网格技术

OMPASSI网格技术I◆赵金欢网格技术是从1990年代中期发展起来的新技术,中得到应用。2005年8月，美国国际商用机器公司它把互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的(IBM)宣布投人数十亿美元研发网格计算,与Globus全面共享和有机协作，使人们能够透明地使用资源的合作开发开放的网格计算标准，并宣称网格的价值整体能力并按需获取信息。资源包括高性能计算机、存不仅仅限于科学计算,商业应用也有很好的前景。网储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大格计算和Globus从开始幕后走到前台，受到前所未型数据库、网络、传感器等。有的关注。当前的互联网只限于信息共享，网格则被认为是中国非常重视发展网格技术,由863计划“高性能互联网发展的第三阶段。网格可以构造地区性的网格、计算机及其核心软件”重大专项支持建设的中国国家企事业内部网格局域网网格,甚至家庭网格和个人网.网格项目在高性能计算机、网格软件、网格环境和应用格。网格的根本特征并不一定是它的规模,而是资源共等方面取得了创新性成果。具有18万亿次聚合计算能享,消除资源孤岛。力、支持网格研究和网格应用的网格试验床一中国网格技术具有很大的应用潜力，能同时调动数百国家网格,已于2005年12月21日正式开通运行。这万台计算机完成某-一个计算任务， 能汇集数千科学家意味着通过网格技术，中国已能有效整合全国范围内之力共同完成同一项科学试验，还可以让分布在各地大型计算机的计算资源,形成一个强大的计算平台,帮的人们在虚拟环境中实现面对面交流。助科研单位和科技工作者等实现计算资源共享、数据共享和协同合作。网格技术的发展历程网格的关键技术网格研究起源于过去十年美国政府资助的高性能计算科研项目。这项研究的目标是将跨地域的多台高网格的关键技术有网格结点、宽带网络系统、资性能计算机、大型数据库、大型的科研设备通信设备、源 管理和任务调度工具、应用层的可视化工具。网格可视化设备和各种传感器等整合成-一个巨大的超级计结点是网格计算资源的提供者，包括高端服务器集算机系统,以支持科学计算和科学研究。群系统、MPP系统大型存储设备、数据库等。宽带网微软公司把开发力量集中在数据网格上，关注使络系统是在网格计算环境中,提供高性能通信的必要用网格共享信息,而不是网格的计算能力,这反映了学手段。资源管理和任务调度工具用来解决资源的描术和研究领域内的分歧。事实上,很多用于学术领域的述、组织和管理等关键问题。任务调度工具根据当前网格技术都能够成为商业应用。系统的负载情况，对系统内的任务进行动态调度,提Globus是美国阿贡(Argonne)国家实验室的网格高系统的运行效率。网格计算主要是科学计算,它往技术研发项目,全美12所大学和研究机构参与了该往伴随着海量数据。如果把计算结果转换成直观的图项目。Globus对资源管理、安全、信息服务及数据管形信息,就能帮助研究人员摆脱理解数据的困难。这理等网格计算的关键理论进行研究，开发能在各种需要开发能在网格计算中传输和读取,并提供友好用平台上运行的网格计算工具软件，帮助规划和组建.中国煤化工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。目前,Globus技术已在美国航天局MHCN MH G究现状网格、欧洲数据网格、美国国家技术网格等8个项目网格计算通常着眼于大型应用项目，按照Globus14 |科学|2006年5月(58卷3期)知识讲堂技术,大型应用项目应由许多组织协同完成,它们形成-个“虚拟组织”,各组织拥电视有的计算资源在虛拟组织MV3CATV网络里共享,协同完成项目。对于共享而言,有价值的不是集线器设备本身而是实体的接口计算机，或界面。卫星天线DVB/C从技术角度看，共享是资源或实体间的互操卫星电视DVB/S作。Globus 技术设定,网络CATV接受机环境下的互操作意味着需要开发一套通用协议,用CD/DVD于描述消息的格式和消息播放器交换的规则。在协议之上则需要开发一系列服务,摄像机MPEG编码器多协议交换机卫星网络这与建立在TCP/IP (传输全球通/大众电信网控制协议/网际协议)。上的万维网服务原理相同。在互联网.服务中先定义应用编程接时口，基于这些接口再构建.互联网内容服务器计算机.软件开发工具。Globus网格计算协议计算机建立在网际协议之上,以网际协议中的通信、路由、投影仪名字解析等功能为基础。Globus协议分为构造层、连接层、资源层、汇集层和应用层五层。每层都有各网格应用实例这是一个基于网格、由高智科技发展有限公司研发的跨网络跨协议多媒体自的服务、应用编程接口信息系统。 来自卫星、有线电视(CATV)、数字影音播放机、数字摄像机的多媒体信息经编码后和软件开发工具、，上层协由多协议交换机传输到卫星网络、有线电视网络与互联网 ,然后分别由數字视频传播调制解调.议调用下层协议的服务。器(DVB/S)、有线边缘路由器(DVB/C)传送到计算机或MV3网络终端,并通过普通家用电视网格内的全局应用都需通机重放。 用户可以根据喜好,自主通过互联网、普通电话、移动电话、短信等途径订购,并在与过协议提供的服务调用操MV3 网络连接的电视机上随时欣赏已经下载到MV3内置硬盘中的视音频节目、电子书籍、证作系统。券信息、新闻等。构造层功能是向上提供网格中可供共享的资源，的资源使用数据。汇集层的作用是将资源层提交的受是物理或逻辑实体。常用的共享资源包括处理能力、控资源汇集在一-起，供虚拟组织的应用程序共享、调存储系统、目录、网格资源、分布式文件系统、分布式用。为了对来自应用的共享进行管理和控制,汇集层.计算机池、计算机集群等。连接层是网格中网络事务提供目录服务、资源分配、日程安排、资源代理、资源处理通信与授权控制的核心协议。构造层提交的各资监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功源间的数据交换都在这- -层控制下实现的。各资源间能用程序,它先通过各层的授权验证、安全控制也在此实现。资源层的作用是的TYH中国煤化工务,再通过服务调用网对单个资源实施控制，与可用资源进行安全握手、对格」CNMHG序的开发涉及大量库资源做初始化、监测资源运行状况、统计与付费有关函数。为便于网格应用程序的开发,需要构建支持网www.kexuemag.com I科学| 15OMPASS格计算的库函数。互,使之发生改变。目前,已经开发出几十个远程沉浸目前,Globus体系结构已为一些大型网格所采应用,包括虚拟历史博物馆、协同学习环境等。远程沉用。研究人员已经在天气预报、高能物理实验、航空器浸可以广泛应用于交互式科学可视化教育、训练、艺研究等领域开发了--些基于Globus网格计算的应用术、娱乐、工业设计、信息可视化等许多领域。程序。虽然这些应用仍属试验性质,但它证明了网格信息集成网格最初是以集成异构计算平台的身计算可以完成不少超级计算机难以胜任的大型应用份出现，接着进人分布式海量数据处理领域。信息网格任务。可以预见,网格技术将很快掀起下一波互联网通过统一-的信息交换架构和大量的中间件，向用户提:浪潮。面对即将到来的第三代互联网应用,很多发达供“信息随手可得”式的服务。网格信息集成将更多应.国家都投人了大量研究资金,希望能抓住机遇,掌握用在商业上，分布在世界各地的应用程序和各种信息未来的命运。通过网格能进行无缝融合和沟通，从而形成崭新的商中国也加强了网格方面的投入。中科院计算所业机会。.为自己的网格起名为“织女星网格”(Vega Grid),目信息集成如信息网格、服务网格、知识网格等,是标是具有大规模数据处理、高性能计算、资源共享和近几年网格流行起来的应用方向。2002年,Globus联提高资源利用率的能力。与国内外其他网格研究项.盟和IBM在全球网格论坛上发布了开放性网格服务目相比,织女星网格的最大特点是“服务网格”。中国.架构及其详细规范,把Globus标准与支持商用的万维许多行业,如能源、交通、气象、水利、农林、教育、环网服务标准结合起来。2004年,Globus联盟JIBM和惠保等对高性能计算网格即信息网格的需求非常巨普(HP)等又联合发布了新的网格标准草案,把开放性大。预计在最近两三年内,就能看到更多的网格技术网格服务架构详细规范I转换成6个用于扩展万维网.应用实例。服务的规范,网格服务已与万维网服务彻底融为--体,标志着网格商用化时代的来临。网格技术的应用领域网格技术的发展,标准是关键。就像TCP/IP协议网格技术的应用领域很广,主要有以下几方面。是因特网的核心一样，构建网格计算也需要对核分布式超级计算分 布式超级计算将分布在不同心-标准协议和服务进行定义。目前,一些标准化地点的超级计算机用高速网络连接起来，并用网格中团体正在积极行动。迄今为止,网格计算虽还没有正间件软件“粘合”起来,形成比单台超级计算机强大得式的标准,但在核心技术上,相关机构与企业已达成多的计算平台。一致，由美国阿贡国家实验室与南加州大学信息科.分布式仪器系统分布式仪器系统使用网格管理学学院合作开发的Globus计算工具软件已成为网格分布在各地的贵重仪器系统，提供远程访问仪器设备计算实际的标准,已有12家著名计算机和软件厂商的手段,提高仪器的利用率,方便用户的使用。宜布将采用Globus计算工具软件。作为一种开放架数据密集型计算并行计算技术往往是由一些计构和开放标准基础设施,Globus计算工具软件提供算密集型应用推动的，特别是一些带有巨大挑战性质了构建网格应用所需的很多基本服务,如安全、资源的应用,大大促进了对高性能并行体系结构、编程环发现、资源管理、数据访问等。目前所有重大的网格境、大规模可视化等领域的研究。数据密集型计算的应项目都是基于Globus计算工具软件提供的协议与服用比计算密集型的应用多得多，它对应的数据网格更务的。侧重于数据的存储、传输和处理,计算网格则更侧重于除了标准以外,安全和可管理性人才的缺乏也是计算能力的提高。在这个领域独占鳌头的项目是欧洲网格计算亟待解决的一个问题，否则它将无法成为企核子中心开展的数据网格(DataGrid)项目,其目标是业的商业架构。在真正实现商业应用之前，还需要解处理2005年建成的大型强子对撞机源源不断产生的决许多问题。即便如此，构建全球网格的前景仍是无PB/s量级实验数据。法抗拒的。远程沉浸这是一种特殊的网络化虚拟现实环境。它是对现实或历史的逼真反映,对高性能计算结中国煤化士算数据密集型计算果或数据库可视化。“沉浸”是指人可以完全融人其中:3沉浸信息集成0各地的参与者通过网络聚集在同一个虚拟空间里,既1YHCNMHG可以随意漫游,又可以相互沟通,还可以与虚拟环境交16 |科学|2006年5月(58卷3期)