網(wǎng)格研究及其面臨的問題

1、網(wǎng)格研究及其面臨的問題    網(wǎng)格是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術而迅速發(fā)展起來的,最初是專門針對復雜科學計算應用的一種新型計算模式。隨著網(wǎng)格技術的發(fā)展和應用的擴展,網(wǎng)格逐步進入到商業(yè)使用中。人們預言,網(wǎng)格技術和應用將成為具有高性能處理、海量數(shù)據(jù)存儲和大量儀器設備等特征的21世紀人類社會的信息處理基礎設施。通過它可以匯聚Internet中分散異構、動態(tài)變化的計算和信息資源,將其中不同組織和機構的資源虛擬化,使人們能像使用一臺計算機那樣使用Internet中的各種資源,把Internet從通訊和信息交互平臺提升到資源共享和協(xié)同工作的平臺。 1.研究熱潮

2、0;美國政府自20世紀90年代就開始投資于網(wǎng)格技術研究,累計用于網(wǎng)格技術基礎研究方面的經(jīng)費已近5億美元,相繼提出了各種網(wǎng)格理論,并建立以Globus、Globe、NetSolve、Javalin為代表的實驗模型和項目。作為網(wǎng)格計算最杰出的代表,由美國Argonne國家實驗室實施研發(fā)的Globus,被認為是網(wǎng)格技術的典型代表。Globus通過對網(wǎng)格技術的研究相應軟件的開發(fā)及相關標準的制定,力圖構造一個規(guī)范的網(wǎng)格計算環(huán)境,實現(xiàn)對高性能計算機遠程計算資源普遍、可靠、一致性的訪問。在對資源管理、安全、信息服務及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計算的關鍵理論進行研究的同時,Globus于1999年開發(fā)出的能運行于各類平臺

3、的網(wǎng)格計算工具軟件GlobusToolkit是該系統(tǒng)最重要的成果,其源代碼完全開放,可以幫助規(guī)劃和組建大型網(wǎng)格實驗平臺,開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應用程序。目前,Globus的技術已在NASA網(wǎng)格、歐洲數(shù)據(jù)中心、美國國家技術網(wǎng)格等8個項目中得到應用。美國國防部規(guī)劃實施的“全球信息網(wǎng)格”計劃,將在2020年完成。作為該計劃的一部分,美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊已先期啟動了一個耗資160億美元、歷時8年的項目,進行系統(tǒng)的研制、建設、維護和升級。 英國政府已決定投入1億英鎊用于網(wǎng)格研究,建立英國的國家網(wǎng)格項目,形成全國范圍內(nèi)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡系統(tǒng)。歐盟已于2001年1月起,正式實施由歐洲粒子實驗室

4、等6個研究機構參與的數(shù)據(jù)網(wǎng)格項目,計劃在3年內(nèi)投資980萬歐元,采用Globus網(wǎng)格技術,建立一個在歐洲范圍內(nèi)不同數(shù)據(jù)源之間實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)計算與數(shù)據(jù)交換的大規(guī)模分布計算環(huán)境和共享平臺,為科學研究提供強大保障。法國啟動的國家網(wǎng)格計劃,前3年計劃的經(jīng)費投入是1000萬美元。荷蘭國家網(wǎng)格計算計劃將使5個大學的研究人員能夠更有效地在生物信息到粒子物理等科研項目方面進行合作。這一網(wǎng)格計算計劃包含5臺Linux群集系統(tǒng)(每個大學各一臺),通過荷蘭大學的高性能網(wǎng)絡SUPERNet連接在一起。 我國已經(jīng)完成的網(wǎng)格研究項目主要有清華大學的先進計算基礎設施ACI和以中科院計算所為主的國家高性能計算環(huán)境NH

5、PCE。目前正在進行的網(wǎng)格研究項目主要有:“863”專項計劃支持的“中國網(wǎng)格”項目;由中國科學院計算所領銜開發(fā)的“織女星網(wǎng)格”項目;由上海多所大學參加的“上海教育科研網(wǎng)格”項目;由航天總公司第二研究院和清華大學共同開展的“仿真網(wǎng)格”項目。其中,由中國科學院計算所領銜攻關的“織女星網(wǎng)格”項目,涉及到網(wǎng)格超級服務器、網(wǎng)格操作系統(tǒng)、信息網(wǎng)格和知識網(wǎng)格的架構、性能、應用的各個層面,其未來的目標是具備大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理能力、高性能計算能力,以及資源共享和提高資源利用率方面的能力。 2.面臨的技術問題 網(wǎng)格技術的興起和發(fā)展得益于技術進步和應用需求的驅動,但面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術方面,其研

6、究重點是網(wǎng)格軟件技術的研究和實現(xiàn),并以網(wǎng)格系統(tǒng)軟件為主要研究對象。人們需要建立具有開放性的體系結構、標準和協(xié)議,以形成信息獲取、傳輸、訪問、共享和處理的單一開放的信息處理基礎設施平臺,需要克服虛擬組織的管理和協(xié)同工作問題,需要解決網(wǎng)格的可用性和可開發(fā)性障礙,并解決系統(tǒng)安全問題。網(wǎng)格作為基礎設施,除了技術上的挑戰(zhàn)外,一些社會、政治因素對網(wǎng)格的普及也至關重要,應當建立資源的外包、數(shù)據(jù)的保密等法律保護機制。 為了實現(xiàn)支持資源共享、協(xié)同工作,具有資源虛擬化和服務特征的網(wǎng)格,還需要理論和技術創(chuàng)新的支撐。網(wǎng)格研究面臨一系列需要回答的問題,例如(1)網(wǎng)格環(huán)境下數(shù)據(jù)如何分布、組織、管理?要求什么樣的

7、存儲模型?(2)如何對動態(tài)變化的資源實施有效管理?如何在廣域環(huán)境下調度資源,保證服務質量?(3)網(wǎng)格服務的語義如何表示?應用開發(fā)者如何理解服務語義并與其應用目標相匹配?(4)為了在虛擬資源空間中建立資源提供者和使用者之間的信賴關系,保證各自的安全,應該建立什么樣的網(wǎng)格計算安全模型和機制?(5)由于資源的分散性和部門所屬性,網(wǎng)格能否像電信基礎設施那樣由集中的大運營商來運營?它的經(jīng)濟模型和盈利機制是什么?如何通過引入投資機制,建立網(wǎng)格的運營服務業(yè)?在強調共享技術的同時,如何用有效的利益機制來促進共享?這對于網(wǎng)格在中國的成功也許比技術問題更為重要。 此外,迄今為止尚未制定出全球統(tǒng)一的網(wǎng)格標

8、準。國際上網(wǎng)格技術的研究基本上采用了因特網(wǎng)的開放標準路線,以層次化開放式為基礎,在多個層次上建立橫向技術標準和平臺,以滿足不同層次資源和應用集成的需要。這些標準中最主要的是Globus和OGSA。2003年7月,OMG、W3C、GridForum等標準化組織在出席“軟件服務網(wǎng)格研討會”后加快了全球大網(wǎng)格標準的制定。同時,另一開放源代碼網(wǎng)格標準組織Globus也召開會議研究通過廣域網(wǎng)聯(lián)接高性能計算的基礎設施問題。Globus目前正致力于開發(fā)標準的網(wǎng)格架構和其他技術,并已提出“開放網(wǎng)格服務體系”建議標準,該體系結構是目前最新的一種網(wǎng)格體系結構,被稱為下一代的網(wǎng)格體系。在網(wǎng)格計算技術方面,迄今為止還

9、沒有正式的標準,但在核心技術上,相關機構與企業(yè)已達成一致由美國Argonne國家實驗室與南加州大學信息科學學院合作開發(fā)的GlobusToolkit軟件包已成為網(wǎng)格計算事實上的標準。包括IBM、Microsoft、SGI、Sun在內(nèi)的12家計算機和軟件廠商已宣布將采用GlobusToolkit。2004年3月,GlobusToolkxt32版正式發(fā)布。目前,國內(nèi)外很多大型的網(wǎng)格項目都是基于GlobusToolkit提供的協(xié)議與服務的。 3.安全問題 數(shù)字化信息日益增多,較易受到干擾和攻擊,給網(wǎng)格技術帶來嚴峻的安全問題。具體實施網(wǎng)格安全管理可從以下5個方面著手。(1)采用法律、法規(guī)手段,建立安全管理標準和規(guī)則。(2)加強用戶認證,用戶認證在網(wǎng)格和信息的安全中屬于技術措施的第一道大門,主要目的是提供訪問控制和不可抵賴的作用。(3)授權,這主要為特許用戶提供合適的訪問權限,并監(jiān)控用戶的活動,使其不能越權使用。(4)加密,加密是信息安全應用中最早開展的有效手段之一,數(shù)據(jù)通過加密可以保證在存取與傳送的過程中不被非法查看、篡改、竊取等。(5)審計、監(jiān)控和數(shù)據(jù)備份。 參考文獻 3 王晨.基于網(wǎng)格的Web