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摘要：網(wǎng)格是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展起來的,最初是專門針對(duì)復(fù)雜科學(xué)計(jì)算應(yīng)用的一種新型計(jì)算模式。隨著網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的擴(kuò)展,網(wǎng)格逐步進(jìn)入到商業(yè)使用中。人們預(yù)言,網(wǎng)格技術(shù)和應(yīng)用將成為具有高性能處理、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和大量儀器設(shè)備等特征的21世紀(jì)人類社會(huì)的信息處理基礎(chǔ)設(shè)施。通過它可以匯聚Internet中分散異構(gòu)、動(dòng)態(tài)變化的計(jì)算和信息資源,將其中不同組織和機(jī)構(gòu)的資源虛擬化,使人們能像使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)那樣使用Internet中的各種資源,把Internet從通訊和信息交互平臺(tái)提升到資源共享和協(xié)同工作的平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格研究；互聯(lián)網(wǎng)；科學(xué)計(jì)算

Abstract:ThegridisaccompaniedbytherapiddevelopmentofInternettechnologyandup,thefirstspecificallyforcomplexscientificcomputingapplicationsisanewcomputingmodel.Withthegridtechnologydevelopmentandapplicationoftheexpansionofthegridstepbystepintocommercialuse.Itpredictedthatthegridtechnologyandapplicationswillbetodealwithhigh-performance,massdatastorageandalargeamountofequipment,andothercharacteristicsofthe21stcentury,humansociety,information-processinginfrastructure.ItbroughttogetherthroughtheInternetcanbedistributedinheterogeneous,dynamicchangesinthecomputingandinformationresources,whichwillbedifferentorganizationsandagenciesofthevirtualresourcessothatpeopleliketouseacomputerastheuseoftheInternetinavarietyofresources,fromInternetcommunicationsAndinformationexchangeplatformtoshareresourcesandworkplatforms.

Keywords:gridresearch;theInternet;scientificcomputing

1.研究熱潮

美國政府自20世紀(jì)90年代就開始投資于網(wǎng)格技術(shù)研究,累計(jì)用于網(wǎng)格技術(shù)基礎(chǔ)研究方面的經(jīng)費(fèi)已近5億美元,相繼提出了各種網(wǎng)格理論,并建立以Globus、Globe、NetSolve、Javalin為代表的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃晚?xiàng)目。作為網(wǎng)格計(jì)算最杰出的代表,由美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室實(shí)施研發(fā)的Globus,被認(rèn)為是網(wǎng)格技術(shù)的典型代表。Globus通過對(duì)網(wǎng)格技術(shù)的研究相應(yīng)軟件的開發(fā)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定,力圖構(gòu)造一個(gè)規(guī)范的網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境,實(shí)現(xiàn)對(duì)高性能計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程計(jì)算資源普遍、可靠、一致性的訪問。在對(duì)資源管理、安全、信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計(jì)算的關(guān)鍵理論進(jìn)行研究的同時(shí),Globus于1999年開發(fā)出的能運(yùn)行于各類平臺(tái)的網(wǎng)格計(jì)算工具軟件GlobusToolkit是該系統(tǒng)最重要的成果,其源代碼完全開放,可以幫助規(guī)劃和組建大型網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)平臺(tái),開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運(yùn)行的大型應(yīng)用程序。目前,Globus的技術(shù)已在NASA網(wǎng)格、歐洲數(shù)據(jù)中心、美國國家技術(shù)網(wǎng)格等8個(gè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用。美國國防部規(guī)劃實(shí)施的“全球信息網(wǎng)格”計(jì)劃,將在2020年完成。作為該計(jì)劃的一部分,美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已先期啟動(dòng)了一個(gè)耗資160億美元、歷時(shí)8年的項(xiàng)目,進(jìn)行系統(tǒng)的研制、建設(shè)、維護(hù)和升級(jí)。

英國政府已決定投入1億英鎊用于網(wǎng)格研究,建立英國的國家網(wǎng)格項(xiàng)目,形成全國范圍內(nèi)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。歐盟已于2001年1月起,正式實(shí)施由歐洲粒子實(shí)驗(yàn)室等6個(gè)研究機(jī)構(gòu)參與的數(shù)據(jù)網(wǎng)格項(xiàng)目,計(jì)劃在3年內(nèi)投資980萬歐元,采用Globus網(wǎng)格技術(shù),建立一個(gè)在歐洲范圍內(nèi)不同數(shù)據(jù)源之間實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)計(jì)算與數(shù)據(jù)交換的大規(guī)模分布計(jì)算環(huán)境和共享平臺(tái),為科學(xué)研究提供強(qiáng)大保障。法國啟動(dòng)的國家網(wǎng)格計(jì)劃,前3年計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)投入是1000萬美元。荷蘭國家網(wǎng)格計(jì)算計(jì)劃將使5個(gè)大學(xué)的研究人員能夠更有效地在生物信息到粒子物理等科研項(xiàng)目方面進(jìn)行合作。這一網(wǎng)格計(jì)算計(jì)劃包含5臺(tái)Linux群集系統(tǒng)(每個(gè)大學(xué)各一臺(tái)),通過荷蘭大學(xué)的高性能網(wǎng)絡(luò)——SUPERNet連接在一起。

我國已經(jīng)完成的網(wǎng)格研究項(xiàng)目主要有清華大學(xué)的先進(jìn)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施ACI和以中科院計(jì)算所為主的國家高性能計(jì)算環(huán)境NHPCE。目前正在進(jìn)行的網(wǎng)格研究項(xiàng)目主要有:“863”專項(xiàng)計(jì)劃支持的“中國網(wǎng)格”項(xiàng)目;由中國科學(xué)院計(jì)算所領(lǐng)銜開發(fā)的“織女星網(wǎng)格”項(xiàng)目;由上海多所大學(xué)參加的“上海教育科研網(wǎng)格”項(xiàng)目;由航天總公司第二研究院和清華大學(xué)共同開展的“仿真網(wǎng)格”項(xiàng)目。其中,由中國科學(xué)院計(jì)算所領(lǐng)銜攻關(guān)的“織女星網(wǎng)格”項(xiàng)目,涉及到網(wǎng)格超級(jí)服務(wù)器、網(wǎng)格操作系統(tǒng)、信息網(wǎng)格和知識(shí)網(wǎng)格的架構(gòu)、性能、應(yīng)用的各個(gè)層面,其未來的目標(biāo)是具備大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理能力、高性能計(jì)算能力,以及資源共享和提高資源利用率方面的能力。2.面臨的技術(shù)問題

網(wǎng)格技術(shù)的興起和發(fā)展得益于技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng),但面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面,其研究重點(diǎn)是網(wǎng)格軟件技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn),并以網(wǎng)格系統(tǒng)軟件為主要研究對(duì)象。人們需要建立具有開放性的體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,以形成信息獲取、傳輸、訪問、共享和處理的單一開放的信息處理基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái),需要克服虛擬組織的管理和協(xié)同工作問題,需要解決網(wǎng)格的可用性和可開發(fā)性障礙,并解決系統(tǒng)安全問題。網(wǎng)格作為基礎(chǔ)設(shè)施,除了技術(shù)上的挑戰(zhàn)外,一些社會(huì)、政治因素對(duì)網(wǎng)格的普及也至關(guān)重要,應(yīng)當(dāng)建立資源的外包、數(shù)據(jù)的保密等法律保護(hù)機(jī)制。

為了實(shí)現(xiàn)支持資源共享、協(xié)同工作,具有資源虛擬化和服務(wù)特征的網(wǎng)格,還需要理論和技術(shù)創(chuàng)新的支撐。網(wǎng)格研究面臨一系列需要回答的問題,例如(1)網(wǎng)格環(huán)境下數(shù)據(jù)如何分布、組織、管理?要求什么樣的存儲(chǔ)模型?(2)如何對(duì)動(dòng)態(tài)變化的資源實(shí)施有效管理?如何在廣域環(huán)境下調(diào)度資源,保證服務(wù)質(zhì)量?(3)網(wǎng)格服務(wù)的語義如何表示?應(yīng)用開發(fā)者如何理解服務(wù)語義并與其應(yīng)用目標(biāo)相匹配?(4)為了在虛擬資源空間中建立資源提供者和使用者之間的信賴關(guān)系,保證各自的安全,應(yīng)該建立什么樣的網(wǎng)格計(jì)算安全模型和機(jī)制?(5)由于資源的分散性和部門所屬性,網(wǎng)格能否像電信基礎(chǔ)設(shè)施那樣由集中的大運(yùn)營商來運(yùn)營?它的經(jīng)濟(jì)模型和盈利機(jī)制是什么?如何通過引入投資機(jī)制,建立網(wǎng)格的運(yùn)營服務(wù)業(yè)?在強(qiáng)調(diào)共享技術(shù)的同時(shí),如何用有效的利益機(jī)制來促進(jìn)共享?這對(duì)于網(wǎng)格在中國的成功也許比技術(shù)問題更為重要。

此外,迄今為止尚未制定出全球統(tǒng)一的網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)。國際上網(wǎng)格技術(shù)的研究基本上采用了因特網(wǎng)的開放標(biāo)準(zhǔn)路線,以層次化開放式為基礎(chǔ),在多個(gè)層次上建立橫向技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái),以滿足不同層次資源和應(yīng)用集成的需要。這些標(biāo)準(zhǔn)中最主要的是Globus和OGSA。2003年7月,OMG、W3C、GridForum等標(biāo)準(zhǔn)化組織在出席“軟件服務(wù)網(wǎng)格研討會(huì)”后加快了全球大網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)的制定

。同時(shí),另一開放源代碼網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)組織——Globus也召開會(huì)議研究通過廣域網(wǎng)聯(lián)接高性能計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施問題。Globus目前正致力于開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格架構(gòu)和其他技術(shù),并已提出“開放網(wǎng)格服務(wù)體系”建議標(biāo)準(zhǔn),該體系結(jié)構(gòu)是目前最新的一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu),被稱為下一代的網(wǎng)格體系。在網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)方面,迄今為止還沒有正式的標(biāo)準(zhǔn),但在核心技術(shù)上,相關(guān)機(jī)構(gòu)與企業(yè)已達(dá)成一致——由美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室與南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院合作開發(fā)的GlobusToolkit軟件包已成為網(wǎng)格計(jì)算事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。包括IBM、Microsoft、SGI、Sun在內(nèi)的12家計(jì)算機(jī)和軟件廠商已宣布將采用GlobusToolkit。2004年3月,GlobusToolkxt32版正式。目前,國內(nèi)外很多大型的網(wǎng)格項(xiàng)目都是基于GlobusToolkit提供的協(xié)議與服務(wù)的。

3.安全問題

數(shù)字化信息日益增多,較易受到干擾和攻擊,給網(wǎng)格技術(shù)帶來嚴(yán)峻的安全問題。具體實(shí)施網(wǎng)格安全管理可從以下5個(gè)方面著手。(1)采用法律、法規(guī)手段,建立安全管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則。(2)加強(qiáng)用戶認(rèn)證,用戶認(rèn)證在網(wǎng)格和信息的安全中屬于技術(shù)措施的第一道大門,主要目的是提供訪問控制和不可抵賴的作用。(3)授權(quán),這主要為特許用戶提供合適的訪問權(quán)限,并監(jiān)控用戶的活動(dòng),使其不能越權(quán)使用。(4)加密,加密是信息安全應(yīng)用中最早開展的有效手段之一,數(shù)據(jù)通過加密可以保證在存取與傳送的過程中不被非法查看、篡改、竊取等。(5)審計(jì)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)備份。

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