淺談數(shù)據(jù)網(wǎng)格技術(shù)

鄒 鈺

（徐州財經(jīng)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 徐州 221008）

1 網(wǎng)格的定義

網(wǎng)格（Grid）這個詞來自于電力網(wǎng)格。一方面，計算機(jī)網(wǎng)縱橫交錯，很像電力網(wǎng)；另一方面，電力網(wǎng)格用高壓線路把分散在各地的發(fā)電站連接在一起，向用戶提供源源不斷的電力。建設(shè)網(wǎng)格的最終目的是希望它能夠把分布在因特網(wǎng)上數(shù)以億計的計算機(jī)、存儲器、貴重設(shè)備、數(shù)據(jù)庫等結(jié)合起來，形成一個虛擬的、空前強(qiáng)大的超級計算機(jī)，滿足不斷增長的計算、存儲需求，并使信息世界成為一個有機(jī)的整體，為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)，虛擬組織最終實現(xiàn)在這個虛擬環(huán)境下進(jìn)行資源共享和協(xié)同工作，徹底消除資源“孤島”，最充分的實現(xiàn)信息共享。

2 網(wǎng)格的特征及其體系結(jié)構(gòu)

2.1 網(wǎng)格的特征優(yōu)勢

網(wǎng)格是一種分布式系統(tǒng)，但網(wǎng)格不同于傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)，它具有4點優(yōu)勢：①資源共享，消除資源孤島；②協(xié)同工作；③通用開放標(biāo)準(zhǔn)，非集中控制，非平凡服務(wù)質(zhì)量；④動態(tài)功能，高度可擴(kuò)展性。

2.2 網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)格之所以能有以上所說的種種優(yōu)勢特征，是由網(wǎng)格的體系結(jié)決定的。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的主要功能是劃分系統(tǒng)基本組件，指定組件的目的與功能，刻畫組件之間的相互作用，整合各部分組件。下面介紹目前影響比較廣泛的兩個網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)格計算協(xié)議體系結(jié)構(gòu)和計算經(jīng)濟(jì)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)模型。

OGSA（Open Grid Services Architecture）被稱為下一代的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，它是在原來“五層沙漏結(jié)構(gòu)”的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的Web Service技術(shù)提出來的。OGSA包括兩大關(guān)鍵技術(shù)，即網(wǎng)格技術(shù)和Web Service技術(shù)。

隨著網(wǎng)格計算研究的深入，人們越來越發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的重要。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是關(guān)于如何建造網(wǎng)格的技術(shù)，包括對網(wǎng)格基本組成部分和各部分功能的定義與描述，網(wǎng)格各部分相互關(guān)系與集成方法的規(guī)定，網(wǎng)格有效運(yùn)行機(jī)制的刻畫。顯然，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格的骨架和靈魂，是網(wǎng)格最核心的技術(shù)，只有建立合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，才能夠設(shè)計和建造好網(wǎng)格，才能夠使網(wǎng)格有效地發(fā)揮作用。

OGSA最突出的思想就是以“服務(wù)”為中心。在OGSA框架中，將一切都抽象為服務(wù)，包括計算機(jī)、程序、數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備等。這種觀念，有利于通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口來管理和使用網(wǎng)格。Web Service提供了一種基于服務(wù)的框架結(jié)構(gòu)，但是，Web Service面對的一般都是永久服務(wù)，而在網(wǎng)格應(yīng)用環(huán)境中，大量的是臨時性的短暫服務(wù)，比如一個計算任務(wù)的執(zhí)行等?？紤]到網(wǎng)格環(huán)境的具體特點，OGSA在原來Web Service服務(wù)概念的基礎(chǔ)上，提出了“網(wǎng)格服務(wù)（Grid Service）”的概念，用于解決服務(wù)發(fā)現(xiàn)、動態(tài)服務(wù)創(chuàng)建、服務(wù)生命周期管理等與臨時服務(wù)有關(guān)的問題。

基于網(wǎng)格服務(wù)的概念，OGSA將整個網(wǎng)格看作是“網(wǎng)格服務(wù)”的集合，但是這個集合不是一成不變的，而是可以擴(kuò)展的，這反映了網(wǎng)格的動態(tài)特性。在目前，網(wǎng)格服務(wù)提供的接口還比較有限，OGSA還在不斷的完善過程之中，下一步將考慮擴(kuò)充管理、安全等方面的內(nèi)容。

伊恩·福斯特教授提出了網(wǎng)格計算協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，認(rèn)為網(wǎng)格建設(shè)的核心是標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議與服務(wù)，并與Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行類比。該結(jié)構(gòu)主要包括以下5個層次：

圖1 網(wǎng)格協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

構(gòu)造層（Fabric）：控制局部的資源。由物理或邏輯實體組成，目的是為上層提供共享的資源。常用的物理資源包括計算資源、存儲系統(tǒng)、目錄、網(wǎng)絡(luò)資源等；邏輯資源包括分布式文件系統(tǒng)、分布計算池、計算機(jī)群等。構(gòu)造層組件的功能受高層需求影響，基本功能包括資源查詢和資源管理的QoS保證。

連接層（Connectivity）：支持便利安全的通信。該層定義了網(wǎng)格中安全通信與認(rèn)證授權(quán)控制的核心協(xié)議。資源間的數(shù)據(jù)交換和授權(quán)認(rèn)證、安全控制都在這一層控制實現(xiàn)。

資源層（Resource）：共享單一資源。該層建立在連接層的通信和認(rèn)證協(xié)議之上，滿足安全會話、資源初始化、資源運(yùn)行狀況監(jiān)測、資源使用狀況統(tǒng)計等需求，通過調(diào)用構(gòu)造層函數(shù)來訪問和控制局部資源。

匯集層（Collective）：協(xié)調(diào)各種資源。該層將資源層提交的受控資源匯集在一起，供虛擬組織的應(yīng)用程序共享和調(diào)用。

應(yīng)用層（Application）：為網(wǎng)格上用戶的應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用層是在虛擬組織環(huán)境中存在的。應(yīng)用程序通過各層的應(yīng)用程序編程接口（API）調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)，再通過服務(wù)調(diào)動網(wǎng)格上的資源來完成任務(wù)。

3 展望

網(wǎng)格是一項正在研究中的技術(shù)，它改變了人們使用資源的方式。網(wǎng)格所使用的都是已經(jīng)成熟的技術(shù)，使人們能夠以一種全新的、更自由、更方便的方式使用計算資源，解決以前無法解決的復(fù)雜問題。

1 劉 星、張育平.網(wǎng)格環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制研究與應(yīng)用.計算機(jī)科學(xué)與實踐，2004

2 張 曉、張西紅、周開民.SQL Serve數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)研究.科學(xué)技術(shù)與工程，2006：25～34

3 徐志偉、馮百明、李 偉.網(wǎng)格計算技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004：106～122

4 都志輝、陳 渝、劉 鵬.網(wǎng)格計算［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002：256～271