鏈接庫(kù)名
??? System.loadLibrary('monitorinformation');
????????????? ??}catch(UnsatisfiedLinkError e){
?????????????????? ????????????? …………??}
?????????????? ?}
???????? }
??? (2)編譯生成類(lèi)文件(MonitorInformation.class)；
??? 在 Eclipse+Myeclipse 開(kāi)發(fā)環(huán)境下，這一步可以省略，因?yàn)?Myeclipse 會(huì)自動(dòng)編譯java源程序?yàn)?class文件，若不是，則可使用javac MonitorInform-ation.java進(jìn)行編譯，生成MonitorInformation.class文件。
??? (3)用javah生成頭文件(sys_MonitorInformation.h)；
??? 用javah sys.MonitorInformation 為native方法生成sys_MonitorInformation.h頭文件。
??? (4)編寫(xiě)native方法(monitorinformation.cpp)；
??? JNI函數(shù)名稱(chēng)分為3部分：①Java關(guān)鍵字，供Java虛擬機(jī)識(shí)別；②調(diào)用者類(lèi)名稱(chēng)；③對(duì)應(yīng)的方法名稱(chēng)，各段名稱(chēng)之間用下劃線分割。JNI函數(shù)的參數(shù)也由3部分組成：第1個(gè)是JNIEnv *，它是一個(gè)指向JNI運(yùn)行環(huán)境的指針；第2個(gè)參數(shù)隨本地方法是否靜態(tài)而不同，非靜態(tài)本地方法的第2個(gè)參數(shù)是對(duì)對(duì)象的引用，而靜態(tài)本地方法的第2個(gè)參數(shù)是對(duì)其Java類(lèi)的引用；其余的參數(shù)通常對(duì)應(yīng)Java方法的參數(shù)，參數(shù)類(lèi)型需要根據(jù)一定規(guī)則進(jìn)行映射。注意：JNI函數(shù)返回值類(lèi)型與Java函數(shù)返回值類(lèi)型的相互轉(zhuǎn)化。
??? JNIEXPORT jdoubleArray JNICALL Java_sys_MonitorInformation_Disk(JNIEnv *，
??? jobject){? //提取資源節(jié)點(diǎn)硬盤(pán)數(shù)據(jù)?? }
??? JNIEXPORT jlong JNICALL Java_sys_MonitorInformation_pin(JNIEnv *， jobject){? //提取資源節(jié)點(diǎn)CPU主頻}
??? JNIEXPORT jintArray JNICALL Java_sys_MonitorInformation_Cpu (JNIEnv *， jobject){? //提取資源節(jié)點(diǎn)使用CPU的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)}
??? JNIEXPORT jdoubleArray JNICALL Java_sys_MonitorInformation_Memory (JNIEnv *， jobject){ //提取資源節(jié)點(diǎn)內(nèi)存數(shù)據(jù)(包括虛擬內(nèi)存)}
??? 編譯native方法并生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(monitorinformation.dll)；
??? 最后，將動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)放在Windows->System32文件夾下，調(diào)用并運(yùn)行java程序。
2 Web Service
??? Web Service是建立在開(kāi)放的Internet基礎(chǔ)上的新的分布式計(jì)算模型[3]。Web Service組件是一套開(kāi)放的技術(shù)規(guī)范，其組件的基本組成部分為HTTP、XML&XSD、WSDL、UDDI和SOAP。其系統(tǒng)構(gòu)架基于TCP/IP、HTTP、XML等協(xié)議和規(guī)范，可以實(shí)現(xiàn)事務(wù)之間的通信、鏈接文檔的瀏覽、事務(wù)的自動(dòng)調(diào)用、服務(wù)的動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)和發(fā)布等。其體系結(jié)構(gòu)由Service provider、Service requester和Service broker 3個(gè)角色及Publish、Bind和Find 3個(gè)動(dòng)作構(gòu)建而成，如圖2所示。
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??? 服務(wù)提供者首先使用WSDL協(xié)議編制服務(wù)描述文件，并將其發(fā)布到UDDI注冊(cè)中心，UDDI利用SOAP消息機(jī)制(標(biāo)準(zhǔn)的XML/HTTP)來(lái)發(fā)布、編輯、瀏覽以及查找注冊(cè)信息。服務(wù)消費(fèi)者在UDDI注冊(cè)中心發(fā)現(xiàn)感興趣的服務(wù)描述后，需要啟動(dòng)消息通信，消息和通信進(jìn)程可以綁定到基于HTTP上的SOAP上，服務(wù)提供者根據(jù)SOAP的綁定參數(shù)，為服務(wù)請(qǐng)求者實(shí)施相應(yīng)的服務(wù)。同時(shí)，在發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、綁定服務(wù)的過(guò)程中，服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者對(duì)SOAP規(guī)范全力支持，從而實(shí)現(xiàn)了良好的跨平臺(tái)、無(wú)縫互操作性[4]。
3 基于GMA的網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)
3.1 基于GMA的網(wǎng)格監(jiān)控模式
??? 為了有效減少網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)傳輸，本監(jiān)控系統(tǒng)采用基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者/注冊(cè)模式的GMA監(jiān)控體系結(jié)構(gòu)[4]，使用JNI、Web Service、目錄服務(wù)等技術(shù)，構(gòu)建面向服務(wù)的基于GMA的監(jiān)控系統(tǒng)。作為一種類(lèi)型的消費(fèi)者，它實(shí)現(xiàn)了GMA定義的消費(fèi)者接口，并以Web頁(yè)面的方式向用戶(hù)顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的性能信息。監(jiān)控系統(tǒng)采用Servlet從生產(chǎn)者訂閱數(shù)據(jù)、利用實(shí)時(shí)的性能數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成圖片，然后利用JSP頁(yè)面與用戶(hù)進(jìn)行交互，圖3顯示了網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)模式。
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??? 網(wǎng)格監(jiān)控流程：采用JNI技術(shù)對(duì)網(wǎng)格中每個(gè)活動(dòng)資源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取監(jiān)控參數(shù)，通過(guò)Web服務(wù)技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，然后以applet形式顯示到Web瀏覽器中。這樣，用戶(hù)首先以Web頁(yè)面的方式登錄管理節(jié)點(diǎn)，登錄后可以查看該管理節(jié)點(diǎn)轄域內(nèi)所有的資源節(jié)點(diǎn)，然后點(diǎn)擊相應(yīng)的資源節(jié)點(diǎn)即可查看該資源節(jié)點(diǎn)的具體配置信息。
??? 由于網(wǎng)格監(jiān)控的特點(diǎn)，監(jiān)控的數(shù)據(jù)必須及時(shí)地傳送到需要的地點(diǎn)，這就要求系統(tǒng)具有較小的延時(shí)以及較大的吞吐量。另外，監(jiān)控系統(tǒng)要盡量減小給網(wǎng)格資源本身帶來(lái)的負(fù)載。因此，GGF[5]性能工作組認(rèn)為，將數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)傳送分離有利于實(shí)現(xiàn)以上2點(diǎn)。GMA體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種獨(dú)立的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，能夠根據(jù)協(xié)商做到“需求匹配”，并且可以根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載以一種更精確并且更分布的方式來(lái)控制數(shù)據(jù)流量，從而達(dá)到網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)所要求的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t、高傳輸率、低負(fù)載和安全性，使系統(tǒng)非常易于擴(kuò)展。
3.2 實(shí)現(xiàn)
??? 該資源監(jiān)控系統(tǒng)采用了面向服務(wù)的GMA體系結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)格中部署分布式的資源監(jiān)控服務(wù)。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中運(yùn)用了Java技術(shù)調(diào)用VC++動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的JNI技術(shù)以及在Java Applet小程序中封裝Web服務(wù)技術(shù)，通過(guò)接口統(tǒng)一發(fā)布Web服務(wù)，以便及時(shí)獲取所需要的信息。
??? (1)創(chuàng)建Web服務(wù)：monitorinformation
??? 部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：
??? public interface Imonitorinformation {
??? public double[] dispdisk()，int[] dispcpu()，double[] dispmemory()，long disppin();
??? }
??? monitorinformationImpl.java部分代碼如下：
??? public class monitorinformationImpl implements Imonitorinformation {
??? public double[] dispdisk(){
??? MonitorInformation m=new MonitorInformation();
?????????double[] disk=m.Disk( );
????????????? ??return disk;
????? ?}
??? public int[]dispcpu(){? //原理同上， …… }
??? public double[] dispmemory(){ //原理同上， …… }
??? public long disppin(){? //原理同上，……? }
????? ?}
??? MApplet.java部分代碼如下：
??? public class MApplet extends JApplet implements Runnable {
??? private int[] cpu，double[] memory，double[] disk;
??? private long pin;
???????private Service srvcModel;
????? ?private XFireProxyFactory factory;
????? ?private String serviceURL;
????? ?private Imonitorinformation srvc;
????? ?public MApplet() throws Exception {
??? srvcModel = new ObjectServiceFactory().create(Imonitorinformation.cl-ass);
??? // 創(chuàng)建服務(wù)對(duì)象
??? factory = new XFireProxyFactory(XFireFactory.newInstance().getXFire());
??? // 使用XFire的服務(wù)工廠，生成創(chuàng)建實(shí)例
??? serviceURL=“http://”+ip+”:8080/project/services/mo-nitorinformation';
??? // 指定服務(wù)的地址
??? try { //初始化請(qǐng)求一次
??????? ??? srvc = (Imonitorinformation)factory.create( srvcModel， serviceURL);?
??????????? cpu = srvc.dispcpu();?
??????????? memory = srvc.dispmemory();
?????????? ?disk = srvc.dispdisk();
?????????? ?pin=srvc.disppin();
?? ???? }?catch (MalformedURLException e){ ???e.printStackTrace(); }?
??? ……?? }
??? (2)如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)數(shù)字簽名，訪問(wèn)客戶(hù)端程序下載后會(huì)受到安全限制。因此，將Web服務(wù)工程打包以后，對(duì)Applet小程序進(jìn)行數(shù)字簽名，簽名工程如下：
??? 第1步：創(chuàng)建證書(shū)keytool -genkey -alias
??? 這里keyname是要給出的密鑰別名，例如'mykeyname' ；url是存放宇航局鑰的文件位置，通常就是cacerts文件，在{java.home}/lib/security/cacerts，這里的java.home是指jre的路徑，在jdk里，本系統(tǒng)的jre路徑是：C:jdk1.5.0_04jrelibsecuritycacerts。
??? 第2步：簽名。
??? jarsigner -keystore
??? 本系統(tǒng)的簽名路徑是：jarsigner -keystore
??? C:jdk1.5.0_04jrelibsecuritycacerts
??? G:workspaceGraphGraph_fat.jar zhu2008。
??? 注意：簽名時(shí)的
??? 啟動(dòng)Tomcat服務(wù)器后，在初次在瀏覽器運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下提示對(duì)話(huà)框，必須選中“始終信任此發(fā)行者的內(nèi)容(A)”，以便保證系統(tǒng)的安全性，再點(diǎn)擊“運(yùn)行”即可。如圖4所示。
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3.3 監(jiān)控服務(wù)
??? 網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)都有自己的監(jiān)控服務(wù)、注冊(cè)中心[6]、監(jiān)控信息提供者和監(jiān)控服務(wù)代理等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前資源的基本信息和實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。監(jiān)控服務(wù)直接面向監(jiān)控事件消費(fèi)者與上層應(yīng)用，為消費(fèi)者訪問(wèn)提供統(tǒng)一的信息服務(wù)訪問(wèn)接口，它對(duì)應(yīng)面向服務(wù)的GMA體系結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)者/消費(fèi)者復(fù)合組件[7]，最初運(yùn)行時(shí)需要向目錄服務(wù)中心進(jìn)行注冊(cè)。監(jiān)控服務(wù)主要負(fù)責(zé)維護(hù)資源監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)監(jiān)控服務(wù)代理的注冊(cè)信息以及與它相鄰監(jiān)控服務(wù)的相關(guān)信息，實(shí)時(shí)獲取各個(gè)資源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，定期對(duì)所監(jiān)控的所有資源的靜動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息生成詳細(xì)監(jiān)測(cè)報(bào)告，為用戶(hù)提供監(jiān)控視圖。例如，圖5中顯示了處理器、內(nèi)存、硬盤(pán)部分監(jiān)控信息。
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??? 因?yàn)榫W(wǎng)格中資源狀態(tài)信息和其他監(jiān)控組件的變化都依賴(lài)于CPU的改變。如果CPU利用率幾乎沒(méi)有改變，那其他的資源狀態(tài)也不會(huì)有大的改變。反之，意味著資源的狀態(tài)將會(huì)有一個(gè)較大的改變，應(yīng)該立即監(jiān)控。通常情況下，CPU占用比例大于 70%的時(shí)間超過(guò) 1/3時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì) CPU監(jiān)控， 找出 CPU消耗的主要進(jìn)程，分析進(jìn)程高 CPU 占用率的原因。CPU 占用比例大于80%的時(shí)間超過(guò) 1/2 時(shí)，應(yīng)同時(shí)加強(qiáng)內(nèi)存監(jiān)控， 考慮升級(jí)設(shè)備。從而，不必要的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)明顯降低，事件的準(zhǔn)確率也得到滿(mǎn)足。
??? 本文基于GMA體系結(jié)構(gòu)以及Web Services、JNI、applet、目錄服務(wù)等技術(shù)，構(gòu)建的網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)，可以靈活地將靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息結(jié)合在一起，通過(guò)監(jiān)控可以發(fā)現(xiàn)故障的資源節(jié)點(diǎn)，分析系統(tǒng)瓶頸，幫助用戶(hù)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)和調(diào)整系統(tǒng)；通過(guò)監(jiān)控可以了解計(jì)算資源或者存儲(chǔ)資源等的負(fù)載情況，為調(diào)度程序提供信息，以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載平衡。
參考文獻(xiàn)
[1]?黃達(dá)明，李國(guó)東，張德富.網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2003，30(9):144-146.
[2]?Rob G ，Alan E. JNI，Java native interface. Prentice Hall，1998.
[3]?范鳳岐，熊聰聰.基于網(wǎng)格的Web Service實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2007，35(2):110-112.
[4]?桂小林.網(wǎng)格技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006.
[5]?Ian F， Carl K. The grid2 blueprint for a new computing infrastructure，2003.
[6]?廖劍偉，蔡洪斌，蔣攀登，等.基于Java的網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2005，25(12):234-236.
[7]?張宏海.網(wǎng)格監(jiān)控系統(tǒng)[J].超級(jí)計(jì)算通訊，2006，4(4):43-45.