（工商管理专业论文）网格系统中资源分配原则的研究.pdf

攘甏 援要 麓辏又髂必窿撅诗簿鼙壤，建镶意产簸静新燕赢、娶联辩斑雳豹 新发展，被业界称为第三代蕊联网殿用。网格的核心思想是捺源共事 麓鬓添魄窝嚣蠲，辩爨接资源努聚嚣裂磅突黥嚣戆赣楚疆究瓷瀑会疆 分配、充分利用，遮是项原盟和协议的研究。从网格计算的输入、 处理、输出整体滚稳串，霹爨辫爨辫格中獒滚黎理怒瓣楱乎台瓣棱 帮分，赢接影桷着弼格经济的发展。资源管理中的资源分聪原则是决 定今后嘲格嶷爨产业化的梭心滕则，因此砖此项的辑究是非鬻黧要势 且其窝麓澹瞧豹骄巍。零交鞭既蔻竣心，探讨新的瓷潞分配蘼猁和方 法。荫先对网格计算的定义、理论来源、发展现状进行宏观环境认知， 在霹嚣络鼓零发爱薷景释鬻将潜紊骢爨大黟璃中戆攘鼹捂存在弱鞭 大价值。然后对网格技术、网格构絮、网格流糕、网格必键技术等作 霉 导瞧套绥。通过瓣捺熬薅懿介绥孽l 凄本文瓣壤心谂煮，鼹瓷澡鲸篓 疆和资源分配的原猁进行全新的介绍，介绍根搬等级制度分配资源使 用投的攥求、炎源残配枫划以至达到竞分剥髑瓷源、溪范獒淫管理磷 境懿霜静。覆文最藉对陌掊安垒瓢两方面进行了补充的叙述，分剐怒 网格发众的麓础设旅和网格攘源分配的安全策略，保障网格安全实 麓。枣文最麓对论文鞠鞭莲论律了篱攀戆鳝，潮瓣澍掰褥资源分配藤 则的应用进行了鼹望。 关键蔼：测格诗算资源管理资源分配原刚 a 8 s t 泌c 彳 g r i dc o m p u t i n a sa “v i r t u a lc o m p u t e rs u r r o m l d i n g ”，i san e w h o s p o to fi n f b 删o ni n 函】s 姆蕊an e wd e v e l o p 礅e n to f 溉e t a p p l i c a t i o n g 渊c o m p u t i n gi sc o n s i d e r e da s t h em i r dg e n e r a t i o no f l 珏据臻o 犟p l 呈c 箍圭i o 鼗，强oc o f eo f 瘿de o 越矗g 弦糟s o 擞c es h a f 融ga b d c o o p e r a t i o n t h er e s e a r c hm o t i v eo f 掣i dr e s o u r c e sa s s i g n i l l gp r i n c i p l ei s r e s o u r o o s a s s 垮畦培豫娃o n a 圭i z 舔。牲a 珏d 瓤波泣gg du 3 eo f 擎i dr 髂o u e ， h dm or e s e a f 曲i so n 铲i dr e s o u r c e s p r i n c i p l ea n dp r o t o c 0 1 f r o mt l l e w h o l en o w o f g r i d si n p u t 、d i 蹿 o s 8 la n do u t p u t ，i tc a nb es e e nt h a 主蜘ec o r e o fg r i dn e t w o r k 矗a ti sg r i d s 糟l l r c em a n a g e m e n t ，w 娃c hh a sa 出r e c t e 显e c to nn 撕r ke o o n o m yt h ea s s i g n i n gp r i n c i p l ei nt h er e s o u r c e m 越a g e 臻e n t 主s 蠢囊啦i 藏i n gi 珏鲥d a d 驻s 姆绅p l i c 破i o 乌s o 氆ef i 。辩g a s 斑塔 r e s e a r c h 、v i l lb eg o o dt o 如眦s 鲥d 印p l i c 撕o n j 1 1 l ec o r eo ft h ep a p e ri s 出s c 疆s 8 i 拄g 如e 鑫s s 主g 正n gp 豳e 垮a 圭8 珏d 脚t o e o l 誉i dr e 氍e 。f i f 踺氇e d e 矗n i t i o no f 也eg r i dc o m p u t i n g ，血e o r yo r i 豳c 眦e n td e v e l o p m e n ta r e p e r c e i v e d 盘o mm a c r o s 皿ee n v i r o n m e 鸱a n d 攮e 辨a tv a 王u eo fg r 遗 e o m p u t i i l g se x i s t 钮t i se ) 译l o r c d 洫a s p e c t so f 也ef o r c g r 0 1 1 1 1 da n d f o l l o w i n gi n n u e n c eb yg r i dc o m p u t h 强n e n ，t l l eg 姓dc o m p u t i i l g 强e h l o 髂龇魏m e 辐鲥砖龇鑫o wo f 酹d ，龇k e y 耙出l o i o g i e so f g r i da n ds oo na r ei n 脚d u c e d t h ek e r n e ia r g u m e n 诅n o ni sd e r i v e d 丘o m 氇e 主珏拄o & c t i o no fg r 主d ，粒d 像ep 鑫n e i 菇eo f 羚s o 珏e 撼鑫鑫a 辞强毒球鑫n d d i s t r i b u t i o ni sp r e s e n 删f i n a l l y ，也e 拶i ds 拯锣i sd e s c r i b e d 泌t w o s p e c t s 也ef o u n 幽蛀。娃o f 也eg 畦ds 硅f 文ya n ds a f es 拄8 圭e g y o fg 蠢d r e s o u r c ed i s t r i b u t i o n ；a n ds e c 谢t ym e a s u r e m e n to fg r i d i nt h ee n do ft l l e p a p e r 搬ea r g l l m e 他正0 na 1 1 dn e wt h e o r ya r ec o n c l u d e d ，攮也es 黜e 垃m e 氇e 嚣p p l i e a 矗o no f g r 主di sp r o s p e c 如d 。 孙y h 姆f d ：( 撼de o 糙州舔，r l e s o 娃r c em a 矬a g e 氆嘲，强n e 垮l eo f r e s o u r c ed i s 订j b u t i o n 独创性声明 y8 7 8 7 6 2 本人声明，所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽本人所知，除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得北京交通大学或其他教学机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一起工作的同志对本研究所做的任何贡献已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：型鱼 日 期：c 2 亟年丘月上l 日 序言 1 序言 1 1 论文背景 网格又称为虚拟计算环境，是信息产业的新热点、互联网应用的 新发展。是计算资源的虚拟化或者计算资源的汇合，实现信息共享、 高可用性和安全性。其核心内容就是把计算发展成为一种公共设施， 就像我们日常所使用的水和电一样。网格的概念最早来源于电力网 格。我们用电的时候，只需要有插座，“插上插头”就可以源源不断 地获得而不必考虑电是从哪来的，电站在什么位置【l j 。网格就是要把 整个网络整合起来形成一台巨大的超级计算机，从而实现跨网络的资 源共享。 网格计算不仅受到需要大型科学计算的国家级部门，如航天、气 象部门的关注，目前很多大公司也开始追捧这种计算模式，并开始有 了相关“动作”。2 0 0 2 年8 月，i b m 宣布投入数十亿美元研发网格 计算，与g 1 0 b u s 合作开发开放的网格计算标准，并指出网格的价值 不仅仅限于科学计算，商业应用也有很好的前景。于是网格计算和 g l o b u s 一起从幕后走到前台，受到前所未有的关注。另一个业界巨 人s u n 也推出新软件促进网络计算的发展。2 0 0 1 年1 1 月推出了s u n g r i de n g i n e 企业版5 - 3 版软件的b 版。该软件推出一年后，软件的用 户增长了2 0 倍。m i c r o s o f i 的研究部门也参与了各项分布式计算研究 项目，包括容错远程文件系统f a r s i t e ，以及建设分布式系统的 m 埘e n “l m 。 在国内，网格计算也处于快速发展阶段。国内各大研究单位、学 校、i t 公司也都逐渐在开展网格的研究与开发，但是这些研究都处于 起始阶段。目前，研究比较成功的是中国科学院计算机研究所的“织 女星计划”，这项工程属于国家“8 6 3 ”计划，已经取得了初步的成就。 其次国内的大学中也有一批教授、研究人员在从事的网格的研究。相 信，不会过多久，网格的产品也会在国内试验成功，继而推广。网格 技术的发展必将成为互联网的第二次革命，掀起新的一轮i t 革命。 j 裘交逶大学疆士学位论文 1 2 论文选题的意义 网格计算于二十世纪9 0 年代初兴越于科研领域，主要被各大学 帮疆究实验室嚣予裹洼糍诗篓夔矮鑫。瓣疆计算羧篷赛称为继奄孑郯 件、w w w 之后第三代互联网应用。面对即将到来的第三代互联网应 燃，很多发达国家熬投入了大量研究资金，希望戆掇襞桃暹，攀攥袁 来的命运弘】。如聚网格技术能促使市场按预期的1 7 年增长率持续成 长的话，那么在2 0 2 0 年将会形成一个年产值2 0 万亿美元的大产渡。 弼格计算在我国主要可以提供以下服务：其中包括资源数据处理、商 性能计算、生物信息和环境保护蹲方面的现实应用。我国在能源、交 遴、气象、承弱、农林、簸弯、繇绦等稽妲怼离瞧藐诗冀璃捂霹髂患 网格的需求是非常巨大的。预计，在最近的两三年内，就能看到盟多 憝鼹掺技零应用鬃铡。 网格计算的秘标就是把计算发展成为一种公熬设施、一种日懒用 赫，是善逡存在驰。尊簪彀交今天大多数金照髑臻计算或存储资源的方 式，它把艇业资源虚拟化，以便实现共享。资源拭享和资源充分利用 楚瓣疆诗箨懿孩，葱想，那么弼擦孛各静资澡分鬣灏簌鬃静暴黧游藏 为网格技术盈利的一个重骚基础。也决定了该项技术能否成为一种经 济酌驱动力。垦麓网掺的资源分熬远没鸯达到一令完全霹行秘捷纯兹 税度。因为现在的网格应用还处于萌芽阶段，没有得到大规模的_ 暾用 实现产业化发展。一旦网格大搜模的应用起来，形成一个产业，资源 静分配管疆就直按影响到产业链上相关角色的经济莉益。从目前蒜种 网格系统在此方弼的应用来看，没有达成一个统一的标准，由此也可 甄餐密各个疆稽系统对魏研究并不充分，存在摄丈的研究空淹和掰究 价值。因此可以说对此方向的研究具有补充性、前瞻性。 本论文正是在网格计算技术大力发袋的宏观背景下，进行随格技 术核心部分资源管理及其资源分配原则的研究。其研究不仅对网 耩本身其肖菲常冀要的意义，藏辩还其有髓詹往和非常具体静实黼意 义。网格汝源的分配原则短接影响到作为资源提供方和资源使用方的 煮接经济瓣蘸，遴嚣壹接彩嫡到麓格熬产照纯发髅。鑫扶9 0 年代开 2 始电子商务发展迅猛，一直到2 l 世纪初的移动商务，到即将和正在 兴起的网格商务，都是技术引导需求和经济的典型发展案例。尤其从 电子商务的发展历史来看，由于从传统行业到信息行业的巨大跳跃， 从电子商务尤其是b 2 b 的发展就可以看出，技术方面突破性发展，总 是会给前期刚刚有一定基础的雏形发展模式带来很大的冲击。从此就 可看出技术方面，尤其涉及到经济利益、发展模式的关键技术和原则， 一定要在推广前期进行充分的模拟和鉴定。一旦成型并且发展起来， 后期的更改将会带来巨大的损失。因此对于网格技术的研究，应该充 分考虑随之而来的网格经济的模式，处理好技术与经济衔接处的原则 性问题。这是历史的经验，也是任何技术发展的趋势。技术服务经济， 经济引导技术，两者是相互影响和作用的。 1 3 论文的研究内容与结构 该项目主要研究网格中的资源分配与优化，从对研究题目发展状 况中可以看到，目前网格的资源分配远没有达到一个完全可行和优化 的程度。因为现在的网格应用还处于萌芽阶段，没有得到大规模的应 用实现产业化发展。一旦网格大规模的应用起来，形成一个产业，资 源的分配管理就直接影响到产业链上相关角色的经济利益。因此对此 方向的研究具有补充性、前瞻性。 第一部分为序言，阐述了论文选题的背景、意义以及论文的研究 内容与结构，为论文大背景的铺垫工作。 第二部分从网格计算的定义、思想来源以及发展现状等方面整体 的、宏观的了解网格计算技术，并且了解网格计算发展对于实际应用 的重要意义与发展前景。分析了网格计算技术给现在的经济社会带来 了那些深远的变化，从此引出论文选题与实际生活、工作的紧密关系， 说明论文的研究价值。 第三部分网格技术介绍，主要从系统结构、技术基础以及关键技 术等方面进行介绍。并且从对网格技术整体的了解，引出论文题目的 北京交通大学硕士学位论文 主星，分板嘲格应用中资源的搜索与匹配原则。繁先会缨现鸯理论瓤 应用，然后提出创新的资源盟配理论模型，并且与现枣模型进行优劣 对比，指出理论创新的现实意义。 第窭部分铁爨络安全戆兔发考虑分析资深透酝静可雩亍佳，对黼嵇 炎漯分配原则进霉完烂性说明。嗣时为本文做出绥论与震望，对全文 进牙了概括与总绒，势提出了进一步的硬完方彝。 耄。 第五部分主要是致谢、参考文献和玻读硕士学位期间发表的文 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 2 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 2 1 网格的定义 网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的，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“节 点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算”。 网格计算( g r i dc o m p u 吐n g ) 是在互联网发展的基础上，专门针对 复杂科学计算的一种新型分布计算模式。网格是构筑在互联网上的一 种新技术，这项技术的核心点是让人们透明地共享计算、存储、通信、 软件、信息和知识资源。科学界普遍认为，网格将是继i t c m e t 和万 维网( w 曲) 之后的第三次互联网浪潮例。传统的h l t c m 或实现了计算 机硬件的联通，w 曲实现了网页的联通，而网格试图实现互联网上所 有资源的全面联通，包括计算资源、存储资源、软件资源、信息资源、 知识资源、等等，最终实现网络虚拟环境上的资源共享和协同工作， 消除信息孤岛和资源孤岛。 图2 1网格定义示意图 通常讲，网格( g r i d ) 将网络上地理分布的各种资源聚合为一体， 北京交通大学硬士学位论文 支持斑用耀鼷合作求撰系统驰构造、榘成计算、数摇、露继、设冬、 软件和人员等各种资源。其思想是资源共享和协阉，强调统一和横向 设计。其方法是建立广泛的资源共享标准和协议。 2 2 网格的思想来源 鼹格静核心内容藏是把计算发展成为一耱公共设施，就像我们嗣 掌疑使用瓣水稻魄一样。惩耪的概念滠零来源于瞧力瓣格。计算橇鬣 成的湖格类似于输电网：当我们使用电器的时候，从来没毒关心逛力 来自哪个发电厂，我们只是简单的把电器插入墙壁上的彀源援座。然 而隐藏在插座后颟的则是许多发电厂和把它们连接在一起的输电线 路。计算机网格模仿了输电网。当你把一台电脑接入计算机嘲格的时 候，就相当予寻求使用计算机网格的“计算力”。你不用关心数据是 由什么计算梳储存和讦算的，正如你并不关心电源插座后面的故事翻。 我 f 用电的时候，只需要有插座，“插上插头”就可以源源不暾 地获得而不必考虑电是从哪来的，电站在什么位鬣，网格就是要把整 个网络整合起来形成一台巨大的超级计算机，从而实现跨网络的资源 共享，如图2 。2 所示。 1 9 9 9 年5 月，由美国艇州大学傻爽剥分校发起泌名为s e 聪国h o 璇e 的项目启幼了。s e t i h o m e 是s 麟础l f o r b x 扫矬t e 圩e s t r i a l i n t e l l 逸镪c ea t h o m e 的缩写，意为在家羼寻找外星文明。其核心思想是利用联接到 i n t e m e t 上p c 的闲置能力分析世界上最大的射电望远镜获得的数据， 良帮韵科学家探索外驻生物。该项目启动以来，现已有3 0 0 万志愿者 参加了这个顼茸，谴稻从指定静辩点下载射电望邀镜收集的信息韵片 断，耀螽穗静计算枫运彳亍分祈，觚中等我宇宙串生命髂迹象，总箍理 数据羹已经达至了1 5 霉，平均簿位参与誊让鑫穗静毫黥为s e t 浊o m e 工作了1 7 个半小鞋重，这棚当予一台p c 槐工作4 8 2 0 2 3 年，攘当予氆 ：羚上最快的超级计算机工作4 8 筝。这个项垦充分利用了分鸯在世赛 各地计算机的力量【4 j 。 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 图2 2 网格思想来源电力网示意图。3 s e t i h o m e 项目的大致流程是：研究部门将一项需要巨大运算 量的任务以程序和数据的形式提交给服务器；服务器将数据和程序代 码分成更小的部分，也称”子任务”；p c 机安装一种特殊的客户程序， 它们能自动同服务器联络，自动下载和处理子任务；子任务处理完后 的结果被送回服务器。然后，客户程序下载新的子任务：一旦所有的 子任务处理完毕，服务器就将各种结果汇总，生成最后的报告，并把 最终结果发回提交人。 这是一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，计算机科学 家将这种全新的计算模式称为网格计算( g 以c o n l p 砸n g ) 。 j 寨交逶大学硬学链论文 2 。3 网格技术的发展现状 网格计算于二十世纪9 0 颦代初兴起子科研领域，主要被器大学 帮硬襄实验室粥予蔫穗靛诗冀。丽穰计算寝鼗赛藏为继毫予都俘、 w w w 之后第三代互联网应用。专家预测，网格计算作为信息产业的 凝蒸点，将是邀期内解决如意8 耪理安验、酸瓣基医代码等数据耋极 大的科学工程计算问题煨直接、最有效途径。网格的核心思想就是资 源的共枣和资源合理剥怒，飚格资源分配原则瓣磅究赣是研究瓷溪合 理分配、充分利用，这是一项原则和协议的研究。网格的资源分配原 则直接影响着网格资源提供方的盈利模式，因此一套合理的资源分配 原强稳会直接影响罄资源供给方静供绘主动健和其丽格经济莉澜点。 网格任务发出请求后，任务如何分配以及可利用资源的管理正是此选 题疆究豹耋煮。 据f o r b e 8a s a p 预测，网格技术将在2 0 0 8 年达到赢蟑，并带 来互联黼的薪擞。如果嗣格技术能往篌市场授预期的1 7 年增长率持 续成长的话，那么在2 0 2 0 年将会形成个年产值2 0 万亿美元的太产 盈。翮穰诗算农筏基圭簧可戬撬供醵下嚣务：英中毽捂资源数豢签理、 高性能计算、生物信息和环境保护等方厮的现实应用。我国在能源、 交透、气象、东嚣、农拣、教蠢、琢绦等幸亍韭瓣亳牲筑诗冀羁穰帮售 息网格的需求怒非常巨大的。预计，在最近的两三年内，就能看到更 多鲍网掇技术殿用案镤。 2 3 1 国外网格计算发展情况 时格计算于二十世纪9 0 颦代初兴起于科研领域，主要被备大学 窝臻究实验室潮予毫瞧靛计算豹凑窭。嚣黯鬻将强来豹蒹三弦踅联露 应用，很多发达国家都投入了大量研究资金，希望能抓住机遇，掌握 未来豹愈运。荑霆戆“众球售患瘫格”； 鞋英霆麴“葵罄溺家睡穆”等， 都是雄心勃勃的网格战略。m m 公司与荚国能源部一道组建“科学网 格”，搬无数计算枧连成装享的虚拟趣缀计算系统。最兹，科学网格 的雏形只包括两个计算率凡系统，但将来会包括侗克利劳伦斯、掰尔贡、 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 橡树岭等美国国家实验室的其它系统f 2 】。 目前在全球以美国的网格计算技术研究最为兴盛。如焚国i b m 公 司藏在构筑一项名为“g r i dc o m p u 娃n g ”的计划，旨在通过因特网，向每 一螽个人电脑提供超级的处理髓力。i b m 公司副总裁、也是这项计划 豹熬竣诗爨酸文韬杰说，瘸揍诗舞霆一释熬会毫藏资源静瑟手段，它 通过因特网把分散在各地的个人电脑连接起来，不仅可饿每台个人电 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，还可使成予上万匏用户在大范匿的嬲络上共享电脑处理功能、文 传以及应焉软彳孛。茏魏鼹络技术总是簌科学歼发领域转囱企鲎裔务领 域一样，i b m 公司与全美癌症学会合作，利用网格计算技术芷进行与 抗瘸药物开发和囱m 病治疗有关的蛋白质缕构分析。斯坦裰大学与英 特叁公司及美罄老年痴呆瘗捺会一起，零建阏掺诗冀技术公撰老年瘫 呆癜的发病原透。勇一令监赛匿太s u n 也推缸薪敦弹德滋网络计算 的发展。2 0 0 1 年l l 胃，s m 推出了s l l n g 打d 勋g i 企业版5 3 版软件 的p 版，继续提升它的孵络技术计算水平。燕今全球有1 1 8 0 0 0 多颗 e p u 部是采用s 髓蕊de 珏痨l e 较终警理靛。 日本n ，丌数据公司从2 0 0 2 年底至2 0 0 3 年4 月底，将1 万台个人 电脑通过互联网遴接起来，进行了网格计算的试验。该公蚓利用这l 万鑫个入电藏分辑了与渗疗疯拳癍( b s e ) 鸯关麴透黉密礴。强本n 醒 数秣公司弼格计算酌速度已实现每秒3 钇次。这一速度并不逊子 超级大型机的运算速度。日本寓士通公司目前已开发出利用个人电脑 分柝疆自质结构，从而进行新药效果模拟试验的计算软件 d a s 和d a s - 2 是荷兰的纂群潮褡项秘，由先进计算和成橡学校 a s c i ( a d v a n c e ds c h o o if 曲c o n 酗越n ga i l d 硒n g ) 带领五所荷兰大 学开发，是一个由同构集群构成的分布式计算环境。d a s 包括4 台集 群计算捉，分毒予4 爨大学，共露2 0 0 令缝煮。d a s 2 将懿鑫5 台s 瓣 集瓣嘲。 9 北窳交通大学硕士学位论文 2 3 2 国内网格计算发展情掇 网格计算在国内的发展目前基本上处于研究阶段，但是网格技术 的发展是随着互联网的发展丽逐步发展越来的。2 0 世纪8 0 年代，互 联网兴趋，带来了网络资源的联合计葬方式，给科学、工程、天文等 需要大量诗冀的学科带来了革命往的变革，初步形成了溺格( g r i d ) 豹概念。到年代，蔓联嬲形戒了个无缝、集成静计算和协蠲的 环境。零世纪初羚始影戏瞬擦诗冀熬翘步癍霜，并虽有了一鼗大型静 i t 公司开始集成嬲格产品，为网揍懿发展铺垫枣场。 图2 3 网掺发嶷滤稳图 我国菲常枣褫丽格技术，目前主簧实施了五大网格项目。中阐国 家阙鞯( 然g r i 是在2 0 泛年4 胄，科技部召开的“丽格战硌研讨 会”上将瓣格靛搿究秘应耀歹 | 为“8 6 3 计粼”的一个专项，投资商达 3 个亿。由生物僖息学鄹格、霪像处理网撂、远程教弯嬲格、流体力 学网掇和海量信息处理网揍这五大专业应用网接槐成。孛辩院计算瘿 的“织女攫网格”( v e g a g r i d ) ，具备以下几釉能力：大觏模的数摄处 理能力、离性能计算能力，以及具备资源共享和提高资源利用率这方 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 面的能力【卯。 2 3 3 网格发展趋势 网格的发展基本上会经历三个阶段。分别是企业网格、合作网格 和服务网格阶段。其发展关系如图2 4 所示。 l 螂姗时釉8 图2 4 网格发展阶段圈 企业网格主要集中在企业内部，主要提供企业内部资源的共享与 应用，与企业的信息化相联系，实际主要是企业信息化的深入发展。 目前，像i b m 、g m 、东芝等公司都已经开始这方面的工作，在逐渐 的向企业网格发展。 合作网格主要应用于企业之间以及合作伙伴，体现在企业业务 上、下游一体化的发展，这种发展趋势同企业全球化发展的趋势是相 符的。合作网格主要体现资源共事、工作流程一体化两个特点。 北京交通大学硪士学位论文 服务网掇是各秘网摄的综会，到爆嚣联爨，把鼙联潮悫数资源避 行高度的共事，同时提供一个乎台。各种用户、资源通过此平台，进 行资源利用和需求提交。这将是网格发展的摄高阶段，实现全球资源 的共享。 2 。4 发藤网格技术在诸多方面影晌社会的发展 2 4 。le * s e i e 纛c e j 5 ； 学网楱，主要在科研机构、嵩等懿校约瓣络瓷滚中缓建，鼹格 计算本身就来自科学领域的海量数掇处理的爨求，因此辩研机梅中媳 爆能够提供躺络资源最事富的网络。 诗冀援科学家秘工程烬器婺霹数实对懿对健稍开发韵斑用程净 进行可视化，募澍计冀进行即时监控。蛊至l 瑗在，建寒磁带鹣方法棒 送数据对于他们来说仍然是缀常见的事馕它款结累就是从实验 开始霉检测出错谟需要耗费蓑千天的时闻。这当然是不可接受的。逐 有很多研究者得不到他们所需要冉勺巨大的计算能力资源，他们需要邋 道g t i d 来访问更多的远程计簿机。科学嘲格主要有以下几方顾主要用 途： 大规模构造和挖掘大型的理测和模拟数援库； 开茇计算视模损和分析： 访问远程的特殊设备： 分鑫各邃豹合作研究久受近实时瀚交换倍愚溺。 2 。4 。2e _ b 驻s i 珏捺s 企业网格是嘲格发展的重点，企业隧接也将成为网格系统中黪羹 要组成部分。企业应用网格的力爨非常强大，通过利用刚格资源，可 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 以大幅度提高企业研发力量、销售力量。同时，致力于互联网深层服 务的企业，可以通过网格系统，进行深入服务，达到深层次挖掘利润 的目的。 从利用资源、提供资源、提供服务的角度来看，企业网格主要着 重于利用资源、提供服务两项业务。这主要从一般企业研发力量投入 不多的方面考虑。同时一批提供网格服务的服务商，将大批出现，将 互联网服务提升到一个新的高度。 当今的许多大型企业都已经全球化，w 曲的出现使得可以将众多 的局域网联系在一起。然而这些对于本书所要讨论的内容来说，还是 显得过于古老。比如，上世纪9 0 年代n c s a 对虚拟原型项目c a t e r d i l l a r 进行了长达数年的研究。c a t e r p i l l a r 通过连接到巨型运土车的计算机 辅助设计文件，来生成c a v e 式虚拟现实效果。c a t e r p i l l a r 将若干个 站点( 其中一些是国际站点) 联合在一起实现模拟远程沉浸( t e l e i m m e 硌i o n ) 。相关的制造商，供销商与客户遍布全球，现在他们希望 通过矾d 联系在一起。 a l l s 诅t em s u m c e 是另一家n c s a 的工业合作伙伴，正在研究使 用高速网络将其m e i l l op a r k 实验室与n c s a 的数据挖掘活动( 大量数 据存储在高性能计算机中) 联系在一起。这样的连接将引入新的一代 通过全局数据库检索的模式识别技术。a 1 1 s t a l e 拥有1 5 ，0 0 0 个办公室， 它计划使用g d d 将整个公司联系成为一个单一的合作性团队。在其他 的许多大型企业中也频频出现此类的例子。 企业计算是高度分布、异构、企业之间2 b ) 企业计算需要大量计算和数据服务； 各种资源和服务的提供商出现，租赁业务是可行的1 3 】。 北京交通大学硕士学位论文 2 。4 3e g o v e r n m e n t 政府网格主要应用予政府部门，主要作用是通过整合政府信息化 资源，掇高政府的公共服务能力和效率。可以帮助政府懿合和管理分 散在各部门韵信意优资源，实现网络虚拟环境下的资源共事和协同工 侔，提蔫酸府本身的工俸效率、管瑾零平和绦护公众静能力。由诧可 怒，玻痰网撂基本上以镶患资漯挺供为主，透爨渡府部门静菰警，达 到电予政务遴跟化、公开化、裹效化舱星靛。 备个政府部门的倍息亘通和曩操作 部门之间资源秘镶息凝享秘整合娜。 2 4 4e 垭n t e r t a i n m e n t 娱乐两格主簧深入掇供互联网娱乐服务的，比如网络游戏、网络 褫频、v o i p 、i p w 、基予i p 两络的视频会议，都可醣通过娱乐阐格， 这到瓣蓠互联网达不猁煞靛莱。娱乐瘸格会激发大萋r r 公司蔽入劐资 源提供、缎务提供等镶域。 先前我们所掇及的功能将逐渐全部应用到消费大众中去。现在我 们已经可以遗入虞拙商店，点击商品并获取其相关信息。不久的将来 入稻褥胃戳通过煮击“s a i e s h c l p ”并通过视频流来获褥一个w 能在遥 邋建方赘詹受靛帮助。雷祷对予个牲纯瓶务( p c r s o n a l a v a i a r ，如给出 个人尺寸，裁霹滋在三维豹计算亳氇屏幕上试衣服) 歪进行着大量两深 入的研究。 大规模的视频点播：分布、海置 在线游戏：成乎上万人、交豆、处理 两上商城购买辩。 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 2 4 5e e d u c a t i o n 教育和培训是g r i d 技术最初所带来的几个应用之一。想想虚拟教 室所为我们带来的! 目前我们还必须经常花费几天的时间往来于各 地，在那种配备老式的投影仪的会议室里给二十几个学生进行讲座。 如果我们能够在自己本地的“讲台”上，通过虚拟环境设备和交互式 w 曲设备对全国学生进行电子演讲，并在讲座后直接回到办公室，而 不是回旅馆或者上飞机，那将是多么美好。 依照现在学校加入在线大学联盟的速度，不难想象在不久的将来 会有第一批学校开始使用g r i d 。问题不在于如何使用g r i d 去进行传统 的教学，而在于有了国家级g r i d 的支持以后，会产生什么样的新型协 同式教育模式? 一些社会实验显示了儿童之间可以很方便地通过 i n t e m e t 进行虚拟世界的游戏，如“q l a k e ”等。传统的游戏模式被推 翻，孩子们用比大学里的科学家更壹白和深刻的方式告诉我们什么是 c 0 1 1 a b 硎o n 。 教育网格将充分利用国家教育科研网c 班e t 和高校的大量计 算资源和信息资源，开放相应的网络软件，配合网络计算机的使用， 将分布再教育和科研网上自治的分布异构的海量资源集成起来，实现 c e r n e t 环境下资源的有效共享，消除信息孤岛，提供有效的服务， 形成高水平低成本的服务平台，将高性能计算送到教育和科研网用户 的桌面上，成为国家科研教学服务的大平台。 教育信息化； 主动学习方法和交互式的教学方式 网络上作模拟实验吼 北京交通大学硕士学位论定 2 。5 网格技术澄来毅豹利润增长点和盈利模式 2 5 。1 科学研究机构 阚格计算实现的最终目的就是资源共事，在这些瓷源中当数科研 梳梅审鹩资源最为丰富。这黧资源不仅包括科研机构的丰富、大蠡的 按术、文档等较瞧资源，阂衬还谯捂其最为珍贵酌硬件资源。国内的 科研枕捻普遗都鸯菲紫珍贵豹大瓣专嫣佼器，这蓬资源燕狠难提供给 乡 帮资源使用魄。毙如天文望远镜、巨型计算壤、材料实验蹇、超导 实验装置等等，这些赛重、穗毒设冬连一般馕况下是缀赡被多 部人曼 使用的。这样也就给学科之间的交流期资源甄换性带来缎大的障碍， 在网格的条件下，就可以轻松的实现这些资源的甄换和充分利用，为 科学的进步提供了非常便捷的途径。 遴过瓷渡的充分莛事，苓仗能够烩辩磅搬橡豢寒外部的资源。嗣 时硬究机构的珍贵资源也褥以充分剥月，为鼓会、科学创造更大熬价 值。这样也有利予各项科研成果通过信息的快速传达，更快的转化为 生产力，转化为真实的产品。虽然科研机构并不以营利为主要的舅的， 但是通过信息、设备等资源的“出租”，可以成为科研机构市场化的 又一条出骆。 2 s 。2r r 公霉 嘲蝗计算是分毒戏计算的下一波浪溅，在缀多疆设答采辫孛基经 可咀略知端倪。越来越多的企业开始寻找在劂样基础条件上受具效搴 的i t 产品。网格计算让你将每个系统应有的价值最大化。举例来说， 如果你是一家零售店，运行着一套客户行为分析系统。假设每个星期 批处理一次，当系统不再运行分析程序时，慢可以用来傲商店的网页 服务器，绒在饭期时用来帮助应彳寸高峰访问量。这样，批处理系统的 闲置资源僵可戬投入劐砩b 稚务上来。蹒格使得r r 设备之闷稆蕊协 调，运耀现有豹计算能力寐应付离强度计簿、大流量数据、多任务楚 理。 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 并且，网格计算超越了企业的界限，可作为w 曲服务使用。实际 上，一组新的标准开放网格服务体系( 0 g s a ) 就是允许用户像 访问其他w 曲服务一样访问网格所催生的产物。 s u n 坚信，开放的标准是网格计算成功的关键。u n 操作系统 t c p 口、n f s 、j a v a 技术，这些无一不体现出s u n 在开放系统上的领 导地位。并且我们必将开放的精神在网格计算中延续。我们是网格计 算关键技术网格引擎产品系列( 开源软件) 的第一位系统供应商。 s u n 是1 9 9 9 全球网格论坛的第一赞助商。同时在实施分布式管理过 程中，为了简化程序、方便移植，支持开发了分布式管理应用a p i ( d r m a a ) 。 网格计算已经在众多的部门和企业中发挥着巨大作用。下一步目 标就是利用互联网结合标准和网格计算论坛社区的技术建立全球网 格系统。仅仅互联网已经保证了全世界的连同性和对信息的获取，但 还有一步要做即最后一步网格计算。网格计算提供了充分的连通 性，改变人们工作方式的机会。用户可以把世界想象成一个计算资源， 只等你去访问。 各种机构可以及时方便地获得信息和服务，解决问题，并可以为 世界上任何人提供服务。就像全球化的社区都通过互联网联络，未来 的某天，全世界将会通过网格来计算。 网格作为未来i t 的基础设旌，能保证计算、通讯、协作的转换。 不用多久，这3 个c 将会在整个网格体系中得到充分的体现。学术网 格、研究网格、娱乐网格、社区网格等，随你怎么称呼。对于计算的 需求是基于服务驱动的，通过轻量级客户端在企业网格内或互联网上 访问计算资源。 2 5 3 工业 传统制造工业的网格是网格在制造领域中的应用，集成了产品生 命周期内各个阶段相关设计制造资源、各种流程和知识等信息，是现 j e 索交通大学硕士学位论文 代集成制造系统发展的乎自细支撑环境。它为最终实瑰嬲格虚拟珏壤 上的资源共攀和协同工作，实现蕊向产鼹寿命周期集成提供了有效的 解决思路。制造行业的刚格为企业实施先进制造技术提供了开放的、 翁维护的、可重构的应用开发与系统运行的榘成支持服务平台。在网 格平台中的企监郡将在资源极大筵孝中褥到利益，同时成为资源提供 方，承整弱格资源方的贲任。 2 ，5 。4 馕息机构 信息机构的网格提供人们之间交互资源的集合。包括多媒体援 放、展示和交互环境、网格中间件接口、可视化环境等。访问网格支 持大瓶模分布的会议、协同工作会话、讨论、讲座、培训等。信息网 袼的特点是缎对组酶通信，支持难式的或非磁式的组之间的通信。信 惑鼹格补充了计算鬻格，实酥上，信息黼洛的褫念着s 琵予“缀”访闻 爨格，这耱落润霹憝撬予运稷可视仡或者交甄应糯，或者为了往糯商 邃宽姥环境进行艘拟会议秘发毒事件。培惹鄹格肇点为分舞武数据蔼 视化和分布式环境协同工作撼关事件的磅交提供了磺突环境。 2 。6 网格的用户群 为什么需要阚格，述因为嘲格有十分广大的现在用户群。这蝗用 户群几乎涉及至g 所有的领域，从尖端的科研劐日常的生活，广大的应 瘸矮竣必然宥广大懿瘸户群。 在科学领域，就有许多不同类别的研究者髓要网格。网格就是 从计算科学与工程领域逐渐发展起来的，计算科学家和工程师需要网 稽。豳为他们需要实时的查看不同应用的运彳亍情况，有些应用还需要 对计算过程逡行麓控。这样，通过高速主干两络，可以把图形文件发 遴到鼹部鹃哥丰冤能设备上蕊看芷在模攘韵结莱，箕链豹分布在不问实 验室豹科学家也哥l ；l 镬曩不羁熬 卡算税紊解凌统一润麓。将研究者和 远处的仪器、设备、传感爨等域网络建立连接，进行三维霹援纯模拟， 召开远程会议。这葺申经常性的需求器要嬲楱技零的支持。 网格计算的定义、理论来源、发展现状和影响 实验科学家也需要网格。理论或者计算科学家和与实验科学家的 比例大概是1 ：1 0 ，有影响的科学需要有影响的实验或者观察科学。 实验科学家希望将远程一起与超级计算机连接起来，通过高级的用户 界面来控制仪器，远程沉浸或者远程脑外科手术就是这样。一些天文 仪器或者设备，常常设置在一些比较偏远的地方，这些地方往往离科 研机构或者大学比较远，这对实验科学家来说是十分不方便的，在网 格的帮助下，实验科学家可以将这些数据交给其他地方的计算机进行 处理，根据计算机的处理结果又可以对仪器进行控制。 此外，社会和经济团体也需要网格，比如协会、公司、人类公共 问题研究机构等。大范围的环境保护已经成为一个全球性的问题，比 如臭氧桔竭、全球变暖、空气以及水污染等。通过建立交互式的可靠 的大型知识库，所有领域的研究者可以利用知识库集成的关于这些问 题的科学知识，协同起来，解决这些多学科性质的问题，这一问题解 决所涉及的机构和专家都需要网格的支持。 培训和教育需要网格。如果我们能够建造这样一个培训和教育环 境，培训者或者教师只需要走到一面充满魔力的接通网格的电子墙的 前面，就可以为分布在各地的员工进行技能培训，或者为不同地区的 学生讲授一门基础课，讲完后可以直接回到自己的办公室继续工作， 而不是在各地奔波，这将是非常理想的情况。这里问题的重点不是如 何用网格技术来重新实现经典的教育，而是如何使用网格来实现何种 新类型的教育或者培训形式嘲。 进一步，我们可以说，不同的国家，乃至世界都需要网格。正如 互联网的发展一样，网格的发展不会局限在一个国家的范围内。网格 是永久性的基础设施，世界范围内网格的建立，将对其他各个方面的 发展提供基础性的支持，反过来也必将促进网格的全面发展。 1 9 北京交通大学硕士学位论文 3 网格技术简单介绍 3 1 网格系统结构 网格体系结构贯穿两条主线，一个是“分”，另一个就是“合”。 网格是一个整体的，概念网格体系结构的作用在一定程度上就是对外 网格的解剖。网格体系结构必须要能够标识出网格的基本组成成分， 要能够清楚的说明网格整体是由哪些关键部分结合在一起形成的，但 是这还远远不够，网格体系结构还必须能够对各部分的功能、目的、 特点等进行清晰的描述，使人们能够了解各个组成部分的作用。这些 都是“分”的作用，在“分”的基础上，网格体系结构还需要进一步 描述“合”起来的功能，即在充分了解网格的各个部分的作用机理、 作用方式等的基础上，将这些部分按照一定的方式进行组织和集成， 形成一个具有特定功能的整体对外提供服务。 网格体系结构，就是一个“分”与“合”的统一体，没有“分”， 就无法深入到网格内部去，没有“合”，就无法说明网格的整体特性。 只有充分把握好“分”与“合”的这两方面的关系，才能够具体、深 入、全面的把握好网格这个概念，才能够设计出真正适用、有效的网 格体系结构吲。 网格的体系结构从面向服务的角度看从下到上定义为四个层次： 结点及互联层、工具层、中间件层和应用层。网格的体系结构如下图 结点及互联层、工具层、中间件层和应用层。网格的体系结构如下图 所示。 2 0 蘸穰技术菊攀奔绣 圈3 1 面肉服务的阉格系统鳙构图 ( 1 ) 鳐点及互联层：宙各类资源及连接这些资源的高速网络组 成，这些资源包括异构的各种高性能计算机、数据服务器、大型检索 存撩系统帮可撬琵、驻亨薤鬣蜜系统等。 ( 2 ) 工矮层：提供绘用户的工凝，以便震户2 够更好域利用瓣 格资源。 ( 3 孛舞终( m 继d l e 獭氍) 爨：翘赣诗算戆接心，受爨提供邋 程进程管理、资源分配、存储访问、髓录和认证、安企性和服务质量 等。 ( 4 ) 应用层：掇供系统能接受的编程语言，并配置其它一些支 持工疆应露、数纛痒谤阁翦较释，还帮箍供溉b 鞭务接盈，经霁j 产可 以使阁w 曲方式提交其作业并取得计算结果。 从面向协议韵角度定义分为以下五个层次，从上镯下依次为网格 应用、应用接口、网格软件、网格协议、国际甄联网。网格协议是对 底层资源豹第一缀整象，有了大家都试识豹标准协议，稻互之间就可 以了解对方的意图。 2 l j b 象交通大学琰士学往论文 图3 也甄自协议的魁格系统结拯墅 稻户逶邋掰梅提供给丽户的缓日使黼网格资源，网梅应用接口可 戳是a 秘、螽令、虚臻羚发臻言等影式撬供，雳户或宠瘸拜茇久爨鬓 爨要了解寝弱接薅中楣戏熬内容，藏霹戳馕鬻瓣耩或开发潮格环境瘦 耀程磐。 3 2 网格技术 裰赭黼袼的廉用层次结构，可以将网格技术进行以下屡次的划 分，势裂燕瘸格森矮技术、簿渗镳程技零、瓣辖梭心警瑾技寒戳及瘸 楱底簇支持技术，英稽骛关系蘑次如下圈所示。分别时遮些技术简单 介绥； 阚格技术简单介绍 ( 1 ) 网稽缴用技术 图3 3 网格技术层次划分 网格应用分为四个主要部分，分别是分布式超级计算应用、实时 广域分毒式仪嚣系绫、数摆蜜熊整诗算滋及远程淀浸等。当然夔羲嬲 格技术的发展，潮格应霜疆域将会更加广泛。 分部式超级计算是网格计算最早开始也是比较成熟的应用领域， 主要楚一些科学砖工程计算睡鼷的解决。瑟远程仪器毽攥远程珂援纯 戳及远程蔷l 遥等，箕核心是嘲捺支持熬远獠控制搡作。数据密集墼盛 用主疆包括一些大型的天体物瑷、人体医学、图像等大型数据库的分 析和处理。远程沉浸对性能和服务质量有特别的要求，比如应用于交 互敬鼗学计算霹臻纯、教育、壤铡、场景攘羧、艺寒与媛零等等赣域。 ( 2 ) 网格编稷技术 如果没有编瑕王具和编程化环境鲍支持，这样的程序设计必然j 常溺难、 豪敷焉又容荔窭错懿。这是我 在传统靛程亭设谤孛褥密豹 经验，因此网格编程也需要阏格编程工具和网格编程环境的支持。网 格编程技术包括编程支持系统、面向对象编稷技术、商品化技术以及 数德诗算编程技零的。 北京交通大学硕士学位论文 ( 3 ) 瓣格核心l 夔务技术 嗣格核心服务非常重要，它是遂接两格底层与高层的纽带，是协 诵整个网梧系统有效运转的中枢，对这部分黼格技术的研究具有重要 垂奄意思。嵩佼髓调度技术、裔吞涟率管毽技术、数据收集分析、可视 他技术以及安全技术都