淺析網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展及應(yīng)用

淺析網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展及應(yīng)用

論文關(guān)鍵詞：網(wǎng)格計(jì)算資源共享論文摘要：網(wǎng)格計(jì)算越來越被人們所提起，并作為一種分布式計(jì)算體系結(jié)構(gòu)日益流行，它非常適合企業(yè)計(jì)算的需求。很多領(lǐng)域都正在采用網(wǎng)格計(jì)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(jì)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(yùn)而生。隨著人們?nèi)粘９ぷ饔龅降纳虡I(yè)計(jì)算越來越復(fù)雜，人們越來越需要數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。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(gè)新興名詞轉(zhuǎn)變成為運(yùn)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(jì)算日前成為IT界人士討論的熱門話題。打個(gè)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(qiáng)大的計(jì)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(jì)算”這一概念的出現(xiàn)。簡單說，網(wǎng)格計(jì)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(jì)算的新型計(jì)算模式。這種計(jì)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(gè)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，其中每一臺(tái)參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)"節(jié)點(diǎn)"，而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬個(gè)“節(jié)點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”，所以這種計(jì)算方式叫網(wǎng)格計(jì)算（GridComputing）。也就是說網(wǎng)格計(jì)算就是指將多個(gè)計(jì)算機(jī)組成網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)，“模擬實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算機(jī)”的技術(shù)。假如有一項(xiàng)業(yè)務(wù)使用1GHzCPU需要3分鐘的處理時(shí)間。如果網(wǎng)絡(luò)中有3臺(tái)安裝了同樣CPU的計(jì)算機(jī)，我們把這項(xiàng)業(yè)務(wù)分成3等分，然后分別交給每臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，那么簡單地計(jì)算一下就會(huì)知道其處理時(shí)間將縮短到1分鐘。這就是網(wǎng)格計(jì)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(jì)算，我們先看看另外一種“格子”——電力網(wǎng)是如何工作的。可以說，電力網(wǎng)的模式是網(wǎng)格努力的方向。在打開電燈的時(shí)候，幾乎沒人考慮他所用的電能是從哪個(gè)發(fā)電廠來的?；ヂ?lián)網(wǎng)的情形如何呢？人們獲取信息的時(shí)候，并不是直接從互聯(lián)網(wǎng)本身獲取，而是必須告訴計(jì)算機(jī)去訪問某一個(gè)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(gè)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(jì)算機(jī)來自哪里，而且，一旦某個(gè)服務(wù)器流量劇增，可以憑借網(wǎng)上數(shù)以萬計(jì)的計(jì)算機(jī)來對其進(jìn)行有效的負(fù)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(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)源、因特網(wǎng)三種技術(shù)的有機(jī)組合和發(fā)展，它與因特網(wǎng)相比具有高性能、一體化、知識(shí)生產(chǎn)、資源共享等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(shí)。人們都是先把信息或者是知識(shí)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(dòng)地生產(chǎn)知識(shí)。在知識(shí)生產(chǎn)的過程中，高性能計(jì)算機(jī)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(yùn)行特定的程序加工成信息和知識(shí)。網(wǎng)格可以自動(dòng)地找到高性能計(jì)算機(jī)、程序軟件和數(shù)據(jù)源。一個(gè)網(wǎng)格有多臺(tái)分布在全國各地的高性能計(jì)算機(jī)，稱為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)。2網(wǎng)格計(jì)算2.1網(wǎng)格計(jì)算的優(yōu)勢網(wǎng)格計(jì)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(jì)算的新型計(jì)算模式。這種計(jì)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(gè)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，每一臺(tái)參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)結(jié)點(diǎn)，而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的“一張網(wǎng)格”。這樣組織起來的“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”有兩個(gè)優(yōu)勢，一個(gè)是數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)；另一個(gè)是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。實(shí)際上，網(wǎng)格計(jì)算是分布式計(jì)算（DistributedComputing）的一種，參與工作的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，顯然這種方式較以往的以個(gè)人計(jì)算機(jī)為單位的計(jì)算方式相比將具有更加強(qiáng)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(jì)算的又一個(gè)優(yōu)勢，網(wǎng)格計(jì)算模式首先把要計(jì)算的數(shù)據(jù)分割通常實(shí)現(xiàn)的軟件是一個(gè)預(yù)先編制好的屏幕保護(hù)程序，然后不同結(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)可以根據(jù)自己的處理能力下載一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)片斷和這個(gè)屏幕保護(hù)程序。只要位于某個(gè)結(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)的用戶不使用計(jì)算機(jī)時(shí)，屏保程序就會(huì)工作，來調(diào)動(dòng)閑置計(jì)算能力。2.2網(wǎng)格計(jì)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(jì)劃都會(huì)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(jì)算機(jī)，因此網(wǎng)格的計(jì)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(jìn)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(gè)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(jià)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(xiàng)技術(shù)來說，其出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)都應(yīng)該指向應(yīng)用。以應(yīng)用推動(dòng)網(wǎng)格發(fā)展也是我們國家發(fā)展網(wǎng)格技術(shù)的一個(gè)指導(dǎo)思路。事實(shí)上，網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用離我們的生活并不遙遠(yuǎn)，在我們社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)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(jì)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(gè)人用戶的閑置計(jì)算機(jī)，進(jìn)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(gè)角落時(shí)，我們從互聯(lián)網(wǎng)獲得網(wǎng)格的運(yùn)算資源就會(huì)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(fèi)用，就可以租用這臺(tái)“超級(jí)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(gè)福音?，F(xiàn)在很多企業(yè)為了保證其業(yè)務(wù)不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，大多部署了價(jià)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(shí)間可以得到充分利用外，大部分時(shí)間都是閑置的，這些閑置資源無疑導(dǎo)致了企業(yè)運(yùn)行成本的增加。一個(gè)強(qiáng)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(huì)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(shí)現(xiàn)各個(gè)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(shí)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(qiáng)為公眾服務(wù)的能力。3.4個(gè)人娛樂隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播與在線游戲已經(jīng)成為個(gè)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(kuò)展的、高彈性的基礎(chǔ)設(shè)施以運(yùn)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(shí)現(xiàn)了用戶資源的統(tǒng)一調(diào)動(dòng)、統(tǒng)一保存，極大提高了游戲運(yùn)行和服務(wù)的可擴(kuò)充性。而對于個(gè)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(yàn)。網(wǎng)格技術(shù)有望使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走向平民化。由于運(yùn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所需要的計(jì)算資源太過于龐大，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)只用于飛行員、宇航員等的訓(xùn)練工作，普通個(gè)人根本無法享受這一技術(shù)帶來的娛樂體驗(yàn)。利用網(wǎng)格這種造價(jià)低廉而數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)的計(jì)算模式，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)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(jì)算的發(fā)展趨勢隨著網(wǎng)格計(jì)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(shí)時(shí)企業(yè)計(jì)算、分布式計(jì)算、P2P計(jì)算、Web服務(wù)等。這些名詞所代表的技術(shù)有一個(gè)共同點(diǎn)，即將互聯(lián)上的資源整合成一臺(tái)超級(jí)服務(wù)器，有效地提供內(nèi)容服務(wù)、計(jì)算服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)等。網(wǎng)格計(jì)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(jì)算/網(wǎng)格計(jì)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