淺析網(wǎng)格計算的發(fā)展及應(yīng)用

淺析網(wǎng)格計算的發(fā)展及應(yīng)用

論文關(guān)鍵詞：網(wǎng)格計算資源共享論文摘要：網(wǎng)格計算越來越被人們所提起，并作為一種分布式計算體系結(jié)構(gòu)日益流行，它非常適合企業(yè)計算的需求。很多領(lǐng)域都正在采用網(wǎng)格計算解決方案來解決自己關(guān)鍵的業(yè)務(wù)需求。本文介紹了網(wǎng)格計算的基本概念、發(fā)展過程和未來的一些發(fā)展趨勢。0引言二十世紀(jì)六十年代末，人類采用信息包傳輸和開放式整體結(jié)構(gòu)技術(shù)，組建了ARPAnet，從而誕生了Internet。到了九十年代初，萬維網(wǎng)應(yīng)運而生。隨著人們?nèi)粘９ぷ饔龅降纳虡I(yè)計算越來越復(fù)雜，人們越來越需要數(shù)據(jù)處理能力更強大的計算機。網(wǎng)格技術(shù)正是在此背景之下出現(xiàn)，并且正在逐漸地由一個新興名詞轉(zhuǎn)變成為運用于商業(yè)、科研、醫(yī)藥等各行業(yè)的技術(shù)產(chǎn)物。1網(wǎng)格介紹1.1網(wǎng)格的概念網(wǎng)格計算日前成為IT界人士討論的熱門話題。打個比喻，一面鏡子反射的陽光能量有限，但是眾多鏡子“集群”在一起，反射的能量就很大了?，F(xiàn)今，很多領(lǐng)域需要強大的計算能力，但是卻沒有能力配備足夠高端的服務(wù)器。于是，人們將思路放到了“集腋成裘”上，這引發(fā)了“網(wǎng)格計算”這一概念的出現(xiàn)。簡單說，網(wǎng)格計算是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展起來的，是專門針對復(fù)雜科學(xué)計算的新型計算模式。這種計算模式是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組成一個“虛擬的超級計算機”，其中每一臺參與計算的計算機就是一個"節(jié)點"，而整個計算是由成千上萬個“節(jié)點”組成的“一張網(wǎng)格”，所以這種計算方式叫網(wǎng)格計算（GridComputing）。也就是說網(wǎng)格計算就是指將多個計算機組成網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)，“模擬實現(xiàn)高性能計算機”的技術(shù)。假如有一項業(yè)務(wù)使用1GHzCPU需要3分鐘的處理時間。如果網(wǎng)絡(luò)中有3臺安裝了同樣CPU的計算機，我們把這項業(yè)務(wù)分成3等分，然后分別交給每臺計算機進行處理，那么簡單地計算一下就會知道其處理時間將縮短到1分鐘。這就是網(wǎng)格計算的基本思路。1.2網(wǎng)格和電力網(wǎng)為了更好地理解網(wǎng)格計算，我們先看看另外一種“格子”——電力網(wǎng)是如何工作的?？梢哉f，電力網(wǎng)的模式是網(wǎng)格努力的方向。在打開電燈的時候，幾乎沒人考慮他所用的電能是從哪個發(fā)電廠來的?；ヂ?lián)網(wǎng)的情形如何呢？人們獲取信息的時候，并不是直接從互聯(lián)網(wǎng)本身獲取，而是必須告訴計算機去訪問某一個特定的網(wǎng)站——這就好比，我們在打開電燈之前，先告訴它我們需要從哪一個電站獲得電能一樣。網(wǎng)格的目標(biāo)，就是讓人們使用網(wǎng)絡(luò)資源像用電一樣簡單，你不需要知道為你提供服務(wù)的計算機來自哪里，而且，一旦某個服務(wù)器流量劇增，可以憑借網(wǎng)上數(shù)以萬計的計算機來對其進行有效的負載分擔(dān)，這就是網(wǎng)格的發(fā)展方向之一。電力網(wǎng)格網(wǎng)格的區(qū)別如表一所示：表一1.3網(wǎng)格和因特網(wǎng)用簡單的話講，網(wǎng)格是高性能計算機、數(shù)據(jù)源、因特網(wǎng)三種技術(shù)的有機組合和發(fā)展，它與因特網(wǎng)相比具有高性能、一體化、知識生產(chǎn)、資源共享等技術(shù)優(yōu)點。如果說高性能只是反映了網(wǎng)格和因特網(wǎng)數(shù)量上的區(qū)別，那么網(wǎng)格的知識生產(chǎn)特性就反映了質(zhì)的區(qū)別。因特網(wǎng)本身不創(chuàng)造或生產(chǎn)知識。人們都是先把信息或者是知識用其他方式生產(chǎn)出來以后，再“放到網(wǎng)上”，供用戶查找。網(wǎng)格則能根據(jù)用戶的要求自動地生產(chǎn)知識。在知識生產(chǎn)的過程中，高性能計算機將起到關(guān)鍵的作用。它把從數(shù)據(jù)源（傳感器、貴重設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、信息庫等等）得到的原始數(shù)據(jù)，運行特定的程序加工成信息和知識。網(wǎng)格可以自動地找到高性能計算機、程序軟件和數(shù)據(jù)源。一個網(wǎng)格有多臺分布在全國各地的高性能計算機，稱為網(wǎng)格結(jié)點。2網(wǎng)格計算2.1網(wǎng)格計算的優(yōu)勢網(wǎng)格計算是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)而迅速發(fā)展起來的，專門針對復(fù)雜科學(xué)計算的新型計算模式。這種計算模式是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個“虛擬的超級計算機”，每一臺參與計算的計算機就是一個結(jié)點，而整個計算是由成千上萬個結(jié)點組成的“一張網(wǎng)格”。這樣組織起來的“虛擬的超級計算機”有兩個優(yōu)勢，一個是數(shù)據(jù)處理能力超強；另一個是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。實際上，網(wǎng)格計算是分布式計算（DistributedComputing）的一種，參與工作的是計算機網(wǎng)絡(luò)，顯然這種方式較以往的以個人計算機為單位的計算方式相比將具有更加強大的數(shù)據(jù)處理能力。充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力則是網(wǎng)格計算的又一個優(yōu)勢，網(wǎng)格計算模式首先把要計算的數(shù)據(jù)分割通常實現(xiàn)的軟件是一個預(yù)先編制好的屏幕保護程序，然后不同結(jié)點的計算機可以根據(jù)自己的處理能力下載一個或多個數(shù)據(jù)片斷和這個屏幕保護程序。只要位于某個結(jié)點的計算機的用戶不使用計算機時，屏保程序就會工作，來調(diào)動閑置計算能力。2.2網(wǎng)格計算功能和性能第一，網(wǎng)格的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)比因特網(wǎng)具有更大的帶寬。歐美的網(wǎng)格計劃都會使用更高速度的主干網(wǎng)。第二，網(wǎng)格上將有更多高性能計算機，因此網(wǎng)格的計算速度、數(shù)據(jù)處理速度可以大幅度提高。第三，網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)將比因特網(wǎng)更能有效地利用這些資源。第四，網(wǎng)格將促進更多、更大的網(wǎng)上社區(qū)的出現(xiàn)。這些相互聯(lián)結(jié)的社區(qū)最終構(gòu)成一個龐大的網(wǎng)格社區(qū)，把我們地球上所有公民聯(lián)為一體。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的麥特考夫定律，網(wǎng)格的價值與網(wǎng)格用戶數(shù)的平方成正比。3網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用對于一項技術(shù)來說，其出發(fā)點和落腳點都應(yīng)該指向應(yīng)用。以應(yīng)用推動網(wǎng)格發(fā)展也是我們國家發(fā)展網(wǎng)格技術(shù)的一個指導(dǎo)思路。事實上，網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用離我們的生活并不遙遠，在我們社會生活的各個領(lǐng)域、各個層面都活躍著網(wǎng)格技術(shù)的身影。3.1學(xué)科研究網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)，最大程度地提高了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)計算資源的利用率。目前，利用網(wǎng)格提高現(xiàn)有資源利用率主要有兩種辦法。另外一種方式就是通過互聯(lián)網(wǎng)，利用互聯(lián)網(wǎng)個人用戶的閑置計算機，進行科學(xué)研究。3.2企業(yè)信息處理網(wǎng)格專家為我們描繪的是這樣的一幅畫面：等網(wǎng)格的觸角深及到互聯(lián)網(wǎng)的每一個角落時，我們從互聯(lián)網(wǎng)獲得網(wǎng)格的運算資源就會像我們從電網(wǎng)上獲取電力那么簡單，我們只需要支付少量費用，就可以租用這臺“超級信息處理中心”為我們工作。這對于信息處理需求大的企業(yè)來講，無疑是個福音。現(xiàn)在很多企業(yè)為了保證其業(yè)務(wù)不間斷地運轉(zhuǎn)，大多部署了價格不菲的大型IT系統(tǒng)，這些IT設(shè)備除了在少數(shù)的業(yè)務(wù)高峰時間可以得到充分利用外，大部分時間都是閑置的，這些閑置資源無疑導(dǎo)致了企業(yè)運行成本的增加。一個強大的可租用虛擬系統(tǒng)，可以讓用戶完成以前難以承擔(dān)的任務(wù)，其生產(chǎn)成本卻不會有明顯的增長。3.3電子政務(wù)網(wǎng)格技術(shù)可以整合和管理分散在各部門的信息化資源，實現(xiàn)各個政府部門之間數(shù)據(jù)的無縫交換，消除“信息孤島”，打破電子政務(wù)資源共享的瓶頸；另一方面，網(wǎng)格技術(shù)的分布式工作模式，可以有效地實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境下的協(xié)同辦公，提高政府的工作效率、增強為公眾服務(wù)的能力。3.4個人娛樂隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻點播與在線游戲已經(jīng)成為個人娛樂重要的一環(huán)。使用網(wǎng)格可以為游戲開發(fā)商和服務(wù)供應(yīng)商提供可擴展的、高彈性的基礎(chǔ)設(shè)施以運行大型多人游戲。利用了網(wǎng)格技術(shù)自恢復(fù)特性，能夠無縫隙地將所玩的游戲轉(zhuǎn)到最近的可用服務(wù)器上，實現(xiàn)了用戶資源的統(tǒng)一調(diào)動、統(tǒng)一保存，極大提高了游戲運行和服務(wù)的可擴充性。而對于個人用戶來說，網(wǎng)格服務(wù)器則意味著更安全、更快捷的游戲體驗。網(wǎng)格技術(shù)有望使虛擬現(xiàn)實技術(shù)走向平民化。由于運行虛擬現(xiàn)實技術(shù)所需要的計算資源太過于龐大，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)只用于飛行員、宇航員等的訓(xùn)練工作，普通個人根本無法享受這一技術(shù)帶來的娛樂體驗。利用網(wǎng)格這種造價低廉而數(shù)據(jù)處理能力超強的計算模式，可以將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于網(wǎng)絡(luò)游戲中，讓參與游戲的人可以真切地感受虛擬環(huán)境所帶來的游戲快感。毫無疑問，如果這一技術(shù)移植成功，將對目前的網(wǎng)絡(luò)游戲起革命性的變化。4網(wǎng)格計算的發(fā)展趨勢隨著網(wǎng)格計算的發(fā)展，也有人把它看成是未來的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。國外媒體常用“下一代互聯(lián)網(wǎng)”、“互聯(lián)網(wǎng)2”、“下一代Web”等詞語來稱呼與網(wǎng)格相關(guān)的技術(shù)。企業(yè)界用的名字就更多了，包括內(nèi)容分發(fā)、服務(wù)分發(fā)、電子服務(wù)、實時企業(yè)計算、分布式計算、P2P計算、Web服務(wù)等。這些名詞所代表的技術(shù)有一個共同點，即將互聯(lián)上的資源整合成一臺超級服務(wù)器，有效地提供內(nèi)容服務(wù)、計算服務(wù)、存儲服務(wù)等。網(wǎng)格計算的興起將改變傳統(tǒng)的Client/Server和Client/Cluster結(jié)構(gòu)，形成新的Pervasive/Grid（普適計算/網(wǎng)格計算）體系結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，客戶端是各種各樣的上網(wǎng)設(shè)備，而連在網(wǎng)上的各種服務(wù)器將