2022年网格技术的现状及其发展 .pdf

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1、第 30 卷 第 4 期2008年 12 月湘潭师范学院 学报( 自然科学版 )Journal of Xiangtan Normal University( Natural Science Edition)Vol. 30 No. 4Dec. 2008网格技术的现状及其发展X杨夏( 湖南科技职业学院软件学院 , 湖南长沙 410004)摘要:/ 网格0 是一个新出现的概念, 网格通过新的组织方式将广域网上的各种计算资源 、 信息资源 、 设备资 源等集成起来, 以统一的方式向用户提供服务, 改变了人们传统的计算方式和计 算手段 , 为 人们提供 更强大 、 更方 便、 更高级 的问题求解手段 。

2、描述了网格的概念、 网格的需求 、 以及网格的特点等几个方面, 目的是树立读者关于网格的基本 概念 , 建立宏观的整体的认识 , 抓住网格最主要的特征。关键词 : 网格 ; 监控 ; 目录服务 ; 动态监控中图分类号 :TP301文献标识码 : A文章编号 : 1671- 0231(2008)04- 0010- 04/ 网格0这个名词最早出现在20世纪 90年代中 期, 被用来 表示一 种适合于 高级科 学与工 程研究 的分布 式计算 基础设施。网格作为一种数据和计算资源管理的基础设施将为全球的商业、政府、 研究、科学和企业 提供基础支 撑。通过网格,我们可以在多个动态的虚拟组织之间共享资源,

3、 协同解决问题。传统互联网实现了计算机硬件的连通, Web实现了网页的连通, 而网格试图实现互联网上所有资 源的全面 连通。清华大学李三立院士将网格与信息高速公路作了比较, 他说 :/ 将先进计 算基础 设施 ( 网格 ) 与信 息高速 公路相 比较 , 可以说 , 信息高速公路是信息传输和获取的信息基础设施; 而先进计算基础设施则是信息处理的信息基础设施。虽然 , 国内 外都有不断把信息高速公路扩充频带宽度、改进路由器 性能的计划 ;但是 , 国外科学家认为 :真正的下 一代信息基 础设施是 先进计算基础设施。它将使以计算机为主体的信息处理发生根本性的变化。0 而且 , 随着网格工具的不断出

4、现和成熟 , 基于 网格的应用和开发也越来越多, 涉及领域也越来越广。目前, 科研、 气象、 铁道、 电信等行业已有诸多成 功应用案例。可见 , 网格时代已经悄然而至。1网格概念网格就是一个集成的计算与资源环境, 或者说是一 个计算资源池1,是利用互联网把分散在不同地 理位置的 电脑组织成一台/ 虚拟的超级计算机0, 实现计算资源、 存储资源、数据资源、信息资源、软件资 源、 通 信资源、知识资源、专家 资源等的全面共享。具体的网格资源、网格管理和网格环境三者之间的关系就像摆放在围棋棋盘上的棋子一样 , 而棋盘上 纵横交错的线条对应于现实世界的网络, 所以整个系统就叫做/ 网格0 了。网格可以

5、是全球网格、 国 家网格 , 也可以是 地区性的网 格、企事业内部的局域性网格, 甚至是家庭网格和个人网格。网格的根本特征,就是资源共享 , 消除信息孤岛 , 协同工作。网格所面临的问题不同, 对网格提出的要求就不同。因此 , 在不同 的问题 求解者 眼中的 网格有 所不同。因 此, 到目前为止 ,关于什么是网格和网格计算, 还没有哪一个确切的定义最终得到一致认同, 关于网格概念的分歧和争议仍然存在。下面是国内外网格研究方面的专家和组织所提出的网格或网格计算的定义。(1)网格是一种无缝的、 集成的计算与协作环境。(2)网格就是下一代的Internet。(3)网格计算就是在动态变化的、拥有多个部

6、 门或者团体的复杂虚拟 组织 ( Virtual Oraganization) 内, 灵活、安全的 协同资源共享与问题求解。所谓虚拟组织就是一些个人、组织 或者资源的动态组合2。(4)全球网格研究的领军人物、 美国阿岗 ( Argonne)国家实验 室的资深 科学家、美国 Globus 项目的领导 人 Ian Fo ster曾在1998 年出版的 5 网格 :21 世纪信息技术基础设施的蓝图6一书中这样描述网格 :/ 网格是构筑在互联网上的一组新兴技术,它将高速互联网、高性能计算机、 大型数据库、传感器、远程设备等融为一体, 为科技人员和普通老百姓提供更 多的资源、功能和交互性。互联网主要为人

7、们提供电子邮件、网页浏览等通信功能,而网格功能则更多更强,让 人们透明地 使用计算、存储10X收稿日期 :2008-08- 30作者简介 :杨夏( 1976-) , 女, 湖南常德人 , 讲师 , 硕士生 , 研究方向 : 程序设计语言与编译系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 等其他资源。0(5)科学计算工作者眼中的网格:广阔的计算 空间和存储空间, 丰富的计算程序和数据。(6)中科院计算所李国杰院士认为:/

8、网格不同于国外正在搞的Internet2或下一代 Internet(NGI) , 网格可以称作是第三代Internet,其主要特点 是不仅仅包括计算机和网页, 而且包 括各种 信息资源 , 例 如数据 库、 软 件以及 各种信 息获取 设备等 , 它们都连接成一个整体, 整个网络如同一台巨大无比的计算机 ,向每个用户提供一体化的服务。0从以上网格概念的分歧上可以充分说明, 网格是面 向问题的 , 不 同的问 题求解者 看待网 格的方 式也不 同。但是 , 随着大量网格项目的展开和网格技术的发展, 关于 网格概念和技术的一些重要 方面已 经取得 了相当大 的相互 认同。这 说明了人们对网格的认识

9、不断的深入了, 而且 , 网格应用的领域越来越广了。网格已经成为了人们关注的焦点了。2网格最终要实现的目标就像今天的电力网格一样, 人们只要把电器的插销插上就可以方便地用电,网格的目的 就是将计算 能力和信 息资源像电力一样方便地送到每一个用户。我们在使用电力时, 不需要知道它是从哪个地点的发电站输送出来的 , 也不需 要知道该电力是通过什么样的发电机产生的, 不管是水 力发电 ,还是通 过核反 应发电 , 我们 使用的 是一种统 一形式 的/ 电能0 。网格也希望给最终的使用者提供的是与地理位置无关、与具体的计 算设施 无关的通 用的计 算能力。图1 是对电 力网和 网格组成的简单对比示意图

10、。图 1电力网与网格组成的对比网格和电力网都有各自资源的消费者和资源提供者, 对于电力网来说资源提供者就是发电站,对于 网格来说 资源提供者是计算机等 ; 对于电力网来说资源消费者就是各种消耗电能的设备 ,对于网格来说资源消费者就是使 用网格计 算能力求解问题的用户。不管是电力网还是网格, 他们都有覆盖范围广泛、 组成资源多样的特点。正如同电力网 中需要有 大量的变电站等设施对电网进行调控一样, 网格中 也需要 大量的 管理结 点来 维护网 格正 常运行。 与电力 网相 比, 网格 的结构 更复杂,需要解决的问题也更多, 但是它也会给我们带来更大的便利和帮助。11名师资料总结 - - -精品资

11、料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 3网格特征网格作为一种能提供动态资源共享和广泛协同工作的基础设施, 决定了它 除了具 有和以 往的网 络和分 布式系 统相同的一些特征外 , 还有着自身的一些特征, 同时这些特征也决定了网格系统的建立、运行、 及其 资源管理和 安全措施 等注定有许多和传统系统相联系和区别的地方。3. 1分布性分布性是网格的一个最主要的特点。和以往的分布式系统一样, 网格将具有管理分布式资源,完成 分布式协 同计算的能力 ,而且

12、网格要求的分布性能与以往相比, 更加的广泛。网格上的资源 将不再局 限于同 一组织 内, 更 多的是 面向 Internet上的所有资源。而且分布的网格一般涉及的资源类型复杂, 规模 较大 , 跨越 的地理范 围较广。 此外 , 网格支 持的协 同计算除了计算的协同完成和分布合作 外, 还包 括资源 的远 程使用 。这种分 布性 将更 多 的是 依赖 网络 的传 输和 使用 网格 服务( Grid Service)、 Web服务 ( Web Service) 和其他一些协作工具来完成。3. 2动态性和可靠性网格的动态性是指其上的资源和功能动态变化的, 可以动态地增加和减少,即它们可以 随时由不

13、同 的所有者 提供和撤除。因此 , 网格支持资源和服务的动态调整和规划。而且资源和服务的退出不影响到系统的正常工作 , 他们的加 入能立即被发现并且可用。网格的可靠性是指网格内局部资源的变动对网格应用是透明的 , 网格 提供的 计算能力 是持续、稳定 和安全 的, 不因为网格内部个别资源的变化而对网格应用造成影响。3. 3异构性和标准化性网格资 源是异构和多样的, 而且考虑到经济、 商业利益、竞争的 关系 , 网格环 境中的 系统必 然是各种 异构的 系统 , 他们或者位于不同的网络体系结构下, 或者采用不同的操作平台。因此 , 网格 系统必 须能够 解决支 持这些不 同结构、不 同类别资源之

14、间的通信和互操作问题。网格的标准化性是指网格资源之间应该有一个统一的可以相互访问 的接口 或协议 标准 , 而且网 格对用 户提供 的计算能力要满足一定的标准, 有一种比较统一的形式,便于以一 种统一 的方式 进行访 问。对于用 户来说 , 不会 因为时 间、 地 点、具体的访问系统等的不同而要求不断改变访问形式, 访问形式是具有一致性的。3. 4虚拟化网格服务的虚拟化能提供了一种将通用语义行为无缝地映射到本地平台的能力。虚拟化使得我们 能够跨平 台对于资源进行透明的一致性访问, 以及将多个逻辑资源实例映射到同一个物理资源上。3. 5智能性和易访问性网格中的资源管理将比现在更加智能化, 它将能

15、随着计算环境的变化 自动地 进行调节 和适应 , 将会 更加健 壮, 对于资源的搜索将更能满足用户的实际需求。网格的易访问性是指用户可以在任何时间, 任何地点 ,以自己习惯的统一的形式访问和使用各种 网格资源。 网格计算能力可以通过网格系统输送到任何角落, 随处可得。也就是在网格上是没有资源处在什么位置的概念的 , 只有/ 在网格 上 0或者/ 不在网格上 0的区别 , 无论用户在什么地方, 网格资源都在用户的旁边。因此, 在网格上解 决问题时 , 不会因 为访问者或者资源所在地位置不同而受到限制。3. 6自治性和管理的多重性网格上的资源是由具体的组织或个人提供的, 它们的所有权和最高级别的

16、管理权 限不容 质疑的 是属于 它们的 提供者的。网格应该允许资源拥有者对他们的资源有自主的 管理 能力 , 即 网格的 自治 性。此外 , 由 于网格 资源 的动 态性和 异构性,要建立它们相互之间的联系、共享和互操 作, 就 必须接 受网 格的 统一管 理, 作为 一个整 体为 不同的 用户 提供 服务。因此,网格的管理具有多重性, 一方面它允许网格资源的拥有者对网格资源 具有自 主性的 管理 ; 另一方 面又要 求网格 资源必须接受网格的统一管理。3. 7自相似性自相似性是指系统的局部和整体之间存在着一定的相似性, 局部往往在许多地方具有全局的某些特征 , 而全 局的特征在局部也有 一定

17、的体现。自相似性在许多自然和社会现象中大量存在 , 一 些复杂 系统中都 具有这 种特征 , 网格 也是这 样。网格的局部和整体之间存在着一定的相似性, 局部往往 在许多地方具有全局的某些特征,而 全局的特征 在局部也 有一定的体现。4网格研究现状互联网技术不断发展, 网格 (Grid) 作为 Internet的第 3 次浪潮 ,在世界上引 起了前所未 有的关注和 重视。许多 国家以及一些有名的 IT 公司纷纷投入大量资金开展网格技术的研究 , 支持并大力从事商业应用开发, 力求在未来的网格时代居有一12名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

18、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 席之地。我国也不例外, 目前在网格领域的研究和应用也已取得很大成果。美国政府单在网 格技术 的基 础 研究 上, 每 年投 入的 经 费高 达 5 亿美 元。美 国能 源 部 DOE 支持 的科 学 网格 ( ScienceGrid) 用 622Mbps的 ESNet网格连 接了能源部的两台超级计算机, 网格计算能力达到每秒 5 万亿次 , 存储能力达到1. 31015Byte; 美国国家科学基金NSF 支持的 TeraGrid将连接位于 5 个不同地方的超级计算机 ,

19、 达到每秒2 万亿次的 计算能力 , 并能存储和处理近11015Byte 的数据。 TeraGrid最大特色是连接网格的专用网络 带宽将 达到惊人 的 40 Gbps。TeraGrid 项目始于 2001年 8 月,由 NSF投资 5 300 万美元 ,2002年 10 月又追加 3 500万 美元 ; 美国军方正在实施的全球信息网格 GIG( GlobalInformationG rid) , 预计在 2020年完 成。到 2006年,GIG 有可能成为五角大楼的最大投资项目。英国政府宣布投 资 1 亿英镑 , 用 以研 发/ 英 国国 家网 格0( UK NationalGrid) 。 日

20、本 NTT 数 据公 司联 合 Intel、 SG I 等, 在2002 年中期开展了为期6 个月的网格计算试验。2002年 11 月,日 本产业 技术综 合研究 所网格 计算研究 中心宣 布, 在由多台个人电脑通过网络连接组成网格计算环境下, 实现了日美之间创纪录的707Mbps的数据传输。IBM制定了 / 百亿美元网格计划 0, 打造全球计算平台, 重点发展 4 项技术 : 资源共享、自治管理、互连互通、应用服务 ,其目的是要在下一波大潮中保持IBM 在硬件、软件、应用和服务上的综合优势。微软针对网格提出无处不在的计算, 无处 不在的微软。在第1 代操作系统 Dos 、 第 2 代操作系统

21、 Windows、 第 3 代操作系统 Windo ws NT 后,微软推出的 . net只能算是 3. 5 代操作 系统 ,目前微软正在研发第4 代操作系统 Longhorn,并明确 叫作网格操作系统。微软表示, 要把今天的市场再扩大10 倍, 继续 统治操 作系统 市场。英 特尔则提 出了计 算与通 信融合。 英特尔在桌面、 移动计算芯片市场占有绝对优势, 现在正加大在后台服务器芯 片的优 势, 英特尔还 推出了 手机芯 片,并 把马达、手机等全做到芯片中, 让芯片无处不在 , 在网格时代能继续保持在芯片领域的霸主地位。面对国际上网格研究的热潮, 网格技术在 我国也引起政府和各研究机构的高

22、度重视,网格研究 方兴未艾。在 863计划支持下 , 由中国科学院计算所和国防科技大学等单位合作, 建立了 / 国家高 性能计算 环境( NationalHigh Per 2formanceCo mputingEnviron ment,NHPCE)0计算 网格。该 项目一期工程已于2000年底 完成 , 在北京、西安、 长 沙、 武 汉、 合肥 、 上海、 成都等地采用国产高性能计算机( 银河、 曙光、 神威等 ) 建立了 9 个计算结点和1个 公共网站 , 建成一 个基于计 算网格示范系统的通用网格应用平台, 已实现广域网上的计算资源的初步共享。教育部与IBM 展开合作 ,将投入 2 000

23、万元, 采用网格技术以促进全国高校在教育、科研 及更广泛项目上的全面合作。2003年 10月由 12所大学联合推出的中国教育科研网格( ChinaG rid) 一期工程也已正式启动。该项 目的目标是在2005年建立聚 合能力超过15万亿次量级的教育科研网格。国防科技大学目前承担了/ 国家核心网格软件0、 / 空间信 息栅格 0 3等 多个网 格项目的 研究 , 完成了 数据网 格、 计算网格、 信息网格许多研究内容。提出了将网格计算和 现行的商 业主 流分布 计算 技术相 结合 的网络 聚合 计算 , 取 得了一 定的成果。中国科学院计算所提出并正在研制织女星( VEGA) 网格 , 已经取

24、得了一 定成果。 VEGA 基 本思路 是实现 一台虚 拟的单一网格超级计算机, 其体系结构的关键组成包括网格硬件、 网 格互联 系统以 及网格操 作系统。 同时提出 资源路 由器、 网格计算协议、网格浏览器等重要概念。5网格的未来目前 ,网格是一项发展演变中的技术, 但它不是和当前的技术完 全无关 的, 而 是在当 今技术上 提取和 发展起 来的。而且现实中许多地方都急需网格技术, 如电子政务建设中如何消除信 息孤岛 , 航天 行业中 应用软 件的共享 , 金 融业中 的大集中、 资源共享 , 铁道行业中9大信息系统信息互 通, 电子商 务中 的应 用集成 和互 操作 , 税务 中统 一的应

25、 用门 户等。许 多系统、 产品现在就需要用网格的思想来做。所以说, 网格已经不是未来的技术了, 它不是离我们很远, 而是很近了。现在网格的支持者越来越多, 网格的开发 工具和应用领域也越来越多 , 种种 迹象预 示着今 后的网格 将向着 技术融 合、标准化和大型化的趋势发展。参考文献 : 1 Brian Tierney, RuthAydt, DanGunter et al. A G rid MonitoringArchitecture.Performance Working Group o f Grid ForumEB/ O L .http: / /www-didc.lbl. go v/ G

26、GF-PERF/GMA- WG/ papers/G WD- GP- 16- 1.pdf,2001. 2 K Czajko wski, SFitzgerald, I Foster, C Kesselman.Grid Informatio n Servicesfor DistributedReso urce Sharing.Proceedings of theTenth IEEE InternationalSy mposiu m on High-Performance Distributed Co mputing ( HPDC- 10) M . Augus t:IEEEPress, 2001. 3 查礼, 徐志伟 , 林国璋 , 等. 基于 LDAP 的网格监控系统 J .计算机研究与发展, 2002,39(8): 930- 935.13名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -