詞語解釋
網(wǎng)格技術(shù)是一種分布式計(jì)算技術(shù)，它可以將一個(gè)計(jì)算任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，并將這些子任務(wù)分發(fā)到不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行處理，最后將這些子任務(wù)的結(jié)果組合成一個(gè)完整的結(jié)果。在通信領(lǐng)域，網(wǎng)格技術(shù)可以用來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源共享和服務(wù)的分布式處理。 首先，網(wǎng)格技術(shù)可以用來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。網(wǎng)格技術(shù)可以將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，并將這些子任務(wù)分發(fā)到不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的負(fù)載均衡，減少單點(diǎn)故障的發(fā)生。此外，網(wǎng)格技術(shù)還可以利用節(jié)點(diǎn)之間的多路徑備份，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的冗余備份，從而提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 其次，網(wǎng)格技術(shù)可以用來提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。網(wǎng)格技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，并將這些子任務(wù)分發(fā)到不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。此外，網(wǎng)格技術(shù)還可以利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力的集群化，從而提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。 此外，網(wǎng)格技術(shù)還可以用來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源共享。網(wǎng)格技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)中的資源分發(fā)到不同的節(jié)點(diǎn)上，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，提高網(wǎng)絡(luò)的使用效率。此外，網(wǎng)格技術(shù)還可以利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的集群化，從而提高網(wǎng)絡(luò)資源的共享效率。 最后，網(wǎng)格技術(shù)還可以用來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的分布式處理。網(wǎng)格技術(shù)可以將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，并將這些子任務(wù)分發(fā)到不同的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的分布式處理，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的處理效率。此外，網(wǎng)格技術(shù)還可以利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的集群化，從而提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的處理效率。 總之，網(wǎng)格技術(shù)是一種分布式計(jì)算技術(shù)，它可以用來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的資源共享和服務(wù)的分布式處理，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能和效率。 網(wǎng)格技術(shù)基本概念: 一家票務(wù)公司要銷售滾石樂隊(duì)的告別演出門票，IT部門經(jīng)理擔(dān)心，開始網(wǎng)上售票后，公司的服務(wù)器和軟件會(huì)不會(huì)不堪重負(fù)?但實(shí)際上該公司并沒有增加數(shù)十個(gè)服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)，有關(guān)IT人員只是擰開開關(guān)，將公司的骨干網(wǎng)與一個(gè)“網(wǎng)格”相聯(lián)。結(jié)果公司在3分鐘內(nèi)銷售了90萬張門票，沒有一個(gè)顧客因系統(tǒng)處理能力不足而被拒之門外。 上述情景并非可望而不可及。網(wǎng)格作為一種能帶來巨大處理、存儲(chǔ)能力和其他IT資源的新型網(wǎng)絡(luò)，可以應(yīng)付臨時(shí)之用。網(wǎng)格計(jì)算通過共享網(wǎng)絡(luò)將不同地點(diǎn)的大量計(jì)算機(jī)相聯(lián)，從而形成虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī),將各處計(jì)算機(jī)的多余處理器能力合在一起，可為研究和其他數(shù)據(jù)集中應(yīng)用提供巨大的處理能力。有了網(wǎng)格計(jì)算，那些沒有能力購(gòu)買價(jià)值數(shù)百萬美元的超級(jí)計(jì)算機(jī)的機(jī)構(gòu)，也能利用其巨大的計(jì)算能力。 計(jì)算的“烏托邦”？ Gartner公司的Rob Batchelder認(rèn)為，網(wǎng)格的構(gòu)想一直是計(jì)算領(lǐng)域的“烏托邦”，在科技應(yīng)用上雖有巨大前景，但最大的缺陷是缺乏明顯的商業(yè)應(yīng)用。自20世紀(jì)90年代在歐美出現(xiàn)以來，網(wǎng)格主要被用于幫助分散的大學(xué)研究人員分析粒子加速器和巨型望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。但在過去的兩年中，網(wǎng)格的概念和GlobusToolkit已在研究和教育領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，數(shù)十項(xiàng)全球性的大項(xiàng)目采用這些技術(shù)，以挑戰(zhàn)科學(xué)計(jì)算中的海量計(jì)算問題。 目前網(wǎng)格技術(shù)雖主要為學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)所控制，但企業(yè)也在陸續(xù)跟進(jìn)。事實(shí)上，全球網(wǎng)格論壇（GlobalGridForum)的主要贊助企業(yè)就包括Unilever——一家以經(jīng)銷肥皂、冰淇淋著稱的企業(yè)。與許多正在研究和評(píng)估網(wǎng)格技術(shù)的企業(yè)一樣，Unilever自己對(duì)于如何利用此技術(shù)仍秘而不宣。而Johnson&Johnson與Merck等制藥公司、BMW與波音等制造企業(yè)卻已利用這一技術(shù)的處理能力和存儲(chǔ)空間進(jìn)行仿真試驗(yàn)，例如藥品能否保護(hù)細(xì)胞免受病毒侵襲？飛機(jī)機(jī)翼是否會(huì)在暴風(fēng)雨中折斷？ 基因研究是網(wǎng)格技術(shù)的自然應(yīng)用，這一領(lǐng)域所需的投資很難由一家企業(yè)來承擔(dān)，生物科技企業(yè)可用網(wǎng)格技術(shù)來分析基因數(shù)據(jù);醫(yī)生可以用網(wǎng)格技術(shù)制作出病人器官的三維模型，作為診斷疾病的輔助手段;網(wǎng)格可以處理來自商店現(xiàn)金記錄或金融市場(chǎng)的數(shù)據(jù)流。其他行業(yè)，如航空、保險(xiǎn)、運(yùn)輸和國(guó)防，也會(huì)從中受益。如此看來，網(wǎng)格計(jì)算并非是可望不可及的烏托邦，其商業(yè)應(yīng)用的廣闊前景就在眼前。 爭(zhēng)奪控制權(quán) 網(wǎng)格計(jì)算被譽(yù)為繼Internet和Web之后的“第三個(gè)信息技術(shù)浪潮”，有望提供下一代分布式應(yīng)用和服務(wù)，對(duì)研究和信息系統(tǒng)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。主要IT廠商早就為獲得網(wǎng)格計(jì)算的控制權(quán)展開了競(jìng)爭(zhēng)。 Sun公司日前發(fā)布了“網(wǎng)格引擎”企業(yè)版5.3的測(cè)試版，使企業(yè)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)網(wǎng)格更容易聯(lián)接，提供更好的管理和資源分配。網(wǎng)格引擎軟件提供了開放源代碼版本，自2000年發(fā)布到目前為止，共被下載了1.2萬次，共有11.8萬個(gè)CPU利用該軟件進(jìn)行管理。Sun公司技術(shù)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理PeterJeffcock認(rèn)為，網(wǎng)格計(jì)算有明顯的三個(gè)階段:群集網(wǎng)格、校園網(wǎng)格和全球網(wǎng)格，目前發(fā)布的GridEngine企業(yè)版5.3使Sun向功能校園網(wǎng)格邁進(jìn)了一步。Sun還與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一起支持AVAKI與Globus等行業(yè)組織，積極參與網(wǎng)格計(jì)算開放標(biāo)準(zhǔn)的建立。 Microsoft的研究部門也參與了各項(xiàng)分布式計(jì)算研究項(xiàng)目，包括容錯(cuò)遠(yuǎn)程文件系統(tǒng)Farsite，以及建設(shè)分布式系統(tǒng)的Millenium；HP也表示將提供Coolbase軟件，使用戶可以通過Internet共享各種計(jì)算設(shè)備;Compaq宣布正在制定一個(gè)全球性的網(wǎng)格計(jì)算解決方案計(jì)劃，向?qū)で缶W(wǎng)格計(jì)算系統(tǒng)的客戶提供軟硬件和技術(shù)支持。為此，Compaq與加拿大PlatformComputing結(jié)盟，充分利用該技術(shù)，以及CompaqTru64UnixAlpha服務(wù)器系統(tǒng)和運(yùn)行Linux的CompaqProLiant服務(wù)器，為用戶提供完整的、集成的、開放的網(wǎng)格解決方案。Compaq還建立了網(wǎng)格計(jì)算高級(jí)研究中心，繼續(xù)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究。日本的企業(yè)在網(wǎng)格計(jì)算方面也躍躍欲試。NTT宣布將于2002年中期開展為期6個(gè)月的網(wǎng)格計(jì)算試驗(yàn)，參與者包括了Intel、SGI等。 今年8月，IBM宣布在網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域投資40億美元，在全球建設(shè)40家數(shù)據(jù)中心，正式進(jìn)入網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域。IBM被英國(guó)政府選中，負(fù)責(zé)NationalGrid(國(guó)家網(wǎng)格)項(xiàng)目，這項(xiàng)預(yù)算達(dá)2500萬美元的網(wǎng)格會(huì)把8所大學(xué)的計(jì)算機(jī)相連。IBM目前正與美國(guó)的賓夕法尼亞大學(xué)合作，將數(shù)家醫(yī)院聯(lián)接，構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算網(wǎng)格。參與的醫(yī)院可快速利用遠(yuǎn)方的醫(yī)療數(shù)據(jù)，并共享分析程序。日前，IBM還宣布了一項(xiàng)名為北卡羅來納生物信息科學(xué)網(wǎng)格的項(xiàng)目，涉及60家企業(yè)、大學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究公司，這是全球第一個(gè)主要由私營(yíng)行業(yè)參與的網(wǎng)格項(xiàng)目。而此時(shí)距IBM進(jìn)入網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域僅僅3個(gè)月�？磥鞩BM是要立志做網(wǎng)格技術(shù)的“領(lǐng)頭羊”。 那么，這一項(xiàng)目的實(shí)施是否標(biāo)志網(wǎng)格計(jì)算已開始進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用呢？ 標(biāo)準(zhǔn)是成功關(guān)鍵 就像TCP/IP協(xié)議是Internet的核心一樣，構(gòu)建網(wǎng)格計(jì)算也需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和服務(wù)進(jìn)行定義。目前，包括Global Grid Forum、研究模型驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)（Model Driven Architecture）的對(duì)象管理組織(OMG)、致力于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與語義WWW研究的W3C,以及Globus.org等標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體蠢蠢欲動(dòng)。 今年7月，OMG、W3C、Grid Forum等標(biāo)準(zhǔn)化組織與來自學(xué)術(shù)、商業(yè)領(lǐng)域的人士出席了“軟件服務(wù)網(wǎng)格研討會(huì)”，加快全球大網(wǎng)格(GGG)標(biāo)準(zhǔn)的制定。接著，另一開放源代碼網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)組織——Globus也集會(huì)研究通過廣域網(wǎng)聯(lián)接的高性能計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施問題。Globus目前正致力于開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格架構(gòu)和其他技術(shù)。 迄今為止，網(wǎng)格計(jì)算還沒有正式的標(biāo)準(zhǔn)，但在核心技術(shù)上，相關(guān)機(jī)構(gòu)與企業(yè)已達(dá)成一致：由美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院(ISI)合作開發(fā)的Globus Toolkit已成為網(wǎng)格計(jì)算事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，包括Entropia、IBM、Microsoft、Compaq、Cray、SGI、Sun、Veridian、Fujitsu、Hitachi、NEC在內(nèi)的12家計(jì)算機(jī)和軟件廠商已宣布將采用Globus Toolkit。作為一種開放架構(gòu)和開放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施，Globus Toolkit提供了構(gòu)建網(wǎng)格應(yīng)用所需的很多基本服務(wù)，如安全、資源發(fā)現(xiàn)、資源管理、數(shù)據(jù)訪問等。目前所有重大的網(wǎng)格項(xiàng)目都是基于Globus Tookit提供的協(xié)議與服務(wù)建設(shè)的。 除了標(biāo)準(zhǔn)以外，安全和可管理性、IT人才的缺乏也是網(wǎng)格計(jì)算亟待解決的一個(gè)問題，否則將無法成為企業(yè)的商業(yè)架構(gòu)。在內(nèi)部系統(tǒng)環(huán)境中常常視而不見的問題，如安全、認(rèn)證和可靠性，在任何分布式環(huán)境下都必須得到解決。研究咨詢公司StencilGroup的合伙人Brent Sleeper認(rèn)為:“這要求具有高層次的架構(gòu)技能，而不是簡(jiǎn)歷上列出的編程語言�！比绻讶虻木W(wǎng)格都聯(lián)在一起，那么就能借用彼此未用的資源，網(wǎng)格就會(huì)更強(qiáng)大和靈活。雖然這也是網(wǎng)格的最終目標(biāo)，但把網(wǎng)格聯(lián)在一起也會(huì)帶來政治問題。IBM為大學(xué)建設(shè)網(wǎng)格或Unilever建設(shè)內(nèi)部的網(wǎng)格都只是單純的IT決策，而將私有網(wǎng)格聯(lián)接，形成能力更大的共享網(wǎng)格，其中的風(fēng)險(xiǎn)卻大得多。在客戶需要時(shí)，相互競(jìng)爭(zhēng)的網(wǎng)格提供商是否愿意出售彼此多余的資源？此外，網(wǎng)格應(yīng)用常涉及大量的數(shù)據(jù)和計(jì)算，需要在各組織間共享安全資源，這不是當(dāng)前的Internet和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施所能做到的�？磥碓诰W(wǎng)格計(jì)算實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用之前，還有很多的問題需要解決。 然而，設(shè)想一下運(yùn)用前所未聞的計(jì)算能力所能完成的工作，我們都會(huì)明白，構(gòu)建全球網(wǎng)格的前景幾乎是無法抗拒的。美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Rick Stevens指出：“就像最初的Arpanet成為Internet的中心一樣，就把Teragrid看做是形成全球網(wǎng)格中心的雛形吧！” 網(wǎng)格的商業(yè)應(yīng)用 生物醫(yī)學(xué)：網(wǎng)格可提供藥品開發(fā)人員所需的計(jì)算能力，用以研究藥物和蛋白質(zhì)分子的形態(tài)與運(yùn)動(dòng)。 工程：波音、福特、bmw公司都在嘗試用網(wǎng)格計(jì)算進(jìn)行復(fù)雜的仿真與設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)搜集/分析：制造、石油加工、貨物運(yùn)輸、甚至零售企業(yè)都要維護(hù)昂貴的設(shè)備，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)問題，造成不好的結(jié)果。同無線傳感器一樣，網(wǎng)格能夠存儲(chǔ)和處理所有交易。 娛樂產(chǎn)業(yè)：特殊效果設(shè)計(jì)。 網(wǎng)格作為一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境，能夠吸收各種計(jì)算資源，將它們轉(zhuǎn)化成一種隨處可得的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)的且相對(duì)經(jīng)濟(jì)的計(jì)算能力，其吸收的計(jì)算資源包括各種類型的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信能力、數(shù)據(jù)資料、儀器設(shè)備甚至有操作能力的人等各種相關(guān)資源�！� 網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)的概念提出的，網(wǎng)格的最終目的是希望用戶在使用網(wǎng)格計(jì)算能力解決問題時(shí)像使用電力一樣方便，用戶不用去考慮得到的服務(wù)來自于哪個(gè)地理位置，由什么樣的計(jì)算設(shè)施提供。也就是說，網(wǎng)格給最終的使用者提供的是一種通用的計(jì)算能力。 電力網(wǎng)中需要有大量的變電站等設(shè)施對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控，相應(yīng)的網(wǎng)格中也需要大量的管理站點(diǎn)來維護(hù)網(wǎng)格的正常運(yùn)行。網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)及資源的調(diào)控將更復(fù)雜，需要解決的問題也更多。因?yàn)榫W(wǎng)格所關(guān)心的問題不再是文件交換，而是直接訪問計(jì)算機(jī)、軟件、數(shù)據(jù)和其他資源。這就要求網(wǎng)格具備解決資源與任務(wù)的分配和調(diào)度、安全傳輸與通信實(shí)時(shí)性保障、人與系統(tǒng)以及人與人之間的交互等能力。網(wǎng)格提供的資源是隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的，原來擁有的資源或者功能，在下一時(shí)刻可能就會(huì)出現(xiàn)故障或者拒絕被使用，而原來沒有的資源，可能隨著時(shí)間的進(jìn)展會(huì)不斷加入進(jìn)來。 一、網(wǎng)絡(luò)的典型體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)格技術(shù)不斷地發(fā)展使人們逐漸地意識(shí)到了網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的重要性。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)用來劃分系統(tǒng)的基本組件，指定系統(tǒng)組件的目的和功能，說明組件之間如何相互作用，規(guī)定了網(wǎng)格各部分相互的關(guān)系與集成的方法�？梢哉f，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格的骨架和靈魂，是網(wǎng)格技術(shù)中最核心的部分。 1．五層沙漏結(jié)構(gòu) 五層沙漏結(jié)構(gòu)是一種早期的抽象層次結(jié)構(gòu)，以“協(xié)議”為中心，強(qiáng)調(diào)協(xié)議在網(wǎng)格的資源共享和互操作中的地位。通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)一種機(jī)制，使得虛擬組織的用戶與資源之間可以進(jìn)行資源使用的協(xié)商、建立共享關(guān)系，并且可以進(jìn)一步管理和開發(fā)新的共享關(guān)系。這一標(biāo)準(zhǔn)化的開放結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)格的擴(kuò)展性、互操作性、一致性以及代碼共享都很有好處。圖1為五層沙漏結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)圖。 五層結(jié)構(gòu)之所以形如沙漏，是由各部分協(xié)議數(shù)量的分布不均勻引起的�？紤]到核心的移植、升級(jí)的方便性，核心部分的協(xié)議數(shù)量相對(duì)比較少 (例如Internet上的TCP和HTTP)，對(duì)于其最核心的部分，要實(shí)現(xiàn)上層協(xié)議（沙漏的頂層）向核心協(xié)議的映射，同時(shí)實(shí)現(xiàn)核心協(xié)議向下層協(xié)議（沙漏的底層）的映射。按照定義，核心協(xié)議的數(shù)量不能太多，這樣核心協(xié)議就成了一個(gè)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的瓶頸。在五層結(jié)構(gòu)中，資源層和連接層共同組成這一核心的瓶頸部分，它促進(jìn)了單獨(dú)的資源共享。 2. 開放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu) 開放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)OGSA是Global Grid Forum4的重要標(biāo)準(zhǔn)建議,是目前最新也最有影響力的一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，被稱為是下一代的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。OGSA的目的就是要將Grid的一些功能，更確切的說是Globus的一些功能融合到Web Service這個(gè)框架中。與前期網(wǎng)格不同的是，OGSA是面向服務(wù)的結(jié)構(gòu)，將所有事務(wù)都表示成一個(gè)Grid服務(wù)，計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)、程序、數(shù)據(jù)等都是服務(wù)，所有的服務(wù)都聯(lián)系對(duì)應(yīng)的接口，所以，OGSA被稱為是以服務(wù)為中心的“服務(wù)結(jié)構(gòu)”，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議支持創(chuàng)建、終止、管理和開發(fā)透明的服務(wù)，其發(fā)展象征著Web Service的一個(gè)進(jìn)步，結(jié)合目前的Web Service技術(shù)，支持透明安全的服務(wù)實(shí)例，OGSA有效地?cái)U(kuò)展了Web Service架構(gòu)的功能。五層模型與OGSA都相當(dāng)重視互操作性，但OGSA更強(qiáng)調(diào)服務(wù)的觀點(diǎn)，將互操作性問題轉(zhuǎn)化為定義服務(wù)的接口和識(shí)別激活特定接口的協(xié)議。這一面向服務(wù)模型具有很多優(yōu)點(diǎn)，環(huán)境中的所有組件都是虛擬化的，通過提供一個(gè)所有Grid服務(wù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的一致接口的核心集，可以使得分級(jí)的、更高級(jí)別的服務(wù)的構(gòu)建能夠跨多個(gè)抽象層以一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行處理。虛擬化還促使從多個(gè)邏輯資源實(shí)例到同一物理資源的映射，不考慮實(shí)現(xiàn)的服務(wù)組合，以及一個(gè)VO內(nèi)的基于低級(jí)資源組合的資源管理。正是Grid服務(wù)的虛擬化加強(qiáng)了通用服務(wù)語義行為無縫地映射到本地平臺(tái)設(shè)施的能力。 二、網(wǎng)格協(xié)議Globus工具包 由于現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)并不是針對(duì)網(wǎng)格計(jì)算設(shè)計(jì)的，為了使網(wǎng)格計(jì)算和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)兼容，一個(gè)可擴(kuò)展的中間件是必需的，也就是基于操作系統(tǒng)之上的網(wǎng)格管理軟件。在網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用成為主流的時(shí)代，單機(jī)操作系統(tǒng)如NT、Windows等的地位已經(jīng)降低，網(wǎng)格管理軟件實(shí)際上是更高層次的網(wǎng)格操作系統(tǒng)，其核心技術(shù)主要是一體化的信息平臺(tái)、語義網(wǎng)站、智能代理和知識(shí)本體技術(shù)等。建立網(wǎng)格服務(wù)的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)是網(wǎng)格發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)。Globus項(xiàng)目是目前國(guó)際上最有影響力的與網(wǎng)格計(jì)算相關(guān)的項(xiàng)目之一，是來自世界各地關(guān)注網(wǎng)格技術(shù)的研究人員和開發(fā)人員共同努力的成果。它是圍繞四種主要活動(dòng)來組織的：研究、軟件工具、實(shí)驗(yàn)臺(tái)和應(yīng)用程序。Globus對(duì)資源管理安全、信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)能在各種平臺(tái)上運(yùn)行的網(wǎng)格計(jì)算工具軟件，幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的大型應(yīng)用程序。Globus工具包是Globus最重要的實(shí)踐成果，它是一個(gè)開放源碼的關(guān)鍵Grid協(xié)議的參考實(shí)現(xiàn)，支持大量的主要的電子科學(xué)項(xiàng)目。該工具包基于開放結(jié)構(gòu)、開放服務(wù)資源和軟件庫并支持網(wǎng)格和網(wǎng)格應(yīng)用，致力于安全、信息發(fā)現(xiàn)、資源管理、數(shù)據(jù)管理、通信錯(cuò)誤診斷等問題。Globus的網(wǎng)格計(jì)算協(xié)議是建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之上的，以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中的通信、路由、名字解析等功能為基礎(chǔ)。Globus的協(xié)議分為5層：構(gòu)造層、連接層、資源層、匯聚層和應(yīng)用層。上層協(xié)議可調(diào)用下層協(xié)議的服務(wù)。網(wǎng)格內(nèi)的全局應(yīng)用都通過協(xié)議提供的服務(wù)來調(diào)用操作系統(tǒng)。Globus工具包包括網(wǎng)格安全、網(wǎng)格信息獲取與分布、網(wǎng)格資源管理及網(wǎng)格遠(yuǎn)程傳輸?shù)葍?nèi)容，這些都是網(wǎng)格開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)和必須解決的重要問題。 三、網(wǎng)格核心技術(shù) 為解決不同領(lǐng)域復(fù)雜科學(xué)計(jì)算與海量數(shù)據(jù)服務(wù)問題，人們以網(wǎng)絡(luò)互連為基礎(chǔ)構(gòu)造了不同的網(wǎng)格，有代表性的如計(jì)算網(wǎng)格、拾遺網(wǎng)格、數(shù)據(jù)網(wǎng)格等，它們?cè)隗w系結(jié)構(gòu)和需要解決的問題類型等方面不盡相同，但都需要共同的關(guān)鍵技術(shù)，主要有如下幾種: 高性能調(diào)度技術(shù) 在網(wǎng)格系統(tǒng)中，大量的應(yīng)用共享網(wǎng)格的各種資源，如何使得這些應(yīng)用獲得最大的性能，這就是調(diào)度所要解決的問題。網(wǎng)格調(diào)度技術(shù)比傳統(tǒng)高性能計(jì)算中的調(diào)度技術(shù)更復(fù)雜，這主要是因?yàn)榫W(wǎng)格具有一些獨(dú)有的特征，例如，網(wǎng)格資源的動(dòng)態(tài)變化性、資源的類型異構(gòu)性和多樣性、調(diào)度器的局部管理性等。所以網(wǎng)格的調(diào)度需要建立隨時(shí)間變化的性能預(yù)測(cè)模型，充分利用網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)信息來表示網(wǎng)格性能的波動(dòng)。在網(wǎng)格調(diào)度中，還需要考慮移植性、擴(kuò)展性、效率、可重復(fù)性以及網(wǎng)格調(diào)度和本地調(diào)度的結(jié)合等一系列問題。 資源管理技術(shù) 資源管理的關(guān)鍵問題是為用戶有效地分配資源。高效分配涉及到資源分配和調(diào)度兩個(gè)問題，一般通過一個(gè)包含系統(tǒng)模型的調(diào)度模型來體現(xiàn)，而系統(tǒng)模型則是潛在資源的一個(gè)抽象，系統(tǒng)模型為分配器及時(shí)地提供所有節(jié)點(diǎn)上可見的資源信息，分配器獲得信息后將資源合理地分配給任務(wù)，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。 網(wǎng)格安全技術(shù) 網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境對(duì)安全的要求比 Internet的安全要求更為復(fù)雜。網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中的用戶數(shù)量、資源數(shù)量都很大且動(dòng)態(tài)可變，一個(gè)計(jì)算過程中的多個(gè)進(jìn)程間存在不同的通信機(jī)制，資源支持不同的認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制且可以屬于多個(gè)組織。正是由于這些網(wǎng)格獨(dú)有的特征，使得它的安全要求性更高，具體包括支持在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中主體之間的安全通信，防止主體假冒和數(shù)據(jù)泄密；支持跨虛擬組織的安全；支持網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中用戶的單點(diǎn)登錄，包括跨多個(gè)資源和地點(diǎn)的信任委托和信任轉(zhuǎn)移等。 網(wǎng)格研究最初的目標(biāo)是希望能夠?qū)⒊?jí)計(jì)算機(jī)連接成為一個(gè)可遠(yuǎn)程控制的元計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MetaComputers），現(xiàn)在，這一目標(biāo)已經(jīng)深化為建立大規(guī)模計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的通用基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)上的各種高性能計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、PC、信息系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)、應(yīng)用模擬系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、儀器設(shè)備和信息獲取設(shè)備（例如傳感器）集成在一起，為各種應(yīng)用開發(fā)提供底層技術(shù)支撐，將Internet變?yōu)橐粋�(gè)功能強(qiáng)大、無處不在的計(jì)算設(shè)施，最終實(shí)現(xiàn)資源共享和分布協(xié)同工作。網(wǎng)格的這種概念可以清晰地指導(dǎo)行業(yè)和企業(yè)中各個(gè)部門的資源進(jìn)行行業(yè)或企業(yè)整體上的統(tǒng)一規(guī)劃、部署、整合和共享，而不僅僅是行業(yè)或大企業(yè)中的各個(gè)部門自己規(guī)劃、占有和使用資源。這種思想的溝通和認(rèn)同對(duì)行業(yè)和企業(yè)是至關(guān)重要的，將提升或改變整個(gè)行業(yè)或企業(yè)信息系統(tǒng)的規(guī)劃部署、運(yùn)行和管理機(jī)制。
網(wǎng)格技術(shù)基本概念: 一家票務(wù)公司要銷售滾石樂隊(duì)的告別演出門票，IT部門經(jīng)理擔(dān)心，開始網(wǎng)上售票后，公司的服務(wù)器和軟件會(huì)不會(huì)不堪重負(fù)?但實(shí)際上該公司并沒有增加數(shù)十個(gè)服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)，有關(guān)IT人員只是擰開開關(guān)，將公司的骨干網(wǎng)與一個(gè)“網(wǎng)格”相聯(lián)。結(jié)果公司在3分鐘內(nèi)銷售了90萬張門票，沒有一個(gè)顧客因系統(tǒng)處理能力不足而被拒之門外。 上述情景并非可望而不可及。網(wǎng)格作為一種能帶來巨大處理、存儲(chǔ)能力和其他IT資源的新型網(wǎng)絡(luò)，可以應(yīng)付臨時(shí)之用。網(wǎng)格計(jì)算通過共享網(wǎng)絡(luò)將不同地點(diǎn)的大量計(jì)算機(jī)相聯(lián)，從而形成虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī),將各處計(jì)算機(jī)的多余處理器能力合在一起，可為研究和其他數(shù)據(jù)集中應(yīng)用提供巨大的處理能力。有了網(wǎng)格計(jì)算，那些沒有能力購(gòu)買價(jià)值數(shù)百萬美元的超級(jí)計(jì)算機(jī)的機(jī)構(gòu)，也能利用其巨大的計(jì)算能力。 計(jì)算的“烏托邦”？ Gartner公司的Rob Batchelder認(rèn)為，網(wǎng)格的構(gòu)想一直是計(jì)算領(lǐng)域的“烏托邦”，在科技應(yīng)用上雖有巨大前景，但最大的缺陷是缺乏明顯的商業(yè)應(yīng)用。自20世紀(jì)90年代在歐美出現(xiàn)以來，網(wǎng)格主要被用于幫助分散的大學(xué)研究人員分析粒子加速器和巨型望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。但在過去的兩年中，網(wǎng)格的概念和GlobusToolkit已在研究和教育領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，數(shù)十項(xiàng)全球性的大項(xiàng)目采用這些技術(shù)，以挑戰(zhàn)科學(xué)計(jì)算中的海量計(jì)算問題。 目前網(wǎng)格技術(shù)雖主要為學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)所控制，但企業(yè)也在陸續(xù)跟進(jìn)。事實(shí)上，全球網(wǎng)格論壇（GlobalGridForum)的主要贊助企業(yè)就包括Unilever——一家以經(jīng)銷肥皂、冰淇淋著稱的企業(yè)。與許多正在研究和評(píng)估網(wǎng)格技術(shù)的企業(yè)一樣，Unilever自己對(duì)于如何利用此技術(shù)仍秘而不宣。而Johnson&Johnson與Merck等制藥公司、BMW與波音等制造企業(yè)卻已利用這一技術(shù)的處理能力和存儲(chǔ)空間進(jìn)行仿真試驗(yàn)，例如藥品能否保護(hù)細(xì)胞免受病毒侵襲？飛機(jī)機(jī)翼是否會(huì)在暴風(fēng)雨中折斷？ 基因研究是網(wǎng)格技術(shù)的自然應(yīng)用，這一領(lǐng)域所需的投資很難由一家企業(yè)來承擔(dān)，生物科技企業(yè)可用網(wǎng)格技術(shù)來分析基因數(shù)據(jù);醫(yī)生可以用網(wǎng)格技術(shù)制作出病人器官的三維模型，作為診斷疾病的輔助手段;網(wǎng)格可以處理來自商店現(xiàn)金記錄或金融市場(chǎng)的數(shù)據(jù)流。其他行業(yè)，如航空、保險(xiǎn)、運(yùn)輸和國(guó)防，也會(huì)從中受益。如此看來，網(wǎng)格計(jì)算并非是可望不可及的烏托邦，其商業(yè)應(yīng)用的廣闊前景就在眼前。 爭(zhēng)奪控制權(quán) 網(wǎng)格計(jì)算被譽(yù)為繼Internet和Web之后的“第三個(gè)信息技術(shù)浪潮”，有望提供下一代分布式應(yīng)用和服務(wù)，對(duì)研究和信息系統(tǒng)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。主要IT廠商早就為獲得網(wǎng)格計(jì)算的控制權(quán)展開了競(jìng)爭(zhēng)。 Sun公司日前發(fā)布了“網(wǎng)格引擎”企業(yè)版5.3的測(cè)試版，使企業(yè)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)網(wǎng)格更容易聯(lián)接，提供更好的管理和資源分配。網(wǎng)格引擎軟件提供了開放源代碼版本，自2000年發(fā)布到目前為止，共被下載了1.2萬次，共有11.8萬個(gè)CPU利用該軟件進(jìn)行管理。Sun公司技術(shù)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理PeterJeffcock認(rèn)為，網(wǎng)格計(jì)算有明顯的三個(gè)階段:群集網(wǎng)格、校園網(wǎng)格和全球網(wǎng)格，目前發(fā)布的GridEngine企業(yè)版5.3使Sun向功能校園網(wǎng)格邁進(jìn)了一步。Sun還與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一起支持AVAKI與Globus等行業(yè)組織，積極參與網(wǎng)格計(jì)算開放標(biāo)準(zhǔn)的建立。 Microsoft的研究部門也參與了各項(xiàng)分布式計(jì)算研究項(xiàng)目，包括容錯(cuò)遠(yuǎn)程文件系統(tǒng)Farsite，以及建設(shè)分布式系統(tǒng)的Millenium；HP也表示將提供Coolbase軟件，使用戶可以通過Internet共享各種計(jì)算設(shè)備;Compaq宣布正在制定一個(gè)全球性的網(wǎng)格計(jì)算解決方案計(jì)劃，向?qū)で缶W(wǎng)格計(jì)算系統(tǒng)的客戶提供軟硬件和技術(shù)支持。為此，Compaq與加拿大PlatformComputing結(jié)盟，充分利用該技術(shù)，以及CompaqTru64UnixAlpha服務(wù)器系統(tǒng)和運(yùn)行Linux的CompaqProLiant服務(wù)器，為用戶提供完整的、集成的、開放的網(wǎng)格解決方案。Compaq還建立了網(wǎng)格計(jì)算高級(jí)研究中心，繼續(xù)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行研究。日本的企業(yè)在網(wǎng)格計(jì)算方面也躍躍欲試。NTT宣布將于2002年中期開展為期6個(gè)月的網(wǎng)格計(jì)算試驗(yàn)，參與者包括了Intel、SGI等。 今年8月，IBM宣布在網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域投資40億美元，在全球建設(shè)40家數(shù)據(jù)中心，正式進(jìn)入網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域。IBM被英國(guó)政府選中，負(fù)責(zé)NationalGrid(國(guó)家網(wǎng)格)項(xiàng)目，這項(xiàng)預(yù)算達(dá)2500萬美元的網(wǎng)格會(huì)把8所大學(xué)的計(jì)算機(jī)相連。IBM目前正與美國(guó)的賓夕法尼亞大學(xué)合作，將數(shù)家醫(yī)院聯(lián)接，構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算網(wǎng)格。參與的醫(yī)院可快速利用遠(yuǎn)方的醫(yī)療數(shù)據(jù)，并共享分析程序。日前，IBM還宣布了一項(xiàng)名為北卡羅來納生物信息科學(xué)網(wǎng)格的項(xiàng)目，涉及60家企業(yè)、大學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究公司，這是全球第一個(gè)主要由私營(yíng)行業(yè)參與的網(wǎng)格項(xiàng)目。而此時(shí)距IBM進(jìn)入網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域僅僅3個(gè)月�？磥鞩BM是要立志做網(wǎng)格技術(shù)的“領(lǐng)頭羊”。 那么，這一項(xiàng)目的實(shí)施是否標(biāo)志網(wǎng)格計(jì)算已開始進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用呢？ 標(biāo)準(zhǔn)是成功關(guān)鍵 就像TCP/IP協(xié)議是Internet的核心一樣，構(gòu)建網(wǎng)格計(jì)算也需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和服務(wù)進(jìn)行定義。目前，包括Global Grid Forum、研究模型驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)（Model Driven Architecture）的對(duì)象管理組織(OMG)、致力于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與語義WWW研究的W3C,以及Globus.org等標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體蠢蠢欲動(dòng)。 今年7月，OMG、W3C、Grid Forum等標(biāo)準(zhǔn)化組織與來自學(xué)術(shù)、商業(yè)領(lǐng)域的人士出席了“軟件服務(wù)網(wǎng)格研討會(huì)”，加快全球大網(wǎng)格(GGG)標(biāo)準(zhǔn)的制定。接著，另一開放源代碼網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)組織——Globus也集會(huì)研究通過廣域網(wǎng)聯(lián)接的高性能計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施問題。Globus目前正致力于開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格架構(gòu)和其他技術(shù)。 迄今為止，網(wǎng)格計(jì)算還沒有正式的標(biāo)準(zhǔn)，但在核心技術(shù)上，相關(guān)機(jī)構(gòu)與企業(yè)已達(dá)成一致：由美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院(ISI)合作開發(fā)的Globus Toolkit已成為網(wǎng)格計(jì)算事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，包括Entropia、IBM、Microsoft、Compaq、Cray、SGI、Sun、Veridian、Fujitsu、Hitachi、NEC在內(nèi)的12家計(jì)算機(jī)和軟件廠商已宣布將采用Globus Toolkit。作為一種開放架構(gòu)和開放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施，Globus Toolkit提供了構(gòu)建網(wǎng)格應(yīng)用所需的很多基本服務(wù)，如安全、資源發(fā)現(xiàn)、資源管理、數(shù)據(jù)訪問等。目前所有重大的網(wǎng)格項(xiàng)目都是基于Globus Tookit提供的協(xié)議與服務(wù)建設(shè)的。 除了標(biāo)準(zhǔn)以外，安全和可管理性、IT人才的缺乏也是網(wǎng)格計(jì)算亟待解決的一個(gè)問題，否則將無法成為企業(yè)的商業(yè)架構(gòu)。在內(nèi)部系統(tǒng)環(huán)境中常常視而不見的問題，如安全、認(rèn)證和可靠性，在任何分布式環(huán)境下都必須得到解決。研究咨詢公司StencilGroup的合伙人Brent Sleeper認(rèn)為:“這要求具有高層次的架構(gòu)技能，而不是簡(jiǎn)歷上列出的編程語言�！比绻讶虻木W(wǎng)格都聯(lián)在一起，那么就能借用彼此未用的資源，網(wǎng)格就會(huì)更強(qiáng)大和靈活。雖然這也是網(wǎng)格的最終目標(biāo)，但把網(wǎng)格聯(lián)在一起也會(huì)帶來政治問題。IBM為大學(xué)建設(shè)網(wǎng)格或Unilever建設(shè)內(nèi)部的網(wǎng)格都只是單純的IT決策，而將私有網(wǎng)格聯(lián)接，形成能力更大的共享網(wǎng)格，其中的風(fēng)險(xiǎn)卻大得多。在客戶需要時(shí)，相互競(jìng)爭(zhēng)的網(wǎng)格提供商是否愿意出售彼此多余的資源？此外，網(wǎng)格應(yīng)用常涉及大量的數(shù)據(jù)和計(jì)算，需要在各組織間共享安全資源，這不是當(dāng)前的Internet和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施所能做到的�？磥碓诰W(wǎng)格計(jì)算實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用之前，還有很多的問題需要解決。 然而，設(shè)想一下運(yùn)用前所未聞的計(jì)算能力所能完成的工作，我們都會(huì)明白，構(gòu)建全球網(wǎng)格的前景幾乎是無法抗拒的。美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Rick Stevens指出：“就像最初的Arpanet成為Internet的中心一樣，就把Teragrid看做是形成全球網(wǎng)格中心的雛形吧！” 網(wǎng)格的商業(yè)應(yīng)用 生物醫(yī)學(xué)：網(wǎng)格可提供藥品開發(fā)人員所需的計(jì)算能力，用以研究藥物和蛋白質(zhì)分子的形態(tài)與運(yùn)動(dòng)。 工程：波音、福特、bmw公司都在嘗試用網(wǎng)格計(jì)算進(jìn)行復(fù)雜的仿真與設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)搜集/分析：制造、石油加工、貨物運(yùn)輸、甚至零售企業(yè)都要維護(hù)昂貴的設(shè)備，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)問題，造成不好的結(jié)果。同無線傳感器一樣，網(wǎng)格能夠存儲(chǔ)和處理所有交易。 娛樂產(chǎn)業(yè)：特殊效果設(shè)計(jì)。 網(wǎng)格作為一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境，能夠吸收各種計(jì)算資源，將它們轉(zhuǎn)化成一種隨處可得的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)的且相對(duì)經(jīng)濟(jì)的計(jì)算能力，其吸收的計(jì)算資源包括各種類型的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信能力、數(shù)據(jù)資料、儀器設(shè)備甚至有操作能力的人等各種相關(guān)資源�！� 網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)的概念提出的，網(wǎng)格的最終目的是希望用戶在使用網(wǎng)格計(jì)算能力解決問題時(shí)像使用電力一樣方便，用戶不用去考慮得到的服務(wù)來自于哪個(gè)地理位置，由什么樣的計(jì)算設(shè)施提供。也就是說，網(wǎng)格給最終的使用者提供的是一種通用的計(jì)算能力。 電力網(wǎng)中需要有大量的變電站等設(shè)施對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控，相應(yīng)的網(wǎng)格中也需要大量的管理站點(diǎn)來維護(hù)網(wǎng)格的正常運(yùn)行。網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)及資源的調(diào)控將更復(fù)雜，需要解決的問題也更多。因?yàn)榫W(wǎng)格所關(guān)心的問題不再是文件交換，而是直接訪問計(jì)算機(jī)、軟件、數(shù)據(jù)和其他資源。這就要求網(wǎng)格具備解決資源與任務(wù)的分配和調(diào)度、安全傳輸與通信實(shí)時(shí)性保障、人與系統(tǒng)以及人與人之間的交互等能力。網(wǎng)格提供的資源是隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的，原來擁有的資源或者功能，在下一時(shí)刻可能就會(huì)出現(xiàn)故障或者拒絕被使用，而原來沒有的資源，可能隨著時(shí)間的進(jìn)展會(huì)不斷加入進(jìn)來。 一、網(wǎng)絡(luò)的典型體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)格技術(shù)不斷地發(fā)展使人們逐漸地意識(shí)到了網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的重要性。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)用來劃分系統(tǒng)的基本組件，指定系統(tǒng)組件的目的和功能，說明組件之間如何相互作用，規(guī)定了網(wǎng)格各部分相互的關(guān)系與集成的方法�？梢哉f，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格的骨架和靈魂，是網(wǎng)格技術(shù)中最核心的部分。 1．五層沙漏結(jié)構(gòu) 五層沙漏結(jié)構(gòu)是一種早期的抽象層次結(jié)構(gòu)，以“協(xié)議”為中心，強(qiáng)調(diào)協(xié)議在網(wǎng)格的資源共享和互操作中的地位。通過協(xié)議實(shí)現(xiàn)一種機(jī)制，使得虛擬組織的用戶與資源之間可以進(jìn)行資源使用的協(xié)商、建立共享關(guān)系，并且可以進(jìn)一步管理和開發(fā)新的共享關(guān)系。這一標(biāo)準(zhǔn)化的開放結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)格的擴(kuò)展性、互操作性、一致性以及代碼共享都很有好處。圖1為五層沙漏結(jié)構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)圖。 五層結(jié)構(gòu)之所以形如沙漏，是由各部分協(xié)議數(shù)量的分布不均勻引起的�？紤]到核心的移植、升級(jí)的方便性，核心部分的協(xié)議數(shù)量相對(duì)比較少 (例如Internet上的TCP和HTTP)，對(duì)于其最核心的部分，要實(shí)現(xiàn)上層協(xié)議（沙漏的頂層）向核心協(xié)議的映射，同時(shí)實(shí)現(xiàn)核心協(xié)議向下層協(xié)議（沙漏的底層）的映射。按照定義，核心協(xié)議的數(shù)量不能太多，這樣核心協(xié)議就成了一個(gè)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)的瓶頸。在五層結(jié)構(gòu)中，資源層和連接層共同組成這一核心的瓶頸部分，它促進(jìn)了單獨(dú)的資源共享。 2. 開放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu) 開放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)OGSA是Global Grid Forum4的重要標(biāo)準(zhǔn)建議,是目前最新也最有影響力的一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，被稱為是下一代的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。OGSA的目的就是要將Grid的一些功能，更確切的說是Globus的一些功能融合到Web Service這個(gè)框架中。與前期網(wǎng)格不同的是，OGSA是面向服務(wù)的結(jié)構(gòu)，將所有事務(wù)都表示成一個(gè)Grid服務(wù)，計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)、程序、數(shù)據(jù)等都是服務(wù)，所有的服務(wù)都聯(lián)系對(duì)應(yīng)的接口，所以，OGSA被稱為是以服務(wù)為中心的“服務(wù)結(jié)構(gòu)”，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議支持創(chuàng)建、終止、管理和開發(fā)透明的服務(wù)，其發(fā)展象征著Web Service的一個(gè)進(jìn)步，結(jié)合目前的Web Service技術(shù)，支持透明安全的服務(wù)實(shí)例，OGSA有效地?cái)U(kuò)展了Web Service架構(gòu)的功能。五層模型與OGSA都相當(dāng)重視互操作性，但OGSA更強(qiáng)調(diào)服務(wù)的觀點(diǎn)，將互操作性問題轉(zhuǎn)化為定義服務(wù)的接口和識(shí)別激活特定接口的協(xié)議。這一面向服務(wù)模型具有很多優(yōu)點(diǎn)，環(huán)境中的所有組件都是虛擬化的，通過提供一個(gè)所有Grid服務(wù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的一致接口的核心集，可以使得分級(jí)的、更高級(jí)別的服務(wù)的構(gòu)建能夠跨多個(gè)抽象層以一種統(tǒng)一的方式進(jìn)行處理。虛擬化還促使從多個(gè)邏輯資源實(shí)例到同一物理資源的映射，不考慮實(shí)現(xiàn)的服務(wù)組合，以及一個(gè)VO內(nèi)的基于低級(jí)資源組合的資源管理。正是Grid服務(wù)的虛擬化加強(qiáng)了通用服務(wù)語義行為無縫地映射到本地平臺(tái)設(shè)施的能力。 二、網(wǎng)格協(xié)議Globus工具包 由于現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)并不是針對(duì)網(wǎng)格計(jì)算設(shè)計(jì)的，為了使網(wǎng)格計(jì)算和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)兼容，一個(gè)可擴(kuò)展的中間件是必需的，也就是基于操作系統(tǒng)之上的網(wǎng)格管理軟件。在網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用成為主流的時(shí)代，單機(jī)操作系統(tǒng)如NT、Windows等的地位已經(jīng)降低，網(wǎng)格管理軟件實(shí)際上是更高層次的網(wǎng)格操作系統(tǒng)，其核心技術(shù)主要是一體化的信息平臺(tái)、語義網(wǎng)站、智能代理和知識(shí)本體技術(shù)等。建立網(wǎng)格服務(wù)的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)是網(wǎng)格發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)。Globus項(xiàng)目是目前國(guó)際上最有影響力的與網(wǎng)格計(jì)算相關(guān)的項(xiàng)目之一，是來自世界各地關(guān)注網(wǎng)格技術(shù)的研究人員和開發(fā)人員共同努力的成果。它是圍繞四種主要活動(dòng)來組織的：研究、軟件工具、實(shí)驗(yàn)臺(tái)和應(yīng)用程序。Globus對(duì)資源管理安全、信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)能在各種平臺(tái)上運(yùn)行的網(wǎng)格計(jì)算工具軟件，幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的大型應(yīng)用程序。Globus工具包是Globus最重要的實(shí)踐成果，它是一個(gè)開放源碼的關(guān)鍵Grid協(xié)議的參考實(shí)現(xiàn)，支持大量的主要的電子科學(xué)項(xiàng)目。該工具包基于開放結(jié)構(gòu)、開放服務(wù)資源和軟件庫并支持網(wǎng)格和網(wǎng)格應(yīng)用，致力于安全、信息發(fā)現(xiàn)、資源管理、數(shù)據(jù)管理、通信錯(cuò)誤診斷等問題。Globus的網(wǎng)格計(jì)算協(xié)議是建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議之上的，以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中的通信、路由、名字解析等功能為基礎(chǔ)。Globus的協(xié)議分為5層：構(gòu)造層、連接層、資源層、匯聚層和應(yīng)用層。上層協(xié)議可調(diào)用下層協(xié)議的服務(wù)。網(wǎng)格內(nèi)的全局應(yīng)用都通過協(xié)議提供的服務(wù)來調(diào)用操作系統(tǒng)。Globus工具包包括網(wǎng)格安全、網(wǎng)格信息獲取與分布、網(wǎng)格資源管理及網(wǎng)格遠(yuǎn)程傳輸?shù)葍?nèi)容，這些都是網(wǎng)格開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)和必須解決的重要問題。 三、網(wǎng)格核心技術(shù) 為解決不同領(lǐng)域復(fù)雜科學(xué)計(jì)算與海量數(shù)據(jù)服務(wù)問題，人們以網(wǎng)絡(luò)互連為基礎(chǔ)構(gòu)造了不同的網(wǎng)格，有代表性的如計(jì)算網(wǎng)格、拾遺網(wǎng)格、數(shù)據(jù)網(wǎng)格等，它們?cè)隗w系結(jié)構(gòu)和需要解決的問題類型等方面不盡相同，但都需要共同的關(guān)鍵技術(shù)，主要有如下幾種: 高性能調(diào)度技術(shù) 在網(wǎng)格系統(tǒng)中，大量的應(yīng)用共享網(wǎng)格的各種資源，如何使得這些應(yīng)用獲得最大的性能，這就是調(diào)度所要解決的問題。網(wǎng)格調(diào)度技術(shù)比傳統(tǒng)高性能計(jì)算中的調(diào)度技術(shù)更復(fù)雜，這主要是因?yàn)榫W(wǎng)格具有一些獨(dú)有的特征，例如，網(wǎng)格資源的動(dòng)態(tài)變化性、資源的類型異構(gòu)性和多樣性、調(diào)度器的局部管理性等。所以網(wǎng)格的調(diào)度需要建立隨時(shí)間變化的性能預(yù)測(cè)模型，充分利用網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)信息來表示網(wǎng)格性能的波動(dòng)。在網(wǎng)格調(diào)度中，還需要考慮移植性、擴(kuò)展性、效率、可重復(fù)性以及網(wǎng)格調(diào)度和本地調(diào)度的結(jié)合等一系列問題。 資源管理技術(shù) 資源管理的關(guān)鍵問題是為用戶有效地分配資源。高效分配涉及到資源分配和調(diào)度兩個(gè)問題，一般通過一個(gè)包含系統(tǒng)模型的調(diào)度模型來體現(xiàn)，而系統(tǒng)模型則是潛在資源的一個(gè)抽象，系統(tǒng)模型為分配器及時(shí)地提供所有節(jié)點(diǎn)上可見的資源信息，分配器獲得信息后將資源合理地分配給任務(wù)，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。 網(wǎng)格安全技術(shù) 網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境對(duì)安全的要求比 Internet的安全要求更為復(fù)雜。網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中的用戶數(shù)量、資源數(shù)量都很大且動(dòng)態(tài)可變，一個(gè)計(jì)算過程中的多個(gè)進(jìn)程間存在不同的通信機(jī)制，資源支持不同的認(rèn)證和授權(quán)機(jī)制且可以屬于多個(gè)組織。正是由于這些網(wǎng)格獨(dú)有的特征，使得它的安全要求性更高，具體包括支持在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中主體之間的安全通信，防止主體假冒和數(shù)據(jù)泄密；支持跨虛擬組織的安全；支持網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中用戶的單點(diǎn)登錄，包括跨多個(gè)資源和地點(diǎn)的信任委托和信任轉(zhuǎn)移等。 網(wǎng)格研究最初的目標(biāo)是希望能夠?qū)⒊?jí)計(jì)算機(jī)連接成為一個(gè)可遠(yuǎn)程控制的元計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（MetaComputers），現(xiàn)在，這一目標(biāo)已經(jīng)深化為建立大規(guī)模計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的通用基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)上的各種高性能計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、PC、信息系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)、應(yīng)用模擬系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、儀器設(shè)備和信息獲取設(shè)備（例如傳感器）集成在一起，為各種應(yīng)用開發(fā)提供底層技術(shù)支撐，將Internet變?yōu)橐粋�(gè)功能強(qiáng)大、無處不在的計(jì)算設(shè)施，最終實(shí)現(xiàn)資源共享和分布協(xié)同工作。網(wǎng)格的這種概念可以清晰地指導(dǎo)行業(yè)和企業(yè)中各個(gè)部門的資源進(jìn)行行業(yè)或企業(yè)整體上的統(tǒng)一規(guī)劃、部署、整合和共享，而不僅僅是行業(yè)或大企業(yè)中的各個(gè)部門自己規(guī)劃、占有和使用資源。這種思想的溝通和認(rèn)同對(duì)行業(yè)和企業(yè)是至關(guān)重要的，將提升或改變整個(gè)行業(yè)或企業(yè)信息系統(tǒng)的規(guī)劃部署、運(yùn)行和管理機(jī)制。
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