網格計算

1、網格計算網格計算高性能計算的應用需求使計算能力不可能在單一計算機上獲得，因此，必須通過構建“網絡虛擬超級計算機”或“元計算機”來獲得超強的計算能力。20世紀90年代初，根據Inter上主機大量增加但利用率并不高的狀況，美國國家科學基金會（NFS）將其四個超級計算中心構筑成一個元計算機，逐漸發(fā)展到利用它研究解決具有重大挑戰(zhàn)性的并行問題。它提供統(tǒng)一的管理、單一的分配機制和協(xié)調應用程序，使任務可以透明地按需要分配到系統(tǒng)內的各種結構的計算機中，

2、包括向量機、標量機、SIMD和MIMD型的各類計算機。NFS元計算環(huán)境主要包括高速的互聯(lián)通信鏈路、全局的文件系統(tǒng)、普通用戶接口和信息、視頻電話系統(tǒng)、支持分布并行的軟件系統(tǒng)等。元計算被定義為“通過網絡連接強力計算資源，形成對用戶透明的超級計算環(huán)境”，目前用得較多的術語“網格計算(gridcomputing)”更系統(tǒng)化地發(fā)展了最初元計算的概念，它通過網絡連接地理上分布的各類計算機（包括機群）、數據庫、各類設備和存儲設備等，形成對用戶相對透明

3、的虛擬的高性能計算環(huán)境，應用包括了分布式計算、高吞吐量計算、協(xié)同工程和數據查詢等諸多功能。網格計算被定義為一個廣域范圍的“無縫的集成和協(xié)同計算環(huán)境”。網格計算模式已經發(fā)展為連接和統(tǒng)一各類不同遠程資源的一種基礎結構。網絡計算技術基本結構為實現(xiàn)網格計算的目標，必須重點解決三個問題：⑴異構性由于網格由分布在廣域網上不同管理域的各種計算資源組成，怎樣實現(xiàn)異構機器間的合作和轉換是首要問題。⑵可擴展性要在網格資源規(guī)模不斷擴大、應用不斷增長的情況下，

4、不降低性能。⑶動態(tài)自適應性在網格計算中，某一資源出現(xiàn)故障或失敗的可能性較高，資源管理必須能動態(tài)監(jiān)視和管理網格資源，從可利用的資源中選取最佳資源服務。網格計算環(huán)境的構建層次從下至上依次為：(1)網格結點由分布在Inter上的各類資源組成，包括各類主機、工作站甚至PC機，它們是異構的，可運行在Unix、NT等各種操作系統(tǒng)下，也可以是上述機型的機群系統(tǒng)、大型存儲設備、數據庫或其他設備。(2)中間件是網格計算的核心，負責提供遠程進程管理、資源分

5、配、存儲訪問、登錄和認證、安全性和服務質量（QoS）等。(3)開發(fā)環(huán)境和工具層提供用戶二次開發(fā)環(huán)境和工具，以便更好地利用網格資源。(4)應用層提供系統(tǒng)能接受的語言，如HPC和MPI等?？膳渲闷渌恍┲С止こ虘?、數據庫訪問的軟件，還可提供Web服務接口，使用戶可以使用Web方式提交其作業(yè)并取得計算結果。2基本功能網格計算環(huán)境要求不影響各結點本地的管理和自主性，不改變原有的操作系統(tǒng)、網絡協(xié)議和服務，保證用戶和遠程結點的安全性，允許遠程結點

6、選擇加入或退出系統(tǒng)，盡量使用已存在的標準的技術，以便與已有的應用兼容，并能提供可靠的容錯機制。一個理想的網格計算應類似當前的Web服務，可以構建在當前所有硬件和軟件平臺上，給用戶提供完全透明的計算環(huán)境。對用戶而言，它把眾多同、異構的資源變成了同構的虛擬計算環(huán)境。為此，網格計算環(huán)境設計需要有以下主要特征：管理層次確定管理層次體系，管理域按區(qū)域層次劃分，決定管理信息流的流向；實例：Globus系統(tǒng)Globus是一個多研究機構聯(lián)合開發(fā)的項目，

7、它力圖實現(xiàn)計算網格結構，來提供對高性能遠程計算資源普遍的、可靠的、一致性的訪問。目前的Globus可以認為是計算網格技術的典型代表和事實上的規(guī)范。Globus最核心的部分就是它的元計算工具包，其中定義了構建計算網格最基礎的服務。Globus構建了一個如圖所示的虛擬元計算機。1元計算實驗床圖示的底層是Globus的元計算測試床和實驗系統(tǒng)，具體來說，它們是網絡連接的一些有組織的計算網格結點，其中最著名的有IWAY和GUSTO。IWAY是Gl

8、obus的較簡化系統(tǒng)，用于氣象衛(wèi)星的實時圖像處理。在這個應用中，衛(wèi)星中的數據下載后，進入一個遠程超級計算機進行云層檢測處理，然后再由另外一個圖形處理機進行氣象圖繪制。這些處理均在地理上分布的多臺機器上實現(xiàn)。IWAY成功地驗證了Globus系統(tǒng)一些基本構件和機制。GUSTO在很多方面都被認為是1998年以前最大的計算網格實驗床。該實驗床最初通過專用多模光纖和Inter連接17個站點、330個計算機和3600個處理器。目前，GUSTO站點遍

9、布整個美國大陸、夏威夷、瑞典和德國等，附加站點還在不斷增加。2Globus工具包構件中間層是Globus的工具包模塊，也是Globus的核心服務，主要包括7個部分，如下表所示。3高級服務雖然Globus的工具包可以被應用程序直接調用，但仍然可以通過更高層的工具調用。Globus提供了自己的一些高級服務，可以實現(xiàn)對下一層服務的調用，這些高級服務最終的目標是形成一個Globus的“適應性廣域范圍資源環(huán)境”（AWARE）。同時，Globus也

10、支持其他高級調用，例如基于消息傳遞的MPI、高級并行編程語言C、遠程文件訪問系統(tǒng)RemoteIO等。Globus工具包支持這些高級應用來間接調用Globus的核心服務。Globus從底層構建了元計算軟件，開發(fā)了一些基本的服務和機制，并可以由多種高級工具調用。隨著更多的元計算團體加入Globus的研究，它將被開發(fā)得更加完善，并將被更多的高級應用軟件調用。Globus的目標是適應廣域網絡資源環(huán)境的計算，目前這一類課題的研究還很艱巨，Glob