天文、生物、化学网络计算应用系统工作文档远程可视化系统

国家科技基础条件平台－网络计算应用系统天文、生物、化学网络计算应用系统工作文档远程可视化系统编号ncap_re_01_visual版本v1.8日期2006-06-23作者单桂华说明研究简报（可视化）copyright©bySupercomputingCenter,ComputerNetworkInformationCenter,ChineseAcademyofSciences.AllRightsReserved.版权所有中国科学院计算机网络信息中心超级计算中心。目录1.实现目的及意义...............................................................................................................12.系统结构...........................................................................................................................22.1WEB服务的提供端................................................................................................22.2组件模块....................................................................................................................32.3框架服务器模块........................................................................................................33.NCAP上已提供的可视化服务.......................................................................................44.参考文献...........................................................................................................................41.实现目的及意义NCAP（网络计算应用系统）的建设目标是集成和聚合国内现有高性能计算资源，构建具有国际先进水平的公益性国家网络计算环境，有效地加快和促进原始创新和重大科学突破，建成若干对国家发展具有重要意义地网络示范应有系统，在一些主要应用领域实现跨越式发展。而可视化作为高性能计算结果数据的关键分析手段，已经成为高性能计算中不可缺少的一部分。因此，远程可视化服务是网络计算中非常重要的一个组成部分。可视化技术经过近二十年的发展，人们开发出了大量的优秀可视化软件，在多个学科领域中它们作为数据分析工具被广泛使用。但由于可视化作业的复杂性，现有的网格中间件不直接支持交互式可视化作业。对于一般的计算作业，用户提交之后，由超级计算机完成即可，用户不再干预，即使有交互，也只是少量的文本信息交互。远程可视化作业不同一般的计算作业，一个可视化作业过程中，用户根据需要调整参数，而可视化服务器要及时返回图形或图像结果。因此研究一个能有效集成现有可视化软件远程可视化系统，支持基于Web的远程交互式可视化系统对网络计算的推广有着非常重要的作用。12.系统结构图2.1网络计算中的远程可视化系统结构图如图所示，从硬件分布系统涉及到DeepComp6800、SGIOnyx350和一台Web/Portal服务器。整个系统所处的内部网络是一个网格环境，在DeepComp6800和SGIOnyx350上都安装了相应的网格中间件。中间件是网格系统中三个基本层次的中间一层，一方面它屏蔽网格资源层中计算资源的分布、异构特性，另一方面向网格应用层提供透明、一致的使用接口。Web/Portal服务器作为网格系统的唯一入口，直接面向网格用户，用户所处网络环境为广域网络即可。可视化系统的Web服务提供端部署在Web/Portal服务器上，组件模块和框架服务模块部署在可视化服务器SGIOnyx350上，用户使用浏览器通过网格Portal访问Web/Portal服务器，他的计算请求通过网格中间件被提交到DeepComp6800上，而他的可视化请求通过Web服务提供端的可视化应用程序管理器VAM提交给可视化服务器上的框架服务模块，框架服务模块根据请求内容启动相应的可视化组件模块并完成同用户的交互工作。2.1WEB服务的提供端Web服务提供端处于系统的最外层，部署在Web/Portal服务器上，是连接终端用户和可视化服务器的中间纽带。除了本身的Web容器以外，还有一个可视化应用程序管理器VAM以守护进程（脱离于终端并且在后台运行的进程，通常2在系统引导时即被启动）方式运行。VAM一方面接收来自客户端的一系列可视化服务请求和输入的各种参数并将处理过的请求和参数传递给可视化服务器，同时另一方面接收来自可视化服务器的可视化结果文件和信息反馈，并对这些结果数据进行分类存储，提供给客户端并显示给用户。图2.2显示Web服务提供端的详细框架。图2.2Web服务提供端框架图2.2组件模块组件模块是可视化系统中与应用密切相关的部分，所谓组件是一组符合我们自定义的通信接口标准的应用程序，可以在框架服务模块的调度下完成一次完整的或阶段性的可视化任务。现有的一些可视化软件经过适当的外层通信封装后就成为一个组件，这样它就可以与框架服务模块进行通信完成交互的可视化任务。至此原来需要在本地运行的一些可视化软件就被集成远程可视化系统中来，用户只需要具备了必要的网络环境就能够远程访问可视化服务器上提供的相应服务。2.3框架服务器模块所谓框架服务模块具体是指运行在可视化服务器（SGIOnyx350）上的一个后台服务程序，它作为整个系统的指挥中心，管理着各类可视化过程中所涉及的数据。一方面它接收Web服务器上VAM发送过来的可视化请求和参数，根据不同的请求启动相应的可视化组件模块。在可视化组件模块运行期间，框架服务模块完成对用户的一些交互处理并将信息传递给可视化组件模块。最终，框架服务程序将可视化结果以文件的形式发送给VAM程序。图2.3表示了框架服务模块的内部结构和三个子模块的相互关系。3图2.4框架服务模块内部结构3.NCAP上已提供的可视化服务目前已经集成进NCAP中的服务有ParaView、LURR_Space_View、LURR_Time_View、GrADs、GridMol。其中LURR_SpaceView、LURR_Time_View和GridMol是我们根据用户的需求而自主开发的。LURR_SpaceView和LURR_TimeView是分别基于VTK的绘制加卸载响应比变化走势的空间扫描图和时间扫描图。GridMol是一个基于Java3D的分子建模和分子可视化软件。这些软件在可视化系统的应用文档有详细说明，该文中不再赘述。4.参考文献[1]ChengGuoliang,parallelcomputing.(HighEducationPress,Beijing,2001)[2]HailiXiao,HongWu,XuebinChi,SungenDeng,HonghaiZhang:AnImplementationofInteractiveJobsSubmissionforGridComputingPortals.ACSWFrontiers2005:67-70[3]C.S.Ang,D.C.Martin,M.D.Doyle.Integratedcontrolofdistributedvolumevisualizationthroughtheworld-wide-web.ProceedingsoftheIEEEConferenceonVisualization1994,IEEEComputerSocietyPress,LosAlamitos,CA,USA.1994[4]V.P.Holmes,J.M.Linebarger,D.J.Miller,R.L.Vandewart,C.P.Crowley.EvolvingthewebbaseddistributedSI/PDOArchitectureforhighperformancevisualization.34thAnnualSimulationSymposium04,2001,Seattle,WA,USA[5]J.Wood,K.Brodile,H.Wright,“Visualizationovertheworldwidewebandit’sapplicationtoenvironmentdata”.Proceedingsofthe9thEurographicsWorkshoponVisualization,81-86,LosAlamitos,CA1996.[6]T.J.Jankun-Kelly,O.kreylos,J..Shalf,K.L.Ma,B.Hamann,K.I..Joy,andE.W.Bethel,“Deployingweb-basedvisualexplorationtoolsonthegrid”,IEEEComputerGraphicsandApplication,3,40-50(2003)4[7]WesBethel,CristinaSiegrist,JohnM.Shalf,S.Shetty,T.J.Jankun-Kelly,OliverKreylos,Kwan-LiuMa,Proceedingsofthe3rdAnnualWorkshoponAdvancedCollaborativeEnvironments,2003[8]CharlieMoad,BethPlale,“portalaccesstoparallelvisualizationofscientificdataonthegrid”,IndianaUniversityBloomington,IN.TechnicalReportTR593.Feb.2004[9]KenBrodlie,DavidDuce,JulianGallop,MusbahSagar,JeremyWalton,JasonWoodProceedingsofIEEEVisualization2004,editedbyHollyRushmeier,GregTurkandJarkeJ.vanWijk,pp155-162[10]Becker,T.W.andBraun,A.:Newprogrammapsgeoscientificdatasetsinteractively.EOSTransactionsAGU,79,505,1998.~becker/igmt/[11]K.W.BrodlieandJ.Wood.RecentAdvancesinVolumeVisualization.ComputerGraphicsForum,20(2),TheEurographicsAssociationandBlackwellPublishersLtd,pp.125-148,20015