網(wǎng)格計算也許是個新名詞，但對于電腦科學領域來說，并非一個全新的技術。我們可以追溯到十多年前，電腦發(fā)展有兩個流派：一派是超級電腦，像“CRAY1”(克雷一號)之類的超級電腦，雖然運算速度很快，但造價也極高，不是一般企業(yè)可以負擔得起的；另外一派的高速運箅就提出，利用分散式的方式將需要大量運算的工作，分給很多電腦一同運算，再將計算完的結果送回來。這樣便能把很多需要運算的問題，利用多個電腦來協(xié)助運算了。如基因排列、撞擊模擬、氣象預測等，都可以利用這樣的方式來完成。
20世紀90年代提出的網(wǎng)格運算概念，是基于網(wǎng)格問題的求解。網(wǎng)格計算是在動態(tài)的環(huán)境下協(xié)調資源分享與問題解決能力，利用互聯(lián)網(wǎng)或專用 *** 把地理上廣泛分布的各種計算資源互連在一起，構成虛擬的整合應用環(huán)境，這些計算資源包括超級計算機、計算機集群、存儲系統(tǒng)和可視化系統(tǒng)等。在必要的時候，這項技術還可以有選擇地將計算資源作為單獨、統(tǒng)一的計算資源來處理。研究人員可突破空間障礙，透過共享的虛擬組織，彈性地建立各種議題和有效的合作機制，并解決更大尺度的問題。
網(wǎng)格運算的目的是善用伺服器能童，利用大量的閑置伺服器運算能力從事更多的工作，包括IBM、Microsoft、Sun等公司已開始將網(wǎng)格運算加入到商用系統(tǒng)中。由于IBM、Sun具有自己的伺服器與作業(yè)系統(tǒng)，IBM早已投入許多的人力加入開發(fā)；Sun則收購Gridware公司以加快Grid Computing的研發(fā)步伐。Microsoft則宣布支援最主要的網(wǎng)格運算組織的Globus Project，在.Net服務與Windows XP作業(yè)系統(tǒng)中提供 Grid Computing的Tool Kit，以便于提供商業(yè)網(wǎng)格運算服務。
在網(wǎng)格計算中，首先要査清網(wǎng)格里所有可用的資源，比如可供訪問的主機、空置的處理能力、資料庫里可供使用的資料、共用的應用程序、共用主機采用的操作系統(tǒng)等。用戶提交的任務要由系統(tǒng)來分配資源并控制其運行，包括將其分配到哪些主機上運行、調用哪些資料、啟動何種應用程序、何時開始運行等。這樣，網(wǎng)格計算至少需要具備三種基本功能：任務管理、任務調度和資源管理。任務管理指用戶通過該功能向網(wǎng)格提交任務、為任務指定所需資源、刪除任務并監(jiān)測任務的運行狀態(tài)。任務調度指用戶提交的任務由該功能按照任務的類型、所需資源、可用資源等情況安排運行日程和策略。資源管理指確定并監(jiān)測網(wǎng)格資源狀況，收集任務運行時的資源占用資料。根據(jù)馬森大學的研究，網(wǎng)格計算可分為集中式任務管理系統(tǒng)、分散式任務管理系統(tǒng)、分散式作業(yè)系統(tǒng)、參量分析、資源監(jiān)測/預測，以及分散式計算界面等幾類，現(xiàn)有的網(wǎng)格計算技術方案主要集中在之一、二類。屬于集中式任務管理系統(tǒng)的有Sun公司的GridEngine、LSF、PBS等；屬于分散式任務管理系統(tǒng)的有Globus、Legion和NetSolve等。集中式系統(tǒng)由一臺電腦統(tǒng)一調度任務，分散式系統(tǒng)任務的載入和運行控制由網(wǎng)格中各臺電腦自行完成。
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Globus是美國Argonne國家實驗室的研發(fā)項目，全美有12所大學和研究機構參與了該項目。Globus對資源管理、安全、資訊服務及資料管理等網(wǎng)格計算的關鍵理論進行研究，開發(fā)能在各種平臺上運行的網(wǎng)格計算工具軟體，幫助規(guī)劃和組建大型的網(wǎng)格試驗平臺，開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應用程式。Toolkit是Globus最重要的成果，其之一版在1999年推出，Toolkit源代碼開放，任何人都可以從其網(wǎng)站上下載。目前，Globus的技術已在NASA網(wǎng)格、歐洲資料網(wǎng)格、美國國家技術網(wǎng)格等8個專案中得到應用。通常，網(wǎng)格計算著眼于大型應用專案，按照Globus的觀點，大型應用專案應該由許多組織協(xié)同完成，共同形成一個“虛擬組織”，各組織擁有的計算資源在虛擬組織里共用。
按Globus的定義，所有共用的實體都是資源，電腦、記憶體、資料、軟體等是資源，分散式檔系統(tǒng)、緩沖池等也是資源。在Globus看來，現(xiàn)有的共用方案，比如互聯(lián)網(wǎng)、B2B、ASPS、SSPS、Java、CORBA、DCE等，或者在共用配置的靈活性上，或者在共用資源種類上不能 完全滿足虛擬組織的需要。同時,Globus并不試圖取代現(xiàn)有技術，而是希望在現(xiàn)有技術之上建立更高層次的共用。從技術的角度看，共用是資源或實體間的互操作，比如用甲電腦的WhatIf 分析程式調用乙電腦的資料庫。Globus認為， *** 環(huán)境下的互操作意味著需要開發(fā)一套通用協(xié)定，用來描述消息的格式和消息交換的規(guī)則。在協(xié)定之上，需要開發(fā)一系列服務，這與建立在TCP/IP協(xié)議上的Web服務原理相同。在服務中要定義API，基于這些API再構建軟體發(fā)展工具(SDK)。
Globus的網(wǎng)格計算協(xié)定建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)定之上，以互聯(lián)網(wǎng)協(xié)定中的通信、路由、名字解析等功能為基礎。Globus的協(xié)議分為五層:構造層、連接層、資源層、匯集層和應用層。每層都有自已的服務、API和SDK,上層協(xié)定調用下層協(xié)定的服務。網(wǎng)格內的全局應用通過協(xié)定提供的服務調用作業(yè)系統(tǒng)。
構造層(Fabric):功能是向上提供網(wǎng)格中可共享的資源——物理或邏輯實體。常用的資源包括處理能力、存儲系統(tǒng)、目錄、網(wǎng)格資源、分布式文件系統(tǒng)、分布式計算機池、計算機集群等。Toolkit中相應組件負責偵測可用的軟硬件資源的特性、當前負荷、狀態(tài)等信息，并將其打包供上層協(xié)議調用。
連接層(Connectivity)：是網(wǎng)格中 *** 事務處理通信與 授權控制的核心協(xié)議。構造層提交的各種資源間的數(shù)據(jù)交換 都在這一層的控制下實現(xiàn)。各資源間的授權驗證、安全控制也在這里實現(xiàn)。在Toolkit中，相應組件采用基于 公用的網(wǎng)格安全基礎協(xié)議(GSI)。在此協(xié)議中提供一次登錄、委托授權、局域安全方案整合、基于用戶的信任關系等功能。資源間的數(shù)據(jù)交換通過傳輸、路由及名字解析實現(xiàn)。
資源層(Resource)：作用是對單個資源實施控制，與可用資源進行安全握手、對資源做初始化、監(jiān)測資源運行狀況、統(tǒng)計與付費有關的資源使用數(shù)據(jù)。在Toolkit中有一系列組件用來實現(xiàn)資源注冊、資源分配和資源監(jiān)視。Toolkit還在這一層定義了客戶端的C、Java的API和SDK。
匯集層(Collective)：作用是將資源層提交的受控資源匯集在一起，供虛擬組織的應用程序共享、調用。為了對來自應用的共享進行管理和控制，匯集層提供目錄服務、資源分配、日程安排、資源 *** 、資源監(jiān)測診斷、網(wǎng)格啟動、負荷控制、賬戶管理等多種功能。
應用層(Application)：是網(wǎng)格上用戶的應用程序。應用程序通過各層的API調用相應的服務，再通過服務調用網(wǎng)格上的資源來完成任務。應用程序的開發(fā)涉及大量庫函數(shù)。為便于網(wǎng)格應用程序的開發(fā)，需要構建支持網(wǎng)格計算的庫函數(shù)。
目前，Globus體系結構已為一些大型網(wǎng)格應用所采用。研究人員已經(jīng)在天氣預報、髙能物理實驗、航空器研究等領域開發(fā)了一些基于Globus網(wǎng)格計算的應用程序，效果較好。雖然這些應用仍屬試驗性質，但至少表明，網(wǎng)格計算可以勝任不少超級計算機難以勝任的大型應用任務。
來源：開源地理空間基金會中文分會
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/1a18c
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