網格計算的發展及應用前景

摘要：文章主要從四個方面對網格計算進行了論述，有網格計算的發展概況；網格計算的應用范圍；網格服務的特點以及網格計算的未來發展潛力四個方面。

關鍵詞：網格計算；數據庫；虛擬化；浮點運算

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712（2012）20-0034-01

當今社會，很多的科學工程對計算的需求越來越高，計算的規模也越來越大，這就要求我們的計算機有更高的運算速度和更大的存儲容量。從計算機誕生到現在，我們不難看出，想要更快的提高計算機的處理功能，不僅要對系統硬件的速度加快，也必須不斷改進系統的結構，尤其是當系統硬件的速度已經不能再升級的時候，后者將是我們考慮的重點。于是，在相對復雜的科學計算當中，超級并行機成為了主宰。但是在超級計算機為主體的計算模式有著明顯的缺陷，雖然超級計算機有著非常強大的處理能力，但制造超級計算機的成本也是非常昂貴的，通常只有像航天、氣象、國防等一些國家級的部門才有資本去配備這樣的設備。而在人們的日常工作中，急需一種既有強大的處理能力，同時其成本也相對的低廉一些的計算模式，通過科學家們不斷的努力，最終找尋到了一種適合用于商業的計算模式——網格計算（Grid Computing）。

一個集成的計算與資源環境我們成為網格，或者叫做計算資源池。網格經常被用于研究和工程應用相關的項目，它的學科領域涉及了很多方面的技術，如超級計算技術、數據庫技術、網絡技術、并行算法以及各種計算科學研究與應用技術，是一個具有綜合性的能夠跨多個學科的高技術研究課題。伴隨著互聯網技術而飛速發展起來的網格計算，是充分的利用地理上分布的計算資源，將大規模的難以解決的復雜問題進行處理分析，進而得到解決，尤其是那些光靠本地資源不能得以解決的復雜問題，它是一種新型的計算模式，其專門針對那些復雜的科學計算。網格計算是通過互聯網把不同地理位置的計算機組織起來，成為一個“虛擬的超級計算機”，將每臺獨立的計算機看作是一個“節點”，構成的整個計算是有無數個“節點”組成的網狀形態，稱之為一張“網格”，管這種計算方式叫網格計算。

通過這種方式組織的“虛擬的超級計算機”在應用上有很明顯的優勢，一個是強大的數據處理能力；另一個是能夠將網上的閑置資源充分的利用。換言之，網格是通過把網絡上不同的計算機進行整合，組織成一臺超級計算機，將網絡上的各種資源，如數據、信息、知識等進行全面的共享。

近年來，隨著互聯網的普及，網絡計算成本的極速減少以及傳統的計算方式的改變，在超級計算中應用網格計算已經是大勢所趨。網格計算對我們來說，還是一個新興的領域，但其重要性不可忽視。網格計算的主要特征是大范圍的資源共享，超級強大的計算能力，它的應用必將推動當代經濟的飛速發展。

自上個世紀九十年代以來，來自世界的各個國家針對這種計算模式都紛紛成立了超級計算中心和相應的工程研究中心，尤其是發達國家。其中美國還制定了關于先進計算技術的新一輪規劃。在我國科技部的帶領和支持下，經過專家組和相關單位的共同努力下，我國的高性能計算環境已經得到了飛快的發展，相應的基礎設施也已經逐漸成形。在科技部的帶領下，我國已建成了五個國家級的高性能計算中心，并且加強建設了網絡節點，以科學院為主體形成了計算網格。網格計算已經得到了國家的高度重視，并且其發展的速度是非常迅猛的。網格計算的最終目標就是希望用戶在使用網格計算模式時能夠更加方便快捷。

在科學計算領域，網格計算可以在很多方面都得到廣泛應用，如以下幾個方面：

1.提高計算的吞吐率。網格計算能夠利用CPU的周期竊取技術，集中計算機的大量空閑的計算資源，為一些對時間不太要求的問題進行工作，將其作為計算資源的重要來源，這樣就十分有效地提高了計算的吞吐率。

2.數據密集，數據量巨大的問題的計算。在解決這方面的問題的過程中，往往會產生很大的計算需求，網格計算可以輕松的解決這一問題。網格計算在計算力學、計算材料、核物理反應、電子學、航空航天等多方面領域都有著廣泛的應用和需求。

3.實現跨地區的人與人的工作的交流。網格計算打破了地理界線上對人們的限制，更加方便了從事科技方面工作的工作人員之間的交流，也可以說它共享了工作人員各自的智慧。

4.更廣泛的資源貿易。隨著大型機和微機在人們的工作和生活中的大量普及，計算機的資源出現了更多的閑置，而且問題越來越明顯。通過利用網格技術，可以講這些閑置的資源分配給有大量計算需求的用戶，同時提供這些閑置資源的計算機也不會受到太大的干擾。這樣，我們就不必購買大型計算機來滿足我們大量的計算需求，我們可以通過向網格購買計算能力來實現自己的任務。五層沙漏結構是早期的網格體系結構。在這個結構當中，以“協議”為中心是他的最重要的思想，它是通過協議來實現一種機制，在虛擬組織的用戶與資源之間建立一種資源共享的關系，它對網格的一致性、擴展性以及代碼的共享都有很大的好處。

相對其他來說，網格服務為中心的模型具有很多的優勢，如下幾點所示：

網格服務都是虛擬的組建，它有一組相對統一的接口可供用戶使用，而一切的網格服務都是依靠這些接口來實現的，這樣就能輕松地提供高層次、高級別的服務。

將不同的邏輯資源實例映射到同一個物理資源上可以通過虛擬化方式將其實現，在對很多服務組合的過程當中，我們不需要考慮具體的實現，可以依據基礎的底層資源，通過虛擬的組織來對資源進行管理。這種虛擬化的網格服務，能夠將所有的服務語義和行為全部都反映到當地平臺的基礎設施之上。

一項名為“Grid Computing”的創意計劃正在IBM公司中被構建，其主要目標是通過網絡，向個體使用的電腦提供一種具有超級的處理能力的模式。“Grid Computing”是一種手段，它是通過網絡把網絡當中的地區不同的個人電腦整合在一起，這樣就可以讓每個網絡中的個體用戶可以更多的利用其他個體電腦的閑置資源，以加快其電腦的工作速率，同時也可以讓所有的網絡用戶共享其他電腦的資源。

計算機行業的另一個巨人SUN公司也在網絡計算這個方向上推出了新的措施。2001年的11月份，SUN公司通過推出Sun Grid Engine企業版軟件，來提高公司的網絡計算能力。自該軟件發行至今，已經有更多的用戶來使用它。

目前，很多的軟件公司也在不斷的提升他們的網格計算能力，并且網格計算也給這些企業帶來了新的商機。據相關專業人士推測，日后網格計算將給企業帶來巨大的效益，如果網格計算的成長速度不變的話，在未來的10年之內，它將會是一個年產值達到20萬億美元的大產業。

參考文獻：

[1]王普勇.網格計算的發展[N].文匯報，2003.

[2]羅作民.網格計算及其關鍵技術綜述[J].計算機工程與應用，2003.