第三章网格体系结构
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网格体系结构及关键技术分析
中圈分类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：ｏ ９ ３ ４ （ｏ ６３ — ０ ０ ０ １ｏ － ０ ４２ ｏ ）５ ０ ３ － ２
ＧＡＩＬ ｎ － ｕ ， ｉ ｇ－ ｎ ＸＵ ｅ ｇ ｙ Ｐ ｎ －ｍｉ ｎ
Ｒｅ ｅ ｒｈ Ｓｕｖ ｙ ｆｒＧｒ ｃ ｉ ｃｕ ｅ ａ ｄ Ｃｄｉ ｃ ｎｑ ｅ ｓ ａｃ ｒｅ ｉ Ａｒ ｈｔ ｔｒ ｎ ｔ ａｌ ｏ ｄ ｅ ｃ Ｙｅ ｈ ｉｕ
虚 拟 组 织 的 应用 程 序 共 享 。
２网格 的概念 与特 征
网格 就 是 一 个 集 成 的计 算 与 资 源 环 境 。 者 说 是 一 个 计 算 资 或 源 池 。指 出 了网 格 的 三个 主要 特 征 ： 一 ， 源共 享 ， 第 资 动态 配 置 ， 协 同］ 作 ， 二 不存在任何集 中控制 ； 第二 ， 使用标准 、 通用 、 开放 的协议 和 接 口 ； 三 ， 服 务 质 量 ， 括 响 应 时 间 、 量 、 用 性 和 安 全 第 高 包 流 可 性 。 一 般来 说 ． 网格 具 有 分 布 共 享 性 、 自相 似性 、 态 多 样 性 以及 动 管 理 的多 重 性 等 多个 方 面 的特 点 。 分布性是指网格的资源是分布 的。组成 网格 的有着不同计算 能力的计算机 以及各种类型 的设备 与资源。 是分布在不 同的地理
维普资讯
、 网络 通 讯 与 安 全
．
． ． ． ．．．本 目任 辑 冯 栏 Nhomakorabea责 编 ：蕾
／
网格体系结构及关键技术分析
盖 凌 云 。 鹏 民 徐
（ 莱阳农学院 网络 中心 ， 山东 青 岛 ２ ６０ ） ６ １９ 摘要： 网格计算是 以大规模的资源协作共 享、 创新 的应 用以度高性能计算 为特点。 诞生的一个全新领域 。本文对网格的特点和体 系结 构进行 了介绍 ． 并详细分析 了网格计算的关键技术 。 关键词 ： 网格 ； 网格计算 ； 系结构 ； 体 关键技术
网格计算与网格体系结构综述
ＬＩ Ｕ Ｌ ｑ ｎ ｉｕ
（ ｆｒ ｔ ｎ Ｓｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｃ ｏｌｏ ｎｕ Ａ ｒ ｕｔｒｌＵ ｉ ｒｉ ，Ｌ ｎｈ ｕ ７ ０ ７ ） Ｉ ｏｍａ ｏ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｓ ｈ ｏ ｆＧａ ｓ ｇｉ ｌ ａ ｎｖ ｓｙ ａ ｚｏ ３ ０ ０ ｎ ｉ ｃ ｕ ｅ ｔ
施 ．能 提供 可 靠 的 、可 协 调 的 、可 扩展 的 和 廉 价 的高
端 计 算 能力 的 访 问 。根 据 网格 的定 义 ，网 格 具 有 异 构 性 、可扩 展 性 、动 态 可 适 应 性 ， 以及 自治 性 和 管 理 的 多重 性 等 特 点 ［ 。 网格 的 异 构 性 是 指 网格 可 以包 含 多 － 种 异 构 资源 ，包 括 跨 越 地 理 分 布 的 多个 管 理 域 。 构 成
网格计算 系统的计 算机有多种类 型 ，其 体系结构 、操
作 系统 及 应 用 软件 等 在 多 个 层 次 上 都 可 以具 有 不 同 的 结 构 网格 的可 扩 展 性 指 网 格 资 源 规 模 会 随着 各 种计
算 资 源 的不 断加 入 而不 断 扩 大 。动 态 可 适 应 性 指 网格
・
网络 与 电子 商务／ 务 ・ 政
农 业 网 络 信 息
Ａ Ｇ： Ｃ观 Ｔｌ ＮＥＴＷ ＯＲＫ 唧 础 强 ＲＭ Ａ竹 ＤⅣ
２ １年 第 ２期 ０１
网格 计算 与 网格体 系结构 综 述
刘立 群
（ 甘肃农 业大 学信 息科学 技术 学 院 ，兰州 ７０ ７） ３０ ０
摘
要 ：论述 了网格 的特 点和 分 类，总结 比较 了网格 技术 与其他 技术 的不 同。 分析 了网格体 系 的结构 ，包 括 五层 协议结
网格体系结构
图 1. 网格系统的基本功能模块示意图页 3 共9页图2 网格系统层次结构(1)网格资源是构成网格系统的基础设施，主要包括网格结点和宽带网络系统。
网格结点包括各种计算资源，如超级计算机、集群系统、贵重仪器、可视化设备、现有应用软件、数据库等，这些计算资源通过网络设备连接起来，具有分布和异构特性! 而宽带网络系统是在网格系统中提供高性能通信的必要手段!（2）网格中间件（grid middleware ）是指一系列协议和服务软件，其功能是屏蔽网格资源层中计算资源的分布、异构特性，向网格应用层提供透明、一致的使用接口! 网格中间件层也称为网格操作系统(grid operating system)，其核心服务包括：网格资源的管理分配、信息优化、任务调度、存储访问、安全控制、质量服务(Qos)等! 还需提供API 和相应的环境，以支持网格应用开发!（3）网格必须提供良好的应用开发工具环境(grid tools)如java,fortran 以及java 等语言,MPI,PVM 等应用开发界面，并支持消息传递、分布共享内存等多种编程模型!（4）网格应用(grid application)是用户需求的具体体现，是各种应用软件的研究! 在网格操作系统的支持下，网格用户可以使用其提供的可视化工具或环境开发各种应用系统!2.1.4网格系统的基本功能网格系统中管理的是广域分布、动态、异构的资源! 网格系统应屏蔽这些资源的分布、异构特性，向网格应用提供透明、一致的使用接口! 一个理想的网格系统应类似当前的Web 服务，可以构建在当前所有硬件和软件平台上，给用户提供完全透明的使用环境! 为此，网格系统必须提供以下基本功能：（1）管理等级层次它定义网格系统的组织方式、确定管理层次体系!（2）通信服务提供不同的服务（可靠的、不可靠的、点对点和广播方式）、通信协议和提供3,1 支持!（3）信息服务提供资源的全局访问!（4）名称服务网格中为所有资源提供统一的名称空间，以便引用各种资源!（5）文件系统提供分布式文件系统机制、全局存储和缓存空间，以支持文件存取!（6）安全认证提供登录认证、可信赖、完整性和记账等方面的安全性!（7）系统状态和容错提供监视系统资源和运行情况的工具!（8）资源管理和调度提供透明的资源管理、进程调度!（9）资源交易机制提供一种资源的交易机制，以鼓励不同组织或资源的拥有者加入网格系统!（10）节点自治允许远程节点选择加入或退出系统，不影响各节点本地的管理和自主性!（11）编程工具提供丰富的用户接口和编程环境!（12）用户图形界面提供直观的用户访问接口，提供可视化工具!2.1.5Globus 工具集Globus工具集，已被公认为当前建立网格系统的核心实现工具之一。
河海大学校园网格建设介绍
Hohai University
网格的体系结构
网格系统处在分布 式资源和用户中间，作 为用户和资源之间的一 个桥梁，主要作用是把 用户和资源联系起来， 提供用户对资源的透明 使用，支持全方位的资 源共享。
网格的三层结构
Hohai University
开发网格管理系统的协议、工具 国际互联网上使用的协议： HTTP FTP SMTP 超文本传输协议 文件传输协议 简单邮件传输协议
Hohai University
专业软件作业提交界面 ABAQUS PFEPG
Hohai University
用户自备程序提交
教学程序作业提交
Hohai University
基础并行软件平台
Hohai University
应用举例：云南某面板堆石坝三维非线性有限元分析 用Adv FEM计算 四面体单元数 1295921 结 点 数
Hohai University
远程图形终端服务
使用户使用更加直 观，实现了资源最大限 度的共享。
Hohai University
网格应用软件库
专业软件库 PFEPG ABAQUS ADV-FEM 用户自备程序 提供串行并行作业和复 杂作业的提交 教学程序库 为广大师生提供方便快 捷的学习和应用平台 基础并行软件平台 提供自主开发和开源的 求解器
《高性能工程计算平台》 高性能工程计算平台》 建设成果介绍
2006年6月 2006年
“十五”“211工程”建设子项目 十五”“211工程” ”“211工程
Hohai University
1.建设目标 提高计算水平，实现资源共享
提高计算水平——精细模拟，高速运算，有限 元法解题规模达到百万自由 度以上 实现资源共享——整合学校已有资源、集中建 设新资源，能方便地为广大 师生使用
网格的体系结构
网格系统处在分布 式资源和用户中间，作 为用户和资源之间的一 个桥梁，主要作用是把 用户和资源联系起来， 提供用户对资源的透明 使用，支持全方位的资 源共享。
网格的三层结构
Hohai University
开发网格管理系统的协议、工具 国际互联网上使用的协议： HTTP FTP SMTP 超文本传输协议 文件传输协议 简单邮件传输协议
Hohai University
专业软件作业提交界面 ABAQUS PFEPG
Hohai University
用户自备程序提交
教学程序作业提交
Hohai University
基础并行软件平台
Hohai University
应用举例：云南某面板堆石坝三维非线性有限元分析 用Adv FEM计算 四面体单元数 1295921 结 点 数
Hohai University
远程图形终端服务
使用户使用更加直 观，实现了资源最大限 度的共享。
Hohai University
网格应用软件库
专业软件库 PFEPG ABAQUS ADV-FEM 用户自备程序 提供串行并行作业和复 杂作业的提交 教学程序库 为广大师生提供方便快 捷的学习和应用平台 基础并行软件平台 提供自主开发和开源的 求解器
《高性能工程计算平台》 高性能工程计算平台》 建设成果介绍
2006年6月 2006年
“十五”“211工程”建设子项目 十五”“211工程” ”“211工程
Hohai University
1.建设目标 提高计算水平，实现资源共享
提高计算水平——精细模拟，高速运算，有限 元法解题规模达到百万自由 度以上 实现资源共享——整合学校已有资源、集中建 设新资源，能方便地为广大 师生使用
网格体系结构之OGSA - 第三章网格体系结构
网格计算－Grid Computing
肖侬
The Emergence of Open Grid Standards
Increased functionality, standardization
Computer science research
Managed shared virtual systems
• 一个网格服务实例维护一个服务数据元
素的集合
❖基本的内部信息，接口的特殊信息和应 用 的数据，使用XML模式定义信息属性
❖FindServiceData操作 (GridService 接口) 查 询这些信息
❖Attributes combined into a single (logical) document within the service
❖ 讨论标准接口定义机制，局部/远程透明，自适应局部OS服务和 单一服务语义等
❖ 虚拟化资源
• 将服务功能以标准的方式表达，任何实现都可以激活； • 利用已有的资源和系统功能
• A grid service is a web service
❖ 兼容、扩展web Service
❖ 服务的发现、描述，C/S代码的自动产生等web Service特性
Application 应用层
聚合层Collective 资源层Resource
连通层 构造层Fabric
Collaboration Tools
Information services
Data Mgmt Tools
Resource mgmt
Distributed
. . . simulation
Data
2. Client请求factory的
网格体系结构——五层沙漏模型
– 动态多机构虚拟组织 中的协同资源共享与 问题解决
Ian Foster
Senior Scientist, Mathematics & Computer Science Division, Argonne National Laboratory Professor, Department of Computer Science, The University of Chicago
网格的基本概念
• 虚拟组织实例——飞机联合设计
– 目标：完成下一代超音速飞机可行性研究 – 方法：整个飞机的多学科高精度仿真
• 整合由不同参与者开发的所有软件组件 • 软件组件运行在各参与者的机器上 • 访问适当的设计数据库，以及分布的其它数据
网格的基本概念
• 虚拟组织实例——大规模在线游戏
– 由许多虚拟世界组成的大规模Internet游戏
网格的基本概念
• 虚拟组织实例——新建工厂
– 工厂建设位置所涉及的复杂金融预测模型.由应用服务提 供商ASP提供
– 存放企业历史数据和信息的企业数据库存放在一个存储服 务提供商(SSP)管理的存储系统
– 参加决策的部门首脑们处于不同的城市,需要交互\协作地 对厂址进行讨论
– ASP可以根据需要从按需计算周期(Cycles)提供商获得额 外的计算能力
• 每个虚拟世界有自己的自然法则和因果关系，每个虚 拟世界还有大量的居民，居民之间可以交互，可以从 一个虚拟世界迁移到另一个虚拟世界，虚拟世界可能 会按照需求扩张以容纳增长的居民。
• 仿真：增加模拟虚拟世界自然法则的新仿真技术，仿 真过程之间需要合作以模拟当虚拟世界发生冲突时发 生的情景
网格的基本概念
Boeing
VO-space中的参与者 可以运行程序A
Ian Foster
Senior Scientist, Mathematics & Computer Science Division, Argonne National Laboratory Professor, Department of Computer Science, The University of Chicago
网格的基本概念
• 虚拟组织实例——飞机联合设计
– 目标：完成下一代超音速飞机可行性研究 – 方法：整个飞机的多学科高精度仿真
• 整合由不同参与者开发的所有软件组件 • 软件组件运行在各参与者的机器上 • 访问适当的设计数据库，以及分布的其它数据
网格的基本概念
• 虚拟组织实例——大规模在线游戏
– 由许多虚拟世界组成的大规模Internet游戏
网格的基本概念
• 虚拟组织实例——新建工厂
– 工厂建设位置所涉及的复杂金融预测模型.由应用服务提 供商ASP提供
– 存放企业历史数据和信息的企业数据库存放在一个存储服 务提供商(SSP)管理的存储系统
– 参加决策的部门首脑们处于不同的城市,需要交互\协作地 对厂址进行讨论
– ASP可以根据需要从按需计算周期(Cycles)提供商获得额 外的计算能力
• 每个虚拟世界有自己的自然法则和因果关系，每个虚 拟世界还有大量的居民，居民之间可以交互，可以从 一个虚拟世界迁移到另一个虚拟世界，虚拟世界可能 会按照需求扩张以容纳增长的居民。
• 仿真：增加模拟虚拟世界自然法则的新仿真技术，仿 真过程之间需要合作以模拟当虚拟世界发生冲突时发 生的情景
网格的基本概念
Boeing
VO-space中的参与者 可以运行程序A
网格计算及网格体系结构研究综述
维普资讯
第 ２ 卷 第 ５ ７ 期
ＶＯ． １２７
ＮＯ ５ ．
计 算 机 工 程 与 设 计
Ｃｏ ｕ ｅ ｇｎ ｅｉｇａ ｄＤｅ ｉｎ ｍｐ ｔｒ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｓｇ
２０ 年 ３ ０６ 月
Ｍ ａ ．２ ０ ｒ ０ ６
网格计算及 网格体系结构研究综述
地 使 用 计 算 、 储 等 其 它 资 源 。 由此 可 见 ， 际 上 Ｉｔ ｔ 存 ” 实 ｎｅ 实 ｍｅ
是广域高 性能 的元计 算技术 ， 元计 算术语现 己被 网格 计算 所取代 。目前 网格计算技 术己从最初 的面 向工程和 科学 计算 问题 的解决 ， 发展到支持经 济和 社会活动的各个领域 ， 已有许
深 科学 家、 ｏ ｓ ｂ ａ ｓ ｎＦ
ｔ， ｅ 曾在 １９ 年 编 著 出版 的 《 格 ： 种 新 计算 基 础 设施 的 蓝 ｒ ９８ 网 一
图》 书中这样 描述 网格 ： 网格是 构建在 Ｉｔｍｅ 上 的一组 一 “ ｎｅ ｔ 新兴技 术 ， 它将 高速 互联 网、 高性能 计算机 、 型数据 库、 大 传 感器、 远程设备等 融为一体 ， 为科技 人员和普通百姓 提供 更多 的资源 、 功能和 交互性 。 互联 网主要 为人 们提供 电子 邮件、 网 页浏览等通信 功能， 网格 的功 能则更多更强 ， 而 能让人们 透明
Ｓ ｒ ｅ ｆ ｒｄｃ ｍｐ ｔ ｇ ａ ｄｇ ｉ ｒ ｈ ｔ ｃｕ ｅ ｕ ｖ ｙ ｏ ｉ ｏ ｕ ｉ ｎ ｒｄａ ｃ ｉ ｔｒ ｇ ｎ ｅ
ＺＨＡｏ ａ — ｉｎ ， Ｊ Ｓ ｉｇ ａ ｇ Ｎｉｎ ｑａ ｇ Ｕ ｈ — ｕ ｎ
（ｃ ｏ ｌ ｆ ｏ ｕｅ Ｓ ｉ ｃ ｄ ｅ ｃｍｍ ｎｃｔ ｎ ｎ ｉ ｅｉｇ ｉ ｇｕＵ ｉ ｒｔ，Ｚ ｅｊ ｎ １０ ３ ｈｎ） Ｓｈ ｏ ｏ ｍｐｔｒ ｃｅ ｅ ｎ ｌ ｏ ｕ ｉ ｉ ｓ ｇｎ ｒ ，Ｊ ｎ ｓ ｎｖ ｓｙ ｈｎｉ ｇ ２ １，Ｃ ｉ Ｃ ｎ ａ Ｔｅ ａｏ Ｅ ｅ ｎ ａ ｅｉ ａ ２ ａ
第 ２ 卷 第 ５ ７ 期
ＶＯ． １２７
ＮＯ ５ ．
计 算 机 工 程 与 设 计
Ｃｏ ｕ ｅ ｇｎ ｅｉｇａ ｄＤｅ ｉｎ ｍｐ ｔｒ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｎ ｓｇ
２０ 年 ３ ０６ 月
Ｍ ａ ．２ ０ ｒ ０ ６
网格计算及 网格体系结构研究综述
地 使 用 计 算 、 储 等 其 它 资 源 。 由此 可 见 ， 际 上 Ｉｔ ｔ 存 ” 实 ｎｅ 实 ｍｅ
是广域高 性能 的元计 算技术 ， 元计 算术语现 己被 网格 计算 所取代 。目前 网格计算技 术己从最初 的面 向工程和 科学 计算 问题 的解决 ， 发展到支持经 济和 社会活动的各个领域 ， 已有许
深 科学 家、 ｏ ｓ ｂ ａ ｓ ｎＦ
ｔ， ｅ 曾在 １９ 年 编 著 出版 的 《 格 ： 种 新 计算 基 础 设施 的 蓝 ｒ ９８ 网 一
图》 书中这样 描述 网格 ： 网格是 构建在 Ｉｔｍｅ 上 的一组 一 “ ｎｅ ｔ 新兴技 术 ， 它将 高速 互联 网、 高性能 计算机 、 型数据 库、 大 传 感器、 远程设备等 融为一体 ， 为科技 人员和普通百姓 提供 更多 的资源 、 功能和 交互性 。 互联 网主要 为人 们提供 电子 邮件、 网 页浏览等通信 功能， 网格 的功 能则更多更强 ， 而 能让人们 透明
Ｓ ｒ ｅ ｆ ｒｄｃ ｍｐ ｔ ｇ ａ ｄｇ ｉ ｒ ｈ ｔ ｃｕ ｅ ｕ ｖ ｙ ｏ ｉ ｏ ｕ ｉ ｎ ｒｄａ ｃ ｉ ｔｒ ｇ ｎ ｅ
ＺＨＡｏ ａ — ｉｎ ， Ｊ Ｓ ｉｇ ａ ｇ Ｎｉｎ ｑａ ｇ Ｕ ｈ — ｕ ｎ
（ｃ ｏ ｌ ｆ ｏ ｕｅ Ｓ ｉ ｃ ｄ ｅ ｃｍｍ ｎｃｔ ｎ ｎ ｉ ｅｉｇ ｉ ｇｕＵ ｉ ｒｔ，Ｚ ｅｊ ｎ １０ ３ ｈｎ） Ｓｈ ｏ ｏ ｍｐｔｒ ｃｅ ｅ ｎ ｌ ｏ ｕ ｉ ｉ ｓ ｇｎ ｒ ，Ｊ ｎ ｓ ｎｖ ｓｙ ｈｎｉ ｇ ２ １，Ｃ ｉ Ｃ ｎ ａ Ｔｅ ａｏ Ｅ ｅ ｎ ａ ｅｉ ａ ２ ａ
网格计算
MDS (Monitoring and discovery Service)
GRAM (Grid Resource Allocation Manager)
GridFTP
Secure data transfer.
28
Globus Toolkit: Recent History
GT2 (2.4 released in 2002)
26
Grid Computing Software Infrastructure
Globus Project
Open source software toolkit developed for grid computing. Roots in I-way experiment. Work started in 1996.
Web Services和Grid技 术融合的产物
遵循Web Service标准，扩 展它
20
OGSA服务
Resource allocation Authentication & authorization are applied to all requests Create Service Service factory Grid Service Handle Service requestor (e.g. user application) Service discovery
GRAM, MDS, GridFTP, GSI.
GT3 (3.2 released mid-2004): redesign
OGSA (Open Grid Service Architecture)/OGSI (Open Grid Services Infrastructure) based. Introduced “Grid services” as an extension of web services. OGSI now abandoned.
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有事务性原则
网格技术挑战（续）
❖ 海量分布数据的存储、分发、访问和管理
高速透明访问多个地点的海量存储系统 统一的数据操作和管理空间 结构化数据访问和管理 非结构化数据访问和管理，etc
❖ 网格资源与服务的发现、组织和调度与管理的方法和 算法
❖ 在线设备的数据自动注释和分类目录 ❖ 高性能分布数据密集型系统必须使用网络级别、平台
MPI－G？
❖ 网格环境下网格服务的应用形态和高层shell语言 ❖ 网格工作流语言和机制
面向服务的工作流？ 多域环境下的工作流
❖ 网格系统的自适应技术和机制
应用系统在异构分布环境中优化执行；
❖ 基于构件技术的网格应用开发环境和工具 ❖ 面向应用领域的基础支撑工具和服务。
对体系结构基本要求
一个虚拟组织例子: CERN’s Large Hadron Collider
1800 Physicists, 150 Institutes, 32 Countries
100 PB of data by 2010; 50,000 CPUs?
Grid Communities & Applications: Data Grids for High Energy Physics
~622 Mbits/sec or Air Freight (deprecated)
Offline Processor Farm
~20 TIPS ~100 MBytes/sec
Tier 0
CERN Computer Centre
Tier 1
France Regional Centre
Germany Regional Centre
~PBytes/sec
Online System
~100 MBytes/sec
1 TIPS is approximately 25,000 SpecInt95 equivalents
There is a “bunch crossing” every 25 nsecs. There are 100 “triggers” per second Each triggered event is ~1 MByte in size
内容
❖ 五层沙漏结构 ❖ 开放网格服务体系结构OGSA
Open Grid Service Architecture
❖ Web Service 资源服务框架WSRF
Web Service Resource FrameWork
网络计算体系结构的发展（续）
❖ 网格计算体系结构
层次体系结构 开放网格服务体系结构OGSA OGSI→WSRF（WS－Resource Framework）
在技术上，从应用的角度看：
❖ 不能破坏现有系统，不能重蹈覆辙（分布操作 系统 ）
❖ 为应用提供单一分布资源全局视图和聚集各种 分布的自治资源成为一个系统
❖ 不导致应用程序的重新编写
移植简单
对体系结构基本要求
不同组织之间的资源共享互操作是必不可少的 对资源直接访问，不单单是文件共享和交换 体现在各种资源构件之间和机制之间
屏蔽异构平台、异构语言
网格技术挑战（续）
❖ 虚拟组织的管理和协同工作
基于服务的协作集成技术等； 多个系统的协调和集成 服务和应用的自治管理和优化 自动配置和部署
❖ 网格的高可靠和可用性技术
资源多层次和多方面的异构性 系统状态的不确定性 异构分布的环境高可靠的保证 单点失败不导致系统，
八十年代中后期 九十年代中期 2001
2002
自治多域服务联
2004
合计算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
元计算
计算网格
多层网格 体系结构
开放网 格服务体 系结构 OGSA 技术体 系OGSI
OGSA 技术体 系WSRF
Grid的主要问题
v 在动态变化的、多机构组成的虚拟组织（VO)
内的协作资源共享和问题求解
1. 允许分布的服务和资源集成 2. 采用通用的协议和基础支撑 3. 获得较好的QOS服务
网格技术挑战
❖ 网格体系结构和网络计算模型
Internet活动规律和特性
❖ 网格计算的资源共享和协同的基础理论
Agent？ 协同优化理论？
❖ 标准和协议体系 ❖ 建立一个开放的信息处理基础设施平台
一个开放的体系结构、标准和协议，以形成信息获 取、传输、访问和处理的单一虚拟系统基础平台
级别和构件级别的并行和流水线 ❖ 高速系统的精确监控
对于算法分析、问题监测和动态自适应配置非常重要 资源、系统、应用的监控
❖ 网格系统的自治管理技术
灵活的、自治的资源管理（自动的服务器重启、数据迁移、 拥塞避免等）
网格技术挑战（续）
❖ 网格的编程模型和语言
我们需要突破传统的程序设计和并行程序设计语言与编程模 型
Italy Regional Centre
FermiLab ~4 TIPS
~622 Mbits/sec
Tier 2
~622 Mbits/sec
Caltech ~1 TIPS
Tier2 CenTtireer2 CentTreier2 CentTreier2 Centre ~1 TIPS ~1 TIPS ~1 TIPS ~1 TIPS
❖ 网格的安全机制和可信技术
多域的安全问题 访问控制模型 可信技术
网格技术挑战（续）
❖ 高度灵活的共享关系定义和共享资源的 复杂高级控制
细粒度访问控制、代理 灵活，可应付许多资源类型和共享方式 可扩展大量资源、许多的参与者和程序模块
❖ ＱＯＳ的调度和联合分配 ❖ 记帐技术 ❖ 各个站点同时履行资源分配的合约，具
~I0n.2st5iTtuItPeISnstitute Institute Institute
Physics data cache
~1 MBytes/sec
Physicist workstations
Tier 4
Physicists work on analysis “channels”. Each institute will have ~10 physicists working on one or more channels; data for these channels should be cached by the institute server
网格技术挑战（续）
❖ 海量分布数据的存储、分发、访问和管理
高速透明访问多个地点的海量存储系统 统一的数据操作和管理空间 结构化数据访问和管理 非结构化数据访问和管理，etc
❖ 网格资源与服务的发现、组织和调度与管理的方法和 算法
❖ 在线设备的数据自动注释和分类目录 ❖ 高性能分布数据密集型系统必须使用网络级别、平台
MPI－G？
❖ 网格环境下网格服务的应用形态和高层shell语言 ❖ 网格工作流语言和机制
面向服务的工作流？ 多域环境下的工作流
❖ 网格系统的自适应技术和机制
应用系统在异构分布环境中优化执行；
❖ 基于构件技术的网格应用开发环境和工具 ❖ 面向应用领域的基础支撑工具和服务。
对体系结构基本要求
一个虚拟组织例子: CERN’s Large Hadron Collider
1800 Physicists, 150 Institutes, 32 Countries
100 PB of data by 2010; 50,000 CPUs?
Grid Communities & Applications: Data Grids for High Energy Physics
~622 Mbits/sec or Air Freight (deprecated)
Offline Processor Farm
~20 TIPS ~100 MBytes/sec
Tier 0
CERN Computer Centre
Tier 1
France Regional Centre
Germany Regional Centre
~PBytes/sec
Online System
~100 MBytes/sec
1 TIPS is approximately 25,000 SpecInt95 equivalents
There is a “bunch crossing” every 25 nsecs. There are 100 “triggers” per second Each triggered event is ~1 MByte in size
内容
❖ 五层沙漏结构 ❖ 开放网格服务体系结构OGSA
Open Grid Service Architecture
❖ Web Service 资源服务框架WSRF
Web Service Resource FrameWork
网络计算体系结构的发展（续）
❖ 网格计算体系结构
层次体系结构 开放网格服务体系结构OGSA OGSI→WSRF（WS－Resource Framework）
在技术上，从应用的角度看：
❖ 不能破坏现有系统，不能重蹈覆辙（分布操作 系统 ）
❖ 为应用提供单一分布资源全局视图和聚集各种 分布的自治资源成为一个系统
❖ 不导致应用程序的重新编写
移植简单
对体系结构基本要求
不同组织之间的资源共享互操作是必不可少的 对资源直接访问，不单单是文件共享和交换 体现在各种资源构件之间和机制之间
屏蔽异构平台、异构语言
网格技术挑战（续）
❖ 虚拟组织的管理和协同工作
基于服务的协作集成技术等； 多个系统的协调和集成 服务和应用的自治管理和优化 自动配置和部署
❖ 网格的高可靠和可用性技术
资源多层次和多方面的异构性 系统状态的不确定性 异构分布的环境高可靠的保证 单点失败不导致系统，
八十年代中后期 九十年代中期 2001
2002
自治多域服务联
2004
合计算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
元计算
计算网格
多层网格 体系结构
开放网 格服务体 系结构 OGSA 技术体 系OGSI
OGSA 技术体 系WSRF
Grid的主要问题
v 在动态变化的、多机构组成的虚拟组织（VO)
内的协作资源共享和问题求解
1. 允许分布的服务和资源集成 2. 采用通用的协议和基础支撑 3. 获得较好的QOS服务
网格技术挑战
❖ 网格体系结构和网络计算模型
Internet活动规律和特性
❖ 网格计算的资源共享和协同的基础理论
Agent？ 协同优化理论？
❖ 标准和协议体系 ❖ 建立一个开放的信息处理基础设施平台
一个开放的体系结构、标准和协议，以形成信息获 取、传输、访问和处理的单一虚拟系统基础平台
级别和构件级别的并行和流水线 ❖ 高速系统的精确监控
对于算法分析、问题监测和动态自适应配置非常重要 资源、系统、应用的监控
❖ 网格系统的自治管理技术
灵活的、自治的资源管理（自动的服务器重启、数据迁移、 拥塞避免等）
网格技术挑战（续）
❖ 网格的编程模型和语言
我们需要突破传统的程序设计和并行程序设计语言与编程模 型
Italy Regional Centre
FermiLab ~4 TIPS
~622 Mbits/sec
Tier 2
~622 Mbits/sec
Caltech ~1 TIPS
Tier2 CenTtireer2 CentTreier2 CentTreier2 Centre ~1 TIPS ~1 TIPS ~1 TIPS ~1 TIPS
❖ 网格的安全机制和可信技术
多域的安全问题 访问控制模型 可信技术
网格技术挑战（续）
❖ 高度灵活的共享关系定义和共享资源的 复杂高级控制
细粒度访问控制、代理 灵活，可应付许多资源类型和共享方式 可扩展大量资源、许多的参与者和程序模块
❖ ＱＯＳ的调度和联合分配 ❖ 记帐技术 ❖ 各个站点同时履行资源分配的合约，具
~I0n.2st5iTtuItPeISnstitute Institute Institute
Physics data cache
~1 MBytes/sec
Physicist workstations
Tier 4
Physicists work on analysis “channels”. Each institute will have ~10 physicists working on one or more channels; data for these channels should be cached by the institute server