談網(wǎng)格計(jì)算的應(yīng)用及發(fā)展前景

摘 要： 現(xiàn)代社會(huì)由于大規(guī)模的科學(xué)和工程計(jì)算的需求，迫使計(jì)算機(jī)必須不斷地提高其運(yùn)算速度和存儲(chǔ)容量。超級(jí)計(jì)算機(jī)雖然是一臺(tái)處理能力強(qiáng)大的“巨無(wú)霸”，但它的造價(jià)極其昂貴，通常只有一些國(guó)家級(jí)的部門(mén)，如航天、軍事、氣象等部門(mén)才有能力配置這樣的設(shè)備。而隨著人們?cè)谌粘９ぷ饔龅降纳虡I(yè)計(jì)算越來(lái)越復(fù)雜，人們迫切需要數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，而超級(jí)計(jì)算機(jī)的價(jià)格顯然阻止了它進(jìn)入普通人的工作領(lǐng)域。于是，人們開(kāi)始尋找一種造價(jià)低廉而數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)的計(jì)算模式，最終科學(xué)家們經(jīng)過(guò)努力找到了答案——Grid Computing（網(wǎng)格計(jì)算）。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)格計(jì)算；應(yīng)用；發(fā)展

網(wǎng)格（grid）是一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境，或者說(shuō)是一個(gè)計(jì)算資源池。網(wǎng)格也是一種先進(jìn)的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施（Advanced Computational Infrastructure，簡(jiǎn)稱ACI），用于研究與工程應(yīng)用相結(jié)合的項(xiàng)目，學(xué)科領(lǐng)域涉及超級(jí)計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、中間件技術(shù)、并行算法和各種計(jì)算科學(xué)研究與應(yīng)用技術(shù)，是一個(gè)綜合性的跨學(xué)科高技術(shù)研究課題。網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展起來(lái)的，是將地理上分布的計(jì)算資源（包括數(shù)據(jù)庫(kù)、貴重儀器等各種資源）充分利用起來(lái)，協(xié)同解決復(fù)雜的大規(guī)模問(wèn)題，特別是解決僅靠本地資源無(wú)法解決的復(fù)雜問(wèn)題，是專門(mén)針對(duì)復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型計(jì)算模式。這種計(jì)算模式是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個(gè)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，其中每一臺(tái)參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬(wàn)個(gè)“節(jié)點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”，所以這種計(jì)算方式叫網(wǎng)格計(jì)算。這樣組織起來(lái)的“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一個(gè)是數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)；另一個(gè)是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。簡(jiǎn)單地講，網(wǎng)格是把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)整合成一臺(tái)巨大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源、專家資源的全面共享。網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)（electric power grid）的概念出來(lái)的，網(wǎng)格的最終目的是希望用戶在使用網(wǎng)格的計(jì)算能力時(shí)，就如同現(xiàn)在使用電力一樣方便簡(jiǎn)單。

一、在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，網(wǎng)格計(jì)算可以在以下幾個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用

1、分布式超級(jí)計(jì)算。網(wǎng)格計(jì)算可以把分布式的超級(jí)計(jì)算機(jī)集中起來(lái)，協(xié)同解決復(fù)雜的大規(guī)模的問(wèn)題。使大量閑置的計(jì)算機(jī)資源得到有效的組織，提高了資源的利用效率，節(jié)省了大量的重復(fù)投資，使用戶的需求能夠得到及時(shí)滿足。

2、高吞吐率計(jì)算。網(wǎng)格技術(shù)能夠十分有效地提高計(jì)算的吞吐率，它利用CPU的周期竊取技術(shù)，將大量空閑的計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源集中起來(lái)，提供給對(duì)時(shí)間不太敏感的問(wèn)題，作為計(jì)算資源的重要來(lái)源。

3、數(shù)據(jù)密集型計(jì)算。數(shù)據(jù)密集型的問(wèn)題的求解往往同時(shí)產(chǎn)生很大的通訊和計(jì)算需求，需要網(wǎng)格能力才可以解決。網(wǎng)格可以藥物分子設(shè)計(jì)、計(jì)算力學(xué)、計(jì)算材料、電子學(xué)、生物學(xué)、核物理反應(yīng)、航空航天等眾多的領(lǐng)域得到廣泛的需求。

4、基于廣泛信息共享的人與人交互。網(wǎng)格的出現(xiàn)更加突破了人與人之間地理界線的限制，使得科技工作者之間的交流更加的方便，從某種程度上可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)人與人之間的智慧共享。

5、更廣泛的資源貿(mào)易。隨著大型機(jī)的性能的提高和微機(jī)的更加普及，及其資源的閑置的問(wèn)題也越來(lái)越突出，網(wǎng)格技術(shù)能夠有效地組織這些閑置的資源，使得有大量的計(jì)算需求的用戶能夠獲得這些資源，資源的提供者的應(yīng)用也不會(huì)受到太大的干擾。需要計(jì)算能力的人可以不必購(gòu)買(mǎi)大的計(jì)算機(jī)，只要根據(jù)自己的任務(wù)的需求，向網(wǎng)格購(gòu)買(mǎi)計(jì)算能力就可以滿足計(jì)算需求。

二、以網(wǎng)格服務(wù)為中心的模型的好處有以下幾點(diǎn)

1、網(wǎng)格中所有組建都是虛擬的，通過(guò)提供一組相對(duì)統(tǒng)一的核心接口，所有的網(wǎng)格服務(wù)都基于這些接口的實(shí)現(xiàn)，就可以很容易地構(gòu)造出具有層次結(jié)構(gòu)的、更高級(jí)別的服務(wù)，這些服務(wù)可以跨越不同的抽象層次，以一種統(tǒng)一的方式來(lái)看待。

2、虛擬化也使得將多個(gè)邏輯資源實(shí)例映射到相同的物理資源上成為可能，在對(duì)服務(wù)進(jìn)行組合時(shí)不必考慮具體的實(shí)現(xiàn)，可以以底層資源組成為基礎(chǔ)，在虛擬組織中進(jìn)行資源管理。通過(guò)網(wǎng)格服務(wù)的虛擬化，可以將通過(guò)的服務(wù)語(yǔ)義和行為，無(wú)縫地映射到本地平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施之上。

3、“藍(lán)色巨人”IBM正在構(gòu)筑一項(xiàng)名為“Grid Computing”的計(jì)劃，旨在通過(guò)因特網(wǎng)，向每一臺(tái)個(gè)人電腦提供超級(jí)的處理能力。IBM公司副總裁、也是這項(xiàng)計(jì)劃的總設(shè)計(jì)師歐文·伯杰說(shuō)，“Grid Computing”是一種整合電腦資源的新手段，它通過(guò)因特網(wǎng)把分散在各地的個(gè)人電腦連接起來(lái)，不僅可使每臺(tái)個(gè)人電腦通過(guò)充分利用相互間閑置的電腦能源，來(lái)提升各自的電腦處理能力，還可使成千上萬(wàn)的用戶在大范圍的網(wǎng)絡(luò)上共享電腦處理功能、文件以及應(yīng)用軟件。正如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)總是從科學(xué)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域轉(zhuǎn)向企業(yè)商務(wù)領(lǐng)域一樣，我們也希望看到“Grid Computing”能取得這樣的進(jìn)展。另一個(gè)業(yè)界巨人SUN也推出新軟件促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的發(fā)展。2001年11月，Sun推出了Sun Grid Engine企業(yè)版軟件的，繼續(xù)提升它的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計(jì)算水平。該軟件自推出以來(lái)，Sun Grid Engine企業(yè)版軟件的用戶已經(jīng)增長(zhǎng)了20倍。今天，全球有118000多顆CPU都是采用Sun Grid Engine軟件管理的。除此之外，一批圍繞網(wǎng)格計(jì)算的軟件公司也逐漸壯大和為人所知并成為受到關(guān)注的新商機(jī)，如：Entropia、Avaki、Noemix、Data Synapse等等。有業(yè)界專家預(yù)測(cè)，網(wǎng)格計(jì)算將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)。據(jù)《ForbesASAP》預(yù)測(cè)，網(wǎng)格技術(shù)將在本年度達(dá)到高峰，并帶來(lái)因特網(wǎng)的新生。如果網(wǎng)格技術(shù)能促使市場(chǎng)按預(yù)期的17%年增長(zhǎng)率持續(xù)成長(zhǎng)的話，那么在2020年將會(huì)形成一個(gè)年產(chǎn)值20萬(wàn)億美元的大產(chǎn)業(yè)。