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摘要：網(wǎng)格是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展起來的,最初是專門針對復(fù)雜科學(xué)計算應(yīng)用的一種新型計算模式。隨著網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的擴展,網(wǎng)格逐步進(jìn)入到商業(yè)使用中。人們預(yù)言,網(wǎng)格技術(shù)和應(yīng)用將成為具有高性能處理、海量數(shù)據(jù)存儲和大量儀器設(shè)備等特征的21世紀(jì)人類社會的信息處理基礎(chǔ)設(shè)施。通過它可以匯聚Internet中分散異構(gòu)、動態(tài)變化的計算和信息資源,將其中不同組織和機構(gòu)的資源虛擬化,使人們能像使用一臺計算機那樣使用Internet中的各種資源,把Internet從通訊和信息交互平臺提升到資源共享和協(xié)同工作的平臺。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格研究；互聯(lián)網(wǎng)；科學(xué)計算

Abstract:ThegridisaccompaniedbytherapiddevelopmentofInternettechnologyandup,thefirstspecificallyforcomplexscientificcomputingapplicationsisanewcomputingmodel.Withthegridtechnologydevelopmentandapplicationoftheexpansionofthegridstepbystepintocommercialuse.Itpredictedthatthegridtechnologyandapplicationswillbetodealwithhigh-performance,massdatastorageandalargeamountofequipment,andothercharacteristicsofthe21stcentury,humansociety,information-processinginfrastructure.ItbroughttogetherthroughtheInternetcanbedistributedinheterogeneous,dynamicchangesinthecomputingandinformationresources,whichwillbedifferentorganizationsandagenciesofthevirtualresourcessothatpeopleliketouseacomputerastheuseoftheInternetinavarietyofresources,fromInternetcommunicationsAndinformationexchangeplatformtoshareresourcesandworkplatforms.

Keywords:gridresearch;theInternet;scientificcomputing

1.研究熱潮

美國政府自20世紀(jì)90年代就開始投資于網(wǎng)格技術(shù)研究,累計用于網(wǎng)格技術(shù)基礎(chǔ)研究方面的經(jīng)費已近5億美元,相繼提出了各種網(wǎng)格理論,并建立以Globus、Globe、NetSolve、Javalin為代表的實驗?zāi)Ｐ秃晚椖?。作為網(wǎng)格計算最杰出的代表,由美國Argonne國家實驗室實施研發(fā)的Globus,被認(rèn)為是網(wǎng)格技術(shù)的典型代表。Globus通過對網(wǎng)格技術(shù)的研究相應(yīng)軟件的開發(fā)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定,力圖構(gòu)造一個規(guī)范的網(wǎng)格計算環(huán)境,實現(xiàn)對高性能計算機遠(yuǎn)程計算資源普遍、可靠、一致性的訪問。在對資源管理、安全、信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計算的關(guān)鍵理論進(jìn)行研究的同時,Globus于1999年開發(fā)出的能運行于各類平臺的網(wǎng)格計算工具軟件GlobusToolkit是該系統(tǒng)最重要的成果,其源代碼完全開放,可以幫助規(guī)劃和組建大型網(wǎng)格實驗平臺,開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應(yīng)用程序。目前,Globus的技術(shù)已在NASA網(wǎng)格、歐洲數(shù)據(jù)中心、美國國家技術(shù)網(wǎng)格等8個項目中得到應(yīng)用。美國國防部規(guī)劃實施的“全球信息網(wǎng)格”計劃,將在2020年完成。作為該計劃的一部分,美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊已先期啟動了一個耗資160億美元、歷時8年的項目,進(jìn)行系統(tǒng)的研制、建設(shè)、維護(hù)和升級。

英國政府已決定投入1億英鎊用于網(wǎng)格研究,建立英國的國家網(wǎng)格項目,形成全國范圍內(nèi)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。歐盟已于2001年1月起,正式實施由歐洲粒子實驗室等6個研究機構(gòu)參與的數(shù)據(jù)網(wǎng)格項目,計劃在3年內(nèi)投資980萬歐元,采用Globus網(wǎng)格技術(shù),建立一個在歐洲范圍內(nèi)不同數(shù)據(jù)源之間實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)計算與數(shù)據(jù)交換的大規(guī)模分布計算環(huán)境和共享平臺,為科學(xué)研究提供強大保障。法國啟動的國家網(wǎng)格計劃,前3年計劃的經(jīng)費投入是1000萬美元。荷蘭國家網(wǎng)格計算計劃將使5個大學(xué)的研究人員能夠更有效地在生物信息到粒子物理等科研項目方面進(jìn)行合作。這一網(wǎng)格計算計劃包含5臺Linux群集系統(tǒng)(每個大學(xué)各一臺),通過荷蘭大學(xué)的高性能網(wǎng)絡(luò)——SUPERNet連接在一起。

我國已經(jīng)完成的網(wǎng)格研究項目主要有清華大學(xué)的先進(jìn)計算基礎(chǔ)設(shè)施ACI和以中科院計算所為主的國家高性能計算環(huán)境NHPCE。目前正在進(jìn)行的網(wǎng)格研究項目主要有:“863”專項計劃支持的“中國網(wǎng)格”項目;由中國科學(xué)院計算所領(lǐng)銜開發(fā)的“織女星網(wǎng)格”項目;由上海多所大學(xué)參加的“上海教育科研網(wǎng)格”項目;由航天總公司第二研究院和清華大學(xué)共同開展的“仿真網(wǎng)格”項目。其中,由中國科學(xué)院計算所領(lǐng)銜攻關(guān)的“織女星網(wǎng)格”項目,涉及到網(wǎng)格超級服務(wù)器、網(wǎng)格操作系統(tǒng)、信息網(wǎng)格和知識網(wǎng)格的架構(gòu)、性能、應(yīng)用的各個層面,其未來的目標(biāo)是具備大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理能力、高性能計算能力,以及資源共享和提高資源利用率方面的能力。2.面臨的技術(shù)問題

網(wǎng)格技術(shù)的興起和發(fā)展得益于技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用需求的驅(qū)動,但面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面,其研究重點是網(wǎng)格軟件技術(shù)的研究和實現(xiàn),并以網(wǎng)格系統(tǒng)軟件為主要研究對象。人們需要建立具有開放性的體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,以形成信息獲取、傳輸、訪問、共享和處理的單一開放的信息處理基礎(chǔ)設(shè)施平臺,需要克服虛擬組織的管理和協(xié)同工作問題,需要解決網(wǎng)格的可用性和可開發(fā)性障礙,并解決系統(tǒng)安全問題。網(wǎng)格作為基礎(chǔ)設(shè)施,除了技術(shù)上的挑戰(zhàn)外,一些社會、政治因素對網(wǎng)格的普及也至關(guān)重要,應(yīng)當(dāng)建立資源的外包、數(shù)據(jù)的保密等法律保護(hù)機制。

為了實現(xiàn)支持資源共享、協(xié)同工作,具有資源虛擬化和服務(wù)特征的網(wǎng)格,還需要理論和技術(shù)創(chuàng)新的支撐。網(wǎng)格研究面臨一系列需要回答的問題,例如(1)網(wǎng)格環(huán)境下數(shù)據(jù)如何分布、組織、管理?要求什么樣的存儲模型?(2)如何對動態(tài)變化的資源實施有效管理?如何在廣域環(huán)境下調(diào)度資源,保證服務(wù)質(zhì)量?(3)網(wǎng)格服務(wù)的語義如何表示?應(yīng)用開發(fā)者如何理解服務(wù)語義并與其應(yīng)用目標(biāo)相匹配?(4)為了在虛擬資源空間中建立資源提供者和使用者之間的信賴關(guān)系,保證各自的安全,應(yīng)該建立什么樣的網(wǎng)格計算安全模型和機制?(5)由于資源的分散性和部門所屬性,網(wǎng)格能否像電信基礎(chǔ)設(shè)施那樣由集中的大運營商來運營?它的經(jīng)濟模型和盈利機制是什么?如何通過引入投資機制,建立網(wǎng)格的運營服務(wù)業(yè)?在強調(diào)共享技術(shù)的同時,如何用有效的利益機制來促進(jìn)共享?這對于網(wǎng)格在中國的成功也許比技術(shù)問題更為重要。

此外,迄今為止尚未制定出全球統(tǒng)一的網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)。國際上網(wǎng)格技術(shù)的研究基本上采用了因特網(wǎng)的開放標(biāo)準(zhǔn)路線,以層次化開放式為基礎(chǔ),在多個層次上建立橫向技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和平臺,以滿足不同層次資源和應(yīng)用集成的需要。這些標(biāo)準(zhǔn)中最主要的是Globus和OGSA。2003年7月,OMG、W3C、GridForum等標(biāo)準(zhǔn)化組織在出席“軟件服務(wù)網(wǎng)格研討會”后加快了全球大網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)的制定

。同時,另一開放源代碼網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)組織——Globus也召開會議研究通過廣域網(wǎng)聯(lián)接高性能計算的基礎(chǔ)設(shè)施問題。Globus目前正致力于開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)格架構(gòu)和其他技術(shù),并已提出“開放網(wǎng)格服務(wù)體系”建議標(biāo)準(zhǔn),該體系結(jié)構(gòu)是目前最新的一種網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu),被稱為下一代的網(wǎng)格體系。在網(wǎng)格計算技術(shù)方面,迄今為止還沒有正式的標(biāo)準(zhǔn),但在核心技術(shù)上,相關(guān)機構(gòu)與企業(yè)已達(dá)成一致——由美國Argonne國家實驗室與南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院合作開發(fā)的GlobusToolkit軟件包已成為網(wǎng)格計算事實上的標(biāo)準(zhǔn)。包括IBM、Microsoft、SGI、Sun在內(nèi)的12家計算機和軟件廠商已宣布將采用GlobusToolkit。2004年3月,GlobusToolkxt32版正式。目前,國內(nèi)外很多大型的網(wǎng)格項目都是基于GlobusToolkit提供的協(xié)議與服務(wù)的。

3.安全問題

數(shù)字化信息日益增多,較易受到干擾和攻擊,給網(wǎng)格技術(shù)帶來嚴(yán)峻的安全問題。具體實施網(wǎng)格安全管理可從以下5個方面著手。(1)采用法律、法規(guī)手段,建立安全管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則。(2)加強用戶認(rèn)證,用戶認(rèn)證在網(wǎng)格和信息的安全中屬于技術(shù)措施的第一道大門,主要目的是提供訪問控制和不可抵賴的作用。(3)授權(quán),這主要為特許用戶提供合適的訪問權(quán)限,并監(jiān)控用戶的活動,使其不能越權(quán)使用。(4)加密,加密是信息安全應(yīng)用中最早開展的有效手段之一,數(shù)據(jù)通過加密可以保證在存取與傳送的過程中不被非法查看、篡改、竊取等。(5)審計、監(jiān)控和數(shù)據(jù)備份。

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