谈网格计算的应用及发展前景

谈网格计算的应用及发展前景

吴延东

□吴延东

〔摘要〕现代社会由于大规模的科学和工程计算的需求，迫使计算机必须不断地提高其运算速度和存储容量。超级计算机虽然是一台处理能力强大的“巨无霸”，它的造价极其昂贵，通常只有一些国家级的部门，如航天、军事、气象等部门才有能力配置。而随着人们在日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们迫切需要数据处理能力更强大的计算机，而超级计算机的价格显然阻止了它进入普通人的工作领域。于是，人们开始寻找一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们经过努力找到了答案———GridComputing（网格计算）。

〔关键词〕网格计算应用发展网格

（grid）是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。网格也是一种先进的计算基础设施（AdvancedComputationalInfrastructure，简称ACI），用于研究与工程应用相结合的项目，学科领域涉及超级计算技术、网络技术、数据库技术、中间件技术、并行算法和各种计算科学研究与应用技术，是一个综合性的跨学科高技术研究课题。网格计算（GridComputing）是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，是将地理上分布的计算资源（包括数据库、贵重仪器等各种资源）充分利用起来，协同解决复杂的大规模问题，特别是解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题，是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参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“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一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。简单地讲，网格是把整个网络整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。网格是借鉴电力网（electricpowergrid）的概念出来的，网格的最终目的是希望用户在使用网格的计算能力时，就如同现在使用电力一样方便简单。

1在科学计算领域，网格计算可以在以下几个方面得到广泛应用1.1分布式超级计算。网格计算可以把分布式的超级计算机集中起来，协同解决复杂的大规模的问题。使大量闲置的计算机资源得到有效的组织，提高了资源的利用效率，节省了大量的重复投资，使用户的需求能够得到及时满足。

1.2高吞吐率计算。网格技术能够十分有效地提高计算的吞吐率，它利用CPU的周期窃取技术，将大量空闲的计算机的计算资源集中起来，提供给对时间不太敏感的问题，作为计算资源的重要来源。

1.3数据密集型计算。数据密集型的问题的求解往往同时产生很大的通讯和计算需求，需要网格能力才可以解决。网格可以药物分子设计、计算力学、计算材料、电子学、生物学、核物理反应、航空航天等众多的领域得到广泛的需求。

1.4基于广泛信息共享的人与人交互。网格的出现更加突破了人与人之间地理界线的限制，使得科技工作者之间的交流更加的方便，从某种程度上可以说实现人与人之间的智慧共享。

1.5更广泛的资源贸易。随着大型机的性能的提高和微机的更加普及，及其资源的闲置的问题也越来越突出，网格技术能够有效地组织这些闲置的资源，使得有大量的计算需求的用户能够获得这些资源，资源的提供者的应用也不会受到太大的干扰。需要计算能力的人可以不必购买大的计算机，只要根据自己的任务的需求，向网格购买计算能力就可以满足计算需求。

2以网格服务为中心的模型的好处有以下几点2.1网格中所有组建都是虚拟的，通过提供一组相对统一的核心接口，所有的网格服务都基于这些接口的实现，就可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别的服务，这些服务可以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待。

2.2虚拟化也使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上成为可能，在对服务进行组合时不必考虑具体的实现，可以以底层资源组成为基础，在虚拟组织中进行资源管理。通过网格服务的虚拟化，可以将通过的服务语义和行为，无缝地映射到本地平台的基础设施之上。

2.3“蓝色巨人”IBM正在构筑一项名为“GridComputing”的计划，旨在通过因特网，向每一台个人电脑提供超级的处理能力。IBM公司副总裁、也是这项计划的总设计师欧文·伯杰说，“GridComputing”是一种整合电脑资源的新手段，它通过因特网把分散在各地的个人电脑连接起来，不仅可使每台个人电脑通过充分利用相互间闲置的电脑能源，来提升各自的电脑处理能力，还可使成千上万的用户在大范围的网络上共享电脑处理功能、文件以及应用软件。正如网络技术总是从科学开发领域转向企业商务领域一样，我们也希望看到‘GridComputing’能取得这样的进展。另一个业界巨人SUN也推出新软件促进网络计算的发展。

2001年11月，Sun推出了SunGridEngine企业版软件的，继续提升它的网络技术计算水平。该软件自推出以来，SunGridEngine企业版软件的用户已经增长了20倍。今天，全球有118000多颗CPU都是采用SunGridEngine软件管理的。除此之外，一批围绕网格计算的软件公司也逐渐壮大和为人所知并成为受到关注的新商机，如：Entropia、Avaki、Noemix、DataSynapse等等。有业界专家预测，网格计算将成为未来网络市场发展的热点。据《ForbesASAP》预测，网格技术将在本年度达到高峰，并带来因特网的新生。如果网格技术能促使市场按预期的17%年增长率持续成长的话，那么在2020年将会形成一个年产值20万亿美元的大产业。

作者单位：河北沧州师范学院