对网格技术应用的分析http://www.knowsky.com/14828.html

对于网格的认识与理解，现在已经不局限于计算了，它的价值已经延伸到了计算应用领域的不断扩展和丰富。今天，我们就网格计算应用领域的发展和未来前景进行一下探讨。
以前，我们谈起网格的时候，总把它想得像电力网一样，“插上插头”就能源源不断地获得计算能力。现在，网格早已远远超出了计算的范畴。除了计算网格外，数据网格、仪器网格、虚拟现实网格、服务网格、信息网格、知识网格等，将网格应用扩展到方方面面。网格的应用领域主要有五个方面：分布式超级计算、分布式仪器系统、数据密集型计算、远程沉浸和信息集成，他们所呈现的特点和发展方如下：
分布式超级计算
分布式超级计算(Distributed Supercomputing)是指将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来，并用网格中间件软件“粘合”起来，形成比单台超级计算机强大得多的计算平台。事实上，网格的最初设计目标主要就是要满足更大规模的计算需求，Globus正是从这类应用起家的。在这个领域有两个应用引人关注：
第一个是军事仿真项目SF Express，它将大型军事仿真任务分解到分布式环境中运行，在场景分发、资源配置、资源管理、信息服务、日志服务、监视和容错等方面，都利用了Globus Toolkit的动态管理功能。
第二个应用称作数字相对论，它利用网格求解爱因斯坦相对论方程并模拟出天体的运动规律。该项目使用了4台超级计算机，并采用了许多措施来优化分布式计算的整体性能，运行效率由优化前的15%，提升到了优化后的63%。
分布式仪器系统
分布式仪器系统（Distributed Instrumentation System）是指用网格管理分布在各地的贵重仪器系统，提供远程访问仪器设备的手段，来提高仪器的利用率，方便用户的使用。在网格出现之前，人们就试图通过网络访问一些仪器设备或仪器数据，但当时的软硬件环境还不成熟，只能实现一些低要求应用。而网格将分布式仪器系统变成了一个非常易于管理和有弹性的系统。这个领域有代表性的是美国能源部支持的XPort项目。它基于Globus，能提供远程仪器使用规划、仪器操作、数据获取、筛选和分析等功能，它明显地简化了巨型分子晶体结构的设计和实施。科技工作者只要用邮包把晶体快递给仪器所在地，就可以在自己的实验室中获取到晶体内部结构的可视化图像。
数据密集型计算
数据密集型计算(Data Intensive Computing)对应的数据网格更侧重于数据的存贮、传输和处理。在这个领域独占鳌头的项目是欧洲原子能研究机构CERN所开展的数据网格DataGrid项目，它的目标是处理2005年建成的大型强子对撞机源源不断产生的PB/s量级实验数据。
远程沉浸
远程沉浸(Tele-immersion)是一种特殊的网络化虚拟现实环境。这个环境可以是对现实或历史的逼真反映，可以是对高性能计算结果或数据库的可视化，也可以是个纯粹虚构的空间。“沉浸”的意思是人可以完全融入其中：各地的参与者通过网络聚在同一个虚拟空间里，既可以随意漫游，又可以相互沟通，还可以与虚拟环境交互，使之发生改变。目前，已经开发出几十个远程沉浸应用，包括虚拟历史博物馆、协同学习环境等。更重要的是，它将“人/机交互”模式扩展成为“人/机/人协作”模式，不仅提供协同环境，还将对数据库的实时访问、数据挖掘、高性能计算等集成了进来，为科技工作者提供了一种崭新的协同研究模式。
信息集成
网格最早是以集成异构计算平台的身份出现，接着跨入分布式海量数据处理领域，自然而然地，网格将在信息集成领域一展身手。所谓的信息网格，就是要通过统一的信息交换架构和大量的中间件，向用户提供“信息随手可得”式的服务。
信息网格研究的中心问题有如何描述信息、存储信息、发布信息和查找信息；如何将异构平台、不同格式、不同表述方式的信息进行转换，实现信息的无障碍交换；如何充分利用现有网络技术，如HTTP、XML、WSDL、UDDI、SOAP等，构成一个完整的服务链；信息的语义表示，即如何赋予信息以内涵，以及如何避免信息的二义性；如何对信息加密，防止信息泄露，等等。
网格信息集成将更多地用在商业上。网格将使分布在世界各地的应用程序和各种信息，能够进行无缝融合和沟通，从而形成崭新的商业机会。例如，对于一位想到美国旅行的人来说，他需要办理各种手续，如护照、签证、机票、酒店、地面交通等。如果所有的服务设施都把它们的服务通过网格发布出来了的话，就可以让程序自动为其办理手续和安排行程了。
网格应用分析
早期的网格应用是架构在五层沙漏模型上的，主要是针对科学计算应用，仅限于学术界的话题。当时，科学家们设想把网格变得像电力网一样，只要“插上插头”就能使用前所未有的计算能力。然而，经过几年的实践，证明这些设想在目前阶段尚不现实。
实际上，构建通用的计算网格是比较困难的。因为很多应用是通信密集型的，子任务之间有频繁的通信，而远程的网络带宽远不及系统区域网和局域网内的带宽，这就是用大规模网格计算的效果，可能还不及使用规模小得多的集群计算的原因。从长远来看，带宽的问题终将得到解决，因为网络带宽每9个月就会增长1倍，比每18个月增长1倍的处理器提升速度还快。不过，即使带宽的问题解决了，通信延迟的影响也不可小视。因为网络速度的上限是光速，而光速每秒钟为30万公里，传送3000公里就需要10毫秒，这种延迟比集群内部微秒量级的延迟要大得多。看来，即便将来网格能够提供像电力一样的计算服务，还是需要针对应用程序的特性作专门优化，以尽可能地减少通信延迟带来的巨大影响。
网格的“出路”
对于科学计算而言，建议使用“网格计算池”模式。“网格计算池”将计算网格限定为三点。
计算资源共享（N台本地或异地高性能计算机加入这个系统中）。数学分析表明，这可以明显地提高资源的利用率和服务质量。
不把一个任务分解成M个子任务，而只是安排在其中一台合适的机器上运行。事实上，现在只有极少的任务是任何单台高性能计算机都无法处理的。这条限定可以在避免分解任务的复杂性的同时，降低用户使用高性能计算的门槛。更重要的是，它可以避免任务子模块之间频繁通信造成性能下降。
通过Web提交任务和查看结果。这可以方便用户访问高性能计算机：用户不必出差，不必到实验室排队，在家中就可以24小时提交和运行任务。一般来说，提交任务和返回结果的通信量，相比计算时的内部通信量要小得多。
网格进入商用化
信息集成（如信息网格、服务网格、知识网格等）将是最近几年网格最可能流行起来的应用方向。2002年2月20日，Globus联盟和IBM在全球网格论坛上发布了开放性网格服务架构OGSA（Open Grid Services Architecture）及其详细规范OGSI（Open Grid Services Infrastructure），把Globus标准与支持商用的Web Services的标准结合起来。2004年1月20日，Globus联盟、IBM和HP等又联合发布了新的网格标准草案WSRF（Web Services Resource Framework），干脆把OGSI转换成了6个用于扩展Web Services的规范。这时，网格服务已经与Web服务彻底融为一体了。这标志着网格已经调整好方向，将信息集成作为第一目标了。这一步，标志着网格商用化的时代已经来临。
此外，数据网格也将会产生成功的应用模式。Globus目前已经提供或即将提供一些基本的数据网格功能，如数据高速传输、数据复制、数据复制的选择、元数据管理等。 其实，在Globus之前，就已经有一些成功的分布式海量数据管理系统，如存储资源代理系统SRB、高性能存储系统HPSS和分布式并行存储系统DPSS等。SRB为用户提供了一个访问文件系统、档案系统、数据库系统等多种异构存储系统的统一接口，屏蔽了存储系统的异构特性，支持广域网络环境下多种数据源的访问，已经被几十家单位使用。HPSS项目早就在1993年就开始了，是一个层次化的存储系统，其目标是让海量数据能够在网络化存储、高性能计算机、海量数据库之间快速传递。HPSS也已经有不少的用户，将来像SRB、HPSS这样的系统，都会提供类似数据网格的标准接口。可以预见，Internet已经变成了一个数据海洋，对这种能将分布、异构、海量的数据集成起来的数据网格会有大量需求。
在1994年秋季举办的COMDEX大会上，比尔·盖茨曾经预言，2005年将实现“信息随手可得”的目标。2004年第3季度，基于新标准WSRF的网格平台Globus Toolkit 4.0将面世。可以想像，到了2005年，会出现大量融Web Services和网格服务为一体的新型服务出现，让计算机跨越时间和空间的限制，自动获取和处理信息成为现实。从这个意义上讲，比尔·盖茨的预言是极其准确的，正如他在上个世纪70年代就预测到PC机将占据每个人的桌面一样。