网格计算及其应用

2008年第7期大众科技No72008总第107期DA ZHONG KE JI(Cumulatively No 107)何慧敏(广西医科大学,广西南宁530021)【擁要】文章论迷了网格计算的发展现状、在科学领城的应用、网格服务的特点以及在未来网络市场中的发展潜力【关键词】网格;网格计算;分布式计算;资源共享【中图分类号】TP301.6【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2008907-0011-02现代社会由于大规模的科学和工程计算的需求,迫使计“虚拟的超级计算机”有两个优势,一个是数据处理能力超算机必须不断地提高其运算速度和存储容量。计算机的发展强:另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。简单地讲,历史表明,为了达到更好的处理性能,除了必须提高系统的网格是把整个网络整合成一台巨大的超级计算机,实现计算硬件的速度外,系统的结构也必须不断改进,特别是当元器资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资件的速度达到极限时,后者将变成焦点问题。于是,超级并源的全面共享行机已经成为复杂科学计算领域的主宰。但以超级计算机为(一)网格计算的现状及应用中心的计算模式存在明显的不足,而且目前正在经受挑战。近年来,随着计算机计算能力的迅速增长,互联网络的超级计算机虽然是一台处理能力强大的“巨无霸”,但它的普及和高速网络成本的大幅度降低以及传统计算方式和计算造价极其昂贵,通常只有些国家级的部门,如航天、军事、机的使用方式的改变,网格计算已经逐渐成为超级计算发展气象等部门才有能力配置这样的设备。随着人们在日常工作的一个重要趋势。网格计算是一个崭新而重要的研究领域遇到的商业计算越来越复杂,人们迫切需要数据处理能力更它以大粒度资源共享,高性能计算和创新性应用为主要特征,强大的计算机,超级计算机的价格显然阻止了它进入普通人必将成为21世纪经济发展的重要推动力的工作领域。于是,人们开始寻找一种造价低廉而数据处理1.现状能力超强的计算模式,最终科学家们经过努力找到了答案20世纪90年代以来,世界各个国家,尤其是发达国家,Grid Computing(网格计算)。建立了很多超级计算应用中心(NCSA)和工程研究中心,美网格(grid)是一个集成的计算与资源环境,或者说是国还制定了新一轮规划的先进计算框架计划(ACIP),发展面个计算资源池。网格也是一种先进的计算基础设施向21世纪的先进计算技术。我国在科技部的领导和主持下( Advanced Computational Infrastructure,简称ACI),用经过306主题专家组及相关单位的努力,作为我国高性能计于研究与工程应用相结合的项目,学科领域涉及超级计算技算和信息服务的战略性基础设施的国家高性能计算环境发展术、网络技术、数据库技术、中间件技术、并行算法和各种很快。在已建成的5个国家级高性能计算中心基础上,又于计算科学研究与应用技术,是一个综合性的跨学科高技术研中南、西北等地建立了新的国家高性能计算中心,科技部并究课题。网格计算( rid Computing)是伴随着互联网技术加强了网格节点的建设,形成以科学院为主体的计算网格而迅速发展起来的,是将地理上分布的计算资源(包括数据教育部也启动了网格计算工程第一批12个网点正在建设中,库、贵重仪器等各种资源)充分利用起来,协同解决复杂的国家基金委也列出专向基金资助网格计算。网格是借鉴电力大规模问题,特别是解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题,网( electric power grid)的概念出来的,网格的最终目的是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是是希望用户在使用网格的计算能力时,就如同现在使用电力利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟一样方便简单的超级计算机”,其中每一台参与计算的计算机就是一个2.应用“节点”,而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一(1)分布式超级计算:网格计算可以把分布式的超级计张网格”,所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的算机中国煤化工的问题使大量闲置【收稿日期】2008-04-24YHCNMHG【作者简介】何慧敏(1973—),女,湖南株洲人,广西医科大学计算机教研宣讲师,硕士,从事计算机教学及应用研究的计算机资源得到有效的组织,提高了资源的利用效率,节动配置,游戏总也不会宕机省了大量的重复投资,使用户的需求能够得到及时满足3打破信息孤岛,实现信息的多元一体化服务(2)高吞吐率计算:网格技术能够十分有效地提高计算举例说,如果我对某只股票感兴趣,那么我可以告诉计的吞吐率,它利用CPU的周期窃取技术,将大量空闲的计算算机系统并对相应操作给出条件,条件符合时就通知我。如机的计算资源集中起来,提供给对时间不太敏感的问题,作果股票的价格达到了一定的数值,传统的计算系统只会告诉为计算资源的重要来源。你这只股票的市值,而网格系统则可以告诉你现在持有多少3)数据密集型计算:数据密集型的问题的求解往往同股,买进价是多少,建议购头还是卖出,等等。总之,这样时产生很大的通讯和计算需求,需要网格能力才可以解决。的网格应用“能够知道你所有的相关历史信息,并给出建议网格可以药物分子设计、计算力学、计算材料、电子学、生这就是打破信息孤岛,实现多元信息共享带给你的好处。这物学、核物理反应、航空航天等众多的领域得到广泛的需求。一功能尤其为跨国公司所看好,因为它所创造的异地协同工(4)基于广泛信息共享的人与人交互:网格的出现更加作的信息环境,可以方便地把跨国公司遍布全球的分支机构突破了人与人之间地理界线的限制,使得科技工作者之间的组织起来。交流更加的方便,从某种程度上可以说实现人与人之间的智网格极有可能会成为解决信息安全的一个突破口:因为慧共享。现在的网络安全措施基本是一种被动的防御,你无法知道黑(5)更广泛的资源贸易;随着大型机的性能的提高和微客在什么位置,他用的是哪台计算机。而网格是一种“主动机的更加普及,及其资源的闲置的问题也越来越突出,网格式的按需服务”,用户必须首先确定自己的身份才能获得服技术能够有效地组织这些闲置的资源,使得有大量的计算需务,如同我们现在用的手机和有线电视,用户的身份与位置求的用户能够获得这些资源,资源的提供者的应用也不会受都可査得到。这种模式对防范黑客肯定是有效的。到太大的干扰。需要计算能力的人可以不必购买大的计算机(三)结束语只要根据自己的任务的需求,向网格购买计算能力就可以满迄今为止,网格计算还没有正式的标准,但在核心技术足计算需求。上,相关机构与企业已达成一致:由美国 Argonne国家实验(二)网格应用的优点室与南加州大学信息科学学院(ISI合作开发的 Globus1.节省资源Toolkit已成为网格计算事实上的标准,包括 Entropia、I当今世界大约有4亿台个人电脑,它们在大部分时间里 Microsoft、 Compaq、Cray、SGI、Sun、 Veridian、 Fujitsu、是闲置的。假如能发明一种技术,自动搜索到这些电脑并将 Hitachi、NEC在内的12家计算机和软件厂商已宜布将采用它们并联起来,由此形成的计算能力将会超过许多超级巨型 Globus Toolkit。作为一种开放架构和开放标准基础设施机。“网格计算”就是这样一种技术。目前已有数百万台个人 Globus Toolkit提供了构建网格应用所需的很多基本服务,电脑加入到网格计算的行列,每天所形成的计算能力大约相如安全、资源发现、资源管理、数据访问等。目前所有重大当于数千台个人电脑满负荷地工作一年的网格项目都是基于 Globus Tookit提供的协议与服务建设另有资料显示,目前我们的宽带利用率只有5%,软件也的是5%,服务器是20%。一方面强调要降低成本,一方面却又除了标准以外,安全和可管理性、IT人才的缺乏也是网是资源的巨大浪费。网格恰恰可以解决这个矛盾。以福特公格计算亟待解决的一个问题,否则将无法成为企业的商业架司为例,福特公司要求它的T部门既要保证高标准的计算能构。在内部系统环境中常常视而不见的问题,如安全、认证力,还要全面削减成本费用。可对于汽车设计中的有限元分和可靠性,在任何分布式环境下都必须得到解决。研究咨询析、流体动力学分析和试验设计仿真这类需要极高运算能力公司 Stencil Group的合伙人 Brent Sleeper认为:“这要求的应用环境来说,降低成本是极为困难的事情。采用了Sun具有高层次的架构技能,而不是简历上列出的编程语言。”ONE Grid Engine(网格引擎)软件之后,问题迎刃而解:白天如果把全球的网格都联在一起,那么就能借用彼此未用的资让工作站中的一部分CPU用于交互作业,一部分用于计算作源,网格就会更强大和灵活。虽然这也是网格的最终目标业,而在夜间和周末将所有的CP都用于计算作业。福特工但把网格联在一起也会带来政治问题。IBM为大学建设网格或程师们只要通过原本熟悉的网络界面就可以把自己的计算任 Unilever建设内部的网格都只是单纯的I决策,而将私有网务提交给网格计算引擎软件,再由网格引擎软件自动把计算格联接,形成能力更大的共享网格,其中的风险却大得多。任务分配给空闲的计算机。只要在整个网格中还有空闲的计在客户需要时,相互竞争的网格提供商是否愿意出售彼此多算资源,系统性能就不会感到明显降低余的资源?此外,网格应用常涉及大量的数据和计算,需要2进行分布式计算在各组织间共享安全资源,这不是当前的 Internet和网络基网格是一种分布式计算模式,这种模式可获得负载平衡,础设施所能做到的。看来在网格计算实现商业应用之前,还避免网络的拥堵和宕机,把数据分别存储,还可容错容灾,有很多的问题需要解决。就近服务。美国的医疗网格设在宾夕法利亚大学,它可将X光照片等医疗文件放在网格上,供1000多家医院共享。因为【参考文献】涉及到海量数据,所以这些数据都是分布存储,调用起来也]陈明德 Novell网络实际操作M,北京电子工业出版很方便,通常几秒种即可获得病人当前与历史的全部诊断记录,从而将网格的力量用在每一个病人身上。 Butterfly. net闪于中国煤化工脑应用20029的在线游戏也借助网格技术来增强可靠性,在游戏用户数量覃CNMH势0沿金业与科剧增的情况下,可以通过网格实现计算能力和存储能力的自12