网格计算的应用及发展前景
网格计算概述与应用
网格计算概述与应用张海瑞【摘要】网格计算是一个重要的新领域,是继万维网之后出现的一种新型网络计算平台,目的是为用户提供一种全面共享包括网页在内的各种资源的基础设施,有别于传统的分布式计算.本文定义了这个新领域,详细叙述了网格计算的定义、特点、体系结构和主要功能,分析了网格计算在当今业务中的应用,现状和发展前景.【期刊名称】《甘肃高师学报》【年(卷),期】2013(018)002【总页数】4页(P17-20)【关键词】网格;网格计算;网格系统;网格应用【作者】张海瑞【作者单位】兰州城市学院信息工程学院,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】O6-31.引言网格这个词诞生于90年代中期，用来表示一个为高级科学与工程技术提出的分布式计算基础设施.网格是把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源的全面共享.网格被称作是第三代Internet,不仅包括计算机和网页，而且还包括各种信息资源，例如数据库、软件和各种信息获取设备等，它们连接成一个整体，向用户提供一体化的服务.网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的专门针对复杂科学计算的新型计算模式.在科学、工程和商业计算领域，有很多问题难以使用现有的超级计算机解决，如需要处理的海量数据资源分布在不同的地理位置，所需的特殊计算和输入输出设备等不是本地的.基于这种情况，网格计算技术被提了出来，它将网络上的各种资源，包括超级计算机、大规模存储系统、个人计算机、各种设备等组织在一个统一的体系下，从而能够以非常方便的方法解决各种复杂的问题.网格计算远远超越了传统的计算，从技术层面上来说，网格计算能够构建系统映像来虚拟化分布式计算和数据资源，例如处理能力、网络带宽和存储容量.一位网格的用户实际上只能看到一个单一的大型虚拟计算机.2.网格概述2.1 网格计算的基本概念网格是把地理位置上分散的资源集成起来的一种基础设施.通过这种基础设施，用户不需要了解这个基础设施上资源的具体细节就可以使用自己需要的资源.分布式资源和通信网络是网格的物理基础，网格上的资源包括计算机、集群、计算机池、仪器、设备、传感器、数据，存储设施、软件等实体，此外，这些实体工作时需要的相关软件和数据也属于网格资源.美国阿尔贡国家实验室的资深科学家、美国著名的网格计算项目Globus的主持人之一Lan Foster，曾在1998年主编过题为《网格：一种新计算的基础设施的蓝图》[1]的一本书.他是这样描述网格：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普通老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，而网格功能则更多更强，能让人们透明地使用计算、存储等其他资源.”网格把用通信手段连接起来的资源无缝集成为一个有机的整体.它给用户提供一种基于国际互联网的新型计算平台，在这个平台上对来自客户的请求和提供资源的能力之间进行合理的匹配，为用户的请求选择合适的资源服务，实现广域范围的资源共享[2].由此，资源共享是网格的根本特征，消除资源孤岛是网格的奋斗目标.网格中包含主体和客体两种实体.网格主体是网格活动的驱动者，是具有自主活动能力的实体，网格中的活动指令都是由网格主体发出的.网格客体是网格中不能自主活动的实体，是网格活动进行的场所、操作实现的工具.网格客体需要网格主体的驱动才能进行相应的动作.网格系统中还包括表示网格主体和网格客体之间关系的网格策略.网格G可以看成是由网格主体S，网格策略P，网格客体O构成的一个集合 G={S，O，P}.2.2 网格的分类网格由于其分布范围广、功能强、用户群数量巨大，其功能也就比较丰富.我们可以从不同的角度出发，对网格进行分类.（1）按网格客体分类按照网格客体的不同层次，可将网格分为资源网格、信息网格和知识网格三个从低到高的层次，如图1所示.这里的资源网格包括计算网格和数据网格，它为上层应用提供数据层面的联通和共享.信息网格在网格操作系统之上，为上层应用提供信息的无缝共享.知识网格是网格的高层应用，主要功能是从底层的数据和信息中发掘、处理和应用知识.图1 基于网格客体的层次分类结构（2）按网格主体分类按照主体的分类方法就是把网格分成面向不同应用领域的网格.一般有科学研究网格、地震网格、游戏网格、教育网格、制造网格等许多种，这里不能一一列举.这样分类的网格其服务对象的要求比较集中，都属于专用网格.比如科学研究网格把一些精密的实验仪器（天文望远镜、粒子加速器和超级计算机等）所产成的数据与广大的用户连接起来，给世界范围内的科研人员提供良好的研究环境.2.3 网格的特点基于因特网的网格计算支持属于不同管理域的计算机节点参与计算和资源共享.因此,一个性能优良的网格计算系统必须具备以下特点:（1）异构性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超级计算机有多种类型，不同类型的超级计算机在体系结构、操作系统及应用软件等多个层次上可能具有不同的结构.（2）可扩展性网格计算系统初期的规模较小随着超级计算机系统的不断加入，系统的规模随之扩大.由此可能带来的一个问题是随着网格资源的增加而引起的性能下降以及网格延迟，网格必须能适应规模的变化.（3）可适应性在网格中，具有很多资源，资源发生故障的概率很高.网格的资源管理或应用必须能动态适应这些情况，调用网格中可用的资源和服务来取得最大的性能.网格计算系统由于地域分布和系统的复杂使其整体结构经常发生变化，网格计算系统的应用必须能适应这种不可预测的结构.（4）不可预测性动态和不可预测的系统行为.在传统的高性能计算系统中，计算资源是独占的，因此系统的行为是可以预测的.而在网格计算系统中，由于资源的共享造成系统行为和系统性能经常变化.（5）多级管理域由于构成网格计算系统的超级计算机资源通常属于不同的机构或组织并且使用不同的安全机制，因此需要各个机构或组织共同参与解决多级管理域的问题.2.4 网格体系结构网格体系结构就是关于如何建造网格的技术.它给出了网格的基本组成与功能,描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法,刻画了支持网格有效运转的机制[3].目前比较重要的网格体系结构有两个,一种是5层沙漏结构,另一种是开放网格服务结构OGSA（Open Grid Services Architecture).2.4.1 五层沙漏结构五层沙漏结构是以协议为中心的模型,它由以下几部分构成，如图2所示.（1）构造层局部控制的界面.控制局部的资源,向上提供访问这些资源的接口. （2）连接层支持便利的安全的通信.实现相互的通信,定义了核心的通信和认证协议,用于网格的网络事务处理之中.（3）资源层共享单一资源,实现对单个资源的共享.（4）汇聚层协调各种资源.（5）应用层是用户需求的具体体现.在网格操作系统的支持下,网格用户可以使用其提供的工具或环境开发各种应用系统.图2 五层沙漏结构在这种层次结构中，每层都有自己的服务、API（Application Program Interface）和 SDK(Soft Development Kit),或者服务、API和SDK中的部分.上层协议的实现调用下层提供的功能，网格内的全局应用都通过协议提供的结构调用网格管理软件的功能.2.4.2 开放网格服务体系结构开放网格服务体系结构（OGSA）是以服务为中心的模型,它是一个由节点和连线构成的框[4].开放网格服务体系结构包含：纤维层、联络层、资源使用层、协作层、应用层共5个层次.其中：纤维层用于远程调用及控制，它是整个网格系统的基础.联络层（Connect ivity Layer）提供查询网格服务、通讯服务和安全控制[5].开放网格服务体系结构的两大技术支撑为网格技术和Web service,它的功能通过服务接口实现.它是目前最新的网格体系结构,被称为下一代的网格体系结构.3.网格系统的主要功能3.1 信息管理3.1.1 网格信息网格是一个把分布式资源集成起来供网格主体使用的系统，其中客体和主体的数量都很大.把一个主体和合适的客体联系起来需要网格信息管理机构的支持.网格信息管理模块是网格系统的中心模块，是网格中主体和客体联系的纽带，任何网格活动都是基于网格信息管理提供的信息进行的.网格信息管理包括三个类型的角色：信息提供者、信息中介者（broker）、信息请求者.网格资源和用户加入网格时向信息中介者注册自身的相关信息，并在信息发生变化时更新相关信息，注册在中介者处的信息供信息需求者查询.下面将介绍网格信息管理的信息及几种常见的信息管理机制.网格中的物理资源都经过了虚拟化，隐藏了资源的大部分物理特性，但在资源的实际使用中，用户还是要知道关于资源物理特性的信息，比如处理器的速度、内存空间的大小、操作系统的版本等，以便选择合适的资源.在OGSA网格体系结构出现以后，资源更是被封装为服务提供给用户，网格服务的信息管理更是成为网格信息管理研究的重点.3.1.2 网格信息管理系统的功能网格信息管理系统提供信息的提供、获取和管理，其基本功能包括信息注册、信息更新、信息查询、信息注销、信息分发.[6]信息注册是信息被使用的第一步，信息注册中心是注册信息的存放处，它需要严格的安全措施以保证只有合法的用户才能向其注册真实的信息.注册过程可以由人工驱动，也可以由处于网格管理体系下的应用、服务或设备注册.信息更新是信息管理的一个基本操作.动态信息需要按一定的规律更新，如周期性更新、超出设定阈值后的更新等.静态信息在注册之后，由于情况的变化也可能需要删除或者修改等更新操作.信息查询是信息服务最基本的功能，信息管理系统需要为用户提供良好的查询方式和友好的查询接口.查询结果用于指导网格上的各种活动，如网格服务的发现，就需要根据信息查询等结果，选择合适的网格服务.信息注销将信息从注册中心撤除，该操作只能由特殊的用户完成，如该信息的注册者、注册该信息时指定的注销者以及网格社区的管理员.当资源拥有者不想将资源向网格用户提供时，他可以注销该资源的信息.但在很多情况下，资源已不可用，但是信息提供者又没有主动注销相应的信息，网格中就会产生大量的垃圾信息，因此需要有垃圾信息处理机制处理这些垃圾信息，提高网格信息服务的性能和信息的准确性.信息发布完成的任务有两类，一类是把一条信息从一个注册中心发布到可能需要的多个注册中心，另一类是把一条新产生的信息发布到需要该信息的潜在使用者那里.信息的发布方式类似于社会生活中的商品，可以分为两种，一是消费者主动到注册中心发现信息，另一种是向可能的用户推销.3.2 资源管理网格资源纷繁复杂、种类多、信息量大，如何有效地管理好网格中的各种资源是一项十分繁杂的工作.资源管理包括资源的发现、描述、定位、注册、分配、监测、更新和信息发布等.要实现高性能计算和共享异构网格资源，必须提供统一的资源管理机制.统一资源管理模型负责用户与网格计算环境的交互，提供与网格计算系统的统一出入口.要组织网格计算的资源，通常使用单一映象文件系统来实现.单一映象文件系统将地理上分散的异构资源映象成一个单一入口的虚拟机器.目前，构造单一映象文件系统一般使用虚拟目录服务技术，将各种分散的地理资源映射到逻辑的文件系统上.目录服务是指一个存储着用于访问、管理或配置网络资源信息的特殊数据库，它把网络环境中的各种资源信息（计算资源：IP地址、可使用软件、系统管理者、连续的网络、操作系统名称和版本号、存储系统信息、系统负荷、进程信息、内存信息、任务队列等；网络资源信息：网络带宽、网络协议、网络延迟、网络的逻辑拓扑结等；基础设施信息：主机信息、资源管理者等）都作为目录信息.在目录树结构中分层存储，对这些信息可以存储、访问、管理并使用，它采用动态可扩展的框架来管理网格计算环境中各种资源的静态和动态信息，保证了灵活性和动态性. 3.3 数据管理3.3.1 网格数据数据是网格中的一种重要资源，具有可复制、可移动、可压缩、可加密等特性.网格上许多数据的数据量非常大，且通常为分布式存储，需要专门的管理机制来管理网格上的数据，如数据传输、数据存储、副本管理等.虽然数据也是一种资源，但这种资源与其他网格资源相比，具有一些与众不同的特点：（1）网格中数据的量是巨大的网格计算，特别是数据密集型的众多科学和工程计算，通常会需要处理大量的数据，如美国宇航局的卫星每天都将处理和生成超过2TB的数据，全球气候变暖模拟实验也产生TB数量级的数据.（2）数据资源是网格应用或程序之间联系的纽带网格应用领域中的程序需要访问和产生大量的数据，不同的程序之间也需要传输大量的数据，以实现信息的交互和协调的工作.（3）数据资源具有可无限复制的特点只要通过合法的用户请求，网格数据资源就可以被复制成指定的多个备份.（4）数据资源具有特殊的存储机制网格中的数据资源可以创建多个副本，并存于不同的地方，用户请求该数据时，网格管理机构在原始数据和多个备份之间选择合适的数据副本供用户使用3.3.2 数据管理的功能数据管理是网格系统中重要的模块，它要为网格用户提供透明地共享使用网格上存储资源和数据资源的手段，为用户提供透明地访问、存储、传输和管理数据的界面，使用户能够方便地实现数据共享.（1）数据实例网格中的数据可以用数据文件或数据库的形式存在，为了隐藏以不同形式存储的数据的具体细节，提供一个统一的接口，网格中引入了“数据实例”这个新的概念.数据实例是网格上数据管理的基本单位，它可以是一个数据文件或其中的一部分，也可以是一个数据库或其中的部分数据记录，还可以是数据实例的组合，通过数据实例的属性就可以访问相应的数据.（2）数据传输数据传输将数据从源节点传输到目的节点，这是网格数据管理的基本功能之一.用户作业所需的输入数据、应用运行产生的结果数据、交换运算过程中的中间数据都需要数据传输的支持.将数据下载到本地，然后开始应用是普遍可见到情况，在某些情况下，如因本地存储空间的限制而不能将所有数据下载到本地后再使用时，数据传输将会更加频繁.数据传输需要满足传输速度、数据完整性、容错性的要求. （3）数据存储数据存储机制直接影响着数据的访问.通常而言网格数据分布存储在网格中不同资源的存储介质中，这是因为网格中数据量很大，单个个人或组织所拥有的存储资源容量有限，而且他们拥有的计算资源能力有限，不一定有能力不断处理快速增长的数据，另外分布存储可避免传输带宽的限制带来的问题.网格数据分布存储在不同位置的不同设备中，并具有不同的特点，数据管理模块为用户提供一个统一的数据视图、统一的访问接口，用户不需要了解数据对象的具体底层实现机制.4.网格计算的应用目前除学术机构研究网格技术以外,政府和企业也投入到网格系统的构建和网格计算应用中.网格计算应用范围广泛,涉及科学研究领域和生活领域的各个方面. （1）网格计算在科研领域的应用在科学研究领域,网格技术可以辅助科学家完成重大领域的科学研究.网格计算技术除具备超级计算能力以外,还将不同地域的资源整合在一起,使科学工作者能够紧密合作,充分利用共享的资源（如大型的昂贵的仪器设备等）.网格计算技术在美国,首先是在生命科学领域,正在成为现实.在物理学研究方面,德国Max Planck引力物理研究所与德国和美国多个机构合作,利用网格的超级计算能力,共同完成了模拟黑洞的项目.（2）网格计算在企业及居民日常生活中的应用网格计算的商业应用前景广阔.网格计算环境能够提高或拓展企业内所有计算资源的效率和利用率,通过对这些资源进行共享、有效优化和整体管理,使各企业解决以前难以处理的问题,最有效地使用他们的系统,满足客户要求并降低他们计算机资源的拥有和管理总成本.网格计算支持所有行业的电子商务应用.例如,飞机和汽车等复杂产品的生产要求对产品设计、产品组装和产品生命周期管理进行计算密集型模拟.中国国家计算网格简称织女星网格（VegaGrid），该项目前取得的一些研究成果已经开始应用到如税务这样的重要行业.5.小结网格计算系统的标准化工作还需要更进一步.现有网格系统虽然在本系统内部实现了分布资源的一致存储和利用，但是网格系统之间的联网还没有统一的标准.仅网格资源的表示，各系统都采取了不同的表示方法.因此，要实现Internet上资源的无缝计算，必须解决跨越网格的问题.参考文献：[1]FOSTER I,KESSELMAN C.Grid:Blueprint for a New Computinglnfrastructure [M].Morgan:Morgan 2Kauf 2man,1998.[2]FOSTER I，KESSELMAN C,TUECKE S.The Anatomy of the Gr id:Enabling Scalable Virtual Organizations[J].International Journal of Super computer Applications，2001，15（3）：200-222.[3][4]孙培德，胡月仙.网格计算的研究进展及应用前景[J].计算机时代，2003，（1）：125.[5]唐志敏，徐志伟等.网格技术专题[J].计算机研究与发展，2002：39（3）：897－980.[6]罗作民，张景等.网格计算及其关键技术综述[J].计算机工程与应用，2003：30.。
网格计算在远程开放教育中的应用
陕 西 广 播 电视 大 学学 报
Ｓ ＨＡＡＮＸ１ ＲＴＶＵ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ
Ｓ ｌ ｅｐ ５． ２ ００９
第 １卷 １
第 ３期
Ｖｏ ． ｌ Ｎｏ ３ １１ ．
【 程教育】 远
网格 计算在远程开 放教 育中 的应 用
归 达伟
（ 西 广 播 电视 大学 资 源建 设 与现 代 教 育 技 术 中 心 ，陕 西 西 安 ７ ０ ６ ） 陕 １０ ８
用 率低 等缺点 。网格是 把整 个互 联 网整 合 成一 台 巨大 的超 级计 算 机 ，实现 计 算 资 源 、存 储 资 源 、数 据 资 源 、信 息资 源 、知 识 资源 、专 家资源 的全面共 享 。
１ ２网格 的本质 特征 。分布 与资 源共 享 ：分 布是 网格最 本 源 的特 征 ，网格 是 通过 集 中分散 的资 源来 完 ．
［ 摘 要 ］ 网格 是 建 立 在 互 联 网上 的 一 组新 兴技 术 ，被 称 为 第 三代 互 联 网 ， 它 改 变 了网 络 资 源 的共 享 方 式和 存 储 方 式。 网络 远 程 教 育 已经 成 为 我 国 的 一种 重 要 的教 育 形 式 。 然 而 ， 我 国 网络 远 程 教 育仍 存 在 以 下 几 个 问 题 ：教 学 资 源 有 效 利 用 率 低 ；教 学 资 源 的存 储 较 混乱 ；无 法 适 应 新 的教 学理 念 等 。将 网格 技 术 应 用 到 网络 远 程教 育 中 将 有
进行 模拟 实验 。 ２ ２基 于网格 的 视 频 点 播 系统 。由北 京 大 学 教 授 李 晓 明 组 织 的 “ 学 课 程 在 线 ” 网格 项 目是 基 于 ． 大
网格化PPT课件
04 网格化的未来发展
网格化技术的发展趋势
网格化技术将更加智能化
随着人工智能和机器学习技术的不断 发展，网格化技术将更加智能化，能 够更好地实现自动化和智能化管理。
网格化技术将更加精细化
网格化技术将更加融合化
随着各行业的不断融合，网格化技术 将能够更好地实现跨行业的应用，为 各行业提供更加全面和高效的管理和 服务。
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感谢您的观看
大数据技术可以实现对PPT课 件的数据监测和预警，及时发 现和解决潜在的问题。
网格化与人工智能的结合
人工智能技术可以为网格化PPT课件 提供智能化的推荐和匹配服务，根据 用户的需求和行为，推荐更加精准和 个性化的内容。
人工智能技术可以实现对PPT课件的 智能分析和评估，提供更加客观和全 面的评价结果。
随着数据处理和分析技术的不断进步， 网格化技术将能够实现更精细化的管 理和控制，进一步提高管理效率。
网格化在各行业的应用前景
能源行业
网格化技术可以应用于能源行 业的分布式能源管理和智能电 网建设，提高能源利用效率和
能源安ห้องสมุดไป่ตู้。
城市管理
网格化技术可以应用于城市管 理的城市基础设施管理和城市 安全监控，提高城市管理和服 务水平。
制造业
网格化技术可以应用于制造业 的智能制造和工业互联网建设 ，提高生产效率和产品质量。
农业
网格化技术可以应用于农业的 精准农业和智慧农业建设，提 高农业生产效率和农产品质量
。
网格化面临的挑战与解决方案
数据安全问题
网格化技术涉及大量的数据传输 和处理，需要加强数据安全保护 措施，保障数据的安全性和隐私
网格化的优势
网络计算的四种形式
专题报道－1 字数 5000 责编龚杰20世纪90年代，Internet蔓延到世界各地，成为人们沟通信息和协同工作的有效工具,更为重要的是，Internet上汇集的成千上万的计算资源、数据资源、软件资源、各种数字化设备和控制系统共同构成了生产、传播和使用知识的重要载体。
人们开始思考如何将物理上互连的众多资源汇聚起来，联合提供服务，这就是网络计算技术的实质。
网络计算的四种形式国防科技大学计算机学院肖侬卢锡城王怀民在目前，网络计算正处于发展阶段，人们对它的定一还没有形成共识，但一个相对可以接受的理解是：‚网络计算‛是把网络连接起来的各种自治资源和系统组合起来，以实现资源共享、协同工作和联合计算，为各种用户提供基于网络的各类综合性服务。
基于此，人们把企业计算、网格计算、对等计算和普及计算归类为网络计算。
企业计算：以中间件为核心企业计算是‚以实现大型组织内部和组织之间的信息共享和协同工作为主要需求而形成的网络计算技术‛，其核心是Client/Server计算模型和相关的中间件技术。
早在20世纪80年，人们就提出在互连的计算机硬件上部署新型的分布式操作系统，全面彻底地管理整个系统，给用户单一的系统视图。
尽管这一努力产生了许多技术成果和实验系统，但一直没有形成可用的产品，人们直觉地感到在不断扩展的局部自治异构系统上实现资源的集中管理几乎是不可能的，于是开始采用中间件平台技术，以屏蔽系统的异构性，支持局部自治系统的信息交互和协同。
经过十几年的发展，中间件取得了令人瞩目的发展，出现了远程数据库访问、远程过程调用、消息传递和交易管理等各类中间件。
90年代末，面向对象的中间件技术成为中间件平台的主流技术，出现了以SUN公司的EJB/J2EE 、Microsoft的COM＋/DNA和OMG的CORBA/OMA为代表的三个技术分支。
其研究热点是建立标准化的对象请求代理，屏蔽网络环境下计算平台、操作系统、编程语言、网络协议的异构性和复杂性，使分布在网络上的应用系统能够协同工作，为网络应用提供通用的高级网络管理服务以及与应用领域相关的增值服务。
网格计算调度及其应用的研究
点， 白行研 发 出一套调 度程序来 发掘 所需要 的异 构资源 ， 然后 再把项 目分配到这些 资源 中进行计算。这种模式的优 点是项 目 针对性 强， 适用于对资源有特殊要求的项 目。但缺点是程序 开
发 的 时 问 比较 长 ， 本 高 昂 。第 三 种 是 网 格 代 理 程 序 的 调 度 模 成 式 。用 户 通 过 代 理程 序 提 交 需 要 执 行 的项 目， 由代 理 程 序 选 出 最 适 合 的异 构 资源 进 行 计 算 ， 后 把 结 果 返 回 给 用 户 。这 种 模 最
中选择 出最适合用户项 目的那些资源来进行网格计 算。这种方 法 就称作 网格计算调度。它 的关键在于如何平衡各种异构资源 的性 能、 可用性、 经济性以及是否满足用户的服务质 量要求 。
４网 格 代 理 程序
上述 的三种 网格计算 的调度模式各 自具有特 点， 适用 的范 围也各不相 同。现实中使 用得最为广泛 的是网格代理 程序 ， 因
此 本文 将 对 它 作 进 一 步 的 分析 。 网格 代 理程 序 的主 要 分 成 三 大 部 分 。 （ 图 １ 见 ）
尊拭资溽
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如天文 望远镜 ；５ 人力资源 ， 过不同 的分工 安排 ， （） 通 使得整个 系统可 以井然有序地进行实施 。
２２网格 计算 的特 点与应 用 ．
由于 网 格 计 算 摆 脱 了地 理 位 置 的 限 制 ， 以利 用 大 量 不 同 可 的计 算 机 同 时进 行 处 理 ， 大 地 提 高 了计 算 的 效 率 和 缩 短 了运 极 行 时间， 同时 亦 有 效 地 降 低 了计 算 成 本 。因 此 它 适 合 于 计 算 任
学界 Ｉ Ｉ 信息技术
关于对云计算应用及发展前景的探讨
云计 算不 妨认 为包 含 下列几 个层 次 的服 务 基础设施 即服务 （ＩａａＳ），平台即服务 （ＰａａＳ） 和 软件 即服 务 （ＳａａＳ）。
１．１基础设 施即服务 （上层 ）
消费 者通 过互 联 网可 以从完 善的计 算机 基础 设施获得 服务。
１．２平 台即服 务 （中层 ）
实际上 是指 把软 件研 发 的平 台作为 一种 服务 ，以软件即服务的形式提供给用户 。因此 ， 平 台即服务 也是软件 即服务模式的一种应用 。 但 是，平台即服务的 出现可 以加快软件 即服务 的发展 ，尤其 是加 快软件 即服务应用的开发速 度 。
２．１．１ Ｈｉｇｈ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ （高 扩 展 性 ）
云网络 的安全 性涵盖 的 不仅仅 是用户 的 数据安全 ，它也包括预防基于云的僵尸网络、 垃圾 邮件和 其他类 型的在云里 的对看似无限的 资源 的滥用 。这些安全 问题不仅包括与传统计 算相关 的事物 ，也包括涉及到云计算的安全事 务 ，还有一些安全 问题会同时影响到客 户和供 应者 。大多数人提到计算机安全 的时候只会想 到是用户 的计算机受到攻击，但是，考虑个人 滥 用 云 计 算 而 产 生 的 僵 尸 网 络 也 是 必 要 的 。 接 下来 ，将讨论一下几个有关 安全性 的问题 。
能够为大量 的用户提供相应 的服务 。
２．１．２Ａｇｉｌｉｔｙ （灵活 ）
云在 分布 式 模式 的环 境下 工作 ，能够使
用户 、任务 之间的资源 得到快速共享，提高 了
效 率 。
２．１－３ Ｈｉｇｈ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ （高可用性
和 可 靠 性 ）
【关键词 】云计算 定义 主要技术 应用
网格计算技术及其应用研究
维普资讯
第２ 期
与付 费有关 的资源使用数据。
肖庆伦 ， ： 等 网格计算技术及其应用研究
、
３ ９
大型存储设备和数据库 等。这 些资 源在地理 位置 上是分 布
的， 系统具有异构特性 。
４ ）汇聚层 的作 用是将资源层 提交 的受 控资源汇集在一 起， 供应用程序共享使用 。汇聚层提供 目录服务、 资源 分配 、 日程安 排、 网格启动等功能 ， 协调多个 资源之 间的工作 。 ５ ）应用层 是网格 上用户 的应用 程序 ， 应用 程序 通过各
的应用技术 。
２ １ 五层沙漏结构 ．
五层沙漏结构（ 图 １所示 ） 如 是一种影 响十分广泛 的结 构， 它的主要特点就是 简单 ， 主要 侧重 于定 性 的描述 而不是
具体的协议定义 ， 中心思想是采用以“ 其 协议 ” 为中心的分层 结构 ， 利于我们从整体上理解。 有
１ 网格 计 算概述
１ 构 造层是 网格 中可 以被共 享 的资源所 在层 ， 层包 ） 该 括各种物理 设备或逻 辑实体 。该层 的功 能是 向上 层提 供网 格中可共享使用 的资源接 口， 网格通过支持设备共享 的协议
来访问本地设备 。 ２ ）连接层 是 网格 中处理 通信 和授 权 控 制的核 心 协 议
五层沙漏结构根据各组成部分距离共享资源 的远 近 ， 将
协议从下到上分 为五层 ， 的涵义如下 ： 各层
境， 或者说是一个计算 资源池 。从狭义 的角 度 ， 网格一 般被 称为计算 网格 ， 即主要用于解决科学和工程计算 问题 。而 网 格计算就是基 于网格 的问题求解 ， 将分布的计算机组织起来 协同解决 复杂 的科学与工程计算 问题 。
网格计算在三维CAD软件系统的选型与协作中的应用
面共享。在众多的网格项目中，ｌ ｕ 是比较引人注目 并已 Ｇｏ ｓ ｂ 的， 网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的， 专门针 形成事实上的网格计算标准。它是美国 Ａｇｎｅ ｒｏｎ 国家实验室的 对复杂科学计算的新型计算模式。 其目的是为了在异构 、 分布、 研发项目， 全美有 ｌ 多所大学和研究机构参与了该项目。目 ０ 前， 自治的网络资源环境上构造动态的虚拟组织 （ ｉｕｌ ｒ ｎ Ｖｒ ａ Ｏ ｇ ｉ ｔ ａ—
ＣＸ Ａ Ａ、清华 Ｇ ＭＳ、浙 大 ＧＳ ＣＡ Ｅ － Ｄ、天喻 ［ｔｌ Ｄ、开 目 ｎｅＣＡ ｉ
Ｃ Ｄ系统的功能和运算能力， Ａ 解决单个 Ｃ 系统无法解决的 Ｄ Ａ
Ｃ 技术经过 三十 多年的研究和发展 ， Ｄ Ａ 在基础理论 上已得 大型复杂系统 ， 并提高工作效率。
１网格计算的发展状况
Ｃ 系统在现代工业中 Ｄ Ａ 起着越来越重要的作用。由于三维 Ｃ Ｄ软件系统的多样性和复杂性 ， Ａ 在这些产品中做出合理的选 择是一件比较困难的事。同时， 同一公司中 常常同时使用多个三 维 Ｃ Ｄ软件系统，能够充分合理使用这些三维 Ｃ Ｄ系统也是 Ａ Ａ
一
Ｃ Ｄ、 Ａ 新洲 Ｓｌ２０ 等国内三维 Ｃ Ｄ产品。由于服务对象和 ｏｄ００ ｉ Ａ 采用的技术策略不同，各种 Ｃ Ｄ软件间在功能和规模上都存 Ａ
测试人 员可 以利用局域 网上 的所 文提出的系统上可以通过通用命令（ ｏ ｍ ｎＣ ｍ ａｄ或远 得不够直观 。在网格环境下 ， Ｃ ｍ ｏ ｏ ｍ ｎ ） Ｄ Ａ 在网格平台上， 测试人员可以 程控制对 Ｃ Ｄ网格资源进行操作 ， Ａ 其结果 以 Ｃ ｍ ａｄＭｅ — 有已安装 Ｃ 系统的网格资源。 ｏ ｍ ｎ ｔ ａ
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[摘 要]文章论述了网格计算的发展概况、在科学领域的应用范围、网格服务的特点以及
在未来网络市场中的发展潜力。[关键词]数据库；浮点运算；虚拟化；资源共享现代社会由
于大规模的科学和工程计算的需求，迫使计算机必须不断地提高其运算速度和存储容量。计
算机的发展历史表明，为了达到更好的处理性能，除了必须提高系统的硬件的速度外，系统
的结构也必须不断改进，特别是当元器件的速度达到极限时，后者将变成焦点问题。于是，
超级并行机已经成为复杂科学计算领域的主宰。但以超级计算机为中心的计算模式存在明显
的不足，而且目前正在经受挑战。超级计算机虽然是一台处理能力强大的“巨无霸”，但它的
造价极其昂贵，通常只有一些国家级的部门，如航天、军事、气象等部门才有能力配置这样
的设备。而随着人们在日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们迫切需要数据处理能力更
强大的计算机，而超级计算机的价格显然阻止了它进入普通人的工作领域。于是，人们开始
寻找一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们经过努力找到了答案——
Grid Computing（网格计算）。网格（grid）是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计
算资源池。网格也是一种先进的计算基础设施（Advanced Computational Infrastructure，
简称ACI），用于研究与工程应用相结合的项目，学科领域涉及超级计算技术、网络技术、数
据库技术、中间件技术、并行算法和各种计算科学研究与应用技术，是一个综合性的跨学科
高技术研究课题。网格计算（Grid Computing）是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，是
将地理上分布的计算资源（包括数据库、贵重仪器等各种资源）充分利用起来，协同解决复
杂的大规模问题,特别是解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题，是专门针对复杂科学计算的
新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟
的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万
个“节点”组成的“一张网格”， 所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的“虚拟的
超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能力超强；另一个是能充分利用网上的闲置处理
能力。简单地讲，网格是把整个网络整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资
源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。近年来，随着计算机计算能力
的迅速增长，互联网络的普及和高速网络成本的大幅度降低以及传统计算方式和计算机的使
用方式的改变，网格计算已经逐渐成为超级计算发展的一个重要趋势。网格计算是一个崭新
而重要的研究领域，它以大粒度资源共享，高性能计算和创新性应用为主要特征，必将成为
21世纪经济发展的重要推动力。二十世纪九十年代以来，世界各个国家，尤其是发达国家，
建立了很多超级计算应用中心（NCSA）和工程研究中心，美国还制定了新一轮规划的先进计
算框架计划(ACIP),发展面向21世纪的先进计算技术. 我国在科技部的领导和主持下，经过
306主题专家组及相关单位的努力，作为我国高性能计算和信息服务的战略性基础设施的国
家高性能计算环境发展很快。在已建成的5个国家级高性能计算中心基础上，又于中南、西
北等地建立了新的国家高性能计算中心，科技部并加强了网格节点的建设，形成以科学院为
主体的计算网格。教育部也启动了网格计算工程，第一批12个网点正在建设中，国家基金委
也列出专向基金资助网格计算。[!--empirenews.page--]网格是借鉴电力网（electric power
grid）的概念出来的，网格的最终目的是希望用户在使用网格的计算能力时，就如同现在使
用电力一样方便简单。在科学计算领域，网格计算可以在以下几个方面得到广泛应用：1.分
布式超级计算。网格计算可以把分布式的超级计算机集中起来，协同解决复杂的大规模的问
题。使大量闲置的计算机资源得到有效的组织，提高了资源的利用效率，节省了大量的重复
投资，使用户的需求能够得到及时满足。2.高吞吐率计算。网格技术能够十分有效地提高计
算的吞吐率，它利用CPU的周期窃取技术，将大量空闲的计算机的计算资源集中起来，提供
给对时间不太敏感的问题，作为计算资源的重要来源。3.数据密集型计算。数据密集型的问
题的求解往往同时产生很大的通讯和计算需求，需要网格能力才可以解决。网格可以药物分
子设计、计算力学、计算材料、电子学、生物学、核物理反应、航空航天等众多的领域得到
广泛的需求。4.基于广泛信息共享的人与人交互。网格的出现更加突破了人与人之间地理界
线的限制，使得科技工作者之间的交流更加的方便，从某种程度上可以说实现人与人之间的
智慧共享。5.更广泛的资源贸易。随着大型机的性能的提高和微机的更加普及，及其资源的
闲置的问题也越来越突出，网格技术能够有效地组织这些闲置的资源，使得有大量的计算需
求的用户能够获得这些资源，资源的提供者的应用也不会受到太大的干扰。需要计算能力的
人可以不必购买大的计算机，只要根据自己的任务的需求，向网格购买计算能力就可以满足
计算需求。 早期的网格体系结构是五层沙漏结构。在五层沙漏结构中，最重要的思
想是以“协议”为中心，它侧重于外部的行为而不是内部的特征，通过协议可以实现一种机
制，使得虚拟组织的拥护与资源之间可以进行资源使用的协商，建立共享关系，并且可以进
一步管理和开发新的共享关系。这一标准化的开放结构对网格的扩展性、互操作性、一致性
以及代码的共享都有好处。 在2002年的2月，IBM与 Globus 共同发表了OGSA（Open Grid
Services Architecture），勾勒了Globus Toolkit3.0的蓝图。OGSA主要是将 Web Services、
数据库存取、J2EE 等技术规范纳入网格计算。初步的规范已经公布在网络上供大家评估建议。
五层沙漏模型中，强调的是被共享的物理资源（或者是这些资源所支持的服务）在OGSA 中，
服务所指的概念更广，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，一切都是
服务。五层模型实现的是对资源的共享，而在OGSA中，实现的对服务的共享。在OGSA中一
切都看作是网格服务，网格是可扩展的网格服务的集合，即网格={网格服务}。 以网格服
务为中心的模型的好处有以下几点：网格中所有组建都是虚拟的，通过提供一组相对统一的
核心接口，所有的网格服务都基于这些接口的实现，就可以很容易地构造出具有层次结构的、
更高级别的服务，这些服务可以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待。虚拟化也
使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上成为可能，在对服务进行组合时不必考虑
具体的实现，可以以底层资源组成为基础，在虚拟组织中进行资源管理。通过网格服务的虚
拟化，可以将通过的服务语义和行为，无缝地映射到本地平台的基础设施之上。
[!--empirenews.page--] “蓝色巨人”IBM正在构筑一项名为“Grid Computing”的计
划，旨在通过因特网，向每一台个人电脑提供超级的处理能力。IBM公司副总裁、也是这项
计划的总设计师欧文·伯杰说，“Grid Computing”是一种整合电脑资源的新手段，它通过因
特网把分散在各地的个人电脑连接起来，不仅可使每台个人电脑通过充分利用相互间闲置的
电脑能源，来提升各自的电脑处理能力，还可使成千上万的用户在大范围的网络上共享电脑
处理功能、文件以及应用软件。正如网络技术总是从科学开发领域转向企业商务领域一样，
我们也希望看到‘Grid Computing’能取得这样的进展。 另一个业界巨人SUN也推出新
软件促进网络计算的发展。2001年11月，Sun推出了Sun Grid Engine企业版软件的、，继
续提升它的网络技术计算水平。该软件自推出以来， Sun Grid Engine 企业版软件的用户已
经增长了20倍。今天，全球有118000多颗CPU都是采用Sun Grid Engine软件管理的。 除
此之外，一批围绕网格计算的软件公司也逐渐壮大和为人所知并成为受到关注的新商机，如：
Entropia、Avaki、Noemix、Data Synapse等等。有业界专家预测，网格计算将成为未来网
络市场发展的热点。据《ForbesASAP》预测，网格技术将在本年度达到高峰，并带来因特网
的新生。