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1、第章 网格计算简介,教师：彭四伟,一、网格基础,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，同时还是经济的计算能力。 这里的计算资源包括网络通信能力、数据资料、仪器设备，甚至是人等各种相关资源。 什么是网格计算(Grid Computing) 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，将分布的计算机组织起来解决复杂的科学和工程计算。,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是网格环境的核心组成要素。,一、网格基础,网格的目的 网
2、格思想是借鉴电力网的概念提出来的，其目的是希望用户象使用电力一样方便地使用网格的计算能力。,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。 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，以一种统一的方式提供用户进行访问。 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，避免以前由于地理位置限制所带来的种种额外开销。,一、网格基础,网格的意义 网格的概念提供了
3、与以往完全不同的计算方式，突破了以往计算方法的计算能力、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”，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，为人们提供了一种更强大、更方便、更高级的计算手段。,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） 管理的多重性,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，刻画了支持网格有效运转的机制。 网格的体系结构必须能够标识
4、出网格的基本组成部分，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，形成一个具有特定功能的整体向外界提供服务。,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的共享。,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，跨越不同的组织边界、使用策略和资源类型。,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。,二、网格的体系结构,五层沙漏结构 基本
5、思想与概念 服务 由所使用的协议和所实现的行为来定义。服务抽象掉了与资源相关的细节。,二、网格的体系结构,五层沙漏结构 基本思想与概念 API和SDK 建立在协议之上的开发者平台。,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。,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,二、网格的体系结构,五层沙漏结构 五层结构与Globus的功能对应关系,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
6、的模型 五层模型试图实现的是资源的共享，OGSA实现的将是对服务的共享。OGSA将一切都看作网格服务，将网格看作可扩展的网格服务的集合。 网格服务 网格服务是一组接口定义明确、遵守特定惯例的Web Service。,二、网格的体系结构,开放网格服务体系结构OGSA OGSA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、通信、错误检测以及可移植性等问题。 Web Service 建立在Internet和XML基础上的服务协议标准。,二、网格的体系结构,网格的建造 网格是
7、一个有重要影响的基础设施，包括硬件、软件和网格组织。 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。 由于网格的自相似性，大规模网格的建造一定要先从局部开始。 网格的建设还要充分借助于市场和经济杠杆的大力支持。,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,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 基于面向对象技术的Legion Legion是面向对象技术在网格
8、中应用的重要实例，它将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，但是对编程语言和通信协议没有进行规定。 利用商品化技术集成的网格编程,三、网格技术,网格编程技术 数值计算编程技术NetSolve,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，是协调整个网格系统有效运转的中枢。 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 安全技术,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、底层网络基础设施、网格试验床等,三、网格技术,网格技术的
9、发展 网格一词最早出现于20世纪90年代中期，网格计算一开始更多地被称为元计算，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、无缝的可扩展计算、基于Web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： 萌芽阶段：在90年代早期，主要是千兆网的测试床，以及一些元计算的实验。 早期实验阶段：在90年代中期到晚期，如I-WAY项目，还有一些学术性的软件项目，如Globus, Legion等。 迅速发展阶段：2002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，出现了一些比较显著的技术基础，如Globus Toolkit，形成了具有相当规模和世界影响的GGF组织（大概有500个人，20多个国家）。,
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