数值天气预报的应用虚拟化研究和实现

论文摘要

近年来,应用虚拟化技术受到IT企业和研究机构的密切关注,它致力于将关键应用从系统底层环境中分离出来,并对应用及其相关数据进行整合,通过集中化技术改善应用操作性和安全性,提高关键应用系统的利用率,降低系统的维护成本。在数值天气预报领域,存在大量的用Fortran,Perl等语言编写的遗留代码,这些代码通常都是采用Namelist控制的以命令行方式运行的单用户应用程序,运行时间长且涉及的数据量大,难以直接集成到复杂的网格环境中。本文结合数值天气预报具体应用特点,对数值天气预报领域的应用虚拟化展开了深入的研究,设计了数值天气预报应用虚拟化的基本框架,实现了服务封装工具及一组功能扩展。在服务封装工具方面,引入了服务工厂的方法,解决了服务的动态创建问题。在功能扩展方面,为了避免多用户运行数值天气预报应用时产生的数据干扰,引入了工作目录的思想并设计了工作目录扩展以解决网格环境下数值天气预报应用的多用户使用问题;在研究服务安全级别基础上,设计了基于服务访问策略的权限认证扩展以保证合法用户对授权服务的合法访问,保证了服务的安全性;为了提高应用的运行效率,研究了应用在网格环境下的分发模型,设计了分发管理扩展以实现应用的按需分发。在以上技术的基础上,实现了数值天气预报应用虚拟化,并在数值天气预报网格系统中得到了应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题背景
• §1.2 应用虚拟化研究现状
• 1.2.1 Platform Symphony
• 1.2.2 思杰公司的应用虚拟化技术
• 1.2.3 DataSynapse的应用虚拟化技术
• 1.2.4 Microsoft SoftGrid
• 1.2.5 Trigence
• §1.3 课题研究内容及目标
• §1.4 论文结构
• 第二章 应用虚拟化研究
• §2.1 应用虚拟化的概念
• §2.2 相关技术分析
• 2.2.1 Web服务
• 2.2.2 WS-Security规范
• §2.3 应用虚拟化的基本过程
• 2.3.1 应用程序服务化
• 2.3.2 构建虚拟化平台
• 2.3.3 构建客户端
• §2.4 数值天气预报系统中采用应用虚拟化的优点
• §2.5 小结
• 第三章 数值天气预报的应用虚拟化系统框架
• §3.1 数值天气预报系统典型应用分析
• 3.1.1 GRAPES模式
• 3.1.2 WRF模式
• 3.1.3 集合预报系统
• 3.1.4 数值天气预报应用虚拟化的基本需求
• §3.2 网络架构
• §3.3 功能结构
• §3.4 系统特点
• §3.5 小结
• 第四章 数值天气预报的应用虚拟化关键模块的研究与设计
• §4.1 服务封装工具的研究与设计
• 4.1.1 服务工厂模块
• 4.1.2 应用服务模块
• 4.1.3 注册服务模块
• §4.2 工作目录管理的研究与设计
• 4.2.1 应用程序改造
• 4.2.2 工作目录的组织
• 4.2.3 工作目录扩展的设计
• §4.3 服务安全性的研究与设计
• 4.3.1 服务安全级别研究
• 4.3.2 服务安全性设计
• 4.3.3 权限认证扩展的设计
• §4.4 分发管理的研究与设计
• 4.4.1 分发模型研究
• 4.4.2 分发管理设计
• 4.4.3 分发管理扩展的设计
• §4.5 事件通知的研究与设计
• 4.5.1 发布/订阅模型
• 4.5.2 事件通知服务
• §4.6 小结
• 第五章 数值天气预报的应用虚拟化实践
• §5.1 数值天气预报网格应用需求
• §5.2 数值天气预报网格中应用虚拟化设计
• 5.2.1 系统环境
• 5.2.2 总体架构
• §5.3 数值天气预报网格应用虚拟化的实例
• 5.3.1 应用程序改造
• 5.3.2 服务注册
• 5.3.3 工作流编辑与运行
• §5.4 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果