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网格技术及应用一览
http://www.pcdog.com 未知 2005-9-15 点击数:30
当坐在家里边喝着咖啡边拿起手里的电话，对周末的出行作统一安排时，需要准备的工作很多，其中包括交通方式、景点选择、天气状况、日程安排、住宿条件等众多因素。不论哪一个环节出了差错，都有可能使原本殷殷满怀的周末之旅变成苦不堪言的梦魇之行。
 
如果网格走进现实生活
，那么这一切准备工作都将变的轻而易举：利用智能终端提出自己的需求，因为网格能把以上提到的诸多方面的服务连接在一起形成服务网格，所以此时所有一切信息和计划安排就都会立刻呈现在眼前，基本可以解决所有难题。需要用户做的只是交付足够的服务费用，网格技术带来的便捷服务就可以享受了。
这是有关网格技术在未来生活中的一个定格。一直以来，网格在人们眼中仍是高不可攀的未来技术，网格概念还远未融入现实生活。
网格技术是什么，现在有哪些应用？本文将做简单的描述。
网格技术
如同人类社会一样，计算机系统结构也经历着“合久必分，分久必合” 发展轨迹。20世纪60到70年代，以IBM 360为代表的集中式主机（Mainframe）系统是主流；80到90年代随着PC机的流行，客户机/服务器结构逐渐普及，各式各样的服务器分散在Internet上，管理开销随之增大；90年代末期开始流行将各种服务器集中在一个机柜中的服务器聚集（Server Consolidation）。分分合合，合合分分，所要寻找的都是一种最为完善的方式。
计算机及网络技术发展到了今天，也正在为一个共同的目标前进，那就是为了更完善的服务提供最科学的方式。网格（Grid）研究是在近一两年成为新的热点。在本世纪分布在世界各地的服务器聚集和各种信息资源将成为不同领域网格系统的节点，为人们提供更便利的服务。
网格主要由网格节点、资料库、贵重仪器、视频设备、宽带骨干及网格软件等六部分组成。美国网格运算项目领导人之一伊恩曾描述，网格是构筑在Internet上的一组新兴技术，将高速互联网、电脑、大型资料库、传感器、远端设备等融为一体，为科技人员与普通网民提供更多资源、功能及服务。过去，Internet主要提供电子邮件、网页浏览等通信功能，而网格能提供的功能则更多、更强，除了能为人们提供共享运算、存储及其它资源外，还包括通信、软件、信息硬件及相关知识等资源。
网格技术中涉及到的硬件主要有服务器和存储产品。
服务器
IBM eServer系列服务器已经为全球功能最强大的一些超级计算机提供了技术基础。依靠IBM eServer对Globus网格协议的支持，IBM正在促使客户将其计算机快速、方便地纳入到网格计算系统中去。为了进一步支持网格实施方案，IBM准备在每一种eServer平台上提供Globus工具包。目前，已经推出了AIX和Linux版本的Globus工具包。另外，IBM还准备提供一种开放网格服务结构的实施方法，作为其为客户提供的网格解决方案的补充。Tivoli作为IBM电子商务基础设施管理软件的提供商将提供具有网格管理功能的软件。其中，网格功能包括安全、性能、可用性配置、运行和存储管理。
通过以新的方式来使用现有系统可以有效地保护对IBM系统的投资。在整齐划一的计算资源中连接多台计算机，可以提供更具灵活性、适用性的服务。这些对业务合作伙伴、客户、供应商和职员都是非常重要的。
在20世纪90年代以前，近乎所有的超级计算机的芯片与主板都由厂家专门设计，操作系统由厂家独立开发。随着微机服务器和RISC服务器的普及与价格直线下降，采用大批量生产的单机或SMP服务器做节点和广泛流行的Unix或Linux操作系统做节点操作系统已成为各厂家在构建可扩展高端计算机时的首选途径。
像网格计算这样的服务可以接入到不在客户站点的一套虚拟Linux服务器和资源之中。这使客户可以在不断扩展的环境下使用一系列Linux应用，经济灵活地满足终端客户的需求—仅在需要的时候为所需的服务付费。
存储产品
在存储产品支持的下，网格技术可以在网格环境中的任意位置访问数据，可以更加有效地使用、更广泛地共享和动态地分配资源，从而提高资源可用性。
IBM“全面存储解决方案”中的企业存储服务器(ESS)(鲨鱼)是专为保存大容量在线数据而设计，而可移动介质产品将成为满足网格离线数据存储需要的关键。另外，专为网格而设计的Storage Tank(存储箱)能够提供处理日常业务的自主能力，它能进一步保证网格计算成为现实。IBM"全面存储解决方案"中的产品全部基于开放标准，如网络连接存储和新兴的iSCSI协议等。iSCSI协议的设计主要是保证在IP网络上通过TCP/IP来传输数据。这些基于IP协议的产品可以提供对一个网格任何地方数据的访问能力，同时能够按照需要动态提供。此外，IBM存储的关键技术—可视化技术能够保证资源的有效利用、共享和动态分配。
扫描国内网格技术应用
为了对网格技术有更好地了解，先把网格从高深的技术层面拉回到应用层面，让大家对网格技术的应用有感性的认识。
在生物医药方面，网格技术主要有这样两种应用。首先，在高性能计算方面，网格技术用来进行科技数据的计算。例如在分析水稻的基因时，如果单纯用多台计算机进行计算，那么预计需要3万个小时的工作量；而如果采用网格技术，只要400个小时就能完成。国内的华大基因研究中心之所以能取得最终的研究成果，网格在其中扮演了重要角色。
其次，网格技术能满足生物科技对数据的存储和管理等方面相当高的要求。生物数据由于包括物体本身、细胞、染色体、DNA、单个细胞的循环等各个方面的信息，所以非常复杂。这样，数据库的整合就成为关键问题。比如说，在研究水稻的蛋白结构时，可能会用到基因数据库、蛋白质数据库、基因表达数据库和蛋白质相互作用的数据库，在这种情况下，应用网格技术，能在较短时间内把需要的数据从不同的数据库中挑选出来综合在一起，省去了多次访问不同数据库的时间。
今年10月13日，IBM与教育部在北京宣布双方将采用网格技术以促进全国高校在教育、科研及更广泛项目上的全面合作，并在北京大学进行了网格项目演示。这是迄今为止世界上规模最大的网格计算工程之一。
它将从不同的计算系统中获取目前尚未得以充分利用的应用程序、数据及计算资源，并根据需要随时随地提供给广大用户使用，从而形成统一的虚拟系统。该项目由12所大学联合推出。到网格建成时，它将在教育科研网上把全国100所“211”工程重点大学的资源共享。预计2005年一期项目将全面建成。届时中国教育科研网格将拥有超过6万亿浮点运算，并将在该工程完成时达到超过15万亿浮点运算的功能。
网格的技术基础是基于国际公认的网格基本架构—Web Service和Globus。它建立在开放式网格服务结构标准之上。在这个网格中，目前已经安装的服务器选用了Linux操作系统和用来存储数据的高性能存储设备。
目前，IBM的网格计算技术已经在北京大学、华南理工大学、清华大学、香港大学、西安交通大学和中山大学等院校进行了试验。参与该项目还有华中科技大学、东北大学、山东大学、上海交通大学和东南大学五所学校。
IBM中国首席代表任培善先生表示：“IBM将和各大学依据开放式网格服务结构和网络服务等标准建立一个网格应用联合研发中心，用以研究和开发开放式网格架构与解决方案。IBM将积极参与国家教育部教育科研网格计划，推进应用程序的开发及培训工作。国家教育部及参与网格计划的各大学，还将进一步获得IBM提供的最新网格技术。”
网格技术在生物医药和教育科研领域的成功应用，引起了其它领域专家的注意。不同的行业对网格技术提出了不同的要求。
航空业现在主要有两个问题尚待解决。一是海量计算的问题。在电脑上进行飞机设计的时候，所有的零件甚至最小的螺丝钉都是三维的，因而，最后的飞机模型的数据量大概会达到2GB到5GB。在电脑上进行预装的时候，如此庞大的数据量使得只要飞机换一个角度，计算机运算时间就要达到三五分钟。如果能利用网格技术解决海量计算的难题，不仅会使整个设计效率提升数倍，而且会大大促进航空业的向前发展。二是计算机利用率的问题。许多企业每年在信息技术方面的巨大投入仍未能满足工作的需要。一般的设计单位都需要具备200台到500台计算机。在设计高峰期，即使500台电脑也远不够用；而一旦设计结束又会造成大量的电脑闲置无用。之所以这样，是因为现在所用网络技术仅停留在信息传输的层面，而没有实现资源层面的共享，即网格技术。
中科院计算所副所长徐志伟博士预计，在最近的两三年内，就能看到更多的网格技术应用案例。
可以看出，当下国内网格技术的应用主要有两大特点：第一，国内市场上有很多行业已经在使用网格的相关应用和技术，只是没有贯用网格计算这个名称，这种网格技术是过去十几年信息化经验的总结；第二，诸如电子政务和电子商务里面的一站式服务，还有像制造业的网络化虚拟制造环境等，跟网格的思想如出一辙，仅是采用了不同的名称，都是对各自的实际需求的总结。所以可以说：“应用的网格就在身边。”
海外一览
在任何基础平台上都可实施网格技术的方案，从而有效地协调使用全球各地的应用资源来加强Web服务。构建在各种Web服务之上的网格技术，通过提供一种可靠、动态和综合的基础设施跨越组织机构的边界，将资源、应用和服务结合在一起。各公司凭借对网格技术和对Web服务的支持，不仅更有效地利用了自己的资源，同时还实现了与供应商及合作伙伴业务流程的集成，从而解决复杂的业务问题。
目前，由欧美四大电脑中心与六大高能物理电脑基地构成的国际性网络技术环境，彼此间以1Gbps以上的网络带宽接轨。至此，网格运算技术已引起欧美乃至其他国家科学界的高度关注，各行业都想积极参与网格技术的开发应用，通过网格的一系列技术，更好地使用全球网络资源。
另外现在，网格研究主要以美国和欧洲为首。其中英国政府已投资1亿英镑，用以研发“英国国家网格”（NK National Grid）。此外，美国政府用于网格技术的基础研究经费则高达5亿美元。美国军方正规划实施一项巨型网格计划，名为“全球信息网格”（Global Information Grid），预计在2020年完成。作为该计划的一部分，美国海军陆战队正在推动一项耗资160亿美元、历时8年的项目，包括系统研发、制造、维护及升级。
随着Platform宣布将率先推出超级电脑与网格运算解决方案后，IBM亦不甘示弱，部署了一个内部研究网格。
IBM是网格系统和服务方面的领先供应商，已经为很多科技团体包括英国国家网、荷兰Tera网、宾夕法尼亚大学Mammography网和北卡罗来纳生物信息网提供了产品和服务。除了在开发网格项目中与世界上很多领先的研究机构合作外，IBM研究中心还使用Globus技术构建了自己的"蓝色网格"，该网格将分布在美国、以色列、瑞士、日本和英国的IBM研究和开发实验室的超级计算机连接在一起，同时也能对网格服务和解决方案进行测试和原型实验。
此外，Sun与Avaki也在共推企业用全球网格模式。
网格时代
有人认为网格进入实际生活应用至少需要10到20年的时间，但通过研讨专家推翻了这种观点。来自国内生命科学、航空科技、气象服务、地质勘测、铁路、政府等应用部门的专家及研究网格技术的专家从应用需求出发一致认为，我国一些应用部门正在做的事尽管所取名称不同，但实质上与网格技术的思路如出一辙。网格的应用可以从一些有较好应用基础的项目抓起，有望在两三年之内取得成效。
网格技术作为21世纪工业技术的又一次革命，它的时代正在来临！
相关链接
网格
网格是通过局域网或广域网提供的一系列分布式计算资源，而对终端用户或应用来讲，好像是一台大型虚拟计算机。这种构想是通过在个人、组织和资源之间实现安全、协调的资源共享，来创建虚拟动态的组织。网格计算是分布式运算的一种方法，不仅包括位置，而且还涵盖组织、硬件和软件，以提供无限的能力，使连接到网格的每个人都可以进行合作和访问信息。
Globus 项目
Globus 项目是一个研发项目，重点是为网格计算创建基础技术。该项目的一个成果是原代码开放的 Globus 工具包 —— 支持网格计算和网格应用的一套服务和软件库。
Globus 工具包
作为 Globus 项目的一个成果，这是基于组织、开放结构、开放原代码的一套服务和软件库，并支持网格计算和网格应用。该工具包重点在于解决安全性、信息基础设施、资源管理、通信、故障检查和转移等问题。Globus 工具包机制已经被应用于全球数百个站点和几十个主要的网格计算项目。
开放网格服务体系结构
IBM 是开放网格体系结构（OGSA）的主要参与者和支持者。OGSA 是一套规范和标准，可以使各企业通过网络来共享应用和计算资源。
网格的关键技术
网格的核心观念是一句老话，即“网络就是计算机”，这个网络可以大到整个因特网，也可以小到一个家庭网。从这个角度看，网格所涉及的核心技术包括以下方面：
◆ 如果把整个因特网看成一台计算机，那么它的处理器、存储器、外部设备是什么？它应该采用什么样的体系结构？
◆ 什么是网格这台计算机的操作系统？它的进程和线程是什么？什么是它的地址空间？如何管理它的资源？
◆ 什么是网格的编程环境和使用环境？什么是网格的用户界面？什么是网格的程序设计语言？
◆ 什么是网格的应用？它们有什么样的模式和特征？
◆ 从用户的角度看，网格与当前的因特网/Web有什么不同？它能提供什么样的独特好处？
中科院计算所的网格研究工作统称为“织女星网格”（Vega Grid），目前研究的内容包括以下方面：
◆ 在网格硬件层面，计算所的主要工作是研究下一代曙光高性能计算机，它们将是面向网格的超级服务器；
◆ 在网格系统软件层面，计算所正在研究开发一个名为GCP的网格计算协议栈（Grid Computing Protocol Stack）以及有效支持GCP的织女星网格操作系统（Vega GOS）；
◆ 在网格应用层面，计算所主要开展了信息网格和知识网格的研究工作，科学计算类的应用网格研究则由合作伙伴完成。