| 網(wǎng)格體系結構的研究現狀 |
| 作者：佚名 來(lái)源：本站整理 發(fā)布時(shí)間：2006-10-30 17:35:40 發(fā)布人：電氣在線(xiàn) |
| 8){NewaspContentLabel.style.fontSize=(--newasp_fontsize)+"pt";NewaspContentLabel.style.lineHeight=(--newasp_lineheight)+"pt";}‘> 
摘要：網(wǎng)格技術(shù)目前已成為e-business和e-science的研究熱點(diǎn)。網(wǎng)格體系結構是構建網(wǎng)格系統的基礎。本文在分析科學(xué)計算網(wǎng)格、數據網(wǎng)格、知識網(wǎng)格、WEB服務(wù)網(wǎng)格等多種網(wǎng)格體系結構的基礎上，給出網(wǎng)格體系結構研究的最新成果，并指出網(wǎng)格體系結構研究的熱點(diǎn)及有待解決的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：網(wǎng)格 網(wǎng)格體系結構 網(wǎng)格協(xié)議 一、引言 網(wǎng)格在產(chǎn)生初期主要集中在高性能的科學(xué)計算及仿真領(lǐng)域，現在的網(wǎng)格計算不再局限于此，已出現了不同應用領(lǐng)域的網(wǎng)格,參見(jiàn)圖一所示。面向不同應用領(lǐng)域的網(wǎng)格系統,在功能體系上有不同的特征及要求，而網(wǎng)格體系結構則研究的是一般網(wǎng)格系統的通用功能體系及其相互關(guān)系，它是對各專(zhuān)用網(wǎng)格系統的抽象與概括。本文的主要目的是通過(guò)對科學(xué)計算網(wǎng)格、數據網(wǎng)格、知識網(wǎng)格及Web服務(wù)網(wǎng)格體系結構的分析，給出網(wǎng)格體系結構研究的最新研究成果，并指出它研究的主要問(wèn)題及下一步的研究方向。 固名思義，面向科學(xué)計算及仿真應用網(wǎng)格的基本功能,就是利用網(wǎng)格技術(shù)將多種復雜的分布式的計算資源組織起來(lái)，形成一個(gè)分布式、松耦合的巨型計算系統，該計算系統的主要任務(wù)是完成超大規模的、復雜的仿真和計算任務(wù)，如中長(cháng)期天氣預報、航空航天跨領(lǐng)域的安全仿真等等?？茖W(xué)計算及仿真應用網(wǎng)格是目前研究最早成果最多的網(wǎng)格，它也是網(wǎng)格研究的起點(diǎn)，該網(wǎng)格的基本體系結構如圖二[14]所示。 科學(xué)計算網(wǎng)格體系結構的基本特征是系統中雖然有數據，但主要問(wèn)題或關(guān)鍵問(wèn)題是組織、訪(fǎng)問(wèn)和管理計算任務(wù)，這是因為科學(xué)計算問(wèn)題一般都是計算密集型問(wèn)題，其CPU的開(kāi)銷(xiāo)是巨大的，因此，如何將一個(gè)大問(wèn)題分解為并發(fā)的任務(wù)，并將這些任務(wù)分配到多個(gè)異構的計算系統中去，同時(shí)將這些并發(fā)的任務(wù)有機的組織起來(lái)，以盡量小的管理開(kāi)銷(xiāo)達到完成一個(gè)共同計算任務(wù)的目的，則成為科學(xué)計算網(wǎng)格的中心任務(wù)。 從圖二可以看出，該網(wǎng)格體系結構大致可分為應用層、網(wǎng)格通用服務(wù)及本地資源層。從網(wǎng)格通用服務(wù)來(lái)看，它是靠建立一組通用服務(wù)完成與各本地資源的通信連接，并為上層應用提供訪(fǎng)問(wèn)接口。在廣域范圍內的科學(xué)計算問(wèn)題的核心是性能問(wèn)題，在目前的技術(shù)條件下，影響科學(xué)計算網(wǎng)格性能的一個(gè)重因素是通信問(wèn)題，因為各計算任務(wù)之間往往存在大量的數據交換，但是因目前的通信技術(shù)還難以滿(mǎn)足在這樣大的范圍內進(jìn)行大吞吐量的數據交換，因此要盡可能減少因通信而帶來(lái)的性能下降。這就要求在任務(wù)管理和分配的過(guò)程中，要進(jìn)行任務(wù)的優(yōu)化，要盡量使計算和通信過(guò)程重疊，提高系統的并發(fā)程度，增加計算粒度，減少任務(wù)之間的耦合度或用冗余的計算減少通信開(kāi)銷(xiāo)，或者在通信傳輸上采用一些新技術(shù)提高傳輸效率，如集結成組傳輸、數據壓縮、調整傳輸協(xié)議的某些參數或采用特殊協(xié)議等等。因此在應用過(guò)程中，應注意在計算精度與通信能力之間作出平衡。 從科學(xué)計算網(wǎng)格的體系結構可以看出，這類(lèi)網(wǎng)格對通信服務(wù)及任務(wù)分解及調度提出較高的要求。 科學(xué)計算網(wǎng)格的實(shí)例是Cactus, Globus[15]是科學(xué)計算網(wǎng)格系統一個(gè)最著(zhù)名的組件，它的概念、功能、組成及結構對現在網(wǎng)格的研究有著(zhù)重要的影響。 對通用網(wǎng)格服務(wù)的研究是網(wǎng)格體系結構研究的重要內容，從圖二可以看出，通用網(wǎng)格服務(wù)包含很多方面，它們的功能及層次成不一樣。但它們的總體功能是完成網(wǎng)格資源的統一訪(fǎng)問(wèn)，為上層應用提供統一的訪(fǎng)問(wèn)接口（API或SDK），有的是為了統一異構資源的訪(fǎng)問(wèn)接口，協(xié)調多個(gè)用戶(hù)同步訪(fǎng)問(wèn)同一資源的問(wèn)題；有的是完成多個(gè)資源的聚集管理，包括查找、分類(lèi)等等  圖二 科學(xué)計算網(wǎng)格的體系結構 總體上講，科學(xué)計算網(wǎng)格至少需要具備三種基本功能：（1）任務(wù)管理，用戶(hù)通過(guò)該功能向網(wǎng)格提交任務(wù)、為任務(wù)指定所需資源、刪除任務(wù)并監測任務(wù)的運行狀態(tài)；（2）任務(wù)調度，用戶(hù)提交的任務(wù)由該功能按照任務(wù)的類(lèi)型、所需資源、可用資源等情況安排運行日程和策略；（3）資源管理，確定并監測網(wǎng)格資源狀況，收集任務(wù)運行時(shí)的資源占用數據。 三、數據網(wǎng)格的體系結構數據網(wǎng)格[14] 是以大規模數據的共享、存貯、傳輸及分析為基本特征。初期的數據網(wǎng)格項目就是為了管理高能物理試驗的海量數據而建立的，數據網(wǎng)格系統一般都有海量數據的聯(lián)  圖三數據網(wǎng)格的體系結構 機采集系統，如高能物理儀器，它可以以Pbytes/Sec量級產(chǎn)生數據；高速數據傳輸，根據不同的應用，數據傳輸速率從100M—2.5G不等；從地域上講，可跨世界多個(gè)國家和地區。海量數據的共享、訪(fǎng)問(wèn)、控制、管理及傳輸是數據網(wǎng)格的核心問(wèn)題。著(zhù)名的數據網(wǎng)格有EU Data Grid和GriphyN等。數據網(wǎng)格的體系結構參見(jiàn)圖三［14］所示。 從圖三可以看出，數據網(wǎng)格體系結構中最明顯的特征是在網(wǎng)格通用服務(wù)層中增加或強化了一些數據庫或數據管理服務(wù)，如數據管理（Data Management）、元數據管理（Metadata Management）、對象－文件的映射（Object-File Mapping）、復制管理（Replication Management）、SQL數據庫服務(wù)（SQL Database Server）、復制目錄（Replica Catalog）等。 數據網(wǎng)格以海量數據的存貯、傳輸、共享及分析為基本任務(wù)，因此數據網(wǎng)格必須如下能力：分析任務(wù)的能力，主要完成海量數據的分析，并對分析結果進(jìn)行可視化處理，以便用戶(hù)使用；隨時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò )中資源的能力；執行任務(wù)程序的能力，可根據用戶(hù)需要執行分析程序；任意數據傳輸的能力，數據傳輸是數據網(wǎng)格基礎通信服務(wù)，它對通信能力的要求相當高，突發(fā)強；判定和保障服務(wù)質(zhì)量的能力；從錯誤中恢復的能力等等。 數據網(wǎng)格的實(shí)例就是歐洲的數據網(wǎng)格（EU Data Grid），它主要為高能物理研究而建立的，還有其它諸多數據網(wǎng)格項目如下:Particle Physics Data Grid (US, DOE),GriPhyN(US, NSF),iVDGL (US, NSF),TeraGrid (US, NSF),European Data Grid (EU,EC),DataTAG(EU, EC), Japanese Grid Projects(APGrid，Japan)。數據網(wǎng)格是近來(lái)發(fā)展最快的項目。 |
聯(lián)系客服
