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网格技术概述随着现代企业竞争的加剧.以低成木、高效率提供满足用八个性化需求的高质彊产品，诫为企业 生存的关键:作为网络化环境卜数字化设计打制造的关键技术Z -，协同设计对以为企业捉供网络化、 协同化、开放式的产品创新设计平台.从而増强企业的竞争力在科学、「•程和商业计林领域，还仃很姜问題难以使用现仃的超级计样机解决.如需要处理的海 虽数据资源分布在不同的地理区域•所需的轻殊计算设施和输入输出设备等不都是本地的•另外.鉴于 空联网已眸及和岛速网络成木已人幅度降低，网格计彳•技术被提门II來，它将网络上的弁种资源.包播 超级计样机、大规模存储系统、个人计样机、各种设备等组织在一个统一的框架下，从而能够以方便的 方法解决各种复杂的问题网格计算的产生是对计算资源和计并能力的需求不断增K的结果旳网格通过网络连接地理I••分 布的并类计算机（包插高性能计算机、匸作站尊〉、数据库、备类设备.形成对用户相对透明的虚拟高 性能计算环境，实现广域范围的高性能资源共宇和系统匸作环境,其应用包拆科学与匚程计算、信息服 务、协同I：程筹网格计样结构（2发展成为连接和统一备类不同远程资源的-种基础结构.其根木特征 足资源共亨、消除资源孤岛•可以根据需要建适企业内部网格、局域网网格、家庭网格和个人网格.所 以网格计毎的应用将会非常广泛。

目前・IBM. HP. Sun等IT公司、Ford尊汽午厂商、埶空业界、齐国政 府都开始了庄协同设计和网格技术结合方面的研究2-1网格的概念II询，世界主要讯家纷纷投入巨淡，开发自己的网格产品世界上知名的大公司也应声而起.纷 纷将『I己的主攻方向投向网格产品的研发和应用为什么壯界上主要的国家和人公诃，都如此的育睐于 网格技术？为什么网格如此“受宠”呢？H先，是因为网格＜j7r I-分广阔的应用领域T I像Internet 一样建立起了网格.就可以开展许 隽以询无法进行的I•作和研究在科学计样领域，像分布式超级计W、岛吞吐率的计H和数据密集型计 算.都能作网格技术下得以实现：在社会经济生活领域.利用网格技术可以实现基于广泛信息共亨的人 与人Z何的交4,以及更广泛的资源贸易随着网格技术的发展和进步，它还仃打更为宽广的应川领域 和环境其次•网格还有着更为广大的用户群.在科学领域•它可以被科学家、普通匸程人员应用在科学 研究和匸程开发中,发挥其巨大的作用*在社会经济生活领域，它也可以被普通的机构、团体和个人广 泛地应用，成为我们身边不可或缺的一部分网格组成的构想源于电力供应网.其基本思路是使用门在应用网格计算时.就像日常生活中从电 网中获取电能那样•可以方便的获取高性能的计算能力•如图2. 1给出了电力网和网格组成的示意比较. 通常人们任使用电力时，并不知道电足从哪个发电站送來的，也无需知道电足通过什么醴号的发电设备 产生的.不论是采川火力发电，还是水利发电或核反应发电，衣现形式都为无形的电能。

网格也希里如 此.最终使人们对以从仃形的计林机系统向使川者捉供无形的计林能力如图2・1所几仃形的发电系统有形的计并机系统图2.1网捨构想示意图Fig.2」Tlic diagram of grid网格就足一个集成的计算资源环境，或者说建一个计许资源池网格能够充分吸纳各种计样资源, 井把它们转化成•种随处可得的、可靠的、标准的.同时还是经济的计算能力•基于网格的问題求解就 是网格计算叫这坐给出的网格和网格计算的槪念是相对抽仪的•而H.是广义的定义，兀实网格计样还冇其狄义 的一面狄义网格定义中的网格资源匸要足折分布的计样资源，而网格计样就足折将分布的计tr机细织 起来协同解决复杂的科学打匸程计算问题・换句话说,Internet此时已经变成了-个虚拟的、非常巨 大、强大的计样平台，这个计并平台就圧网格.而帝助实现这种可能的.就垦网格计样网格il样是伴随杵"•联网而迅迪发展起来的.是 种I，门针对父杂科学计算的新型计N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计算机组织成一个“虚拟的趙级计算机”,其中毎 一台鲁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这样的“节点”组成的“一张网 格”，所以这种计算方式叫网格计并。

这种细织起來的“虚拟的超级计W机”仃两个优势， 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对F网格槪念的宜义.全世界仃很芬争议.全球网格研究的领军人物、关例阿岗(Argonne) W家 实验來的资深科学家、芙国Globus项II的领导人I an Foster曾在《网格：21卅纪信息技术堆础设施的 蓝图》一文中这样描述网格：“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、人樂数据库、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 "性互联网主要为人们提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格功能则更务更强.让人心透明的 便用计算、存储尊其他资.w，，d2000年.：EanFoster任《网格的剖析》这篇论文中把网格进 步描述为“住功态变化的多个焜拟 组织间共亨资源和协同解决问题至此，人们仍然就什么是网格而争论不休2002年7乃，Ian Foster^《什么足网格？判断是否网格的三个标准》—文中.限定网格必须同 时满足三个条件:<1)任非集中控制的环境中协同使用资源:(2)使用标准的、开放的、和通用的协议 和接口

这三个条件 II 常严格，像P2P、SUN、GridEngine、Condor Entropia. MultiCluster 都被扌II除住网格之，外「但并不是所仃人都同意他的观点，仃许姜人赞同广义的网格槪念，即巨大全球网格GGG (Great Global Grid),它不仅包Wil WM格、数据网格、信息网格、知识网格、商业网格，还包括 ^(2仃的 网络计算模式,例如对等计 P2P (Peer to Peer).寄生计算尊•可以这样认为.Ian Foster赞成狭 义的“网格观”，而GGG是-•种广义的“网格观”关J：网格的定义并没仃一个严榕的限制，从不同的观点來解释都足可以的，而科学研究不应该把 过多的苗力放金网格槪念的枯确定义1：，而应更*的注咆解决网格的实际问題，如何实现网格的核心思 想网格作为-种新出现的車要基础设施.和其他系统相比,有其垂要的特点,理解和掌握这些待点 是构建网格应用系统的关键1) 分布性和异构性网格的分布性足折网格的资源宦分命的，网格系统山分布任Internet I•.的各炎资源组成，包括齐 类主机、「•作站甚至PC机,因此网格计算必然是分布的.异构性是折网格计算可运行在Unix. NT等各 种操作系统上,也可以是上述机型的机群系统、大型存储设备、数据库或其他设备。

怎样实现异构机器 之间的协作和转换是网格计加的许要制题2) 共享性网格资源虽然足分布的.但他们却是可以充分共享的(包松软、硬件〉.共享是网格的目的.没有 共亨就没有网格分布是网格硬件在物理上的特征.而共宇是庄网格软件支持下实现的逻辑上的特征3) 扩展性尤计样是网格计H的初级形态.尤计样系统初期的计样规棋较小，随若趙级计样机系统的不断加 入，系统的计样规模也随Z扩大元计W技术圧将•组通过广域网连接起來的性质不同的计I?•资源集介 起来，作为一个单独的计算环境向用户提供计算服务4) 动态性和结构不可预测性组成网格系统的资源不建一成不变的，而是动态变化的，随石时何的推移，原先不在网格上的资 源冇可能连接到网格上,驗先在网格上的资源由于故障或其他原因有可能不再可用针对网格资源的动 态变化件.资源背理必须能动态监视和洽理网格资源，实现任务的动态迁移，从对利用的资源中选取址 佳资源服务5) 自适应性在网格计样中，某-资源出现故障或失败的可能件较高，资源忡理必须能动态监视相许理这些怙 况6) 自治性和多重管理III尸构成网格计样系统的趙级计W资源通常则于不同的机构或组织.使川不同的安全机制，因此 网格资源的拥仃者对他的资源具仃址岛级别的忡理权限.这就足网格资源的门治性。

但网格资源也必须 接受网格的统一忡理，否则不同组织的资源就无法建工联系，无法实现共夕和4操作.也就无法作为- 个整体为网格用八提供方便的服务2・3网格的分类通常，网格是根据他们处理的址好的解决方案的类型来分类的以卜总结了三种主耍的网格类樂. 巧然，这些网格类型Z间井没仃严格的界限，并且网格常常仃对能足其中两种或篡种类朋的组介体 般怙况F，网格系统可以分为计算网格(Computation Grid)、数据网格(DataGrid)和AR务网格(Service Grid)三类叫<1)计口网格是一个能够提供对依靠的、一致性的、普逾的和據价的高端计算能力的硬件和软件 底层.有着更奇的计算能力，可以被进•步分为分布式超级计算和高吞吐St计算两种分布式超级计算网格在多个机器上执行并行应用以减少 个I•作的执行时间，-般是有巨大挑战的问题:高吞吐st网格 増加实时到达的任务流的完成率2） 数据网格是川來提供从娄个广域网分布的数据源介成新的信息底层的系统，典樂的应川包括 从姜个信息源得到相关信息的数据挖掘以及处理分布数据的备种物理高能试验3） 服务网格提供单机所不能捉供的并种服务，可以细分为需求网格、介作网格和姜媒体网格。

需求网格动态地收集不同的资源提供新的服务，这些应川往往更直视性价比而不足甲单追求绝对的件 能，资源需求是动态的：合作网格将用户和应用连结在合作的丁作组里,通过一个虚拟空间提供用户和 应川间的实时交•个务媒体网格提供广域实时务媒体应川的底层，因面需要支持跨越芬个不同机器 的服务质5L2・4网格与当前苴他网络技术的关系网格计样与为询存在的-些网络技术如分布式计枠技术、集群系统、P2P技术等在解决问題的着 重点上有所区别.下面对这些区别做-下简单的介绍：<1）网格与网络的关系网格是在网络上运行的软件基础设施,是连接、集成不同硬件系统、软件系统、应用系统的纽带 和粘结剂网络是网格的物理雄础，没仃高性能网络•网格的形态也较难体现网格对网络的发展仃推 动作用网格和网络圧不同层次的噺物•网格足I（接支擦应用的，而网络上要实现系统间的高效灵活的 数据传输.二者不是相互取代的关系因此•网格不是网络.而是网络基础上的高级应用：网络解决的是信息传输的问题•而网格则是 解决信息处理的问題网络是人机之何的关系，而网格是计笄机与计W机Z间的问題2）网格与分布式系统的关系分布式计并是-门计林机科学•它研究如何把-个需要II：常巨大的计并能力才能解决的问题分成 许影小的部分，然后把这些部分分配给许等计林机进行处刑，以版把这些计林结果综介起來衍到址终的 结果。

网格计样是一种新的高性能的分布式计林方法网格计样作为新一代的分布式计I?方法.与传统 分布式计斤的上要区别在J：在没仃集中控制机制的怙况K通过对计样资源进行人规模共夕.满足应川 对烏性能计％要求，并且这种对计寡资源进行的大规模共哄是动态的、柔性的、安全的和协作式的<3）网格与集群的关系他们都是分伤式系统，II标仃很姜相近的地方：共夕和协同.所以技术I：也仃相似的地方但是 条件和环境不同,集群一般是同构（也有异构的〉,地域上十分近•要想性能越强就需要越近般是 在一个屋子里面.至少也是在一个局域网范围内网格的范mar的多了•无论从地域的广度.还是系 统组成的奴杂性网格的组成对以很父杂，包括•专用〃僦器.各种仪器设备等，弓然其中也包括集祥, 各种类型的皎件.各种不同的系统软件，还仃功能塑杂的中间件从分布式系统來说，城集中的方式就 是集群.瑕分散的方式。