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浅析网格计算的发展及应用

　　论文关键词：网格计算　资源共享
　　论文摘要：网格计算越来越被人们所提起，并作为一种分布式计算体系结构日益流行，它非常适合企业计算的需求。很多领域都正在采用网格计算解决方案来解决自己关键的业务需求。本文介绍了网格计算的基本概念、发展过程和未来的一些发展趋势。
　　0 引言
　　二十世纪六十年代末，人类采用信息包传输和开放式整体结构技术，组建了ARPAnet，从而诞生了Internet。到了九十年代初，万维网应运而生。 随着人们日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们越来越需要数据处理能力更强大的计算机。网格技术正是在此背景之下出现，并且正在逐渐地由一个新兴名词转变成为运用于商业、科研、医药等各行业的技术产物。
　　1网格介绍
　　网格的概念
　　网格计算日前成为IT界人士讨论的热门话题。打个比喻，一面镜子反射的阳光能量有限，但是众多镜子“集群”在一起，反射的能量就很大了。现今，很多领域需要强大的计算能力，但是却没有能力配备足够高端的服务器。于是，人们将思路放到了“集腋成裘”上，这引发了“网格计算” 这一概念的出现。 简单说，网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，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。也就是说网格计算就是指将多个计算机组成网格状网络，“模拟实现高性能计算机”的技术。假如有一项业务使用1GHz CPU需要3分钟的处理时间。如果网络中有3台安装了同样CPU的计算机，我们把这项业务分成3等分，然后分别交给每台计算机进行处理，那么简单地计算一下就会知道其处理时间将缩短到1分钟。这就是网格计算的基本思路。
　　网格和电力网
　　为了更好地理解网格计算，我们先看看另外一种“格子” ——电力网是如何工作的。可以说，电力网的模式是网格努力的方向。在打开电灯的时候，几乎没人考虑他所用的电能是从哪个发电厂来的。
　　互联网的情形如何呢？人们获取信息的时候，并不是直接从互联网本身获取，而是必须告诉计算机去访问某一个特定的网站——这就好比，我们在打开电灯之前，先告诉它我们需要从哪一个电站获得电能一样。网格的目标，就是让人们使用网络资源像用电一样简单，你不需要知道为你提供服务的计算机来自哪里，而且，一旦某个服务器流量剧增，可以凭借网上数以万计的计算机来对其进行有效的负载分担，这就是网格的发展方向之一。
　　电力网格网格的区别如表一所示
电力网
网格
发电厂
高性能中心
发电机
计算机
电能
信息、知识、交易
水能、风能、火能、核能等原始能源
数据库、传感器、贵重设备等数据源
输电线网
广域网、城域网、局域网
电力调配系
网格系统软件和中间件、网络缓存和负载平衡器等硬
动力电、照明电、家用电器等电力应用
科学计算、电子商务、信息服务等网格应用
各种电器
网格终端设备
表一
　　网格和因特网
　　用简单的话讲，网格是高性能计算机、数据源、因特网三种技术的有机组合和发展，它与因特网相比具有高性能、一体化、知识生产、资源共享等技术优点。
　　如果说高性能只是反映了网格和因特网数量上的区别，那么网格的知识生产特性就反映了质的区别。因特网本身不创造或生产知识。人们都是先把信息或者是知识用其他方式生产出来以后，再“放到网上”，供用户查找。网格则能根据用户的要求自动地生产知识。在知识生产的过程中，高性能计算机将起到关键的作用。它把从数据源得到的原始数据，运行特定的程序加工成信息和知识。网格可以自动地找到高性能计算机、程序软件和数据源。一个网格有多台分布在全国各地的高性能计算机，称为网格结点。
　　2网格计算
　　网格计算的优势
　　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。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”，每一台参与计算的计算机就是一个结点，而整个计算是由成千上万个结点组成的“一张网格”。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。 实际上，网格计算是分布式计算的一种，参与工作的是计算机网络，显然这种方式较以往的以个人计算机为单位的计算方式相比将具有更加强大的数据处理能力。充分利用网上的闲置处理能力则是网格计算的又一个优势，网格计算模式首先把要计算的数据分割通常实现的软件是一个预先编制好的屏幕保护程序，然后不同结点的计算机可以根据自己的处理能力下载一个或多个数据片断和这个屏幕保护程序。只要位于某个结点的计算机的用户不使用计算机时，屏保程序就会工作，来调动闲置计算能力。
　　网格计算功能和性能
　　第一，网格的互联网络比因特网具有更大的带宽。欧美的网格计划都会使用更高速度的主干网。
　　第二，网格上将有更多高性能计算机，因此网格的计算速度、数据处理速度可以大幅度提高。
　　第三，网格的体系结构将比因特网更能有效地利用这些资源。
　　第四，网格将促进更多、更大的网上社区的出现。这些相互联结的社区最终构成一个庞大的网格社区，把我们地球上所有公民联为一体。根据网络的麦特考夫定律，网格的价值与网格用户数的平方成正比。
　　3网格技术的应用
　　对于一项技术来说，其出发点和落脚点都应该指向应用。以应用推动网格发展也是我们国家发展网格技术的一个指导思路。事实上，网格技术的应用离我们的生活并不遥远，在我们社会生活的各个领域、各个层面都活跃着网格技术的身影。
　　学科研究
　　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。目前，利用网格提高现有资源利用率主要有两种办法。
　　一是利用网格技术可以将各个实验室的超级计算机连接起来，形成一个“强强联合”的超级信息处理中心。
　　另外一种方式就是通过互联网，利用互联网个人用户的闲置计算机，进行科学研究。
　　企业信息处理
　　网格专家为我们描绘的是这样的一幅画面：等网格的触角深及到互联网的每一个角落时，我们从互联网获得网格的运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，无疑是个福音。现在很多企业为了保证其业务不间断地运转，大多部署了价格不菲的大型IT系统，这些IT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。 　
　　电子政务
　　网格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交换，消除“信息孤岛”，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。
　　个人娱乐
　　随着互联网的发展，网络视频点播与在线游戏已经成为个人娱乐重要的一环。使用网格可以为游戏开发商和服务供应商提供可扩展的、高弹性的基础设施以运行大型多人游戏。利用了网格技术自恢复特性，能够无缝隙地将所玩的游戏转到最近的可用服务器上，实现了用户资源的统一调动、统一保存，极大提高了游戏运行和服务的可扩充性。而对于个人用户来说，网格服务器则意味着更安全、更快捷的游戏体验。
　　网格技术有望使虚拟现实技术走向平民化。由于运行虚拟现实技术所需要的计算资源太过于庞大，目前虚拟现实技术只用于飞行员、宇航员等的训练工作，普通个人根本无法享受这一技术带来的娱乐体验。利用网格这种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，可以将虚拟现实技术运用于网络游戏中，让参与游戏的人可以真切地感受虚拟环境所带来的游戏快感。毫无疑问，如果这一技术移植成功，将对目前的网络游戏起革命性的变化。
　　4网格计算的发展趋势
　　随着网格计算的发展，也有人把它看成是未来的互联网技术。国外媒体常用“下一代互联网”、“互联网2”、“下一代Web”等词语来称呼与网格相关的技术。企业界用的名字就更多了，包括内容分发、服务分发、电子服务、实时企业计算、分布式计算、P2P计算、Web服务等。这些名词所代表的技术有一个共同点，即将互联上的资源整合成一台超级服务器，有效地提供内容服务、计算服务、存储服务等。网格计算的兴起将改变传统的Client/Server和Client/Cluster结构，形成新的Pervasive/Grid体系结构。在这种结构中，客户端是各种各样的上网设备，而连在网上的各种服务器将组成单一的逻辑上的网格。
　　据专家预测，网格计算作为信息产业的新热点，将是近期内解决如高能物理实验、破解基因代码等数据量极大的科学工程计算问题最直接和最有效的途径。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以及其它产业的发展将产生巨大而深远的影响。
　　参考文献
　　[1]刘鹏.网格应用研究现状. 清华大学计算机系高性能所网格研究组.
　　都志辉,刘鹏.网格计算. 清华大学出版社.
　　陈明德.Novell网络实际操作[M]. 北京电子工业出版社,1998
　　网格计算. http:///gridstudy/
　　IBM网格计算概述. http://www /cn/grid/
　　网格计算应用逐渐升温. http:///market/200204/0408