网格新一代的信息基础设施

1、网格-新一代的信息基础设施中国工程院院士11。网格的内涵网格 Grid 起源于电力网格（Power Grid）：在构成电力网格以后，用户“插入”电力网格用电，根本不必关心发电厂在何方？电力用于冰箱？空调？。在构成网格计算基础设施后，用户“插入”网格，根本不必关心超级计算机在何方？要用多少的计算能力？用它来解决有限元？微分方程？要有什么信息服务？。一切都由计算网格的中间件（Middleware）的资源调度等软件解决。2Computing resourcesDataKnowledgeInstrumentsPeopleSolutionComplex problemGRID3网格计算基础设施( Gri

2、d Computing )是什么？是把地理位置分布不同的信息处理资源（人员、高性能计算机、仪器、数据库等等）用高速网络连接在一起，为异地的、不同单位的科学工作者提供一个单一映象虚拟机构（VO）平台，使大家可动态共享资源，远距离与/或共同合作处理科研的问题.当前世界上交叉学科合作的复合型问题愈来愈多，如核爆炸模拟、航天飞行、预警飞机。我国更需跨学科大合作；“大力协同”、“先集中后分散”是我国科研优良传统。4目前情况-服务器客户端方式5网格模式与中间件-Middleware6网格-动态调度资源和单一映象全国任何地区的在网络上的任何用户，都可以通过WEB界面，访问和共享GRID上的高性能计算机和其他

3、资源；并且可以和GRID上的其他用户进行跨地区、跨学科合作研究；对于用户来说，GRID 上的各种不同的高性能计算机和其他各种仪器，看来是一个统一的映象。7Grid 和Internet的比较新一代信息基础设施信息高速公路-INTERNET 是信息传输的信息基础设施；较早为大家所熟知；网格计算基础设施-GRID 是信息处理（包括信息传输）的信息基础设施；不太为大家所熟知，但重要性很大。8 Grid与VOD比较:Computation On DemandStorage On DemandInformation Service On Demand按需的计算按需的存储按需的信息服务9网格技术与网络计算其

4、他技术关系Grid todayDistributed ComputingMeta ComputingCSCW and other network technologiesGrid tomorrowP2P & Internet Computing Web Service ASPs Enterprise Computing 102。为何要网格？网格的特点与独特作用什么是网格问题？we review the Grid problem, which we define as flexible, secure, coordinated resource sharing among dynamic col

5、lections of individuals, institutions, and resources - what we refer to as virtual organizations.”需要在动态地、由不同地域与不同单位的人员、校所机构、和资源集合组成（称为“虚拟机构”）之间，来灵活地、安全地、协调地共享资源的问题。11网格的特点网格的三个要素：1。动态的资源共享：2。协调地利用在不同地点的资源；3。对于不同地点、不同单位的资源、人员等等按需要动态地组构成“虚拟机构”（VO）。12网格技术的特点网格-在异地、不同单位的、动态组合的虚拟机构（VO）内进行资源共享和协调地解决问题13网格

6、的独特作用-军事上应用举例1在现代海陆空作战或作战模拟过程中：在对付敌方海军舰只进攻时，要把我方海面舰只、潜艇、导弹和空军等分布各处的资源构成一个“虚拟机构”、协调地作战；同时，敌方从陆基发出巡航导弹，要把我方卫星侦察跟踪信息、防空系统、导弹和空军部队分布各处的资源，构成一个“虚拟机构”、协调地作战。这两者中的空军部队和导弹是同一部队的，但要协调地决策和行动。这是网格技术发挥作用的所在，而是一般传统的分布式计算无法解决的。14GIG（Global Information Grid）网格 网络为中心的战争 信息制优权 决策制优权全面制胜美国正在把其军事战略架构从C4ISR转向GIG网格GIG 是

7、美国作战战略的基础15网格的独特作用-举例2（民用）华东、华北地区：15个发电厂供应20个大中城市用电：可以动态地组合若干个发电厂的资源，构成“虚拟机构”，协调计算决策，优化供应几个城市；大大提高输配电的效率。可以节省几千万吨煤。16其他网格应用举例网格应用举例3-美国NASA的IPG用于飞机飞行途中飞行安全;网格应用举例4-地震网格;网格应用举例5-TERA用于龙卷风预测，如提前25分钟，就可大量减少人员和财产损失。17网格对科学技术的普遍意义网格是一个跨学科、跨地区的合作平台；网格可以联合各种资源，构成一个“虚拟联合机构”VO，协调决策，“大力协同”建立网格以后，将使科研项目“集中兵力作战

8、”，科研步伐将大大加快，科研完成任务的期限，可以大大缩短。183。当今网格的结构、组成与实施1。1995-2001：BOTTOM-UP“由底向上”阶段：从用WEB技术支持高性能计算出发；著名项目有NP-ACI(National Partnership of Advanced Computing Infrastructure)和NCSA;2. 2001开始反思：TOP-DOWN“从顶向下”阶段：从上面应用与服务出发，十分强调层次结构，十分强调协议，十分强调API接口，十分强调ToolKits接口。网格发展历史的两个阶段：-19网格趋势-应用与服务驱动专业化：GRID从支持科学计算的通用型-如通用

9、的计算网格，发展到专业化合作平台，如地震网格、高能粒子物理网格、。应用需求：否则就很难确定服务需求；没有服务需求，很难做到按需服务和资源动态调度；支持业务：GRID从支持科学计算，发展到支持商业业务，如IBM, INTEL，SUN，COMPAQ网格。标准平台：网格的中间件进一步发展，可能会产生标准化的、与Web Service 密切结合的中间件。一个新型平台Globus-OGSA20网格GRID规划中的一些误区1。建立“计算网格”，四个网格结点，每个结点5000亿次/秒高性能计算机，则网格可以“聚集” 2万亿次/秒的计算能力？2。建立“仪器网格”，可以把全国的贵重仪器集中使用？3。建立“XX校

10、园网格”？4。建立 XX 市网格？中国网格？一定要有应用和服务驱动，可以由某种重要应用驱动，带动网格底三层的基础研究。然后在这基础上，可以支持几种应用，同时补充基础建设。21也可用一个网格基础设施，支撑几个重要应用- eScienceBioinformatics/Functional genomicsCollaborative EngineeringMedical/Healthcare informaticsEarth Observation Systems (flood monitoring)TeleMicroscopyVirtual ObservatoriesRobotic Telesco

11、pesParticle Physics at the LHCEU DataGrid particle physics, biology & medical imaging, Earth observationGridPP, ScotGridAstroGrid22网格实施工作的模型-沙漏斗模型Focus on architecture issuesPropose set of core services as basic infrastructureUse to construct high-level, domain-specific solutionsDesign principlesKee

12、p participation cost lowEnable local controlSupport for adaptation“IP hourglass” model核心服务Local OS一种或多种应用需求局部操作系统各种全局性服务23现代网格层次式的体系结构本地信息资源与信息处理层应用层汇聚层（应用工具与适配层）资源调度与分配层连接层网格中间件24五个层次内容-一个数据网格为例Coherency control, replica selection, task management, virtual data catalog, virtual data code catalog, R

13、eplica catalog, replica management, co-allocation, certificate authorities, metadata catalogs, Storage systems, clusters, networks, network caches, Discipline-Specific Data Grid ApplicationAccess to data, access to computers, access to network performance data, Communication, service discovery (DNS)

14、, authentication, authorization, delegationAppConnectFabric应用层汇聚层（针对应用与工具）资源调度与分配层连接层本地信息资源与信息处理层汇聚层（通用性）25什么是中间件 Middleware?-网格工作实施的主要工作-26网格生产层(Underware) 应用Applications.Dist. ComputingRemote Instr.CollaborationPVMCondor DSMNetwork solversetc. etc. etc. Shared stateCAVERNsoftGroup securityInformat

15、ion services Policy negotiationCo-reservation/co-allocation Grid Security InfrastructureAccounting Event model Checkpointing Message PassingRemote data access Fault detection Monitors(Real-time) CORBA Scheduling Agent technologyIP Multicast protocols Name servers HTTP Bandwidth broker CPU schedulers

16、 PKI Site accountingDirectory service OS bypass MicroscopyAstronomyMedical.Remote controlOnline archiveOnline reconstr.etc. etc. etc. SimulationParam studyData analysis Middleware, Upperware, Underware应用适配层(Upperware)网格服务层(Middleware)274。国内已有网格工作基础1。从1999年到2001：863重点项目-NHPCE “国家高性能计算环境”(National High performance Computing Environment).2. 2001年6月鉴定的清华大学“先进计算基础设施北京上海试点工程”-（简称ACI）；3。中科院计算所“织女星”(Vega Grid)28正在规划中的网格项目1