網(wǎng)格計算及其應用

2008年第7期大眾科技No72008總第107期DA ZHONG KE JI(Cumulatively No 107)何慧敏(廣西醫科大學(xué),廣西南寧530021)【擁要】文章論迷了網(wǎng)格計算的發(fā)展現狀、在科學(xué)領(lǐng)城的應用、網(wǎng)格服務(wù)的特點(diǎn)以及在未來(lái)網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)中的發(fā)展潛力【關(guān)鍵詞】網(wǎng)格;網(wǎng)格計算;分布式計算;資源共享【中圖分類(lèi)號】TP301.6【文獻標識碼】A【文章編號】1008-1151(2008907-0011-02現代社會(huì )由于大規模的科學(xué)和工程計算的需求,迫使計“虛擬的超級計算機”有兩個(gè)優(yōu)勢,一個(gè)是數據處理能力超算機必須不斷地提高其運算速度和存儲容量。計算機的發(fā)展強: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,歷史表明,為了達到更好的處理性能,除了必須提高系統的網(wǎng)格是把整個(gè)網(wǎng)絡(luò )整合成一臺巨大的超級計算機,實(shí)現計算硬件的速度外,系統的結構也必須不斷改進(jìn),特別是當元器資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專(zhuān)家資件的速度達到極限時(shí),后者將變成焦點(diǎn)問(wèn)題。于是,超級并源的全面共享行機已經(jīng)成為復雜科學(xué)計算領(lǐng)域的主宰。但以超級計算機為(一)網(wǎng)格計算的現狀及應用中心的計算模式存在明顯的不足,而且目前正在經(jīng)受挑戰。近年來(lái),隨著(zhù)計算機計算能力的迅速增長(cháng),互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的超級計算機雖然是一臺處理能力強大的“巨無(wú)霸”,但它的普及和高速網(wǎng)絡(luò )成本的大幅度降低以及傳統計算方式和計算造價(jià)極其昂貴,通常只有些國家級的部門(mén),如航天、軍事、機的使用方式的改變,網(wǎng)格計算已經(jīng)逐漸成為超級計算發(fā)展氣象等部門(mén)才有能力配置這樣的設備。隨著(zhù)人們在日常工作的一個(gè)重要趨勢。網(wǎng)格計算是一個(gè)嶄新而重要的研究領(lǐng)域遇到的商業(yè)計算越來(lái)越復雜,人們迫切需要數據處理能力更它以大粒度資源共享,高性能計算和創(chuàng )新性應用為主要特征,強大的計算機,超級計算機的價(jià)格顯然阻止了它進(jìn)入普通人必將成為21世紀經(jīng)濟發(fā)展的重要推動(dòng)力的工作領(lǐng)域。于是,人們開(kāi)始尋找一種造價(jià)低廉而數據處理1.現狀能力超強的計算模式,最終科學(xué)家們經(jīng)過(guò)努力找到了答案20世紀90年代以來(lái),世界各個(gè)國家,尤其是發(fā)達國家,Grid Computing(網(wǎng)格計算)。建立了很多超級計算應用中心(NCSA)和工程研究中心,美網(wǎng)格(grid)是一個(gè)集成的計算與資源環(huán)境,或者說(shuō)是國還制定了新一輪規劃的先進(jìn)計算框架計劃(ACIP),發(fā)展面個(gè)計算資源池。網(wǎng)格也是一種先進(jìn)的計算基礎設施向21世紀的先進(jìn)計算技術(shù)。我國在科技部的領(lǐng)導和主持下( Advanced Computational Infrastructure,簡(jiǎn)稱(chēng)ACI),用經(jīng)過(guò)306主題專(zhuān)家組及相關(guān)單位的努力,作為我國高性能計于研究與工程應用相結合的項目,學(xué)科領(lǐng)域涉及超級計算技算和信息服務(wù)的戰略性基礎設施的國家高性能計算環(huán)境發(fā)展術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數據庫技術(shù)、中間件技術(shù)、并行算法和各種很快。在已建成的5個(gè)國家級高性能計算中心基礎上,又于計算科學(xué)研究與應用技術(shù),是一個(gè)綜合性的跨學(xué)科高技術(shù)研中南、西北等地建立了新的國家高性能計算中心,科技部并究課題。網(wǎng)格計算( rid Computing)是伴隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加強了網(wǎng)格節點(diǎn)的建設,形成以科學(xué)院為主體的計算網(wǎng)格而迅速發(fā)展起來(lái)的,是將地理上分布的計算資源(包括數據教育部也啟動(dòng)了網(wǎng)格計算工程第一批12個(gè)網(wǎng)點(diǎn)正在建設中,庫、貴重儀器等各種資源)充分利用起來(lái),協(xié)同解決復雜的國家基金委也列出專(zhuān)向基金資助網(wǎng)格計算。網(wǎng)格是借鑒電力大規模問(wèn)題,特別是解決僅靠本地資源無(wú)法解決的復雜問(wèn)題,網(wǎng)( electric power grid)的概念出來(lái)的,網(wǎng)格的最終目的是專(zhuān)門(mén)針對復雜科學(xué)計算的新型計算模式。這種計算模式是是希望用戶(hù)在使用網(wǎng)格的計算能力時(shí),就如同現在使用電力利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個(gè)“虛擬一樣方便簡(jiǎn)單的超級計算機”,其中每一臺參與計算的計算機就是一個(gè)2.應用“節點(diǎn)”,而整個(gè)計算是由成千上萬(wàn)個(gè)“節點(diǎn)”組成的“一(1)分布式超級計算:網(wǎng)格計算可以把分布式的超級計張網(wǎng)格”,所以這種計算方式叫網(wǎng)格計算。這樣組織起來(lái)的算機中國煤化工的問(wèn)題使大量閑置【收稿日期】2008-04-24YHCNMHG【作者簡(jiǎn)介】何慧敏(1973—),女,湖南株洲人,廣西醫科大學(xué)計算機教研宣講師,碩士,從事計算機教學(xué)及應用研究的計算機資源得到有效的組織,提高了資源的利用效率,節動(dòng)配置,游戲總也不會(huì )宕機省了大量的重復投資,使用戶(hù)的需求能夠得到及時(shí)滿(mǎn)足3打破信息孤島,實(shí)現信息的多元一體化服務(wù)(2)高吞吐率計算:網(wǎng)格技術(shù)能夠十分有效地提高計算舉例說(shuō),如果我對某只股票感興趣,那么我可以告訴計的吞吐率,它利用CPU的周期竊取技術(shù),將大量空閑的計算算機系統并對相應操作給出條件,條件符合時(shí)就通知我。如機的計算資源集中起來(lái),提供給對時(shí)間不太敏感的問(wèn)題,作果股票的價(jià)格達到了一定的數值,傳統的計算系統只會(huì )告訴為計算資源的重要來(lái)源。你這只股票的市值,而網(wǎng)格系統則可以告訴你現在持有多少3)數據密集型計算:數據密集型的問(wèn)題的求解往往同股,買(mǎi)進(jìn)價(jià)是多少,建議購頭還是賣(mài)出,等等?？傊?這樣時(shí)產(chǎn)生很大的通訊和計算需求,需要網(wǎng)格能力才可以解決。的網(wǎng)格應用“能夠知道你所有的相關(guān)歷史信息,并給出建議網(wǎng)格可以藥物分子設計、計算力學(xué)、計算材料、電子學(xué)、生這就是打破信息孤島,實(shí)現多元信息共享帶給你的好處。這物學(xué)、核物理反應、航空航天等眾多的領(lǐng)域得到廣泛的需求。一功能尤其為跨國公司所看好,因為它所創(chuàng )造的異地協(xié)同工(4)基于廣泛信息共享的人與人交互:網(wǎng)格的出現更加作的信息環(huán)境,可以方便地把跨國公司遍布全球的分支機構突破了人與人之間地理界線(xiàn)的限制,使得科技工作者之間的組織起來(lái)。交流更加的方便,從某種程度上可以說(shuō)實(shí)現人與人之間的智網(wǎng)格極有可能會(huì )成為解決信息安全的一個(gè)突破口:因為慧共享?，F在的網(wǎng)絡(luò )安全措施基本是一種被動(dòng)的防御,你無(wú)法知道黑(5)更廣泛的資源貿易;隨著(zhù)大型機的性能的提高和微客在什么位置,他用的是哪臺計算機。而網(wǎng)格是一種“主動(dòng)機的更加普及,及其資源的閑置的問(wèn)題也越來(lái)越突出,網(wǎng)格式的按需服務(wù)”,用戶(hù)必須首先確定自己的身份才能獲得服技術(shù)能夠有效地組織這些閑置的資源,使得有大量的計算需務(wù),如同我們現在用的手機和有線(xiàn)電視,用戶(hù)的身份與位置求的用戶(hù)能夠獲得這些資源,資源的提供者的應用也不會(huì )受都可査得到。這種模式對防范黑客肯定是有效的。到太大的干擾。需要計算能力的人可以不必購買(mǎi)大的計算機(三)結束語(yǔ)只要根據自己的任務(wù)的需求,向網(wǎng)格購買(mǎi)計算能力就可以滿(mǎn)迄今為止,網(wǎng)格計算還沒(méi)有正式的標準,但在核心技術(shù)足計算需求。上,相關(guān)機構與企業(yè)已達成一致:由美國 Argonne國家實(shí)驗(二)網(wǎng)格應用的優(yōu)點(diǎn)室與南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院(ISI合作開(kāi)發(fā)的 Globus1.節省資源Toolkit已成為網(wǎng)格計算事實(shí)上的標準,包括 Entropia、I當今世界大約有4億臺個(gè)人電腦,它們在大部分時(shí)間里 Microsoft、 Compaq、Cray、SGI、Sun、 Veridian、 Fujitsu、是閑置的。假如能發(fā)明一種技術(shù),自動(dòng)搜索到這些電腦并將 Hitachi、NEC在內的12家計算機和軟件廠(chǎng)商已宜布將采用它們并聯(lián)起來(lái),由此形成的計算能力將會(huì )超過(guò)許多超級巨型 Globus Toolkit。作為一種開(kāi)放架構和開(kāi)放標準基礎設施機?！熬W(wǎng)格計算”就是這樣一種技術(shù)。目前已有數百萬(wàn)臺個(gè)人 Globus Toolkit提供了構建網(wǎng)格應用所需的很多基本服務(wù),電腦加入到網(wǎng)格計算的行列,每天所形成的計算能力大約相如安全、資源發(fā)現、資源管理、數據訪(fǎng)問(wèn)等。目前所有重大當于數千臺個(gè)人電腦滿(mǎn)負荷地工作一年的網(wǎng)格項目都是基于 Globus Tookit提供的協(xié)議與服務(wù)建設另有資料顯示,目前我們的寬帶利用率只有5%,軟件也的是5%,服務(wù)器是20%。一方面強調要降低成本,一方面卻又除了標準以外,安全和可管理性、IT人才的缺乏也是網(wǎng)是資源的巨大浪費。網(wǎng)格恰恰可以解決這個(gè)矛盾。以福特公格計算亟待解決的一個(gè)問(wèn)題,否則將無(wú)法成為企業(yè)的商業(yè)架司為例,福特公司要求它的T部門(mén)既要保證高標準的計算能構。在內部系統環(huán)境中常常視而不見(jiàn)的問(wèn)題,如安全、認證力,還要全面削減成本費用?？蓪τ谄?chē)設計中的有限元分和可靠性,在任何分布式環(huán)境下都必須得到解決。研究咨詢(xún)析、流體動(dòng)力學(xué)分析和試驗設計仿真這類(lèi)需要極高運算能力公司 Stencil Group的合伙人 Brent Sleeper認為:“這要求的應用環(huán)境來(lái)說(shuō),降低成本是極為困難的事情。采用了Sun具有高層次的架構技能,而不是簡(jiǎn)歷上列出的編程語(yǔ)言?！監NE Grid Engine(網(wǎng)格引擎)軟件之后,問(wèn)題迎刃而解:白天如果把全球的網(wǎng)格都聯(lián)在一起,那么就能借用彼此未用的資讓工作站中的一部分CPU用于交互作業(yè),一部分用于計算作源,網(wǎng)格就會(huì )更強大和靈活。雖然這也是網(wǎng)格的最終目標業(yè),而在夜間和周末將所有的CP都用于計算作業(yè)。福特工但把網(wǎng)格聯(lián)在一起也會(huì )帶來(lái)政治問(wèn)題。IBM為大學(xué)建設網(wǎng)格或程師們只要通過(guò)原本熟悉的網(wǎng)絡(luò )界面就可以把自己的計算任 Unilever建設內部的網(wǎng)格都只是單純的I決策,而將私有網(wǎng)務(wù)提交給網(wǎng)格計算引擎軟件,再由網(wǎng)格引擎軟件自動(dòng)把計算格聯(lián)接,形成能力更大的共享網(wǎng)格,其中的風(fēng)險卻大得多。任務(wù)分配給空閑的計算機。只要在整個(gè)網(wǎng)格中還有空閑的計在客戶(hù)需要時(shí),相互競爭的網(wǎng)格提供商是否愿意出售彼此多算資源,系統性能就不會(huì )感到明顯降低余的資源?此外,網(wǎng)格應用常涉及大量的數據和計算,需要2進(jìn)行分布式計算在各組織間共享安全資源,這不是當前的 Internet和網(wǎng)絡(luò )基網(wǎng)格是一種分布式計算模式,這種模式可獲得負載平衡,礎設施所能做到的?？磥?lái)在網(wǎng)格計算實(shí)現商業(yè)應用之前,還避免網(wǎng)絡(luò )的擁堵和宕機,把數據分別存儲,還可容錯容災,有很多的問(wèn)題需要解決。就近服務(wù)。美國的醫療網(wǎng)格設在賓夕法利亞大學(xué),它可將X光照片等醫療文件放在網(wǎng)格上,供1000多家醫院共享。因為【參考文獻】涉及到海量數據,所以這些數據都是分布存儲,調用起來(lái)也]陳明德 Novell網(wǎng)絡(luò )實(shí)際操作M,北京電子工業(yè)出版很方便,通常幾秒種即可獲得病人當前與歷史的全部診斷記錄,從而將網(wǎng)格的力量用在每一個(gè)病人身上。 Butterfly. net閃于中國煤化工腦應用20029的在線(xiàn)游戲也借助網(wǎng)格技術(shù)來(lái)增強可靠性,在游戲用戶(hù)數量覃CNMH勢0沿金業(yè)與科劇增的情況下,可以通過(guò)網(wǎng)格實(shí)現計算能力和存儲能力的自12