第04章 网格计算简介

• Web Service
– 建立在 建立在Internet和XML基础上的服务协议标准。 基础上的服务协议标准。 和 基础上的服务协议标准
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 网格的建造
– 网格是一个有重要影响的基础设施，包括硬件、软 网格是一个有重要影响的基础设施，包括硬件、 件和网格组织。 件和网格组织。 – 网格是一个投入十分巨大的、涉及到整个国家、甚 网格是一个投入十分巨大的、涉及到整个国家、 至跨越多个国家的基础性设施， 至跨越多个国家的基础性设施，只有通过国家行为 才能够协调好各方面的关系。 才能够协调好各方面的关系。 – 由于网格的自相似性，大规模网格的建造一定要先 由于网格的自相似性， 从局部开始。 从局部开始。 – 网格的建设还要充分借助于市场和经济杠杆的大力 支持。 支持。
– 高性能调度技术 – 高吞吐率管理技术 – 性能数据收集、分析以及可视化技术 性能数据收集、 – 安全技术
第 ４ 章 网 格 计 算
三、网格技术
• 网格底层支撑技术
– 网格计算结点的构建技术 – 网络技术 – 局部结点的操作系统、网络接口、底层网络 局部结点的操作系统、网络接口、 基础设施、 基础设施、网格试验床等
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 基本思想与概念
• 协议
– 为了实现特定的操作而定义的分布式系统元素之间交 互的方式以及交互过程中交换的信息结构。 互的方式以及交互过程中交换的信息结构。
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 基本思想与概念
• 服务
第 ４ 章 网 格 计 算
一、网格基础
• 网格的基本要求
– 可靠性要求
• 网格提供的计算能力必须保证是持续、稳定和安全的。 网格提供的计算能力必须保证是持续、稳定和安全的。
– 标准化要求
• 网格资源之间应该有一个统一的可以相互访问的接口或协 议标准；网格对用户提供的计算能力也应满足一定的标准， 议标准；网格对用户提供的计算能力也应满足一定的标准， 以一种统一的方式提供用户进行访问。 以一种统一的方式提供用户进行访问。
第 ４ 章 网 格 计 算
一、网格基础
• 网格环境
– 物理资源、对资源的管理以及逻辑上的抽象 物理资源、 是网格环境的核心组成要素。 是网格环境的核心组成要素。
第 ４ 章 网 格 计 算
一、网格基础
• 网格的目的
– 网格思想是借鉴电力网的概念提出来的，其目的是 网格思想是借鉴电力网的概念提出来的， 希望用户象使用电力一样方便地使用网格的计算能 力。
• 网格服务
– 网格服务是一组接口定义明确、遵守特定惯例的 网格服务是一组接口定义明确、遵守特定惯例的Web Service。 。
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 开放网格服务体系结构 开放网格服务体系结构OGSA
– OGSA的两大支撑服务 的两大支撑服务
• Globus
– Globus是一种基于社团的、开放结构、开放源码的 是一种基于社团的、 是一种基于社团的 开放结构、 服务的集合，也是支持网格与网格应用的软件库， 服务的集合，也是支持网格与网格应用的软件库，该 工具包解决了安全、信息发现、资源管理、数据管理、 工具包解决了安全、信息发现、资源管理、数据管理、 通信、错误检测以及可移植性等问题。 通信、错误检测以及可移植性等问题。
• 什么是网格计算 什么是网格计算(Grid Computing)
– 基于网格的问题求解就是网格计算。 基于网格的问题求解就是网格计算。
• 狭义的网格和网格计算
– 以分布的计算机作为主要资源，将分布的计算机组 以分布的计算机作为主要资源， 织起来解决复杂的科学和工程计算。 织起来解决复杂的科学和工程计算。
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 五层划分
• 按照结构中各组成部分与共享资源的距离，将 按照结构中各组成部分与共享资源的距离， 对共享资源进行操作、 对共享资源进行操作、管理和使用的功能分散 在五个不同的层次。 在五个不同的层次。
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 从程序员的角度来看网格结构
第４章 网格计算简介
教师：彭四伟 教师：
第 ４ 章 网 格 计 算
一、网பைடு நூலகம்基础
• 什么是网格 什么是网格(Grid)
– 网格是一个集成的计算与资源环境，即一个计算资 网格是一个集成的计算与资源环境， 源池。它能够充分吸纳各种计算资源， 源池。它能够充分吸纳各种计算资源，并将其转化 成为一种随处可得的、可靠的、标准的， 成为一种随处可得的、可靠的、标准的，同时还是 经济的计算能力。 经济的计算能力。 – 这里的计算资源包括网络通信能力、数据资料、仪 这里的计算资源包括网络通信能力、数据资料、 器设备，甚至是人等各种相关资源。 器设备，甚至是人等各种相关资源。
第 ４ 章 网 格 计 算
三、网格技术
• 网格技术的发展
– 网格一词最早出现于 世纪90年代中期，网格计算一开始更 网格一词最早出现于20世纪 年代中期 世纪 年代中期， 多地被称为元计算， 多地被称为元计算，还有一些和网格计算相关的概念是分布 式计算、对等式计算、因特网计算、全球计算、 式计算、对等式计算、因特网计算、全球计算、无缝的可扩 展计算、基于Web的并行计算等。 的并行计算等。 展计算、基于 的并行计算等 – 网格的发展到目前为止可以划分为以下几个阶段： 网格的发展到目前为止可以划分为以下几个阶段：
– 由所使用的协议和所实现的行为来定义。服务抽象掉 由所使用的协议和所实现的行为来定义。 了与资源相关的细节。 了与资源相关的细节。
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 基本思想与概念
• API和SDK 和
– 建立在协议之上的开发者平台。 建立在协议之上的开发者平台。
第 ４ 章 网 格 计 算
– 易访问性要求
• 用户可以在任何时间、地点，以自己习惯的形式访问各种 用户可以在任何时间、地点， 网格资源， 网格资源，网格计算能力可以通过网格系统输送到任何角 落。
– 价格低廉要求
• 通过资源共享，最大限度发挥资源的使用价值，避免以前 通过资源共享，最大限度发挥资源的使用价值， 由于地理位置限制所带来的种种额外开销。 由于地理位置限制所带来的种种额外开销。
第 ４ 章 网 格 计 算
三、网格技术
• 网格技术分类
从网格的开发角度看网格的层次划分
从网格的技术角度看网格的层次划分
第 ４ 章 网 格 计 算
三、网格技术
• 网格编程技术
– 编程支持系统
• 使应用程序的开发更简单 • 使开发出来的程序在不同体系结构和不同配置的运行环境 中方便移植 • 使开发出来的应用具有很高的性能
• 萌芽阶段：在90年代早期，主要是千兆网的测试床，以及一些 萌芽阶段： 年代早期， 年代早期 主要是千兆网的测试床， 元计算的实验。 元计算的实验。 • 早期实验阶段：在90年代中期到晚期，如I-WAY项目，还有一 早期实验阶段： 年代中期到晚期， 项目， 年代中期到晚期 项目 些学术性的软件项目， 些学术性的软件项目，如Globus, Legion等。 等 • 迅速发展阶段：2002年以来，出现了大量的应用社团和项目， 迅速发展阶段： 年以来， 年以来 出现了大量的应用社团和项目， 主要基础设施的开发和使用，工业界对网格计算的兴趣在增长， 主要基础设施的开发和使用，工业界对网格计算的兴趣在增长， 出现了一些比较显著的技术基础，如Globus Toolkit，形成 出现了一些比较显著的技术基础， ， 了具有相当规模和世界影响的GGF组织（大概有 组织（ 个人， 多 了具有相当规模和世界影响的 组织 大概有500个人，20多 个人 个国家）。 个国家）。
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 五层结构与 Globus的功 的功 能对应关系
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 开放网格服务体系结构
– OGSA(Open Grid Services Architecture)
– 基本思想
• 以服务为中心的模型
– 五层模型试图实现的是资源的共享，OGSA实现的将是 五层模型试图实现的是资源的共享， 实现的将是 对服务的共享。 将一切都看作网格服务， 对服务的共享。OGSA将一切都看作网格服务，将网格 将一切都看作网格服务 看作可扩展的网格服务的集合。 看作可扩展的网格服务的集合。
第 ４ 章 网 格 计 算
一、网格基础
• 网格的意义
– 网格的概念提供了与以往完全不同的计算方式，突破了以往计 网格的概念提供了与以往完全不同的计算方式， 算方法的计算能力、地理位置、共享和协作方面的限制。 算方法的计算能力、地理位置、共享和协作方面的限制。 – 网格从各种具体计算资源中抽象出其中内在的“计算能力”， 网格从各种具体计算资源中抽象出其中内在的“计算能力” 形成一种分布在网上的抽象的计算能力，将原来有形的、 形成一种分布在网上的抽象的计算能力，将原来有形的、专用 的计算能力转化为一种无形的、更通用的计算能力， 的计算能力转化为一种无形的、更通用的计算能力，为人们提 供了一种更强大、更方便、更高级的计算手段。 供了一种更强大、更方便、更高级的计算手段。
– 利用商品化技术集成的网格编程
第 ４ 章 网 格 计 算
三、网格技术
• 网格编程技术
– 数值计算编程技术 数值计算编程技术NetSolve
第 ４ 章 网 格 计 算
三、网格技术
• 网格核心服务技术
– 网格核心服务
• 网格核心服务是连接网格底层与高层功能的纽带， 网格核心服务是连接网格底层与高层功能的纽带， 是协调整个网格系统有效运转的中枢。 是协调整个网格系统有效运转的中枢。
第 ４ 章 网 格 计 算
一、网格基础
• 网格的特点
– – – – 分布性 自相似性 动态多样性（不可预测性） 动态多样性（不可预测性） 管理的多重性
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 网格体系结构的定义
– 网格的体系结构是关于如何建造网格的技术，它给 网格的体系结构是关于如何建造网格的技术， 出了网格的基本组成与功能， 出了网格的基本组成与功能，描述了网格各组成部 分的关系以及它们集成的方式或方法， 分的关系以及它们集成的方式或方法，刻画了支持 网格有效运转的机制。 网格有效运转的机制。 – 网格的体系结构必须能够标识出网格的基本组成部 对各部分的功能、目的、特点进行清晰的描述， 分，对各部分的功能、目的、特点进行清晰的描述， 还要描述出这些部分是如何按照一定的方式进行组 织和集成， 织和集成，形成一个具有特定功能的整体向外界提 供服务。 供服务。
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 基本思想与概念
• 共享
– 深层次、广泛、动态、具有多种形式的有条件受控制 深层次、广泛、动态、 的共享。 的共享。
第 ４ 章 网 格 计 算
二、网格的体系结构
• 五层沙漏结构
– 基本思想与概念
• 互操作性
– 共享关系可以跨越不同的平台、语言和编程环境，跨 共享关系可以跨越不同的平台、语言和编程环境， 越不同的组织边界、使用策略和资源类型。 越不同的组织边界、使用策略和资源类型。
– 基于面向对象技术的 基于面向对象技术的Legion
• Legion是面向对象技术在网格中应用的重要实例，它将 是面向对象技术在网格中应用的重要实例， 是面向对象技术在网格中应用的重要实例 网格看作是一个世界范围的抽象计算机， 网格看作是一个世界范围的抽象计算机，将一切都看作是 对象，规定了对象间的交互格式和高级协议， 对象，规定了对象间的交互格式和高级协议，但是对编程 语言和通信协议没有进行规定。 语言和通信协议没有进行规定。