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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。

1.探究熱潮

美國政府自20世紀90年代就開始投資于網(wǎng)格技術(shù)探究,累計用于網(wǎng)格技術(shù)基礎(chǔ)探究方面的經(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,被認為是網(wǎng)格技術(shù)的典型代表。Globus通過對網(wǎng)格技術(shù)的探究相應(yīng)軟件的開發(fā)及相關(guān)標準的制定,力圖構(gòu)造一個規(guī)范的網(wǎng)格計算環(huán)境,實現(xiàn)對高性能計算機遠程計算資源普遍、可靠、一致性的訪問。在對資源管理、平安、信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等網(wǎng)格計算的關(guān)鍵理論進行探究的同時,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,進行系統(tǒng)的研制、建設(shè)、維護和升級。

英國政府已決定投入1億英鎊用于網(wǎng)格探究,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個探究機構(gòu)參和的數(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)計算和數(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)探究提供強大保障。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)的探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)格探究項目主要有清華大學(xué)的先進計算基礎(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。目前正在進行的網(wǎng)格探究項目主要有摘要:“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;由航天總公司第二探究院和清華大學(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)新問題

網(wǎng)格技術(shù)的興起和發(fā)展得益于技術(shù)進步和應(yīng)用需求的驅(qū)動,但面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面,其探究重點是網(wǎng)格軟件技術(shù)的探究和實現(xiàn),并以網(wǎng)格系統(tǒng)軟件為主要探究對象。人們需要建立具有開放性的體系結(jié)構(gòu)、標準和協(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)同工作新問題,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)平安新問題。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)格探究面臨一系列需要回答的新問題,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)語義并和其應(yīng)用目標相匹配?(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,保證各自的平安,應(yīng)該建立什么樣的網(wǎng)格計算平安模型和機制?(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共享?這對于網(wǎng)格在中國的成功也許比技術(shù)新問題更為重要。

此外,迄今為止尚未制定出全球統(tǒng)一的網(wǎng)格標準。國際上網(wǎng)格技術(shù)的探究基本上采用了因特網(wǎng)的開放標準路線,以層次化開放式為基礎(chǔ),在多個層次上建立橫向技術(shù)標準和平臺,以滿足不同層次資源和應(yīng)用集成的需要。這些標準中最主要的是Globus和OGSA。2003年7月,OMG、W3C、GridForum等標準化組織在出席“軟件服務(wù)網(wǎng)格研討會”后加快了全球大網(wǎng)格標準的制定。同時,另一開放源代碼網(wǎng)格標準組織——Globus也召開會議探究通過廣域網(wǎng)聯(lián)接高性能計算的基礎(chǔ)設(shè)施新問題。Globus目前正致力于開發(fā)標準的網(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”建議標準,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準,但在核心技術(shù)上,相關(guān)機構(gòu)和企業(yè)已達成一致——由美國Argonne國家實驗室和南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院合作開發(fā)的GlobusToolkit軟件包已成為網(wǎng)格計算事實上的標準。包括IBM、Microsoft、SGI、Sun在內(nèi)的12家計算機和軟件廠商已公布將采用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)議和服務(wù)的。

3.平安新問題

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)帶來嚴重的平安新問題。具體實施網(wǎng)格平安管理可從以下5個方面著手。(1)采用法律、法規(guī)手段,建立平安管理標準和規(guī)則。(2)加強用戶認證,用戶認證在網(wǎng)格和信息的平安中屬于技術(shù)辦法的第一道大門,主要目的是提供訪問控制和不可抵賴的功能。(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,加密是信息平安應(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和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。

參考文獻

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