（技术经济及管理专业论文）网格环境下的知识管理.pdf

摘要 摘要 本丈在总结最新的网格技术的特点和知识管理的发展趋势的基 础上，通过分析网格环境下知识流程管理的显著优势和鲜明特点，创 造性地提出了在未来的网格环境下企业知识管理的策略和国家知识 管理的发展方向。网格环境下的知识管理的课题研究属于前沿学科预 研究的性质，论文的研究运用了管理学、经济学、网络经济学、哲学、 计算机科学的相关知识和最新成果，因此电属于跨学科的综合性课题 研究。论文采用实证分析和理论创新相结合的研究方法，力图在准确 归纳网格这种新技术本质特征的同时，着力演绎出与新的信息基础设 施相适应的管理思想和策略。论文思想的提出有很强的设想性，这些 发想是建立在对各学科最新研究成果的深刻理解和广泛联系的基础 上的。 网格计算( g r i dc o m p u t i n g ) 是建立在目前i n t e r n e t 基础上的 具有很强创新思想和应用价值的技术实践。它的主要目的是通过网络 实现包括信息资源、计算资源、设备资源、储存资源等等各种资源的 分布式有序的共享，最终使用户在互联网上利用各种资源像用电一样 的方便自如。网格环境是网格技术全面普及的一种技术环境，它的主 旋律就是资源共享和协同合作，而这种环境恰恰迎合了知识管理发展 的迫切需要。在网格技术的支撑下，知识管理的理论和实践将发生重 大的变化。最根本的是网格这种信息基础设施将全方位的参与知识生 产过程，使知识生产更趋智能化。同时，网格环境下的企业知识管理 策略也会更加人性化，突出协作思想。网格环境也会促进国家知识管 理从粗放式投资到集约式应用的转化。 关键词：知识管理网格协作共享 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t b ys u m m a r i z i n gt h es p e c i a l t yo ft h eg r i dt e c h n o l o g ya n dt h e t r e n do ft h e k n o w l e d g em a n a g e m e n t ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h e a d v a n t a g e sa n dc h a r a c t e r i s t c so ft h ek n o w l e d g ef l o wm a l l a g e m e n t l nt h eg rl de n v l r o n m e n t ，a n dp r o p o s e st h ec o r p o r a t ek n o w l e d g e m a n a g e m e n ts t r a t e g y a n dt h et r e n do ft h e s t a t e k n o w l e d g e m a n a g e m e n ti et h eg r i de n v i r o n m e n t t h i ss u b j e c ti sap i o n e e r i n g a n di n t e r d i s c i p l i n a r yr e s e a r c h t h er e l a t i v et h e o r i e sa n dt h e n e w e s tf r u i t so fm a n a g e m e n t ，i n c l u d i n ge c o n o m y ，c y b e r e c o n o m y ， p h i l o s o p h ya n dc o m p u t e rs c i e n c e ，a r eu s e di nt h ep a p e r t h e m e t h o d so fd e m o n s t r a t i o na n a l y s i sa n da c a d e m i ci n n o v a t i o na r e b o t h l m p o r t a n t l nt h e p a p e r ，i nt h e p a p e r t h es u i t a b l e m a n a g e m e n tl d e aa n ds t r a t e g ya r ed e d u c e dt oc o o p e r a t ew i t ht h e e s s e n c eo ft h e g r i d t h et h e m e o f t h e p a p e r i sf u l l o f s u p p o s l t i o n ，b u tt h es u p p o s i t i o ni se d u c e df r o mt h ep r o f o u n d s t u d ya n db r o a di n t e r o s c u l a t i o no ft h er e l a t i v es u b j e c t s t h eg r i dc o m p u t i n gr e f e r st ot h e t e c h n o l o g yt h a te n a b l e s a l a r g es c a l ed i s t r i b u t e dc o m p u t i n gs y s t e mt o c a r r yo u tt h e c o n t r o l l e ds h a r eo fa l lk i n d so f r e s o u r c e s ，s u c ha si n f o r m a t i o n c o m p u t a t i o i l ，s t o r a g e ，d e v i c e a 1 1k i n d so f r e s o u r c e sa r e e x p e c t e dt ob eu s e da sc o n v e n i e n t l ya su s i n gp o w e r t h e g r i d e n v i r o n m e n tr e t e r st ot h ee n v i r o n m e n tu n d e rt h ew i d e s u p p o r t o ft h e g r i dt e c h n o l o g y t h et h e m eo f g r i de n v i r o n m e n ti s r e s o u r c e ss h a r ea n dc o o p e r a t i o n ，w h ic hisc o i n ci d e n tw it ht h e u r g e n tr e q u i r e m e n to fk n o w l e d g em a n a g e m e n td e v e l o p m e n t u n d e r t h es u p p o r to ft h eg r i dt e c h n o l o g y ，t h ek n o w l e d g em a n a g e m e n t t h e o r y a n d p r a c t i c e w 1 1 1 c h a n g er e m a r k a b l y t h e g r i d e n v i r o n m e n tw l 儿p a r t i c i p a t ei l l t h ep r o g r a mo ft h ek n o w l e d g e p r o d u c t ，w h i c hm a k e st h ek n o w l e d g ep r o d u c tm o t ei n t e l l i g e e t l v f u r t h e r m o r e ，t h ec o r p o r a t ek n o w l e d g em a n a g e m e n t i nt h eg r i d e n v i r o n m e n tw l 儿b e c o m em o r eh u m a n i s t i c c o l l a b o r a t i o n i sm o r e i m p o r t a n t t ot h e k n o w l e d g em a n a g e m e n t t h es t a t e k n o w l e d g e m a n a g e m e n tw i l lb e c o m em o r ei n t e n s i v e k e y w o r d s ：k n o w l e d g em a n a g e m e n t ，g r i d ，c o l l a b o r a t e ，s h a r e 独创性声明 木人声明，所呈交的学位沦文是我个人证导师指导下进 行的研究上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，也不包含为获得北方交通大学或其他 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： 日期：甲年z 月 弘日 绪论 1 1 论文的研究背景 1 绪论 网格就是一个集成的计算和资源环境。网格能够充分吸纳各种计 算资源，并将它们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时还是 经济的计算能力。网格计算是基于网格的问题求解方式。网格计算这 个概念出现于1 9 9 5 年，它的基本思想是将分布在不同地理位置的计算 资源，通过高速的互联网组成充分共享的资源集成，从而提供一种高 性能计算、管理及服务的资源能力。网格是继i n t e r n e t 和w e b 之后的 第三代互联网应用技术。传统的i n t e m e t 实现了计算机硬件的联通， w e b 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。 网格计算的应用和普及被视为互联网的第三次革命，是因为它改 进了网络作为信息传播者的功能，通过对软件、硬件、贵重仪器、文 化产品、数据资源、知识资源的充分共享、优化配置、合理利用从而 实现知识的生产。因此，可以想象网格计算的普遍应用将会作为一种 新的知识生产和传播模式来推动人类文明的向前发展。与现有的网络 环境相比，网格环境更具分布性、异构性、共享性的特点，无疑，这 些特点将会给未来的知识管理提供强劲的支持。 网格环境的构建，将会使个人、组织、国家乃至全球范围内的知 识管理模式发生深刻变化。在网格完全普及之前，从社会科学角度研 究网格环境下知识的生产、扩散、集成的特点，提出网格技术支持下 各个层次的知识管理模式和策略，目的在于为网格技术的商用化、民 用化提出理论基础，同时为未来网格时代的国家知识系统的构建提供 研究平台。为了在未来网格时代占据主动，世界各国纷纷出巨资进行 网格技术研究实验，构建自己的网格系统，我国的国家网格系统计划 也在悄然进行。为了不受制于他国，提高国家的整体竞争力，我们在 北京交通大学硕士学位论文 技术攻关的同时，也要进行足够的发展策略的研究。网格环境下的知 识管理研究意义不仅在于丰富知识管理理论，为当前建立在互联网技 术基础上的企业知识管理指明发展方向；更重要的是为国家网格规划 提供理论基础和发展依据，进而加快国家信息化的进程，使中国在第 三次互联网革命中占据主动，取得未来全球网格系统的主导地位。 网格的研究始于上世纪九十年代初，起初，网格计算应用在需要 超大规模计算、数据高吞吐量和数据密集型的科研领域，近年来，在 i b m 、m i c o s o f r 、s u n 等大公司的推动下，网格计算的商用化进程 已经初见端倪。目前，网格环境下的知识管理的研究主要是从计算科 学的角度进行技术支持方面的探索。值缛一提的是，中国科学院计算 技术研究所的诸葛海教授在国际上率先提出了知识网格的概念，这为 网格环境下的知识管理研究在技术发面进行了很好的探索。随着网格 技术的成熟发展，目前，国际上已经有不少社会科学的学者开始着手 于诸如：网格计算应用的政治经济影响、网格资源的优化配置、网格 环境下的企业盈利模式等大量社会科学课题的研究。但是，到目前为 止各国学者尚未对网格环境下的知识管理模式和策略进行系统的研 究。鉴于此，在我国进行网格环境下知识管理研究势在必行。 1 2 论文的研究意义 在全球范围内普及网格环境的基础设施力量还不到位，应用网格 实现资源共享的思想观念还无法被广泛接受，网格技术还有许多环节 尚待攻坚的时候，从管理学、经济学的角度来分析网格环境下知识管 理的特点、策略，这种研究有实际意义吗? 在计算机等自然科学领域 对网格技术的应用前景尚存争论的时候，甚至在网格本身的概念还不 是很清晰的时候，来提网格环境的普及对国家、企业乃至个人的知识 管理模式的影响是不是有些故弄玄虚的意思? 我想对于这两方面的疑 惑答案都是很明确的。下面就从几个具体的方面来阐述论文的实际意 义。 2 1 。2 1 能够把握技术发展的管理理念是兴国的利器 当今社会国家之间的竞争逐渐演变为以高薪技术为核心的科技能 力的竞争。知识优势在众多国家之间比较优势当中占有举足轻重的作 用。然而，随着经济全球化的蔓延，全球信息网络架构的初步建成人 们越来越清醒的认识到：高新技术投资对于竞争优势的提高固然重要， 但是，没有能够充分利用高新技术基础设施的管理理念和手段，就无 法发挥科技投资的优势，甚至可能造成巨大的浪费。社会能力和技术 能力的协调发展将成为提高竞争力的必要条件。网格环境下的知识管 理，正是在我们面对第三次互联网浪潮，决心把握天机，加大力度， 争取在新形势下技术强国的时候提出来的。这种研究的意义不仅仅是 为了丰富知识管理理论本身，而是为了从管理思想的角度来分析在信 息技术发展的前提下，社会能力如何同步提高，从而以此为基础，促 进技术能力和社会能力相辅相成的发展，以提高国家的综合竞争能力。 1 2 2 信息技术网格化的与知识管理协同化 目前，网格技术的应用还是主要集中在科研领域和一些需要超大 规模计算和数据高吞吐量的彳亍业，网格的彻底民用化还不是眼前的事 情。但是，未来的信息技术向着多种资源共享的方向发展的趋势不会 改变，网络数据传输能力增强、数据传输效率提高的趋势也不会改变， 互联网的智能化发展的趋势也不会改变。无论网格技术成熟的时间早 晚，我们都可以负责任的说信息技术“网格化”的趋势是不会变的。 而这种趋势无疑将迎合以激发人的创造力，促进知识全方位共享为宗 旨的、新的、基于协同理念的知识管理思想的发展。论文抓住了这两 个趋势的碰撞点：网格化将使信息基础设施第一次成为知识生产的主 要载体，并且将这革命性的变革沿着先进管理学的发展曲线加以放大。 网格环境的知识管理领域的探索是先进管理思想在信息技术网格化的 支撑下的发扬。共享、协作是网格技术的灵魂，也是未来知识管理乃 至整个管理学发展的主旋律，网格环境的知识管理强调的是物的世界 北京交通大学硕士学位论文 和主观世界的相互促进和发扬，它的提出不仅仅是在描述未来技术极 大发展时候的管理的先进性，而是探索性的指出了以网格为代表的信 息技术和知识管理思想相互促进的发展方向。 1 2 3 网格环境下的知识管理的提出有助于网格技术的普 及应用 各个国家都在不同程度的加大网格技术的投入，不同规模的高新 技术企业也都在寻找和尝试通过发展网格技术来获取先机，谋求利润 的机会。但是，盲目的投资和尝试都会带来不必要的损失。论文的观 点是知识作为资源的地位目趋增强的趋势是无庸置疑的，那么有利于 知识管理的框架构建和技术应用才是唯一的正确方向。提出网格环境 的知识管理，虽然不可能有更具体的解决方案，但是对于网格环境的 建设方向还是可以起到抛砖引玉的作用。 1 3 论文的创新之处 网格环境下的知识管理具有前沿学科预研究的性质。作者的研究 工作主要是查找国内外网格研究的主要成果和应用实例，结合知识管 理的经典理论，参考网络经济学的基本思想，从管理学的角度分析在 未来网格环境成为主流信息基础设施的情况下，知识流程管理的特点， 创造性的提出了网格环境下的企业知识管理策略，并为国家在网格环 境下通过知识管理提高竞争力提出了意见。论文的创耨点主要有以下 几个方面： 第一，依托国内外网格技术的应用实践，尝试采用实证分析的方 法，对网格环境下知识流程的特点及其管理原则进行归纳。 第二，在网格技术还没成熟的时候，以知识管理学、网络经济学、 管理学前沿思想为依托，创造性的提出了网格管理模式，指出网格环 境将是人性化管理思想最好的土壤，基于网格的企业知识管理将充分 利用企业的知识资源提高企业能力。 4 绪论 第三，提出协作应该成为企业知识管理的主流思想，为企业和组 织不能充分利用知识员工的隐性知识的难题提出了解决方法，并为企 业在未来网格环境普及的情况下如何利用外部知识资源提出了设想。 第四，为国家在网格环境下的知识管理提出建议。 1 4 论文基本框架 网格是在国际范围内的计算机领域新热点，而知识管理也是管理 学发展的新动向，这两个学科的发展都不是特别成熟，国际上对于他 们的定义、发展模式等各方面都有许多不同的说法。现在将二者结合 提出新的观点，不免会有模糊的地方，为了明晰论文的研究方向，清 楚表达作者的思想，论文准备在以下的框架下展开论述。 第一部分：绪论 第二部分：对网格的基本知识做简要介绍，着重阐述网格技术发 展的里程和未来网格环境的基本构造。 第三部分：介绍知识管理的理论框架，限定知识概念涉及的范围， 以及知识管理理论的边界，指出目前知识管理的发展困惑，和未来的 发展方向。 第四部分：结合国内外网格技术应用实例，分析在未来网格环境 下知识生产、知识共享、知识应用等各方面的基本特征，分析网格环 境将对知识管理提供的技术支持。 第五部分：提出网格环境下企业知识管理的新模式，就其提出的 背景、意义，以及基本思想做系统阐述，对网格环境下企业知识管理 的主导思想进行阐述。 第六部分：对网格环境下的国家知识管理策略提出建议。 5 北京交通大学硕士学位论文 2 网格环境 网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，专门针对复杂 科学计算的新型计算模式。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。 2 1 网格的基础知识 2 1 1 网格的概念 1 9 9 8 年，在网格：一种新的计算基础设施蓝图一书中，伊安福 斯特( i a nf o s t e r ) 和卡尔凯斯尔曼( c a r lk e s s e l m a n ) 就尝试着给 网格下定义。他们在此书中写道：个计算网格是一个硬件和软件基 础设施，此基础设施提供对高端计算能力可靠的、一致的、普遍的和 不昂贵接入。 在2 0 0 0 年的一篇题为网格剖析的文章中，伊安福斯特( i a n f o s t e r ) 和合作者斯蒂芬塔克( s t e v et u e e k e ) 进一步精化网格定义。 指出网格计算关心的是：在动态的，多机构的虚拟组织中协调资源共 享和协同解决问题。其核心概念是：在一组参与节点( 资源提供者和 消费者) 中协商资源共享管理的能力，利用协商得到的资源池共同解 决一些问题。注释道：“我们关心的共享主要不在于文件交换，而在 于对计算机、软件、数据和其它资源的直接接入使用，这是工业界、 科学界、机械界中大量出现的协同解决问题和资源代理策略的需要。 这种共享必须被高度控制，资源提供者和消费者要清晰和详细的定义 6 网格环境 哪些资源可被共享，谁可享用这些资源，及共享发生的条件。用这样 的共享规则定义的组个人和机构，我们称之为虚拟组织。” 2 0 0 2 年7 月，伊安福斯特( f a nf o s t e r ) 在什么是网格? 判 断是否网格的i 个标准一文中，限定网格必须同时满足三个条件： ( 1 ) 在非集中控制的环境中协同使用资源；( 2 ) 使用标准的、开放的和 通用的协议和接口：( 3 ) 提供非平凡的服务。 清华大学李三立院士主审的网格计算一书，提出了一个较为 广义的定义。指出阿格是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个 计算资源池，它能够充分吸纳各种计算资源，并将它们转成一种随处 可得的、可靠的、标准的同时还是经济的计算能力。这种计算资源还 包括网络通讯能力、数据资源、仪器设备甚至人等各种相关的资源。 而网格计算就是基于网格的问题求解。从这种网格的概念里，我们很 容易看出，网格的概念是从电力网的概念引伸出来的。网格的应用就 是要使用户在使用网格诗算能力时，如同现在使用电力1 样方便。网 格最终也会给使用者提供像电能一样的与地理位置无关的、与计算设 施无关的通用的计算能力。 论文提出的网格环境，是相对于目前基于w 州的网络环境而言，指 的是在未来网格技术实现充分的民用化和商用化，形成能够服务大众 的网格基础设施的前提下，社会、国家、组织、个人赖以生存、发展 的环境。在网格环境下最终要形成全新的国家和社会的管理发展模式、 全新的商务模式、全新的个人学习模式。网格环境的最终目的是，从 简单的资源集中发展到数据共享，最后发展到协作。 2 ，1 2 网格的目的 网格的目的是，通过任何一台计算机都可以提供无限的计算能力， 可以接入浩如烟海的信息。这种环境将能够使各企业解决以前难以处 理的问题，最有效地使用他们的系统，满足客户要求并降低他们计算 机资源的拥有和管理总成本。网格计算的主要目的是设计一种能够提 供以下功能的系统： 7 北京交通大学硕十学位论文 第一、提高或拓展型企业内所有计算资源的效率和利用率，满足 最终用户的需求，同时能够解决以前由于计算、数据或存储资源的短 缺而无法解决的问题。 第二、建立虚拟组织，通过让他们共享应用和数据来对公共问题 进行合作。 第三、整合计算能力、存储和其他资源，能使得需要大量计算资 源的巨大问题求解成为可能。 第四、通过对这些资源进行共享、有效优化和整体管理，能够降 低计算的总成本。 2 1 3 网格的特点 网格成为网络技术的第三次革命，是因为它具有以下四个最显著 的特点。 第一，分布性是网格的最显著特点。网格上的资源具有很强的分 布性。首先，形成网格计算能力的资源的种类是多种多样的。这些资 源即包括各种规格型号计算能力各不相同的计算机、各种贵重的精密 仪器，也包括各种数据资源、知识资源等等；其次，这些资源分布在 不同的地理位置，依据网格基础设施的规模，只要和网格系统的节点 相连的资源都可以通过系统的调度规划被充分的利用；最后，网格计 算的资源收集、处理、运算结果公布等各个过程可以在不同的地方实 现，甚至有些过程还是在移动的设备上完成，这就更充分实现了分布 性的特点。 第二，共享性体现了网格的根本目的。网格上的任何资源都可以 被任何用户利用。每个节点上的用户既是资源的提供者，也是资源的 受益者。以网格为媒介的资源共享是一种广义的资源共享过程，比如 基于网格的科学研究，是将不同科学家的研究成果、劳动能力、智力 资源充分共享过程，这其实是一种人力资源的共享。 第三，网格是动态的网格。网格资源可以动态的增加和减少而不 会影响网格系统的运作。新的资源能够自然的加入网格和其他资源很 网格环境 好的融合在一起共同发挥作用，而减少的资源也不会带来整个系统的 瘫痪，影响整体的结果形成。同时，网格系统各个节点的资源是实时 改变的，资源内容的改变影响著网格计算的结果，为应用者提供动态 的信息和知识。 第四，网格系统是集成性和自相似性的统一。网格系统就像是一 个大型的计算机，调动各种资源来完成输入的任务。这种高度的集成 性赋予网格高度的智能性，这也是作为基础设施的网格和传统的网络 相比的显著优势。同时，网格也具有自相似性。局部和整体之间存在 着一定的相似性，某一规模的网格可以独立运作，也可以作为更大规 模的网格系统的一部分来参与运作。这种特点决定了网格系统的发展 定是一个渐进的过程，电正是这种网格尊重局部自治的特点使其作为 未来新的管理模式的主要技术支撑成为可能。 2 2 网格计算体系的构成 网格计算的体系结构发展分为两个阶段，早期的体系结构就是五 层沙漏结构，这种体系结构的代表就是g l o b u s 项目的开发软件 t o o l k i t ，随后的体系结构是g l o b u s 和w e bs e r v i c e 结合发展的基于服 务的开放网格体系o g s a 。下面结合g i o b u s ，谈最基本的五层沙漏结构。 g l o b u s 是美国a r g o n n e 国家实验室的研发项目，全美有1 2 所 大学和研究机构参与了该项目。g l o b u s 对资源管理、安全、信息服务 及数据管理等网格计算的关键理论进行研究，开发能在各种平台上运 行的网格计算工具软件( t o o l k i t ) ，帮助规划和组建大型的网格试验 平台，开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。g l o b u s 的网格计 算协议建立在互联网协议之上，以互联网协议中的通信、路由、名字 解析等功能为基础。g l o b u s 的协议分为五层：构造层、连接层、资源 层、汇集层和应用层( 如图2 1 所示) 。 9 北京交通人学硕士学位论文 l应用层 l汇集层 l资源层 i连接层 图21 网格体系架构 构造层( f a b r i c ) 它的功能是向上提供网格中可供共享的资源， 它们是物理或逻辑实体。常用的资源包括处理能力、存储系统、目录、 网格资源、分布式文件系统、分布式计算机池、计算机集群等。t o o l k i t 中相应组件负责监测可用的软硬件资源的特性、当前负倚、状态等信 息，并将其打包供上层协议调用。 连接层( c o n n e c t i v i t y ) 它是网格中网络事务处理通信与授权控 制的核心协议。构造层提交的各种资源间的数据交换都在这一层的控 制下实现。各资源间的授权验证、安全控制也在这里实现。在t o o l k i t 中，相应组件采用基于公钥的网格安全基础协议( o s i ) 。在此协议中 提供一次登录、委托授权、局域安全方案整合、基于用户的信任关系 等功能。资源问的数据交换通过传输、路由及名字解析实现。 资源层( r e s o u r c e ) 这一层的作用是对单个资源实施控制，与可 用资源进行安全握手、对资源做初始化、监测资源运行状况、统计与 付费有关的资源使用数据。在t o o l k i t 中有一系列组件用来实现资源 注册、资源分配和资源监视。t o o l k i t 还在这一层定义了客户端的c 、 j a v a 的a p i 和s d k 。 汇集层( c o l l e c t i v e ) 这层的作用是将资源层提交的受控资源汇 集在一起，供虚拟组织的应用程序共享、调用。为了对来自应用的共 享进行管理和控制，汇集层提供目录服务、资源分配、日程安排、资 源代理、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。 阿格环境 应用层( a p p l i c a t i o n s ) 这层是网格上用户的应用程序。应用 程序通过各层的a p i 调用相应的服务，再通过服务调用网格上的资源 来完成任务。应用程序的开发涉及大量库函数。为便于网格应用程序 的开发，需要构建支持网格计算的库函数。 2 3 网格计算的发展历程 2 3 1 网络技术发展的历程回顾 网格并不是一项凭空而来的技术，它的诞生得益于信息技术的长 期积累、标准化环境的逐渐成熟和市场需求的推动。 首先，回望互联网的发展历史，经历了以t c p i p 技术为主导的 大规模网络互联阶段，随后电子邮件的产生带来了传统通信方式的全 新变革，而万维网的迅速普及产生了通过w e b 发布与获得信息的方式。 在技术发展潮流的推动下，人们开始思考互联网技术的下一步将向何 处去。这时网格计算模型开始浮出水面。 其次，随着开放式操作系统l i n u x 的深入发展，厂商共同开发开 放的标准已成大势所趋，而自主计算系统、开放式w e b 服务、模块化 网络等概念的提出，为网格设想的实施奠定了技术基础。 第三，i t 技术发展到今天，如何管理日渐复杂的i t 环境成了企 业的管理者最为头疼的问题。人们希望有更简便、更智能化的方式来 管理i t 系统，许多大型企业开始考虑如何更好地管理和利用分布在 不同区域的计算资源。很多科研机构、高等院校开始将网格技术应用 在需要较高计算能力的领域，并实现不同地域计算能力的共享。一些 商业用户也开始注意到这一计算的优越性和巨大潜力，开始尝试建立 商业网格系统。这些都为网格技术制造了广阔的市场空间。 1 1 北京交通大学硕士学位论文 2 3 2 网格计算的发展历程 和网络技术的发展有着相似之处，网格技术的诞生也是从科研机 构中的应用开始的。最“正统”的网格研究来源于美国联邦政府过去 十几年来资助的高性能计算项目。这类研究使用的名词就是“网格” 或“计算网格”。早期还使用过另一个名词一一“元计算”( m e t a c o m p u t i n g ) 。这类研究的目标是将跨地域的多台高性能计算机、大型 数据库、贵重科研设备( 电子显微镜、雷达阵列、粒子加速器、天文 望远镜等) 、通信设备、可视化设备和各种传感器整合成一个巨大的超 级计算机系统，支持科学计算和科学研究。这方面的代表性研究工作 有美国的物理网格( g r i p h y n ) 、欧洲的数据网格( d a t a g r i d ) 、荷兰 的集群计算机网格( d a s 一2 ) 、美国能源部的科学网格和( d i s e o m ) 网 格、美国学术界的t e r a g r i d ，等等。在这个时期，以g l o b u s ，a v a k i ， c o n d o r ，u n i c o r e ，l s f ，s u ng r i d 为代表的网格系统软件纷纷出台， 构成了网格发展的基础架构，这其中g l o b u s 最具有代表性。一些重要 的公司，包括i b m 、m i c r o s o f t 、c o m p a q 、c r a y 、s g i 、s u n 、f u j i t s u 、 h i t a c h i 、n e c 等公开宣布支持g l o b u s t o o l k i t 。目前包括国内网格科 研项目在内的大多数网格项目都是基于g l o b u st o o l k i t 所提供的防 议及服务建设的。在这个时期网格系统的发展基本停留在传统计算和 数据网格的阶段。 到了本世纪初，网格技术开始向利用网格基础架构处理和增强普 通i n t e r n e t 应用的方向发展，这里边大型i t 企业在网格方面的探索 尝试起了很大的作用。众多i t 跨国巨头跃跃欲试，纷纷公布自己以研 究网格相关商业产品为核心的网格计划。2 0 0 1 年8 月，i b m 开始构筑 其旨在通过因特网充分利用相互间闲置的电脑能源，向每一台个人电 脑提供超级的处理能力的g r i dc o m p u t i n g 计划。2 0 0 2 年1 月和5 月， i b m 又分别发布了全面支持网格计算的e s e r v e rp 6 9 0 和p 6 7 0 两款超 级服务器。另外，i b m 还发布了w e b s p h e r e 平台和系列中间件来支 持网格计算；最近又宣布，将投资4 0 亿美元，启动一个全公司的“网 格计算创新计划”，准备在全球建立4 0 家数据中心，并将它们组成一 1 2 网格环境 个实验网，用来研究和发展网格计算。i b i 表示，新兴的网格计算领 域是公司新任c e o 帕尔米萨诺力推的关键计算战略之一。2 0 0 3 年4 月 i d 日，惠普宣布，惠普将提供u t i l i t yd a t ac e n t e r ( u d c ) ，希望能 借此增加网格计算在商业应用领域中的作用。将u d c 与网格连接后， 惠普能在技术计算和商业计算两方面提供更加安全、灵活的计算环境， 从而使网格技术的应用步伐变得更快。s u n 也发布了其企业版网格引 擎软件，提出了s u no n e 计划，与在分布式计算领域中享有极高声誉 的开放源代码软件标准组织g l o b u s 组建联盟。2 0 0 1 年1 1 月，推出了 新版s u ng r i de n g i n e 软件的版，继续提升它的网格技术计算水平。 今天，全球有1 1 8 0 0 0 多颗c p u 都是采用s u ng r i de n g i n e 软件管理的。 日本的n t td a t a 计划与i n t e l 和s g i 联合进行一项为期三个月的网格 计算试验，届时将有包括家庭、企业和学术机构在内的1 0 0 万台计算 机相联，其总处理能力将比现有的最快超级计算机还要快5 倍。另外， 在网格的概念风靡全球之前，各大公司都已经着手诸如w e bs e r v i c e s 、 p 2 p 、n e t 、c o n t e n t sd e l i v e r y 等致力于资源共享的新技术，这些 技术的框架和网格不完全一致，但是基于共享和协同的原则方面却有 许多相似之处，它们与网格技术融合将会共同构造未来的网格环境。 在这个阶段，网格的基本体系结构也向着开放的体系发展。2 0 0 2 年2 月，在加拿大多伦多市召开的全球网格论坛g g f 会议上，g l o b u s 项 目组和i b m 共同倡议了一个全新的网格标准o g s a 。o g s a 叫做开放网 格服务体系( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h it e c t u r e ) 它把g l o b u s 标准与 以商用为主的w e bs e r v i c e s 的标准结合起来，网格服务统一以 s e r v i c e s 的方式对外界提供。o g s a 的诞生，标志着网格已经从学术 界的象牙塔延伸到了商业世界中，而且从一个封闭的世界走向了开放 的环境中，网格从单纯的科学计算领域开始向解决大众需求的方向发 展。与此同时，网格另一类研究的侧重点是智能信息处理，这类研究 主要致力于消除信息孤岛和知识孤岛，实现信息资源和知识资源的智 能共享。信息网格和知识网格的概念应韵而生。信息网格是要利用现 有的网络基础设旋、协议规范、w e b 和数据库技术，为用户提供一体 化的智能信息平台，其目标是创建一种架构在o s 和w e b 之上的基于 北京交通大学硕士学位隆文 i n t e r n e t 的新一代信息平台和软件基础设施。在这个平台上，信息的 处理是分布式、协作和智能化的，用户可以通过单一入口访问所有信 息。信息网格追求的最终目标是能够做到服务点播( s e r v i c eo n d e m a n d ) 和一步到位的服务( o n ec li c k i se n o u g h ) 。而知识网格就 是要通过自主的数据挖掘和知识挖掘，在网格的框架下实现问题求解。 2 3 3 网格发展的未来趋势就是实现开放的网格环境 网格发展最终定要从少数超级计算中心的互联发展到大规模的 分布式系统的协作，进而建立一个开放的信息处理基础设施平台，构 造连接从个人、家庭到国家乃至国际组织的信息技术设施，从而形成 有序的网格环境。正如今天人们利用发电厂提供的电能服务于生产、 生活一样，网格环境下的资源利用也将最终渗透到世界的每一个角落。 在网格基础设施的支持下，不同行业的人们都会编写适合行业应用的 网格应用软件，通过不同的方式来利用网格资源和服务。科学家们最 终将通过计算能力和高精尖仪器的共享实现分布式的合作研发，老师 将尝试利用虚拟教学手段和互动w e b 设备实现“网格”式的全球互动 教学，消费者将通过网格环境实现虚拟试衣、模拟使用的新型网上购 物方式。总之，计算机界人士的研究表明，具有网格特点的操作系统、 中间件、不同层次的应用软件的开发，将很快把人们带入新的网格环 境。 另外，当前试图通过网络实现资源共享和协同工作的技术不只网 格计算一项，还有以c s 计算模型和中间件技术为核心的企业计算技 术( 比如w e bs e r v i c e 、n e t 、s u no n e 都属此类) ，以及以平等共享 为特点的对等计算( p 2 p ) 技术和突出人机交互的普及计算技术。与这 些技术相比，网格计算最大的特点就是提供了一种新的i n t e r n e t 基础 支撑结构，可以通过网格的标准体系在全球范围内实现i n t e r n e t 从信 息共享平台到资源共享平台的转化。然而，这些计算技术虽然特征各 异，但是它们之间却没有原则上的冲突。在未来实现多种资源共享技 术的有效融合，形成开放的网格环境是完全有可能的( 如图2 2 所示) 。 1 4 网格环境 其实，网格研究中最具影响力的g l o b u s 本身的发展就是一个和其它多 种计算形式逐渐融合的过程。从最初的g l o b u st o o l k i ti 0 发展到 目前基于服务原则的o g s a ( g l o b u s t o o l k i t3 0 ) 就是和w e bs e r v i c e s 相互借鉴的结果。2 0 0 4 年1 月，g l o b u s 的主要负责人伊安- 福斯特( i a n f o s t e r ) 向全世界公布了他们的发展计划，预计在2 0 0 4 年的第四季度， g l o b u s 将会推出最新的w s r f ( w e bs e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ) 也就是g l o b u st o o l k i t4 2 ，这将标志着网格技术和企业讨算技术的 伞面融合。 图2 2 网格环境的形成 网格环境下，不只实现组织内部的资源共享，而且形成了多机构 的大规模的资源共享与合作。不同组织、不同规模的共享体系实现了 无缝的集成。未来的网格环境的主要特征有： 第一、在整个分布的环境中将异构的资源动态地共享。 第二、开放、标准、面向服务和平台化成为不同层次体系结构的 共同特征。 第三、局部的自主性和整体的统一性有机结合。 第四、以网格架构为基础的虚拟组织成为资源共享的主要形式。 第五、环境中资源的调度分配实现安全性和最优化的统一，基于 市场经济的资源分配方式在网格环境的技术支撑下充分 实现。 北京交通大学硕士学位论文 这种开放的网格环境是本文沧述的立足点。由于在开放的网格环 境下目前的多种支持资源共享的信息技术将会实现最终的融合，而且 还会出现一些新的基于网格基础设施的资源共享和协同工作的应用技 术，这就避免了目前由于技术的不成熟而带来的分歧和不确定性因素， 从丽能使网格环境下知识管理的论述更加清晰和明确。 2 4 网格技术的发展是必然的趋势 回顾几千年来人类的文明史，尤其是近百年来的人类社会科学技 术的发展，不难看出虽然引发我们社会生活方式与生产方式巨大变化 的源头是某个创新性产品的发明，比如蒸汽机、发电机、电话、计算 机的发明；但真正巨大的变化必须依靠一系列技术的发明、普及、应 用。当前，全世乔正在兴起的有关计算网格的研究，越来越清楚地使 我们感受到一种信息社会的新的基础设施正在出现。这种新的基础设 施不仅仅可能带来信息资源的获取、分布传输和有效利用的革命性的、 结构性的巨大变化。而且将根本改变我们的研究方式、教育方式、生 活方式与生产活动的方式。 2 4 1 世界各国都在大力发展网格技术 网格是一种信息基础设施，这就意味着它在某些方面具有和电网、 电话网、高速公路网、自来水设旌一样的特性。首先，网格环境的最 终形成将影响区域和国家的整体发展，拉动社会文明的整体进步。其 次，和其他基础设旋一样，网格的建设初期依然需要国家和政府的大 力支持和资助，进而，在网格初具规模的时候吸引更多的工业界资本 的进入。在全球范围内的电网和电话网的构建过程表明，政府的启动 作用带来的将会是上百倍的民间资本的进入。最后，网格基础设施的 建设一定是从局部到整体的过程，而在这个过程中重要的是政府通过 一系列的规章制度的建立、标准的统一实现基础设施的规模效益。世 界各国正是充分认识到了网格的这特点，都在不遗余力的支持不同 1 6 网格环境 形式的网格建设。 美国政府单在网格技术的基础研究上，每年投入的经费就高达j 亿荚元。美国能源部d o e 支持的科学网格( s c i e n c eg r i d ) 用6 2 2 m b p s 的 g s n e t 网格连接了能源部的两台超级计算机，网格计算能力达到每秒5 万亿次，存储能力达到1 3 千万亿字节；美国国家科学基金n s f 支持的 t e r a g r i d 将连接位于五个不同地方的超级计算机，达到每秒2 0 万亿次 的计算能力，并能存储和处理近l 千万亿字节的数据。t e r a g r id 最大特 色是连接网格的专用网络带宽将达到惊人的4 0 g b p s 。t e r a g r i d 项目始 于2 0 0 1 年8 月，由n s f 投资5 3 0 0 万美元，次年1 0 月又追加3 5 0 0 万美元； 美国物理网格g r i p h y n ( g r i dp h y s i c s n e t w o r k ) 计划建立每秒千万亿次 级别的计算平台，用于数据密集型计算。美国军方正在实施的全球信 息网格g i g ( g l o b a li n f o r m a t i o ng r i d ) ，预计在2 0 2 0 年完成。目前， g i g 没有专项经费，但美国国防部每年在信息技术上的投资高达2 2 0 亿美元，g i g 的经费存在于其中的各种项目中。美国政府电子信息技 术协会的一