網(wǎng)格技術(shù)及應用一覽
http://www.pcdog.com 未知 2005-9-15 點(diǎn)擊數:30
當坐在家里邊喝著(zhù)咖啡邊拿起手里的電話(huà)，對周末的出行作統一安排時(shí)，需要準備的工作很多，其中包括交通方式、景點(diǎn)選擇、天氣狀況、日程安排、住宿條件等眾多因素。不論哪一個(gè)環(huán)節出了差錯，都有可能使原本殷殷滿(mǎn)懷的周末之旅變成苦不堪言的夢(mèng)魘之行。
如果網(wǎng)格走進(jìn)現實(shí)生活
，那么這一切準備工作都將變的輕而易舉：利用智能終端提出自己的需求，因為網(wǎng)格能把以上提到的諸多方面的服務(wù)連接在一起形成服務(wù)網(wǎng)格，所以此時(shí)所有一切信息和計劃安排就都會(huì )立刻呈現在眼前，基本可以解決所有難題。需要用戶(hù)做的只是交付足夠的服務(wù)費用，網(wǎng)格技術(shù)帶來(lái)的便捷服務(wù)就可以享受了。
這是有關(guān)網(wǎng)格技術(shù)在未來(lái)生活中的一個(gè)定格。一直以來(lái)，網(wǎng)格在人們眼中仍是高不可攀的未來(lái)技術(shù)，網(wǎng)格概念還遠未融入現實(shí)生活。
網(wǎng)格技術(shù)是什么，現在有哪些應用？本文將做簡(jiǎn)單的描述。
網(wǎng)格技術(shù)
如同人類(lèi)社會(huì )一樣，計算機系統結構也經(jīng)歷著(zhù)“合久必分，分久必合” 發(fā)展軌跡。20世紀60到70年代，以IBM 360為代表的集中式主機（Mainframe）系統是主流；80到90年代隨著(zhù)PC機的流行，客戶(hù)機/服務(wù)器結構逐漸普及，各式各樣的服務(wù)器分散在Internet上，管理開(kāi)銷(xiāo)隨之增大；90年代末期開(kāi)始流行將各種服務(wù)器集中在一個(gè)機柜中的服務(wù)器聚集（Server Consolidation）。分分合合，合合分分，所要尋找的都是一種最為完善的方式。
計算機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展到了今天，也正在為一個(gè)共同的目標前進(jìn)，那就是為了更完善的服務(wù)提供最科學(xué)的方式。網(wǎng)格（Grid）研究是在近一兩年成為新的熱點(diǎn)。在本世紀分布在世界各地的服務(wù)器聚集和各種信息資源將成為不同領(lǐng)域網(wǎng)格系統的節點(diǎn)，為人們提供更便利的服務(wù)。
網(wǎng)格主要由網(wǎng)格節點(diǎn)、資料庫、貴重儀器、視頻設備、寬帶骨干及網(wǎng)格軟件等六部分組成。美國網(wǎng)格運算項目領(lǐng)導人之一伊恩曾描述，網(wǎng)格是構筑在Internet上的一組新興技術(shù)，將高速互聯(lián)網(wǎng)、電腦、大型資料庫、傳感器、遠端設備等融為一體，為科技人員與普通網(wǎng)民提供更多資源、功能及服務(wù)。過(guò)去，Internet主要提供電子郵件、網(wǎng)頁(yè)瀏覽等通信功能，而網(wǎng)格能提供的功能則更多、更強，除了能為人們提供共享運算、存儲及其它資源外，還包括通信、軟件、信息硬件及相關(guān)知識等資源。
網(wǎng)格技術(shù)中涉及到的硬件主要有服務(wù)器和存儲產(chǎn)品。
服務(wù)器
IBM eServer系列服務(wù)器已經(jīng)為全球功能最強大的一些超級計算機提供了技術(shù)基礎。依靠IBM eServer對Globus網(wǎng)格協(xié)議的支持，IBM正在促使客戶(hù)將其計算機快速、方便地納入到網(wǎng)格計算系統中去。為了進(jìn)一步支持網(wǎng)格實(shí)施方案，IBM準備在每一種eServer平臺上提供Globus工具包。目前，已經(jīng)推出了AIX和Linux版本的Globus工具包。另外，IBM還準備提供一種開(kāi)放網(wǎng)格服務(wù)結構的實(shí)施方法，作為其為客戶(hù)提供的網(wǎng)格解決方案的補充。Tivoli作為IBM電子商務(wù)基礎設施管理軟件的提供商將提供具有網(wǎng)格管理功能的軟件。其中，網(wǎng)格功能包括安全、性能、可用性配置、運行和存儲管理。
通過(guò)以新的方式來(lái)使用現有系統可以有效地保護對IBM系統的投資。在整齊劃一的計算資源中連接多臺計算機，可以提供更具靈活性、適用性的服務(wù)。這些對業(yè)務(wù)合作伙伴、客戶(hù)、供應商和職員都是非常重要的。
在20世紀90年代以前，近乎所有的超級計算機的芯片與主板都由廠(chǎng)家專(zhuān)門(mén)設計，操作系統由廠(chǎng)家獨立開(kāi)發(fā)。隨著(zhù)微機服務(wù)器和RISC服務(wù)器的普及與價(jià)格直線(xiàn)下降，采用大批量生產(chǎn)的單機或SMP服務(wù)器做節點(diǎn)和廣泛流行的Unix或Linux操作系統做節點(diǎn)操作系統已成為各廠(chǎng)家在構建可擴展高端計算機時(shí)的首選途徑。
像網(wǎng)格計算這樣的服務(wù)可以接入到不在客戶(hù)站點(diǎn)的一套虛擬Linux服務(wù)器和資源之中。這使客戶(hù)可以在不斷擴展的環(huán)境下使用一系列Linux應用，經(jīng)濟靈活地滿(mǎn)足終端客戶(hù)的需求—僅在需要的時(shí)候為所需的服務(wù)付費。
存儲產(chǎn)品
在存儲產(chǎn)品支持的下，網(wǎng)格技術(shù)可以在網(wǎng)格環(huán)境中的任意位置訪(fǎng)問(wèn)數據，可以更加有效地使用、更廣泛地共享和動(dòng)態(tài)地分配資源，從而提高資源可用性。
IBM“全面存儲解決方案”中的企業(yè)存儲服務(wù)器(ESS)(鯊魚(yú))是專(zhuān)為保存大容量在線(xiàn)數據而設計，而可移動(dòng)介質(zhì)產(chǎn)品將成為滿(mǎn)足網(wǎng)格離線(xiàn)數據存儲需要的關(guān)鍵。另外，專(zhuān)為網(wǎng)格而設計的Storage Tank(存儲箱)能夠提供處理日常業(yè)務(wù)的自主能力，它能進(jìn)一步保證網(wǎng)格計算成為現實(shí)。IBM"全面存儲解決方案"中的產(chǎn)品全部基于開(kāi)放標準，如網(wǎng)絡(luò )連接存儲和新興的iSCSI協(xié)議等。iSCSI協(xié)議的設計主要是保證在IP網(wǎng)絡(luò )上通過(guò)TCP/IP來(lái)傳輸數據。這些基于IP協(xié)議的產(chǎn)品可以提供對一個(gè)網(wǎng)格任何地方數據的訪(fǎng)問(wèn)能力，同時(shí)能夠按照需要動(dòng)態(tài)提供。此外，IBM存儲的關(guān)鍵技術(shù)—可視化技術(shù)能夠保證資源的有效利用、共享和動(dòng)態(tài)分配。
掃描國內網(wǎng)格技術(shù)應用
為了對網(wǎng)格技術(shù)有更好地了解，先把網(wǎng)格從高深的技術(shù)層面拉回到應用層面，讓大家對網(wǎng)格技術(shù)的應用有感性的認識。
在生物醫藥方面，網(wǎng)格技術(shù)主要有這樣兩種應用。首先，在高性能計算方面，網(wǎng)格技術(shù)用來(lái)進(jìn)行科技數據的計算。例如在分析水稻的基因時(shí)，如果單純用多臺計算機進(jìn)行計算，那么預計需要3萬(wàn)個(gè)小時(shí)的工作量；而如果采用網(wǎng)格技術(shù)，只要400個(gè)小時(shí)就能完成。國內的華大基因研究中心之所以能取得最終的研究成果，網(wǎng)格在其中扮演了重要角色。
其次，網(wǎng)格技術(shù)能滿(mǎn)足生物科技對數據的存儲和管理等方面相當高的要求。生物數據由于包括物體本身、細胞、染色體、DNA、單個(gè)細胞的循環(huán)等各個(gè)方面的信息，所以非常復雜。這樣，數據庫的整合就成為關(guān)鍵問(wèn)題。比如說(shuō)，在研究水稻的蛋白結構時(shí)，可能會(huì )用到基因數據庫、蛋白質(zhì)數據庫、基因表達數據庫和蛋白質(zhì)相互作用的數據庫，在這種情況下，應用網(wǎng)格技術(shù)，能在較短時(shí)間內把需要的數據從不同的數據庫中挑選出來(lái)綜合在一起，省去了多次訪(fǎng)問(wèn)不同數據庫的時(shí)間。
今年10月13日，IBM與教育部在北京宣布雙方將采用網(wǎng)格技術(shù)以促進(jìn)全國高校在教育、科研及更廣泛項目上的全面合作，并在北京大學(xué)進(jìn)行了網(wǎng)格項目演示。這是迄今為止世界上規模最大的網(wǎng)格計算工程之一。
它將從不同的計算系統中獲取目前尚未得以充分利用的應用程序、數據及計算資源，并根據需要隨時(shí)隨地提供給廣大用戶(hù)使用，從而形成統一的虛擬系統。該項目由12所大學(xué)聯(lián)合推出。到網(wǎng)格建成時(shí)，它將在教育科研網(wǎng)上把全國100所“211”工程重點(diǎn)大學(xué)的資源共享。預計2005年一期項目將全面建成。屆時(shí)中國教育科研網(wǎng)格將擁有超過(guò)6萬(wàn)億浮點(diǎn)運算，并將在該工程完成時(shí)達到超過(guò)15萬(wàn)億浮點(diǎn)運算的功能。
網(wǎng)格的技術(shù)基礎是基于國際公認的網(wǎng)格基本架構—Web Service和Globus。它建立在開(kāi)放式網(wǎng)格服務(wù)結構標準之上。在這個(gè)網(wǎng)格中，目前已經(jīng)安裝的服務(wù)器選用了Linux操作系統和用來(lái)存儲數據的高性能存儲設備。
目前，IBM的網(wǎng)格計算技術(shù)已經(jīng)在北京大學(xué)、華南理工大學(xué)、清華大學(xué)、香港大學(xué)、西安交通大學(xué)和中山大學(xué)等院校進(jìn)行了試驗。參與該項目還有華中科技大學(xué)、東北大學(xué)、山東大學(xué)、上海交通大學(xué)和東南大學(xué)五所學(xué)校。
IBM中國首席代表任培善先生表示：“IBM將和各大學(xué)依據開(kāi)放式網(wǎng)格服務(wù)結構和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)等標準建立一個(gè)網(wǎng)格應用聯(lián)合研發(fā)中心，用以研究和開(kāi)發(fā)開(kāi)放式網(wǎng)格架構與解決方案。IBM將積極參與國家教育部教育科研網(wǎng)格計劃，推進(jìn)應用程序的開(kāi)發(fā)及培訓工作。國家教育部及參與網(wǎng)格計劃的各大學(xué)，還將進(jìn)一步獲得IBM提供的最新網(wǎng)格技術(shù)。”
網(wǎng)格技術(shù)在生物醫藥和教育科研領(lǐng)域的成功應用，引起了其它領(lǐng)域專(zhuān)家的注意。不同的行業(yè)對網(wǎng)格技術(shù)提出了不同的要求。
航空業(yè)現在主要有兩個(gè)問(wèn)題尚待解決。一是海量計算的問(wèn)題。在電腦上進(jìn)行飛機設計的時(shí)候，所有的零件甚至最小的螺絲釘都是三維的，因而，最后的飛機模型的數據量大概會(huì )達到2GB到5GB。在電腦上進(jìn)行預裝的時(shí)候，如此龐大的數據量使得只要飛機換一個(gè)角度，計算機運算時(shí)間就要達到三五分鐘。如果能利用網(wǎng)格技術(shù)解決海量計算的難題，不僅會(huì )使整個(gè)設計效率提升數倍，而且會(huì )大大促進(jìn)航空業(yè)的向前發(fā)展。二是計算機利用率的問(wèn)題。許多企業(yè)每年在信息技術(shù)方面的巨大投入仍未能滿(mǎn)足工作的需要。一般的設計單位都需要具備200臺到500臺計算機。在設計高峰期，即使500臺電腦也遠不夠用；而一旦設計結束又會(huì )造成大量的電腦閑置無(wú)用。之所以這樣，是因為現在所用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)僅停留在信息傳輸的層面，而沒(méi)有實(shí)現資源層面的共享，即網(wǎng)格技術(shù)。
中科院計算所副所長(cháng)徐志偉博士預計，在最近的兩三年內，就能看到更多的網(wǎng)格技術(shù)應用案例。
可以看出，當下國內網(wǎng)格技術(shù)的應用主要有兩大特點(diǎn)：第一，國內市場(chǎng)上有很多行業(yè)已經(jīng)在使用網(wǎng)格的相關(guān)應用和技術(shù)，只是沒(méi)有貫用網(wǎng)格計算這個(gè)名稱(chēng)，這種網(wǎng)格技術(shù)是過(guò)去十幾年信息化經(jīng)驗的總結；第二，諸如電子政務(wù)和電子商務(wù)里面的一站式服務(wù)，還有像制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò )化虛擬制造環(huán)境等，跟網(wǎng)格的思想如出一轍，僅是采用了不同的名稱(chēng)，都是對各自的實(shí)際需求的總結。所以可以說(shuō)：“應用的網(wǎng)格就在身邊。”
海外一覽
在任何基礎平臺上都可實(shí)施網(wǎng)格技術(shù)的方案，從而有效地協(xié)調使用全球各地的應用資源來(lái)加強Web服務(wù)。構建在各種Web服務(wù)之上的網(wǎng)格技術(shù)，通過(guò)提供一種可靠、動(dòng)態(tài)和綜合的基礎設施跨越組織機構的邊界，將資源、應用和服務(wù)結合在一起。各公司憑借對網(wǎng)格技術(shù)和對Web服務(wù)的支持，不僅更有效地利用了自己的資源，同時(shí)還實(shí)現了與供應商及合作伙伴業(yè)務(wù)流程的集成，從而解決復雜的業(yè)務(wù)問(wèn)題。
目前，由歐美四大電腦中心與六大高能物理電腦基地構成的國際性網(wǎng)絡(luò )技術(shù)環(huán)境，彼此間以1Gbps以上的網(wǎng)絡(luò )帶寬接軌。至此，網(wǎng)格運算技術(shù)已引起歐美乃至其他國家科學(xué)界的高度關(guān)注，各行業(yè)都想積極參與網(wǎng)格技術(shù)的開(kāi)發(fā)應用，通過(guò)網(wǎng)格的一系列技術(shù)，更好地使用全球網(wǎng)絡(luò )資源。
另外現在，網(wǎng)格研究主要以美國和歐洲為首。其中英國政府已投資1億英鎊，用以研發(fā)“英國國家網(wǎng)格”（NK National Grid）。此外，美國政府用于網(wǎng)格技術(shù)的基礎研究經(jīng)費則高達5億美元。美國軍方正規劃實(shí)施一項巨型網(wǎng)格計劃，名為“全球信息網(wǎng)格”（Global Information Grid），預計在2020年完成。作為該計劃的一部分，美國海軍陸戰隊正在推動(dòng)一項耗資160億美元、歷時(shí)8年的項目，包括系統研發(fā)、制造、維護及升級。
隨著(zhù)Platform宣布將率先推出超級電腦與網(wǎng)格運算解決方案后，IBM亦不甘示弱，部署了一個(gè)內部研究網(wǎng)格。
IBM是網(wǎng)格系統和服務(wù)方面的領(lǐng)先供應商，已經(jīng)為很多科技團體包括英國國家網(wǎng)、荷蘭Tera網(wǎng)、賓夕法尼亞大學(xué)Mammography網(wǎng)和北卡羅來(lái)納生物信息網(wǎng)提供了產(chǎn)品和服務(wù)。除了在開(kāi)發(fā)網(wǎng)格項目中與世界上很多領(lǐng)先的研究機構合作外，IBM研究中心還使用Globus技術(shù)構建了自己的"藍色網(wǎng)格"，該網(wǎng)格將分布在美國、以色列、瑞士、日本和英國的IBM研究和開(kāi)發(fā)實(shí)驗室的超級計算機連接在一起，同時(shí)也能對網(wǎng)格服務(wù)和解決方案進(jìn)行測試和原型實(shí)驗。
此外，Sun與Avaki也在共推企業(yè)用全球網(wǎng)格模式。
網(wǎng)格時(shí)代
有人認為網(wǎng)格進(jìn)入實(shí)際生活應用至少需要10到20年的時(shí)間，但通過(guò)研討專(zhuān)家推翻了這種觀(guān)點(diǎn)。來(lái)自國內生命科學(xué)、航空科技、氣象服務(wù)、地質(zhì)勘測、鐵路、政府等應用部門(mén)的專(zhuān)家及研究網(wǎng)格技術(shù)的專(zhuān)家從應用需求出發(fā)一致認為，我國一些應用部門(mén)正在做的事盡管所取名稱(chēng)不同，但實(shí)質(zhì)上與網(wǎng)格技術(shù)的思路如出一轍。網(wǎng)格的應用可以從一些有較好應用基礎的項目抓起，有望在兩三年之內取得成效。
網(wǎng)格技術(shù)作為21世紀工業(yè)技術(shù)的又一次革命，它的時(shí)代正在來(lái)臨！
相關(guān)鏈接
網(wǎng)格
網(wǎng)格是通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)提供的一系列分布式計算資源，而對終端用戶(hù)或應用來(lái)講，好像是一臺大型虛擬計算機。這種構想是通過(guò)在個(gè)人、組織和資源之間實(shí)現安全、協(xié)調的資源共享，來(lái)創(chuàng )建虛擬動(dòng)態(tài)的組織。網(wǎng)格計算是分布式運算的一種方法，不僅包括位置，而且還涵蓋組織、硬件和軟件，以提供無(wú)限的能力，使連接到網(wǎng)格的每個(gè)人都可以進(jìn)行合作和訪(fǎng)問(wèn)信息。
Globus 項目
Globus 項目是一個(gè)研發(fā)項目，重點(diǎn)是為網(wǎng)格計算創(chuàng )建基礎技術(shù)。該項目的一個(gè)成果是原代碼開(kāi)放的 Globus 工具包 —— 支持網(wǎng)格計算和網(wǎng)格應用的一套服務(wù)和軟件庫。
Globus 工具包
作為 Globus 項目的一個(gè)成果，這是基于組織、開(kāi)放結構、開(kāi)放原代碼的一套服務(wù)和軟件庫，并支持網(wǎng)格計算和網(wǎng)格應用。該工具包重點(diǎn)在于解決安全性、信息基礎設施、資源管理、通信、故障檢查和轉移等問(wèn)題。Globus 工具包機制已經(jīng)被應用于全球數百個(gè)站點(diǎn)和幾十個(gè)主要的網(wǎng)格計算項目。
開(kāi)放網(wǎng)格服務(wù)體系結構
IBM 是開(kāi)放網(wǎng)格體系結構（OGSA）的主要參與者和支持者。OGSA 是一套規范和標準，可以使各企業(yè)通過(guò)網(wǎng)絡(luò )來(lái)共享應用和計算資源。
網(wǎng)格的關(guān)鍵技術(shù)
網(wǎng)格的核心觀(guān)念是一句老話(huà)，即“網(wǎng)絡(luò )就是計算機”，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )可以大到整個(gè)因特網(wǎng)，也可以小到一個(gè)家庭網(wǎng)。從這個(gè)角度看，網(wǎng)格所涉及的核心技術(shù)包括以下方面：
◆ 如果把整個(gè)因特網(wǎng)看成一臺計算機，那么它的處理器、存儲器、外部設備是什么？它應該采用什么樣的體系結構？
◆ 什么是網(wǎng)格這臺計算機的操作系統？它的進(jìn)程和線(xiàn)程是什么？什么是它的地址空間？如何管理它的資源？
◆ 什么是網(wǎng)格的編程環(huán)境和使用環(huán)境？什么是網(wǎng)格的用戶(hù)界面？什么是網(wǎng)格的程序設計語(yǔ)言？
◆ 什么是網(wǎng)格的應用？它們有什么樣的模式和特征？
◆ 從用戶(hù)的角度看，網(wǎng)格與當前的因特網(wǎng)/Web有什么不同？它能提供什么樣的獨特好處？
中科院計算所的網(wǎng)格研究工作統稱(chēng)為“織女星網(wǎng)格”（Vega Grid），目前研究的內容包括以下方面：
◆ 在網(wǎng)格硬件層面，計算所的主要工作是研究下一代曙光高性能計算機，它們將是面向網(wǎng)格的超級服務(wù)器；
◆ 在網(wǎng)格系統軟件層面，計算所正在研究開(kāi)發(fā)一個(gè)名為GCP的網(wǎng)格計算協(xié)議棧（Grid Computing Protocol Stack）以及有效支持GCP的織女星網(wǎng)格操作系統（Vega GOS）；
◆ 在網(wǎng)格應用層面，計算所主要開(kāi)展了信息網(wǎng)格和知識網(wǎng)格的研究工作，科學(xué)計算類(lèi)的應用網(wǎng)格研究則由合作伙伴完成。
