網(wǎng)格技術(shù)

_20福建電腦2006年第6期網(wǎng)格技術(shù)陸惠玲(陜西理工學(xué)院數學(xué)與計算機數學(xué)系陜西漢中723000){摘要]:網(wǎng)格計算誕生了一個(gè)全新的領(lǐng)城,它以大規模的資源共享 、協(xié)同解決問(wèn)題、廉價(jià)的計算能力、提供非平凡的服務(wù)等為特點(diǎn)。該文詳細的討論了網(wǎng)格的定義、基本體系結構、關(guān)鍵技術(shù)。最后給出了網(wǎng)格的發(fā)展趨勢。[關(guān)鍵字]:網(wǎng)格網(wǎng)格計算OPGS1.引言Globus是最有影響的網(wǎng)格研究計劃，主要成員是美國十年前生物學(xué)家只限于研究單個(gè)分子的結構，而今天他們 Argonne國家實(shí)驗室芝加哥大學(xué)、南加州大學(xué)。IBM公司現在也要計算大分子復雜組合的結構,研究分析數千個(gè)試驗性藥物的參 與其中。主要研究任務(wù)分4個(gè)方面:網(wǎng)格基礎理論和關(guān)鍵技術(shù)特性。盡管2002年的PC機相當于1990年的超級計算機,卻遠研究;軟件及工具的開(kāi)發(fā);試驗平臺的建立;網(wǎng)格應用的開(kāi)發(fā)。在不能滿(mǎn)足他們計算的需求。今天一臺PC的磁盤(pán)容量達到2002 年的2月，IBM與Globus共同發(fā)表了OGSA,勾勒了100GB,相當于1990年- -個(gè)超級計算中心的總容量。但如今大Globus Toolkit 3.0的藍圖。OGSA 主要是將Web Services、數據型研究計劃每年產(chǎn)生的數據量是10-15 字節。今天寬帶網(wǎng)速率庫存 取J2EE等技術(shù)規范納入網(wǎng)格計算。已達622Mb/s以上,比10年前的56Kb/s 增長(cháng)了3個(gè)數量級以網(wǎng)格 體系結構就是關(guān)于如何建造網(wǎng)格的技術(shù)。它給出了網(wǎng)上,而今后異地協(xié)同計算所需的速率是幾十Gb/s。這就是網(wǎng)格的格的基本組成和功能,描述了網(wǎng)格各組成部分的關(guān)系以及它們需求動(dòng)力。集成的方式或方法,刻畫(huà)了支持網(wǎng)格有效運轉的方式。這里主要當前CPU性能每18個(gè)月翻一番,存儲設備每12個(gè)月翻一介紹 Foster早期提出的五層沙漏結構,它的主要特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單,番,而網(wǎng)絡(luò )性能每9個(gè)月翻一番。我們自然會(huì )想到，如果通信非主要 側重于定性的描述而不是具體的協(xié)議的定義,因此很容易常高速和康價(jià)，,我們不一定非要在本地資源上解決本地問(wèn)題。這從整體 上進(jìn)行理解。其主要思想就是以“協(xié)議"為中心,也十分強就使網(wǎng)格的技術(shù)動(dòng)力。謁服務(wù)與API和SDK;五層沙漏結構根據該結構中各組成部分2.網(wǎng)格定義與共享資源的距離,將對共享資源進(jìn)行操作.管理和使用的功能通俗的來(lái)講,我們可以用3個(gè)C來(lái)描述網(wǎng)格:計算,協(xié)作,通分 散在五個(gè)不同的層次,越向下層就接近于物理的共享資源,因訊。借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將計算協(xié)作和通訊融為一體,網(wǎng)格成為此該層 與特定資源相關(guān)的成分就比較多;越向上層就越感覺(jué)得解決方案的新模式。更值得一提的是，網(wǎng)格計算是分布式的架不到共享 資源的細節特征，也就是說(shuō)上層更加抽象共享資源得構,類(lèi)似于輸電網(wǎng),網(wǎng)格將計算與數據資源傳送到任何需要它的表示 ,因此就不需要關(guān)心與底層資源相關(guān)的具體實(shí)現問(wèn)題;其內地方。美國Argonne國家實(shí)驗室的資深科學(xué)家，全球著(zhù)名的網(wǎng)格在的 含義就是因為各部分協(xié)議的數量是不同的,對于其核心的專(zhuān)家lan Foster在文獻[]中首先給出了網(wǎng)格的第一個(gè)定義.部分,要能反映實(shí)現上層各種協(xié)議向核心協(xié)議的映像,同時(shí)實(shí)現Definition 1 :A compuaional grid is a hardware and software核心協(xié)議向下 層其它各種協(xié)議的映像，核心協(xié)議在所有支持網(wǎng)infrastructure that provides dependable, consistent, pervasive, and格計算 的地點(diǎn)都應該得到支持，因此核心協(xié)議的數量不應該太inexpensive access to high-end computational capabilities.多,這樣核心協(xié)議就形成了協(xié)議層次結構中的一個(gè)瓶頸,在五層這個(gè)定義給出來(lái)以后引起了很多的爭議，有人認為現在流結構中 ,資源層和連接層共同組成這-核心的瓶頸部分。行的分布式計算也是網(wǎng)格.為了更加清晰的說(shuō)明這個(gè)概念(事實(shí)4. 網(wǎng)格計算的關(guān)鍵技術(shù)以及最終目標上,網(wǎng)格計算是分布式計算的一種),于是Ian Foster在文獻[2]給4.1 網(wǎng)格計算的技術(shù)難點(diǎn)出了網(wǎng)格的新定義.(1)異構性。由于網(wǎng)格由分布在廣域網(wǎng)上不同管理域的各種Deinition 2:Resource sharing & cordinaed problem solving計算 資源組成,怎樣實(shí)現異構機器間的合作和轉換是首要問(wèn)題。in dynamic, muli- instiutional virtual organizaions。(2)可擴展性。要在網(wǎng)格資源規模不斷擴大、應用不斷增長(cháng)在這個(gè)定義中可以很容易的把分布式計算排出在了網(wǎng)格之的情況下 ,不降低性能。外,其原因是它雖然是分布的,但不是集中使用的.(3)動(dòng)態(tài)自適應性。當某一資源出現故障或失敗的可能性較但是關(guān)于什么是網(wǎng)格?什么不是網(wǎng)格的爭論仍然困擾著(zhù)學(xué)高時(shí)，資源管理必須能動(dòng)態(tài)監視和管理網(wǎng)格資源從可利用的資術(shù)界，專(zhuān)門(mén)研究網(wǎng)格的科學(xué)家們仍然搞不清楚他們之間的差別.源 中選取最佳資源服務(wù)。lan Foster在文獻[3]中給出了判斷是不是網(wǎng)格的三個(gè)原則.(4)結構的不可預測型。在傳統的高性能計算中,計算資源1 coordinales reources that are not subject to centalized 是獨占的,因此系統的行為是可預測的,而在網(wǎng)格計算系統中,control由于資源的共享造成系統行為和系統性能經(jīng)常變化。例如Web:不是網(wǎng)格，雖然它把成百上千個(gè)網(wǎng)絡(luò )連接了起來(lái),但卻(5)多級管理域。由于構成網(wǎng)格計算系統的超級計算機資源不能集中使用,故不是網(wǎng)格.通常屬于不同的機構或組織并且使用不同的安全機制,因此簫2 using standard, open, general -purpose protocols and要各個(gè)機構或組織共同參與解決管理域的問(wèn)題。interfaces4.2網(wǎng)格計算的最終的目標是:廣泛共享有效聚合、充分釋放網(wǎng)格使用統一的協(xié)議-- . GloBu,他認為P2P雖然是分布的集中中國煤化工技術(shù)和策略將網(wǎng)絡(luò )上的使用的,但由于它沒(méi)有遵從Clobus,所以它也不是網(wǎng)格.各種資用;所謂有效聚合,是指3 to deliver nontrivial qualities of service將網(wǎng)絡(luò )YHCNMHG集成起來(lái)，產(chǎn)生巨大的作為網(wǎng)格必須提供非平凡的服務(wù)。綜合效能,聯(lián)合完成應用任務(wù);所謂充分釋放,是指為用戶(hù)提供3.Clobus以及網(wǎng)格的體系結構QS1良好的開(kāi)發(fā)手段和使用環(huán)境將網(wǎng)絡(luò )上的多種資(下轉第22頁(yè))基金項目:陜西理工學(xué)院救改項目(No: YJC0524)22福建電腦2006年第6期數據的準確性不僅會(huì )影響視景中的遮擋關(guān)系,還會(huì )影響車(chē)輛行對任何系統進(jìn)行仿真,即用模型代替實(shí)際系統進(jìn)行研究,就進(jìn)的地形匹配。必然會(huì )存在差異。例如眾所周知的牛頓提出的力學(xué)三大定律也(4)層次性不是真實(shí)系統的完全反映，它們在解釋量子世界里的原子、質(zhì)仿真系統- -般分成若干子系統,這些子系統也存在仿真可子 、電子和光子的運動(dòng)規律時(shí)也會(huì )遇到麻煩。若真的存在這樣的信度問(wèn)題,同時(shí)它們會(huì )反映在整個(gè)系統的仿真可信度之中。模型，則必然會(huì )導致- -系列的社會(huì )倫理問(wèn)題，如波蘭科幻作家(5)簡(jiǎn)潔性Stanislaw Lem在他的短篇小說(shuō)《第七次出擊>中的特魯爾建立的仿真結果應該被系統的任何使用者所理解,并產(chǎn)生相同的微型 王國網(wǎng)就是一個(gè)很好的例子。因此,這種在仿真結果與實(shí)際效果。使用者為理解仿真產(chǎn)生的結果無(wú)需進(jìn)行超常的訓練。而且系統結果之間的差異是絕對存在的。仿真可信度評估不是為了一個(gè)仿真系統的仿真結果應盡量表達的簡(jiǎn)單、清晰,并與系統實(shí)消除這種 差異,而是為了定量衡量這兩者之間的相似程度。仿真際結果相一致?？尚哦仍u估的目的是為了盡量縮小這種差異，從而更好地解決3.仿真可信度評估模型仿真系統要解決的問(wèn)題。根據以上討論，我們給出一個(gè)仿真可信度的評估模型:目前進(jìn)行仿真可信度評估的方法有兩類(lèi):P,{M -R|sE}(1)相似性原理這種評估方法首先需要找出仿真系統與實(shí)際系統之間的相其中:M為系統仿真結果;R為實(shí)際系統的輸出結果;E為似元(系統間具有共同屬性和特征,而在數值上存在差異的組成達到仿真目的所允許的最大誤差;s表示某-狀態(tài)， 我們假定仿要 素構成的單元) ,再按- -定的算法計算系統相似度啊。真結果M和系統實(shí)際輸出R都是在同一狀態(tài)s (具相同的輸人(2)差異性原理條件和其它初始條件)下得到的;仿真可信度的結果為概率P。這種評估方法是從另一個(gè)角度考慮問(wèn)題。它從仿真系統與由于可信度是系統使用者的一-個(gè)主觀(guān)評價(jià)，為使評價(jià)結果實(shí)際系統在輸出結果上的差異來(lái)衡量仿真系統解決特定問(wèn)題的公正和客觀(guān)，必須使用數理統計技術(shù)來(lái)表明仿真實(shí)驗的結果M信任程度。 同樣它也需要從系統的多個(gè)指標因素中按照一定的與系統實(shí)際輸出結果R之間在某些側面的相似程度也就是說(shuō)，算法計算系統的差舁度啊。仿真系統在解決某個(gè)特定問(wèn)題時(shí)，其誤差在允許范圍(E)內(這.這兩類(lèi)評估方法都是基于還原法思想之上的,它們都要通也恰好說(shuō)明了仿真模型的好壞與仿真目的直接相關(guān))的概率。利過(guò)對 系統進(jìn)行分解成各個(gè)子系統然后對各子系統分別評價(jià),最用該仿真可信度模型原理進(jìn)行可信度評估的例子可以參見(jiàn)文獻啊。后還 原成為對整體系統的一個(gè)評價(jià)。這些方法對主要采用辨識4.可信度評估方法的理論探討建樸的仿真系統來(lái)說(shuō)(例如具有混沌現象或蝴蝶效應的非線(xiàn)性上面的模型雖然描述起來(lái)非常方便，但實(shí)際操作卻非常困動(dòng)力學(xué)系統， 此類(lèi)系統的行為對一個(gè)很小的擾動(dòng)非常敏感),評難。主要問(wèn)題在于:估的效果可能并不是很理想。通常它比較適合于采用機理建模(1)如何確定仿真結果M和系統實(shí)際輸出R的差。對于簡(jiǎn)的 簡(jiǎn)單仿真系統。單的仿真系統,可以通過(guò)選擇對目的影響最大的因索來(lái)獲得。但5. 結束語(yǔ)是對于具有多層次、多因素的大型復雜系統來(lái)說(shuō)卻不是一件容到目前為止，我們已經(jīng)有了一些有效的仿真可信度評估方易的事。法應用于控制和管理仿真系統開(kāi)發(fā)以及評估仿真系統。但是,這(2)對于有些復雜系統,例如象股市交易系統或城市交通套理 論體系還相當不完善和不成熟，特別是當考慮到復雜仿真控制系統等系統運行一次即不復存在 ,或象戰場(chǎng)實(shí)戰演習這樣系 統的建模與仿真的時(shí)候。因此有必要對仿真可信度評估理論花費巨大的系統,或象核爆炸試驗等運行有危險的仿真等等,我及評 估方法進(jìn)行更深人的研究和探討，從而進(jìn)一步促進(jìn)仿真系們很難獲得系統在假定條件下的實(shí)際輸出結果。對這樣的系統統在 各個(gè)領(lǐng)城的應用。進(jìn)行仿真,往往意義重大。但是對其進(jìn)行有效的仿真可信度評估的理論及方法,到目前為止還沒(méi)有。我們認為這也是今后我們應參考文獻:該努力研究的方向?，F在采用較多的是宋承齡所指出的推論法1. 王子才.關(guān)于仿真理論的探討,系咣仿真學(xué)根,00.12(6):604-608.和表象驗證法叫。2.許素紅.關(guān)于仿真可信度評估的探討.計算機仿真2003,20():1-3.仿真可信度評估是一-個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,在整個(gè)仿真系統開(kāi)發(fā)3. 張偉,王行仁.仿真可信度.系統仿真學(xué)報2001,13):312 -314.過(guò)程中都要參與。作為仿真系統開(kāi)發(fā)生命周期的一-項重要活動(dòng)，4. 宋承齡,關(guān)于仿真模型驗證.計算機仿真201017111我們必須規定在開(kāi)發(fā)的每一個(gè)階段， 為保證仿真結果的正確性5. 王雄平仿真模型有效性確認方法研究系統工程197,50):16-20.必須采取的一些措施和手段。國際上已經(jīng)有很多個(gè)人和組織在6.王千祥譯,虛實(shí)世界一計算機仿真如何改變科學(xué)的疆城. 上?？萍歼@方面作了大量的工作，包括:OsmanBalei等提出的仿真開(kāi)發(fā)教育出版社.1998:3-12.過(guò)程中包括13個(gè)階段的仿真可信度評價(jià)工程IST提出的分布7.郭巍.用相似理論討論仿真的可信度.系統仿真學(xué)報19990():113-式交互仿真VV&A的9步模型、DMSO的DOD VV&A建議規范115,125.8.徐迪.基于相似理論的系統仿真基本概念框架.系統工程理論與實(shí)踐,有關(guān)于仿真生命周期的VV&A過(guò)程模型等。200,208):58-61.(上接第20頁(yè))源的聚合效能按照需求傳遞給用戶(hù),為用戶(hù)提供個(gè)性化的信息服務(wù)、計算服務(wù)和決策支持服務(wù)。1. I Foxser,C Keselman. The Grid: Blueprint for a New Computing5.網(wǎng)格技術(shù)展望Infrastrul中國煤化工。0 CA1999.: grid:Enabling scable virtual縱觀(guān)國內外網(wǎng)格技術(shù)的激烈競爭與迅速發(fā)展,設想運用前2.1Fos所未有的計算能力所能完成的工作，我們不難明白構建全球網(wǎng)organiz;YHC N M H Gomputer Apliains. 2001.格的誘感是無(wú)人能夠抗拒的。網(wǎng)格研究已不是一-個(gè)國家、- -個(gè)部15(3): 20門(mén)的個(gè)體行為,它采用開(kāi)放源碼公開(kāi)合作的模式,是最廣泛的3. I Foser. What is the Grid? A Three Point Checkits 0]. Gnid Today-DAILY news and Information for the Global Grid Community,2002國際合作行為。4. htp://www.gridforum.org5. htp://www.chinaren.com