18、分布式系统技术与并行交互式媒体服务器系统解析

分布式系统技术与并行交互式媒体服务器系统解析

电子合同执行的不同层面

在电子交易的最终阶段，电子支持可以从多个不同角度呈现出不同的层次。

• 人工层面的法律执行监控 ：如同传统商业一样，电子合同的法律执行至少可以在人工层面进行监控。
• 支持性工作流系统 ：由于截止日期、持续时间等信息可以以电子形式表示，这些信息可以被传输到工作流系统中。该系统会自动向相关方发送通知，这些通知涉及各方事先约定的行动，例如发起付款或执行某项操作。
• 高级自动化执行 ：在最复杂的层面，这些行动甚至可以由工作流引擎触发。工作流引擎会在各方为彼此提供的不同信息系统中执行方法调用。这需要一个分布式计算基础设施，使得市场参与者不仅可以通过 Web 服务器，还可以通过分布式面向对象软件组件来表示。而且，这些组件需要在运行时可配置，以便集成到商业交易中。

不过，要实现最后这种情况，需要存在一个相关对象的全球网络，并且这些对象能够像合同动态设置和执行那样进行动态检查、优化、组合和集成。因此，有必要将所有交易方达成一致的工作流规范转化为给定工作流引擎所需的流程定义。同时，如果工作流机制与之前提到的谈判和签署机制相隔离，这种方法就难以成功。

COSMOS 项目案例研究

为了在一个通用框架中整合上述各种功能，需要一个统一的系统架构，至少在集成对象模型和基本软件组件的功能规范方面是这样。COSMOS（面向中小企业的通用开放服务市场）项目正是为此而生，它是一个欧洲 ESPRIT 研究项目，旨在设计和实现用于在互联网上进行商业交易的重要技术软件系统组件。

COSMOS 合同模型

COSMOS 对象模型中最相关的部分是合同建模，因为合同是大多数交易阶段和实现构建块的共同纽带。

COSMOS 合同可以被视为由文本块组成的结构化文档。若如此，编辑过程会简化，但合同的自动化处理将受到很大限制。而构建“合同专家系统”来涵盖合同的全部语义，又会因专家系统开销过高，尤其是在中小企业/互联网环境中，规则、角色和业务主题不断变化，这种方法并不可行。

因此，COSMOS 合同模型旨在识别合同实例中那些具有语义意义的部分，以实现高效自动化并增加附加值。合同模型的各个部分可以根据主题进行区分：
- “Who”部分 ：涉及合同的参与者，包括各方、人员和签名。各方根据合同模板定义的角色行事，他们被实例化为法律实体，可以是个人或组织。个人可以由代理代表，组织则必须由代理代表。“Party”仅表示法律实体参与合同，而抽象掉了为相应角色定义的实际任务。最后，每个法律实体在合同签订时都与一个签名相关联。
- “What”部分 ：是合同的主题，涵盖了所有相关方的义务。每个义务被视为一种权利的转移，可以是商品、服务、金钱或许可证。义务的一个重要特征是一系列 QoS 属性，用于合同模板指定合适的各方。在合同谈判期间，这些 QoS 属性是报价和反报价的主题。最后，在合同执行期间，义务将根据这些属性来履行。
- “How”部分 ：定义了义务之间的关系，例如何时交付哪些服务、截止日期是什么、当一方未能履行义务时适用哪些条款等。该部分用于推导一个工作流，定义因果关系、数据传输、延迟和截止日期，以及执行阶段的最终终止。
- 通用条款部分 ：构成合同的第四部分，涉及合同层面的一般条款和条件，还包括对适用的外部合同、法规和立法的引用。

从合同的生命周期来看，它会经历以下几个步骤：
1. 合同模板定义 ：通常预先定义“如何”和“基本条款”部分，同时定义角色和每个义务的一组请求条件。但模板尚未确定合同各方和确切的义务，而是使用约束表达式作为 QoS 规范。
2. 合同提案 ：通过经纪人，如果能从目录中找到合适的供应商，模板将被完成。经纪人的任务是用相应的报价值替换 QoS 规范。对于每个义务类别，目录中需要有相应的报价类别。相应地，合同模板中的各方对象将被从目录中获取的相应参与者描述所替换。如果经纪步骤导致形成一个原则上可以签署的完整合同，就会提出合同提案。
3. 谈判阶段 ：各方之间交换合同提案。根据合同转移的语义，它可以被视为提案（无法律约束力）或报价（如果其他方接受则具有法律约束力）。如果所有方都接受，合同就处于达成一致的状态，准备签署。
4. 签署与执行 ：所有方（或其代理）签署合同后，电子合同服务会进行认证。之后，合同即可执行，即从技术上讲，可以将其转移到工作流系统中。

COSMOS 构建模块

COSMOS 参考架构中的五个构建块分别对应之前讨论的五个功能。这些功能紧密集成，它们通过使用合同作为传输数据的共同表示进行相互通信。市场参与者可以根据需要选择使用 COSMOS 原型的各个部分。例如，在合同谈判开始之前可能已经形成了一个联盟，这样就不需要目录和经纪功能；在某些情况下，由于谈判过程的成本相对于交易规模过高，可能不需要进行谈判；还有些情况下，可能不需要或无法执行工作流。因此，COSMOS 组件的配置是动态的，取决于不同类型应用（即商业）交易的具体业务需求。

COSMOS 参考架构不依赖于特定的实现技术，这不仅适用于其软件组件，也适用于合同模型。目前有多种技术可用于实现 COSMOS 电子商务谈判支持原型，例如：
- 当前 Web 技术 ：提供了最高的在线访问性能，并且新的标准也在这个领域快速涌现。
- OMG CORBA 标准 ：承诺独立于专有硬件和操作系统，其中 BOCA 的知名度正在不断提高。
- Java 框架 ：如 Voyager 可用于通信平台，IBM 的旧金山框架可用于构建基于组件的应用程序。
- 遗留技术 ：如 EDI 未来也需要作为电子商务系统基础设施架构的一部分（可选）得到支持。

graph LR
    A[Offer Catalogue] --> B[Brokerage]
    B --> C[Market Participants]
    C --> D[Negotiation]
    D --> E[Signing]
    E --> F[Workflow Execution]
    G[COSMOS Service] --> A
    G --> B
    G --> C
    G --> D
    G --> E
    G --> F

并行交互式媒体服务器系统概述

交互式媒体服务器系统在未来的“信息社会”中扮演着重要角色。强大的媒体服务器系统是网络社会的基石之一，它们存储新闻信息、产品描述、客户信息、视频剪辑等各种媒体元素，用于向消费者提供信息、开展业务或娱乐大众。

媒体对象可以分为实时媒体和非实时媒体。实时媒体，如音频和视频流，主要用于信息和娱乐应用；非实时媒体则用于所有通用应用，如传统的 Web 服务。本文介绍了两种媒体服务器系统的设计，分别处理这两种类型的媒体对象，并且这两个服务器系统都基于分布式内存并行计算机系统。

并行交互式媒体服务器系统的抽象模型

从最高抽象层面来看，并行交互式媒体服务器由存储子系统、处理器和外部通信接口（连接到访问和交付网络）组成，它们通过内部通信网络相互连接。在实际应用中，存储子系统通常由用于缓存的快速内存、磁盘和用于大容量存储的磁光设备组成的层次结构。处理器可以连接到存储设备、外部通信接口，或同时连接两者。

内部网络采用结构化图构建，如蝴蝶图、n×n 方格图或完全二分图。与基于总线的系统相比，使用这样的内部通信网络可以显著提高整体通信带宽。

重要研究问题

在过去几年中，可扩展服务器的实现受到了广泛关注，因为有许多重要的研究问题需要解决，以实现它们的最佳性能。本文主要关注两个重要问题：

• 并行 Web 服务器系统的数据布局问题 ：在第 2 节研究的并行 Web 服务器系统中，讨论了如何将媒体对象映射到一组存储设备上的问题。
• 并行 ICMS 的通信调度问题 ：对于第 3 节介绍的并行交互式连续媒体服务器（ICMS），通信调度问题对于分布式内存 ICMS 尤为重要。

这两个服务器系统都已经实现，并集成到了各种应用中。

服务器类型	研究问题
并行 Web 服务器系统	数据布局问题
并行 ICMS	通信调度问题

总之，分布式系统技术在电子合同执行和并行交互式媒体服务器系统中都有着重要的应用。COSMOS 项目为电子合同的管理提供了一个可行的解决方案，而并行交互式媒体服务器系统则针对不同类型的媒体对象提出了相应的设计和研究问题。随着技术的不断发展，这些领域有望取得更多的突破和创新。

分布式系统技术与并行交互式媒体服务器系统解析

并行 Web 服务器系统的数据布局问题

在并行 Web 服务器系统中，数据布局问题是一个关键的研究点。合理的数据布局能够提高服务器的性能和效率，确保媒体对象能够快速、准确地被访问。

数据布局的核心在于如何将媒体对象映射到一组存储设备上。不同的映射方式会对服务器的性能产生显著影响。以下是几种常见的数据布局策略：
- 随机分布策略 ：将媒体对象随机地分配到各个存储设备上。这种策略实现简单，但可能导致存储设备的负载不均衡，某些设备可能会成为性能瓶颈。
- 顺序分布策略 ：按照媒体对象的顺序依次分配到存储设备上。这种策略可以保证存储设备的负载相对均衡，但可能会导致数据访问的局部性较差，影响访问效率。
- 基于内容的分布策略 ：根据媒体对象的内容特征，如文件大小、访问频率等，将其分配到合适的存储设备上。这种策略可以提高数据访问的局部性，减少访问延迟，但实现复杂度较高。

为了选择合适的数据布局策略，需要考虑以下因素：
- 存储设备的特性 ：不同的存储设备具有不同的读写性能、容量和成本。在选择数据布局策略时，需要根据存储设备的特性进行优化。
- 媒体对象的访问模式 ：不同的媒体对象具有不同的访问模式，如顺序访问、随机访问等。在选择数据布局策略时，需要根据媒体对象的访问模式进行优化。
- 服务器的负载均衡 ：为了避免某些存储设备成为性能瓶颈，需要保证服务器的负载均衡。在选择数据布局策略时，需要考虑如何实现负载均衡。

graph LR
    A[随机分布策略] --> B[负载不均衡]
    C[顺序分布策略] --> D[数据访问局部性差]
    E[基于内容的分布策略] --> F[实现复杂度高]

并行 ICMS 的通信调度问题

对于并行交互式连续媒体服务器（ICMS），通信调度问题是一个至关重要的研究点。由于实时媒体，如音频和视频流，具有严格的实时要求，因此需要合理地调度通信，确保数据能够按时、准确地传输。

在分布式内存 ICMS 中，通信调度问题更加复杂。因为多个处理器和存储设备之间需要进行大量的数据传输，而且这些传输需要满足实时性要求。以下是几种常见的通信调度算法：
- 最早截止时间优先（EDF）算法 ：根据任务的截止时间来安排调度顺序，优先处理截止时间最早的任务。这种算法可以保证任务能够按时完成，但可能会导致某些任务的等待时间过长。
- 速率单调调度（RMS）算法 ：根据任务的周期来安排调度顺序，优先处理周期最短的任务。这种算法可以保证任务的实时性，但对于周期较长的任务可能会产生较大的延迟。
- 基于优先级的调度算法 ：根据任务的优先级来安排调度顺序，优先处理优先级最高的任务。这种算法可以根据任务的重要性进行调度，但需要合理地设置任务的优先级。

为了选择合适的通信调度算法，需要考虑以下因素：
- 任务的实时性要求 ：不同的任务具有不同的实时性要求，如音频流的实时性要求比视频流更高。在选择通信调度算法时，需要根据任务的实时性要求进行优化。
- 系统的资源利用率 ：为了提高系统的性能和效率，需要保证系统的资源利用率。在选择通信调度算法时，需要考虑如何合理地分配系统资源。
- 任务的动态性 ：在实际应用中，任务的数量和特性可能会发生动态变化。在选择通信调度算法时，需要考虑如何适应任务的动态变化。

调度算法	优点	缺点
最早截止时间优先（EDF）算法	保证任务按时完成	部分任务等待时间长
速率单调调度（RMS）算法	保证任务实时性	长周期任务延迟大
基于优先级的调度算法	可按任务重要性调度	需合理设置优先级

未来发展趋势

随着技术的不断发展，分布式系统技术和并行交互式媒体服务器系统也将面临新的挑战和机遇。以下是一些未来的发展趋势：
- 智能化与自动化 ：未来的系统将更加智能化和自动化，能够自动地进行任务调度、资源分配和故障处理。例如，通过机器学习算法，系统可以根据历史数据和实时信息，自动调整数据布局和通信调度策略，提高系统的性能和效率。
- 融合与集成 ：不同的技术和系统将更加紧密地融合和集成，形成一个统一的整体。例如，将分布式系统技术与云计算、大数据、人工智能等技术相结合，可以实现更加高效和智能的媒体服务。
- 安全与隐私保护 ：随着媒体数据的不断增加和传播，安全与隐私保护将成为一个重要的问题。未来的系统将需要加强安全机制，保障用户的隐私和数据安全。例如，采用加密技术、访问控制技术等，防止数据泄露和恶意攻击。
- 移动与便携性 ：随着移动设备的普及，用户对移动媒体服务的需求也越来越高。未来的系统将需要支持移动设备的接入和使用，提供更加便捷和高效的移动媒体服务。例如，开发移动客户端应用程序，实现随时随地的媒体访问和播放。

总结

分布式系统技术在电子合同执行和并行交互式媒体服务器系统中都发挥着重要的作用。COSMOS 项目为电子合同的管理提供了一个全面的解决方案，通过统一的系统架构和灵活的组件配置，实现了电子合同的高效执行。而并行交互式媒体服务器系统则针对不同类型的媒体对象，提出了相应的设计和研究问题，如并行 Web 服务器系统的数据布局问题和并行 ICMS 的通信调度问题。

通过对这些问题的研究和解决，可以提高服务器的性能和效率，满足用户对媒体服务的需求。同时，随着技术的不断发展，分布式系统技术和并行交互式媒体服务器系统也将不断创新和完善，为未来的信息社会提供更加优质的服务。在未来的发展中，我们需要关注智能化、融合、安全、移动等趋势，不断推动这些领域的发展和进步。