網格計算技術初探

[摘 要]介紹了網格計算的歷史與現狀，網格計算的研究目標，應用以及研究熱點和研究方向，分析了網格計算研究存在的主要問題，并指出了網格計算研究領域尚待解決的問題。

[關鍵詞]網格計算

[中圖分類號]TP [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5489(2009)09-0125-02

網格計算(Grid Computing)是一種新型的、以服務為導向的架構。這種架構可以在互聯網或專網內融合各種異構的IT系統，并支持分部式的計算從而使獨立的用戶組在高速網絡上動態地共享計算機資源。網格計算是伴隨h著互聯網技術而迅速發展起來的，專門針對復雜科學計算的新型計算模式。

2002年，LanFoster對網格計算的定義強調網絡具有異構性、可擴展性和動態適應性。認為網格計算就是在動態變化的、擁有多個部門或團體的復雜虛擬組織Virtua Organizations)在內，靈活、安全的協同資源共享與問題求解。

一、網格計算的歷史與現狀

最“正統”的網絡研究來源與美國聯邦政府過去10年來資助的高性能計算項目。這類研究使用的名詞就是“網格”或“計算網格”。另一個名詞“元計算”(Meta Computing)在早期也使用過。這類研究的目標是將跨地域的多臺高性能計算機、大型數據庫、貴重科研設備、通訊設備、可視化設備和各種傳感器整合成一個巨大的超級計算機系統，支持科學計算和科學研究。這方面的代表性研究工作包括美國國家科學基金會資助的NPACI、國家技術網絡”(NTC)、分布萬億次級計算設施(DTF)、美國宇航總署的IDC、美國能源部的ASCI Grid以及歐盟的DATA Grid等。

目前，網格計算不僅在學術界、研究領域進行著深入的研究與實驗，同時也得到了來自產業界諸如IBM、HP、Microsoft、Intel、SUN等各大公司的巨資支持與商業應用開發。在我國的許多行業，如能源、交通、氣象、水利、農林、教育、環保等高性能計算網格即信息網格的需求是非常巨大的。

二、網格計算的研究目標

網格計算研究目標術希望能夠將超級計算機連接成為一個可遠程控制的元計算機系統(Meta-Computers)，并且建立大規模計算和數據處理的通用基礎支撐結構，將網格上的各種高性能計算機、服務器、PC、信息系統、海量數據存儲和處理系統、虛擬現實系統、儀器設備和信息獲取設備集成在一起，為各種應用開發提供底層技術支持，將Internet變成一個功能強大的計算設施，使用戶能夠共享其中的計算資源并以合作的方式進行計算。

為此，有兩類相關研究。一是網格計算前端，最終用戶通過統一界面使用廣域網上各類計算資源;二是網格計算——內核，計算任務在廣域網超級計算機上怎樣協作完成作業，提供一個完整的程序開發和運行環境。用戶發送計算請求，計算執行代碼在系統內部資源合理的調度管理，最后給出運行結果，并通過網格計算前端反饋給最終用戶。

三、網格計算的應用

網格計算主要被各大學和研究實驗室用于高性能計算的項目。這些項目要求巨大的計算能力，或需要接入大量數據。網格計算的主要領域是科學計算。

1.分布式超級計算

這和以前的高性能計算的作用很類似，不同的是以前的高性能計算大多是集中式的，主要靠一個地方的高性能計算機完成計算任務。目前許多科學與工程計算問題無法在任何一臺超級計算機是解決，因此需要更多的超級計算機一起來完成，我國可以吧分布式的超級計算機集中起來，協同解決復雜的大規模問題。從集中計算到分布計算，是網格計算的重要體現。

2.高吞吐率計算

高吞吐率計算和高性能計算的側重點是不同的，高性能計算關心的是每秒能夠完成的計算量，度量的時間單位很小。而對于高吞吐率計算，它關心的是幾個月、一年甚至是幾年完成的計算量，度量的時間單位比較大，對于這樣的問題，要以CPU周期竊取的技術，將大量空閑計算機的計算資源集中起來使用。

3.數據密集型計算

對于數據密集型總是數據采集地點、數據處理地點、數據分析與結果存放地點、可視化設備的地點等往往不在同一個地方，數據密集型問題往往同時會產生很大的通信和計算需求，需要網格計算才可以解決。許多高能物理實驗、數字化天空掃描、氣象預測等都是數據密集型問題，網格計算在這類問題中發揮巨大作用。

網格計算在其他領域的應用也非常廣泛，如衛星圖像的快速分析、先進芯片的設計、生物信息科學研究、超級視頻會議、制造業的設計與生產、電子商務、數字圖書館及一般的商務應用。

四、網格計算研究熱點及研究方向

目前，網格計算研究的主要活動集中于以下三個領域:

1.網格計算模型與Grid基礎理論的研究。主要包括:對于網絡計算和網格計算模型的研究，并探討其理論基礎;對于行為主體和協同的模型，聚合服務體模型和服務體模型展開研究;海量信息處理問題研究。

2.Grid中間件研究。網格資源管理與調度研究，面向應用領域的網格工具開發和網格應用開發以及網格安全技術。網格計算為大規模Internet應用提供了必要的基礎架構，合理的服務查找適應與網格環境的分散性和松耦合等特點是網格計算的重要研究內容之一。網格資源監控可以獲得網格環境中的各種動態資源和各個節點的狀態，提供對網格計算環境的一個真實、實時的動態反映。資源管理包括資源飛發現、描述、定位組織、分配、監測、更新和信息發布，收集任務運行尚待資源占用數據等，其核心是提高可用資源的效率。

3.針對網格體系結構、系統軟件和程序設計環境所作的研究。從技術應用的角度看;網格體系結構如何在現有系統不變的前提下為應用提供單一分布資源、全局視圖并聚集各種分布的自治資源成為一個系統，網格體系結構怎樣規劃成一個層次型中間件服務集合。目前，比較

有代表性的網格原型系統是美國的Globus，Globus是目前最有影響的一個網格系統。

五、網格計算上待解決的問題

目前網格研究中許多問題需要解決，主要包括:

1.缺乏統一的標準和規范。目前對網格計算的研究沒有對網格概念、定義、標準形成統一的國際規范，影響網格應用的推廣。

2.網格互操作性差?，F有的網格系統雖然在系統內部實現了分布資源的一致存儲和利用，但是網格系統之間的“聯網”還沒有統一標準，難以實現互操作，因而，難以真正共享。

3.網格計算的安全性差。在網格計算環境中，不同節點的各種資源動態的連接到Internet上進行通信，而用戶向網格計算環境提交的任務和監控管理任務也是通過Internet來完成的:同時網格計算環境中的所有主體都可以動態加入或撤離網格中虛擬組織，從而使網格計算環境對安全的要求比Internet更近一步。

六、結束語

隨著國際網格計算的激烈競爭與迅猛發展，運用具有超強的計算能力的計算機來完成構建全球網格的前景幾乎是無法抗拒。據專家預測。網格計算作為信息產業的新熱點。隨著網格計算技術的進一步發展以及服務提供商的共同努力，網格計算將會用于更廣闊的領域及行業。網格計算的發展趨勢必成為互聯網的又一次革命，對計算機網格技術的用于以及其他產業的發展將產生巨大而深遠的影響。

[參考文獻]

[1]肖依:《網格發展研究現狀》，國防科技大學出版社2002年版。

[2]蓋凌云:《網格計算技術及應用》，《科技資訊》2006年第28期。

[3]錢忠聲:《網格計算技術初探》，《現代計算機》2006年。