网络时代的未来
   一、网格的概念

  网格技术出现于20世纪90年代,它利用高速因特网把分布于不同地理位置的计算机、数据库、存储器和软件等资源连成整体,就像一台超级计算机一样为用户提供一体化信息服务,其核心思想是“整个因特网就是一台计算机”。网格技术充分实现了资源共享,具有成本低、效率高、使用更加方便等优点。有人把网格看成是未来的互联网技术。国外媒体常用“下一代Internet”、“Internet2”、“下一代Web”等词语来称呼与网格相关的技术。

  中国科学院计算所所长李国杰院士认为,网格实际上是继传统因特网和Web之后的第三个大浪潮,可以称之为第三代因特网。简单地讲,传统因特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,包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等。

  最“正统”的网格研究来源于美国联邦政府过去10年来资助的高性能计算项目。这方面的代表性研究工作包括美国国家科学基金会资助的NPACI、“国家技术网格”(NTG)、分布万亿次级计算设施、美国宇航总署的IDG、美国能源部的ASCIGrid以及欧盟的DataGrid这类研究的目标是将跨地域的多台高性能计算机、大型数据库、贵重科研设备(电子显微镜、雷达阵列、粒子加速器、天文望远镜等)、通信设备、可视化设备和各种传感器整合成一个巨大的超级计算机系统,支持科学计算和科学研究。还有一类研究的侧重点是智能信息处理,它与网格研究的共同点是如何消除信息孤岛和知识孤岛,实现信息资源和知识资源的智能共享。

  二、网格特性

  首先、网格是建立在因特网和Web基础上的,不会替代它们。因特网的出现,将独立的计算机个体联成网络,但是,它没办法共享其它机器的资源。Web兴起,通过网页的方式连接起来,计算机可以做包括电子商务在内的更多事情。但是,各行业在应用层面上的互联互通远远没有实现,计算机的使用也远不如电话这么方便。而网格将能实现应用层面上的互联互通,即用户使用层面上的互联互通。

  其次、网格可以实现全面的资源共享。第三、网格采用的是国际标准,标准化意味着网格可以使接入设备像电话一样易用。第四、计算平台和技术会发生变化。目前的微机和网络的运行主要基于微软的操作系统、intel的芯片、思科的网络设备。网格的应用会改变计算平台,带动网络界面发展。这是一个新的计算平台。第五、基于国际开放的标准,将给我们带来发展的机会。与以前发展不一样,出现垄断的概率降低了。

  网格的高性能是指它比因特网具有更强的功能和性能,表现在四个方面。网格的互联网络比因特网具有更大的带宽。有些科学家这样形容网格的带宽:“它就像用100条车道的高速公路取代今天的道路”。网格上将有更多高性能计算机,因此网格的计算速度、数据处理速度可以大幅度提高。网格的体系结构将比因特网更能有效地利用这些资源。比如,网格将采用一种所谓的“广域缓存技术”,它自动地把用户最需要的信息放在离用户最近的服务器上。网格将促进更多、更大的网上社区的出现。这些相互联结的社区最终构成一个庞大的网格社区,把我们地球上所有公民联为一体。

  三、网格计算理论及其应用

  (一)网格计算理论在网格计算中,首先要查清网格里所有可用资源,比如哪些主机可供访问、还空置多少处理能力、数据库里可供使用的数据是什么、共享的应用程序是否已准备好、共享主机采用何种文件系统等。用户提交的任务要由系统来分配资源并控制其运行,包括要将其分配到哪些主机上运行、调用哪些数据、启动何种应用程序、何时开始运行等。这样,网格计算至少需要具备三种基本功能:任务管理、任务调度和资源管理。1.任务管理 用户通过该功能向网格提交任务、为任务指定所需资源、删除任务并监测任务的运行状态。2.任务调度 用户提交的任务由该功能按照任务的类型、所需资源、可用资源等情况安排运行日程和策略。3.资源管理 确定并监测网格资源状况,收集任务运行时的资源占用数据。

  (二)网格的应用面对即将到来的第三代互联网应用,很多发达国家都投入了大量研究资金,希望能抓住机遇,掌握未来的命运。美国的“全球信息网格”和英国的“英国国家网格”等,都是雄心勃勃的网格战略。3月22日,IBM公司宣布,它正与美国能源部一道组建“科学网格”,把无数计算机连成共享的虚拟超级计算系统。

  我国的许多行业,如能源、交通、气象、水利、农林、教育、环保等对高性能计算网格即信息网格的需求是非常巨大的。预计在最近的两三年内,就能看到更多的网格技术应用案例。网格的商业应用主要表现在以下几个方面:1.生物医学:网格可提供药品开发人员所需的计算能力,用以研究药物和蛋白质分子的形态与运动。

  2.工程:波音、福特、bmw公司都在尝试用网格计算进行复杂的仿真与设计。3.数据搜集/分析:制造、石油加工、货物运输、甚至零售企业都要维护昂贵的设备,时常会出现问题,造成不好的结果。同无线传感器一样,网格能够存储和处理所有交易。4.娱乐产业:特殊效果设计。5.超级视频会:AccessGrid公司(www.access-grid.com)已能帮助美国大学举行视频会议,数十名研究人员通过大屏幕进行交流。

  四、网格理论框架

  今年8月,IBM宣布投入数十亿美元研发网格计算,与Globus合作开发开放的网格计算标准,并宣称网格的价值不仅仅限于科学计算,商业应用也有很好的前景。Globus是美国Argonne国家实验室的研发项目,全美有12所大学和研究机构参与了该项目。globus对资源管理、安全、信息服务及数据管理等网格计算的关键理论进行研究,开发能在各种平台上运行的网格计算工具软件(Toolkit),帮助规划和组建大型的网格试验平台,开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。Toolkit是Globus最重要的成果。

   Globus的网格计算协议建立在互联网协议之上,以互联网协议中的通信、路由、名字解析等功能为基础。Globus的协议分为五层:构造层、连接层、资源层、汇集层和应用层。每层都有自已的服务、API和SDK,上层协议调用下层协议的服务。网格内的全局应用都通过协议提供的服务调用操作系统。构造层(Fabric):它的功能是向上提供网格中可供共享的资源,它们是物理或逻辑实体。常用的资源包括处理能力、存储系统、目录、网格资源、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。

  连接层(Connectivity):它是网格中网络事务处理通信与授权控制的核心协议。构造层提交的各种资源间的数据交换都在这一层的控制下实现。各资源间的授权验证、安全控制也在这里实现。资源层(Resource):这一层的作用是对单个资源实施控制,与可用资源进行安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关的资源使用数据。在Toolkit中有一系列组件用来实现资源注册、资源分配和资源监视。汇集层(Collective):这层的作用是将资源层提交的受控资源汇集在一起,供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共享进行管理和控制,汇集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。

  应用层(Applications):这层是网格上用户的应用程序。应用程序通过各层的API调用相应的服务,再通过服务调用网格上的资源来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数。为便于网格应用程序的开发,需要构建支持网格计算的库函数。目前,Globus体系结构已为一些大型网格应用所采用。研究人员已经在天气预报、高能物理实验、航空器研究等领域已开发了一些基于Globus网格计算的应用程序,较果较好。虽然这些应用虽仍属试验性质,但它至少表明,网格计算可以胜任不少用超级计算机难以胜任的大型应用任务。

  五、结束语

   网格技术作为21世纪工业技术的又一次革命,它的时代正在来临!十六大为我国明确了“以信息化带动工业化”的基本国策,而网格的兴起为我们国家提供了一个与世界发达国家在同一起跑线起跑的绝佳良机。如果我们能够很好地抓住这一历史机遇,我们就能够充分地发挥出我们的“后发”优势,在信息领域尽快缩短甚至赶超发达国家,进而推动我国整体经济的快速发展和提升我国的综合国力。

 


 


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