网格技术

_20福建电脑2006年第6期网格技术陆惠玲(陕西理工学院数学与计算机数学系陕西汉中723000){摘要]:网格计算诞生了一个全新的领城,它以大规模的资源共享 、协同解决问题、廉价的计算能力、提供非平凡的服务等为特点。该文详细的讨论了网格的定义、基本体系结构、关键技术。最后给出了网格的发展趋势。[关键字]:网格网格计算OPGS1.引言Globus是最有影响的网格研究计划，主要成员是美国十年前生物学家只限于研究单个分子的结构，而今天他们 Argonne国家实验室芝加哥大学、南加州大学。IBM公司现在也要计算大分子复杂组合的结构,研究分析数千个试验性药物的参 与其中。主要研究任务分4个方面:网格基础理论和关键技术特性。尽管2002年的PC机相当于1990年的超级计算机,却远研究;软件及工具的开发;试验平台的建立;网格应用的开发。在不能满足他们计算的需求。今天一台PC的磁盘容量达到2002 年的2月，IBM与Globus共同发表了OGSA,勾勒了100GB,相当于1990年- -个超级计算中心的总容量。但如今大Globus Toolkit 3.0的蓝图。OGSA 主要是将Web Services、数据型研究计划每年产生的数据量是10-15 字节。今天宽带网速率库存 取J2EE等技术规范纳入网格计算。已达622Mb/s以上,比10年前的56Kb/s 增长了3个数量级以网格 体系结构就是关于如何建造网格的技术。它给出了网上,而今后异地协同计算所需的速率是几十Gb/s。这就是网格的格的基本组成和功能,描述了网格各组成部分的关系以及它们需求动力。集成的方式或方法,刻画了支持网格有效运转的方式。这里主要当前CPU性能每18个月翻一番,存储设备每12个月翻一介绍 Foster早期提出的五层沙漏结构,它的主要特点就是简单,番,而网络性能每9个月翻一番。我们自然会想到，如果通信非主要 侧重于定性的描述而不是具体的协议的定义,因此很容易常高速和康价，,我们不一定非要在本地资源上解决本地问题。这从整体 上进行理解。其主要思想就是以“协议"为中心,也十分强就使网格的技术动力。谒服务与API和SDK;五层沙漏结构根据该结构中各组成部分2.网格定义与共享资源的距离,将对共享资源进行操作.管理和使用的功能通俗的来讲,我们可以用3个C来描述网格:计算,协作,通分 散在五个不同的层次,越向下层就接近于物理的共享资源,因讯。借助于互联网技术,将计算协作和通讯融为一体,网格成为此该层 与特定资源相关的成分就比较多;越向上层就越感觉得解决方案的新模式。更值得一提的是，网格计算是分布式的架不到共享 资源的细节特征，也就是说上层更加抽象共享资源得构,类似于输电网,网格将计算与数据资源传送到任何需要它的表示 ,因此就不需要关心与底层资源相关的具体实现问题;其内地方。美国Argonne国家实验室的资深科学家，全球著名的网格在的 含义就是因为各部分协议的数量是不同的,对于其核心的专家lan Foster在文献[]中首先给出了网格的第一个定义.部分,要能反映实现上层各种协议向核心协议的映像,同时实现Definition 1 :A compuaional grid is a hardware and software核心协议向下 层其它各种协议的映像，核心协议在所有支持网infrastructure that provides dependable, consistent, pervasive, and格计算 的地点都应该得到支持，因此核心协议的数量不应该太inexpensive access to high-end computational capabilities.多,这样核心协议就形成了协议层次结构中的一个瓶颈,在五层这个定义给出来以后引起了很多的争议，有人认为现在流结构中 ,资源层和连接层共同组成这-核心的瓶颈部分。行的分布式计算也是网格.为了更加清晰的说明这个概念(事实4. 网格计算的关键技术以及最终目标上,网格计算是分布式计算的一种),于是Ian Foster在文献[2]给4.1 网格计算的技术难点出了网格的新定义.(1)异构性。由于网格由分布在广域网上不同管理域的各种Deinition 2:Resource sharing & cordinaed problem solving计算 资源组成,怎样实现异构机器间的合作和转换是首要问题。in dynamic, muli- instiutional virtual organizaions。(2)可扩展性。要在网格资源规模不断扩大、应用不断增长在这个定义中可以很容易的把分布式计算排出在了网格之的情况下 ,不降低性能。外,其原因是它虽然是分布的,但不是集中使用的.(3)动态自适应性。当某一资源出现故障或失败的可能性较但是关于什么是网格?什么不是网格的争论仍然困扰着学高时，资源管理必须能动态监视和管理网格资源从可利用的资术界，专门研究网格的科学家们仍然搞不清楚他们之间的差别.源 中选取最佳资源服务。lan Foster在文献[3]中给出了判断是不是网格的三个原则.(4)结构的不可预测型。在传统的高性能计算中,计算资源1 coordinales reources that are not subject to centalized 是独占的,因此系统的行为是可预测的,而在网格计算系统中,control由于资源的共享造成系统行为和系统性能经常变化。例如Web:不是网格，虽然它把成百上千个网络连接了起来,但却(5)多级管理域。由于构成网格计算系统的超级计算机资源不能集中使用,故不是网格.通常属于不同的机构或组织并且使用不同的安全机制,因此箫2 using standard, open, general -purpose protocols and要各个机构或组织共同参与解决管理域的问题。interfaces4.2网格计算的最终的目标是:广泛共享有效聚合、充分释放网格使用统一的协议-- . GloBu,他认为P2P虽然是分布的集中中国煤化工技术和策略将网络上的使用的,但由于它没有遵从Clobus,所以它也不是网格.各种资用;所谓有效聚合,是指3 to deliver nontrivial qualities of service将网络YHCNMHG集成起来，产生巨大的作为网格必须提供非平凡的服务。综合效能,联合完成应用任务;所谓充分释放,是指为用户提供3.Clobus以及网格的体系结构QS1良好的开发手段和使用环境将网络上的多种资(下转第22页)基金项目:陕西理工学院救改项目(No: YJC0524)22福建电脑2006年第6期数据的准确性不仅会影响视景中的遮挡关系,还会影响车辆行对任何系统进行仿真,即用模型代替实际系统进行研究,就进的地形匹配。必然会存在差异。例如众所周知的牛顿提出的力学三大定律也(4)层次性不是真实系统的完全反映，它们在解释量子世界里的原子、质仿真系统- -般分成若干子系统,这些子系统也存在仿真可子 、电子和光子的运动规律时也会遇到麻烦。若真的存在这样的信度问题,同时它们会反映在整个系统的仿真可信度之中。模型，则必然会导致- -系列的社会伦理问题，如波兰科幻作家(5)简洁性Stanislaw Lem在他的短篇小说《第七次出击>中的特鲁尔建立的仿真结果应该被系统的任何使用者所理解,并产生相同的微型 王国网就是一个很好的例子。因此,这种在仿真结果与实际效果。使用者为理解仿真产生的结果无需进行超常的训练。而且系统结果之间的差异是绝对存在的。仿真可信度评估不是为了一个仿真系统的仿真结果应尽量表达的简单、清晰,并与系统实消除这种 差异,而是为了定量衡量这两者之间的相似程度。仿真际结果相一致。可信度评估的目的是为了尽量缩小这种差异，从而更好地解决3.仿真可信度评估模型仿真系统要解决的问题。根据以上讨论，我们给出一个仿真可信度的评估模型:目前进行仿真可信度评估的方法有两类:P,{M -R|sE}(1)相似性原理这种评估方法首先需要找出仿真系统与实际系统之间的相其中:M为系统仿真结果;R为实际系统的输出结果;E为似元(系统间具有共同属性和特征,而在数值上存在差异的组成达到仿真目的所允许的最大误差;s表示某-状态， 我们假定仿要 素构成的单元) ,再按- -定的算法计算系统相似度啊。真结果M和系统实际输出R都是在同一状态s (具相同的输人(2)差异性原理条件和其它初始条件)下得到的;仿真可信度的结果为概率P。这种评估方法是从另一个角度考虑问题。它从仿真系统与由于可信度是系统使用者的一-个主观评价，为使评价结果实际系统在输出结果上的差异来衡量仿真系统解决特定问题的公正和客观，必须使用数理统计技术来表明仿真实验的结果M信任程度。 同样它也需要从系统的多个指标因素中按照一定的与系统实际输出结果R之间在某些侧面的相似程度也就是说，算法计算系统的差舁度啊。仿真系统在解决某个特定问题时，其误差在允许范围(E)内(这.这两类评估方法都是基于还原法思想之上的,它们都要通也恰好说明了仿真模型的好坏与仿真目的直接相关)的概率。利过对 系统进行分解成各个子系统然后对各子系统分别评价,最用该仿真可信度模型原理进行可信度评估的例子可以参见文献啊。后还 原成为对整体系统的一个评价。这些方法对主要采用辨识4.可信度评估方法的理论探讨建樸的仿真系统来说(例如具有混沌现象或蝴蝶效应的非线性上面的模型虽然描述起来非常方便，但实际操作却非常困动力学系统， 此类系统的行为对一个很小的扰动非常敏感),评难。主要问题在于:估的效果可能并不是很理想。通常它比较适合于采用机理建模(1)如何确定仿真结果M和系统实际输出R的差。对于简的 简单仿真系统。单的仿真系统,可以通过选择对目的影响最大的因索来获得。但5. 结束语是对于具有多层次、多因素的大型复杂系统来说却不是一件容到目前为止，我们已经有了一些有效的仿真可信度评估方易的事。法应用于控制和管理仿真系统开发以及评估仿真系统。但是,这(2)对于有些复杂系统,例如象股市交易系统或城市交通套理 论体系还相当不完善和不成熟，特别是当考虑到复杂仿真控制系统等系统运行一次即不复存在 ,或象战场实战演习这样系 统的建模与仿真的时候。因此有必要对仿真可信度评估理论花费巨大的系统,或象核爆炸试验等运行有危险的仿真等等,我及评 估方法进行更深人的研究和探讨，从而进一步促进仿真系们很难获得系统在假定条件下的实际输出结果。对这样的系统统在 各个领城的应用。进行仿真,往往意义重大。但是对其进行有效的仿真可信度评估的理论及方法,到目前为止还没有。我们认为这也是今后我们应参考文献:该努力研究的方向。现在采用较多的是宋承龄所指出的推论法1. 王子才.关于仿真理论的探讨,系咣仿真学根,00.12(6):604-608.和表象验证法叫。2.许素红.关于仿真可信度评估的探讨.计算机仿真2003,20():1-3.仿真可信度评估是一-个动态的过程,在整个仿真系统开发3. 张伟,王行仁.仿真可信度.系统仿真学报2001,13):312 -314.过程中都要参与。作为仿真系统开发生命周期的一-项重要活动，4. 宋承龄,关于仿真模型验证.计算机仿真201017111我们必须规定在开发的每一个阶段， 为保证仿真结果的正确性5. 王雄平仿真模型有效性确认方法研究系统工程197,50):16-20.必须采取的一些措施和手段。国际上已经有很多个人和组织在6.王千祥译,虚实世界一计算机仿真如何改变科学的疆城. 上海科技这方面作了大量的工作，包括:OsmanBalei等提出的仿真开发教育出版社.1998:3-12.过程中包括13个阶段的仿真可信度评价工程IST提出的分布7.郭巍.用相似理论讨论仿真的可信度.系统仿真学报19990():113-式交互仿真VV&A的9步模型、DMSO的DOD VV&A建议规范115,125.8.徐迪.基于相似理论的系统仿真基本概念框架.系统工程理论与实践,有关于仿真生命周期的VV&A过程模型等。200,208):58-61.(上接第20页)源的聚合效能按照需求传递给用户,为用户提供个性化的信息服务、计算服务和决策支持服务。1. I Foxser,C Keselman. The Grid: Blueprint for a New Computing5.网格技术展望Infrastrul中国煤化工。0 CA1999.: grid:Enabling scable virtual纵观国内外网格技术的激烈竞争与迅速发展,设想运用前2.1Fos所未有的计算能力所能完成的工作，我们不难明白构建全球网organiz;YHC N M H Gomputer Apliains. 2001.格的诱感是无人能够抗拒的。网格研究已不是一-个国家、- -个部15(3): 20门的个体行为,它采用开放源码公开合作的模式,是最广泛的3. I Foser. What is the Grid? A Three Point Checkits 0]. Gnid Today-DAILY news and Information for the Global Grid Community,2002国际合作行为。4. htp://www.gridforum.org5. htp://www.chinaren.com