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文档简介
1、第卷第期吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报vol. no. 年月journal of jilin architectural and civil engineering institute 20xx浅析网格计算技术的应用与发展郑琦1卢德利2 (1:吉林建筑工程学院,长春130021;2:吉林医药设计院有限公司,长春130021)摘要:网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的、专门针对复杂科学计算的新型计算模式。我们可以将服务器、存储系统和网络联合在一起,数据文件、应用程序和系统看起来就像是一个巨大的虚拟计算系统,为用户提供功能强大的多系统资源来处理特定的任务。本文简述了网格计算的概念、关键组
2、件,介绍了网格计算在若干领域的应用,概述了网格计算现状和发展前景。关键字:网格计算;分布式系统;资源共享中图分类号:文献标识符:文章编号: analyze briefly the application and development of grid computing zhengqi1 lu de-li2 (1:jilin institute of architecture and civil engineering ,changchun 130021; 2:jilin pharmaceutical design institute co.ltd,changchun 130021)abstr
3、act: grid computing is a new computation pattern that aims atthe complex science computation specifically, accompanied by the rapid development of the internet. we can be able to servers, memory systems and networks together. it can provide users with a powerful multi-system resources to handle spec
4、ific tasks, like a huge virtual computing systems. this paper has summarized the concept and the key components of grid computing.introduced a number of grid computing in the field of application. grid computing provides an overview of the current situation and development prospects.key words: grid
5、computing; distributional system; resource sharing0 引言随着超级计算机的不断发展,它已经成为复杂科学计算领域的主宰。但以超级计算机为中心的计算模式存在明显的不足,而且目前正在经受挑战。超级计算机虽然具有非常强大处理能力,但它造价极高,通常只有一些国家级的如航天、国防等部门才有能力配置这样的设备。而随着人们日常工作遇到的商业计算、科学计算越来越复杂,人们越来越需要数据处理能力更强大的计算机,而超级计算机的价格使得它进入普通人的工作领域成为一种奢望。于是人们在寻找造价低廉而数据处理作者简介:郑琦( 1978) ,女,吉林省长春市人,助教,硕士第卷
6、第期吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报vol. no. 年月journal of jilin architectural and civil engineering institute 20xx能力超强的计算模式中历经了负载均衡技术、集群技术、分布式计算技术,这几种技术浅层次地部分解决了对较高计算能力的需求,但对于那些对计算能力要求很高的应用仍然代替不了超级计算机,这种情况一直持续到网格计算技术的出现。1 网格计算的概念及其关键组件1.1 概念网格计算主要研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分,然后把这些部分分配给多台计算机进行处理,最后把这些计算结果综合起来得
7、到最终结果1。网格计算利用互联网技术,把分散在不同地理位置的计算机组成一台虚拟超级计算机。每一台参与的计算机就是其中的一个“节点”,所有的计算机就组成了一张节点网即网格。从本质上讲,网格中的每一台计算机只是完成工作的一个小部分,这样的计算方式就好像是“蚂蚁搬山”,虽然单台计算机的运算能力有限,但成千上万台计算机组合起来的计算能力就可以和超级计算机相比了。这种利用网络中一些闲置的处理能力来解决复杂问题的计算模式,使得跨网络的计算资源得以共享,从而创造了虚拟意义上的超级计算机,适用于大型科学计算和项目研究。1.2 关键组件网格计算有 6 个主要组件即安全性、用户接口、任务负载管理、调度、数据管理、
8、和资源管理2,如图 1 所示。网格中的计算机都连接到了网络上,并且都正在运行应用程序,可能正在处理敏感的或非常有价值的数据,因此网格的安全性组件是非常值得关注的一个问题,这个组件包括诸如加密、认证和授权之类的元第卷第期吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报vol. no. 年月journal of jilin architectural and civil engineering institute 20xx素;访问网格中的信息也非常重要,用户接口组件为用户处理这种任务。这通常有两种方法,一是由用户正在运行的应用程序提供接口,二是由网格管理员提供的接口,可能是 web 门户, 在一个单一的虚拟
9、空间中为应用程序和网格中的可用资源提供访问权限;用户想要在网格上运行的应用程序必须了解有哪些资源可用,这就是任务负载管理服务的用武之地了,应用程序可以与任务负载管理器进行通信,从而了解可用的服务以及这些服务的状态;调度器需要用来定位在哪个计算机上运行应用程序,并分配所需要的作业。这可以非常简单,只是利用下一个可用资源,但是通常都会涉及作业队列的优先级排序、管理负载、在需要保留资源时寻找其他资源并对整个过程进行监视;如果应用程序正在某个系统上运行,而这个系统却没有应用程序所需要的数据,那么就需要采用一种安全可靠的数据管理机制将数据通过各台计算机移动到正确的位置,这可能需要采用各种协议;要处理这种
10、关键的任务,例如使用特定的资源来启动作业、监视这些作业的状态并返回结果,就需要一种资源管理机制。2 网格计算的应用领域网格计算使人们可以轻而易举地为一些大型科研任务创建和提供动态、分布式、高性能的计算环境,而这些在以前是不可能实现的,或开展起来所付出的代价很高,如气候数据分析、宇宙观测、实时遥感数据处理等。网格计算也可以在商业计算领域应用,如联机分析处理数据、商业智能化等。此外,它还可以广泛地应用在电子商务、电子政务等领域3。2.1 网格计算在学科研究中的应用现在科学研究的问题空前复杂化,而学科研究所需要的运算资源常常是捉襟见肘。复杂科学领域的计算通常以超级计算机作为数据处理中心,虽然处理能力
11、强大,但是其本身的造价极其高昂,并不是所有的研究机构都有能力配备。网格技术的出现,最大程度地提高了现有网络计算资源的利用率。2.2 网格计算在企业信息处理中的应用当网格的深入到互联网的每一个角落时,我们从互联网获得网格计算资源就会像我们从电网上获取电力那么简单,我们只需要支付少量费用,就可以租用这台“超级信息处理中心”为我们工作,这对于信息处理需求大的企业来讲是非常有利的。现在很多企业为了保证其业务不间断地运转,大多部署了昂贵的大型计算机系统,这些设备除了在少数的业务高峰时间可以得到充分利用外,大部分时间都是闲置的,这些闲置资源无疑导致了企业运行成本的增加。一个强大的可租用虚拟系统,可以让用户
12、完成以前难以承担的任务,其生产成本却不会有明显的增长。2.3 网格计算在电子政务中的应用网格及网格计算技术可以整合和管理分散在各部门的信息化资源,实现各个政府部门之间数据的无缝第卷第期吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报vol. no. 年月journal of jilin architectural and civil engineering institute 20xx交换,打破电子政务资源共享的瓶颈;另一方面,网格技术的分布式工作模式,可以有效地实现在网络虚拟环境下的协同办公,提高政府的工作效率、增强为公众服务的能力。例如2003 年 7 月上海市政府与ibm中国公司签署了网格计算合作
13、谅解备忘录,旨在利用网格技术解决上海信息港建设中出现的问题,诸如部门之间的信息化资源分散、跨部门协作缺乏标准,部门间资源共享与协作困难,通过资源的整合,提高信息化建设的整体成效,开了国内利用网格计算技术推动电子政务发展的先例。3 网格计算的发展现状我国由中科院计算所等十几家科研单位,共同承担了863 重点项目“国家高性能计算环境(nhpce) ”的研发任务,该项目是我国的第一个网格雏形。2002 年,国家863 计划启动了新一轮网格研究项目中国国家网格(china national grid)。项目以北京、上海为中心建设两个网格主结点,主结点的计算能力必须在一万亿次以上,上海超级计算中心是其中
14、之一。上海市科委正在启动上海信息网格,通过对计算、数据、 软件等各种信息的共享和协同,支持交通信息网格示范应用。美国政府用于网格技术基础研究经费则已达5 亿美元。美国军方正规划实施一个宏大的网格计划,叫做“全球信息网格 (gig)”, 预计在 2020 年完成。 英国政府已投资1 亿英镑, 用来研制“英国国家网格”。信息产业界的大公司也相继公布了与网格目标一致的研究开发计划。hp 、ibm、microsoft、sun 等公司最近取得共识,支持xml 、soap 、uddi等万维网标准,从而更有利于开发新一代的网格应用。其目的是将因特网上的资源和信息汇聚在一起,组合成企业和消费者所需要的服务。另
15、外,ibm 最近宣布,将投资40 亿美元, 启动一个全公司的“网格计算创新计划”,在全球建设40 家数据中心, 其投资力度和商业计划都很惊人。 从企业来讲, 美国 gm 公司建设了自己的企业网格,是运行得最好的。它将该公司分布在世界各地的设计制造部门、营销部门都连入网格中,实现了从订单到销售的最快速的全数字化服务。4 网格计算的发展前景国际网格技术的激烈竞争与迅猛发展, 运用具有超强的计算能力的计算机来完成构建全球网格的前景几乎是无法抗拒的, 据专家预测网格计算作为信息产业的新热点, 将是近期内解决数据量极大的科学工程计算问题最直接和最有效的途径。网格计算的根本特征是资源共享, 我们可以根据需
16、要建构企业内部网格、局域网网格、 家庭网格和个人网格 , 因此网格计算的应用前景将非常广泛,比如卫星图像的快速分析、先进芯片的设计、生物信息科学研究、超级视频会议、制造业的设计与生产、电子商务、数字图书馆及一般的商务应用。随着网格计算技术的进一步发展以及服务提供商的共同努力, 网格计算将会应用于更广阔的领域及行业,网格计算的发展势必成为互联网的又一次革命, 对计算机网格技术的应用及其他产业的发展将产生深远的影响4。第卷第期吉 林 建 筑 工 程 学 院 学 报vol. no. 年月journal of jilin architectural and civil engineering instit
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