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网格技术综述

发布时间:2020-05-25 07:05:27 浏览数:

摘 要:本文对网格、网格计算的概念、特点和应用进行了简单介绍。

关键词:网格;网格计算;资源共享

中图分类号:TP391.41

网格是一种信息社会的网络基础设施,它实现互联网上所有资源的互联互通和共享资源,包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源、数据资源、专家资源等,网格可实现异地协同工作,支持开放标准、功能动态变化。网格的影响是全社会的,涉及人们工作和生活的方方面面。例如,电子政务中的一站式办公,制造企业中的异地设计、制造、海量数据的管理和资源共享,社保系统中的养老金防冒领、跨地区就医保费支付等业务和应用,都需要用网格技术来解决。

1 网格技术概述

1.1 网格

网格就是一个集成的计算与资源环境,或者说是一个计算资源池,它利用互联网把地理上广泛分布的各种资源连成一个逻辑整体,就像一台超级计算机一样(虚拟的超级计算机),为用户提供一体化信息和应用服务(计算、存储、访问等),虚拟组织最终实现在这个虚拟环境下进行资源共享和协同工作,最充分的实现信息共享。过去,人们使用网络技术和计算机,只是把Internet作为信息交互的平台,发送电子邮件或网页浏览,而网格技术将Internet作为计算机资源共享的平台,使其得到了更好、更宽的发展。

1.2 网格计算

“网格计算”(Grid Computing)广义的定义就是基于网格对问题求解的过程。狭义定义中的网格资源主要是指分布的计算机资源,而网格计算是指将分布的计算机组织起来协同解决复杂的科学与工程计算问题。即分布式计算,分布式计算是一门计算机科学。它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许多计算机进行处理,最后把这些计算结果综合起来得到最终结果。网格计算作为新一代的分布式计算方法,与传统分布式计算的主要区别在于在没有集中控制机制的情况下,通过对计算资源进行大规模共享,满足应用对高性能计算要求,并且这种对计算资源进行大规模共享是动态的、柔性的、安全的和协作式的。

2 网格技术的特点

2.1 网格的特点

(1)资源共享:网格与计算机网络不同,计算机网络实现的是一种硬件的连通,而网格能实现应用层面的连通。即把实际的用户和资源虚化抽象为网格用户和网格资源。网格用户使用标准、开放、通用的协议和界面,可以访问网格中的各种资源,但实际的用户和物理资源是相互不可见的,资源对外提供的只是一个虚拟化的接口。在网格中各种资源都能被共享使用,网格中的多个用户可以共同使用网格中的一个资源,网格中的一个用户也可以同时使用多个网格资源。网格提供的资源共享,实现了应用程序的互连互通。

(2)异地协同工作:网格第二个特点是协同工作,很多网格结点可以共同处理一个项目。

(3)通用开放标准,非集中控制,非平凡服务质量:这是Ian Foster最近提出的网格检验标准。网格是基于国际的开放技术标准,这跟以前很多行业、部门或者公司推出的软件产品不一样。

(4)动态功能,高度可扩展性:网格可以提供动态的服务,能够适应变化。同时网格并非限制性的,它实现了高度的可扩展性。

2.2 网格计算的特点

(1)更好地利用计算资源。网格计算可以更加有效地使用分布式的计算资源,提供更多可用的计算力。这可以减少对市场的响应时间,提高产品创新能力,为改进产品质量进行额外的测试和仿真。网格计算通过使用现有的资源帮助组织机构保护IT方面的投资,以不变的投资获得更多计算能力

(2)增加用户的生产力。通过提供对资源的透明访问,用户可以更快地完成工作。用户还可以获得额外的生产力,因为他们可以专注于设计和开发而再为收集计算资源和人工调度和管理大量工作浪费宝贵的时间。

(3)高度可伸缩性。网格可以随时间无缝地增长,允许成千上万的处理器集成为一个聚簇。可以独立地升级系统组件,一旦需要就可以增加额外的资源,减少大量一次性支出。

(4)高度柔性。网格计算可以在最需要的地方提供计算力,帮助更好地满足动态变化的工作负荷。网格可以包含异构的计算节点,允许根据指令增加或删除资源。

3 网格技术的应用

3.1 网格技术应用

(1)学科研究。现在科学研究的问题空前复杂化,而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,超级计算机虽然处理能力强大,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。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。

(2)企业、商业信息处理。网格信息集成将更多地用在企业、商业上。网格将使分布在世界各地的应用程序和各种信息,能够进行无缝融合和沟通,从而形成崭新的商业机会。例如,如果所有的超市和商场都通过网格服务将其销售信息动态发布出来,任何一家工厂就可以随时知道自己所生产的产品的实时销售情况,从而极其精准地安排生产,避免原料和库存的浪费;再如,对于一位想到美国旅行的人来说,他需要办理各种手续:护照、签证、机票、酒店、地面交通,等等。如果所有的服务设施都把它们的服务在网格发布出来了的话,就可以让程序自动为其办理手续和安排行程了。

(3)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。

(4)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,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。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。

(5)军事领域。全球信息网格GIG(Global Information Grid)是网格信息集成在军事应用上例子。从1999年开始,美国国防部计划为之投入数百亿美元,耗时将长达十年以上。GIG将集成各种军事信息,包括侦察、智能、战斗信息、后勤、运输、医疗等,并通过实时计算和通信完成信息的收集、处理、存储、分发、管理和安全保障等功能。GIG的目标是综合系统中所有的信息和能力,提供单一的、集成的、安全的、端到端的信息系统,允许用户访问共享数据和应用程序,而不管他们身在何处。美国国防部设想,依靠GIG的帮助,到2010年,卫星、预警机、雷达及情报人员等采集到的所有相关信息经过处理后,将实时反馈到驾驶舱,不仅让飞行员对它的周边情况了如指掌,还让机群和地面部队、海面舰船的配合天衣无缝。也正是依靠这套系统,可以将误伤友军或平民目标的情形减少到最低限度。

3.2 网格计算应用

(1)分布式超级计算。网格计算可以把分布式的超级计算机集中起来,协同解决复杂的大规模的问题。使大量闲置的计算机资源得到有效的组织,提高了资源的利用效率,节省了大量的重复投资,使用户的需求能够得到及时满足。

(2)高吞吐率计算。网格技术能够十分有效地提高计算的吞吐率,它利用CPU的周期窃取技术,将大量空闲的计算机的计算资源集中起来,提供给对时间不太敏感的问题,作为计算资源的重要来源。

(3)数据密集型计算 。数据密集型的问题的求解往往同时产生很大的通讯和计算需求,需要网格能力才可以解决。网格可以药物分子设计、计算力学、计算材料、电子学、生物学、核物理反应、航空航天等众多的领域得到广泛的需求。

(4)基于广泛信息共享的人与人交互。网格的出现更加突破了人与人之间地理界线的限制,使得科技工作者之间的交流更加的方便,从某种程度上可以说实现人与人之间的智慧共享。

(5)更广泛的资源贸易。随着大型机的性能的提高和微机的更加普及,及其资源的闲置的问题也越来越突出,网格技术能够有效地组织这些闲置的资源,使得有大量的计算需求的用户能够获得这些资源,资源的提供者的应用也不会受到太大的干扰。需要计算能力的人可以不必购买大的计算机,只要根据自己的任务的需求,向网格购买计算能力就可以满足计算需求。

4 结束语

网格技术让人们共享海量数据,网格计算汇聚了各种异构计算系统,形成了高性能的联合计算环境,而网格技术应用已渗入到许多领域,如“林业网格”、“水利网格”、“知识网格”、“中国教育网格”和“科学数据网格”等,下一步网格的目标是普及网格知识、培养网格人才,推动网格技术的发展。

参考文献:

[1]陆英.网格技术的研究与应用[J].信息技术教学与研究,2011(27):160-161.

[2]张剑峰.现代计算机网格技术应用问题探析[J].计算机光盘软件与应用,2012,10:81-82.

[3]赵凡.网格技术综述[J].甘肃科技,2010,l3(26):30-33.

作者单位:洛阳理工学院现代教育技术中心,河南洛阳 471000

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