网格概述 —— 网络新技术组 杨璐

提 纲 网格的内涵和基本概念 网格体系结构 网格相关技术 网格在国际国内的发展 Globus 项目和 Globus Toolkit 简介 思考：我们做些什么？

网格的内涵和基本概念 广义和狭义概念（仅供参考） 网格内涵 网格目的 网格的基本要求 网格的应用领域 网格的特点 概念上的分歧 网格需求

网格的广义概念 网格是一个集成的计算与资源环境，或者说一

个计算资源池。 网格能够充分吸纳各种计算资源，并把它们转

成一种随处可得的，可靠的，标准的，经济的计算能力。

计算资源包括各种类型计算机，网络通信能力，数据资料，仪器设备，甚至人等各种相关资源。

网格计算是基于网格的问题求解。

网格的狭义概念 网格资源就是指分布的计算机资源。 网格计算就是指将分布的计算机组织起

来协同解决复杂的科学与工程计算。 狭义的网格被称为计算网格。

网格的内涵

网格目的

网格目的

网格的基本要求 可靠性要求

网格提供的计算能力必须是连续，稳定，安全的。 标准化要求

网格资源之间应该有统一的可以相互访问的接口。 向用户提供的计算能力应该满足一定标准。

易访问性要求 不受时间、地理位置和用户使用的系统的限制。

价格低廉要求 网格的使用者能够普遍接受。

网格的应用领域 计算网格

分布式超级计算 高吞吐率计算 数据密集型计算

组织和商用网格 基于广泛信息共享的人与人交互 更广泛的资源贸易

网格的特点 分布与共享 自相似性 动态性与多样性 自制与管理的多重性

网格的特点 ——分布与共享

网格的特点 ——自相似性

网格资源的动态增加 网格资源的动态减少 网格资源的异构多样 网格的扩展要求体现在规模、能力、兼

容性等几个方面

网格的特点 ——动态多样

网格的特点 ——自治性与管理多重性

网格上的资源，首先是属于某个组织和个人的

网格资源的拥有者对资源有最高级别的管理权限

网格资源也必须接受网格的统一管理 矛盾？？

网格概念的分歧 网格就是下一代的 Internet!!! 网格计算就是在动态变化的、拥有多个部门或者团体

的复杂虚拟组织（ Virtual Organization ）内，灵活、安全地协同资源共享与问题求解。所谓虚拟组织就是一些个人、组织或者资源的动态组合。

网格就是方便资源管理，有效支持广域分布的、多领域的科学与工程问题解决的中间系统。

网格是建造分布式科学计算环境的一种一体化的集成方法，这一环境包括计算、数据管理、科学仪器以及人类协作。

网格概念的分歧 网格是一种无缝的、集成的计算与协作环境。 网格是基于硬件支持的各种服务和功能的提供

者。网格可以得到以前不能得到的特有功能，而且不是通过其他方法得到的。

网格计算就是分布式并行计算！！！ …………………… 一群人在炒概念？？

网格需求 计算的重要性

计算和理论与实验并列成为第三种重要的科学研究方式。

复杂的科学与工程问题的建模与模拟。 医疗诊断，工业设备控制，天气预测。 股市管理，银行系统，办公系统，订票系统，电子商务，电子政务。

网格需求 问题的需求

天文学研究中天文望远镜海量数据的处理。 数字化人脑研究中的海量数据处理。 核物理研究中的高性能超级计算。 地球观察，气候模型，地球物理，地震模型，流体，空气动力设计，污染物扩散分析……

医学，生物学基因组研究，人类和其他物种的基因数据库分析研究。

虚拟实验室研究等。

网格体系结构 五层沙漏结构 开放网格服务体系结构（ OGSA）

五层沙漏结构 以协议为中心 也强调服务与 API 和 SDK的重要性 随时间变化的动态的共享 资源之间互操作 实现互操作的协议 建立在协议基础上的服务 上层开发 API 和 SDK

五层沙漏结构

五层沙漏结构

开放网格服务体系结构 OGSA以服务为中心 具有统一的Web Service框架 Web Service 解决了发现和激活永久服务的问题 OGSA提出了网格服务（ Grid Service ）的概念，可

以支持临时服务实例 突破了科技应用领域 Globus 和Web Service 是两大支撑技术 网格 = {网格服务 }

开放网格服务体系结构

建造网格的建议 国家行为

基础性设施，前期投资庞大，工期长 有风险

从局部到整体 从小规模的网格开始到大规模网格

利用市场经济杠杆 建设成未必代表大家愿意使用 用户群？？

网格技术

网格技术

网格技术 网格应用技术

分布式超级计算应用 实时广域分布式仪器系统 数据密集型计算 远程沉浸

网格技术 网格编程技术

编程支持系统 面向对象技术及 Legion 基于商品化技术集成的网格编程 数值计算编程环境 NetSolve

网格技术 网格核心服务技术

高性能调度技术 高吞吐率资源管理技术 性能数据收集、分析可视化技术 安全技术

网格技术发展 萌芽阶段

90年代早期，主要是千兆网的测试床以及一些元计算的实现

早期实验阶段 90年代中期到晚期， I-WAY项目， Globus ， Legio

n 迅速发展阶段

2002 年以来， IBM， Platform，Microsoft ， Sun ，Compaq等公司投入

Globus Toolkit GGF组织， 500多人， 20多国家

世界范围内的网格计算项目 美国自然科学基金资助的 PACI （ Partnership for Advanced Computational Infrastructure ），包括两个重要部分 NCSA（ National Computational Science Alliance ）和 NPACI （ National Partnership for Advanced Computational Infrastructure ）。这一项目通过将学术界、政府部门和工业界的力量结合起来，建立一个网格计算基础设施的伙伴联盟。

美国 NASA（ National Aeronautics and Space Administration ）构造了一个网格计算实验床，称为 IPG（ Information Power Grid）。解决科学与工程计算与数据管理等问题。

由美国能源部（ Department of Energy）和三个国家重点实验室Sandia， Livermore 与 Los Alamos 共同承担的 ASCI （ Accelerated Strategic Computing Initiative ）计划，是一个主要用于军事目的的高性能发展计划。在不进行物理核试验的情况下，通过计算模拟来开展核武器的全面研究。

美国地球系统网格（ ESG ）。 欧洲的数据网格项目（ DataGrid）。 美国地震网格（ NEESgrid）。 美国军事网格 （ GIG ）。

世界范围内的网格计算项目

世界范围内的网格计算项目 Access Grid Condor EcoGrid Globus Legion NMI 计划 SinRG Polder MOL

一些网格应用和库 AppLeS Cactus 计算工具包 CAVERNsoft CrADS网格应用开发软件 网格协作门户（包括 NASA， NCSA， SDSC） NEOS Netsolve Nimrod/G PUNCH

一些网格应用和库 一些商业界在网格计算方面的努力

P2P工作组 Avaki Entropia Gridware InSars

在日本网格项目有 Ninf 最重要的网格应用开发软件包 Globus Toolkit ，

目前已到 3.0x 版本，支持OGSA

网格建造方面 NCSA建造了NTG （ National Technology G

rid）。 后来又出现了STARTAP（ Science Technology And Research Transit Access Point ），它将进一步扩展为连接全世界的网格即 IGrid（ International Grid）。

国内网格的发展情况 刚刚起步阶段 中科院牵头的“国家高性能计算环境”（ National High Performance Computing Environment ，简称 NHPCE），长期目标是提高计算网格系统的性能、可扩展性及可用性。目前包括北京、长沙、合肥、成都、上海、西安等几个实验点。

由清华牵头，教育部支持的重点项目“先进计算基础设施北京上海试点工程”，目的是建立一个主要为教育系统各单位提供资源共享的科研、教育、培训等高性能计算基础设施，实现跨学科、跨地域合作及人才培养。

国内网格的发展情况 2002年国内启动的 863信息领域高性能计算机及其核心软件专项是一个网格计算项目。

以“需求牵引，技术跨越，多方协作，聚焦网络”为指导思想。 以实现高性能计算机及其核心软件技术跨越为目标。 研制能有效支持科学工程计算、新一代因特网信息服务和数据

应用。 具有资源共享、协同工作能力的国家高性能计算环境。 将高性能计算服务送到科教、企业、政府等各方面用户的桌面

上。 推动我国网格应用及其产业的发展 提高我国综合国力和国际竞争能力。

Globus 简介部分 Globus 的起源和发展 Globus 系统结构 Globus Toolkit 简要说明

Globus 的起源 国际上最有影响力的网格计算项目之一。 发起于 90 年代中期。 最初目的希望把美国境内各个高性能计算中心通过高

性能网络连接起来方便美国的大学和研究机构使用，提高高性能计算机的使用效率。

当时在美国建立了一个实验环境—— I- WAY，它把位于美国 17个不同地点的 60多个组织的超级计算机和资源通过高性能网络连接起来。

I-WAY 进行大规模科学模拟，协同计算，并行工程等科学研究，这实际上是 Globus 的前身。

Globus 的发展 初始阶段，美国 10多所大学和研究机构参与了该项目的研究工作。

Globus 工具包是最重要的研究成果。 1999 年推出第一版，之后是 1.13和 1.14版。 2002 年推出 2.0 版。 最新的 Globus Toolkit 是融合了Web Service架构和技术的，支持OGSA的 3.0 版。目前还在完善之中。 3.0.2是最新版本。

Globus 系统结构（ 2.x）

Globus 系统结构（ 3.0）

Globus Toolkit 的内容 针对 Globus 项目中提出的各种协议，提供了

一系列服务（ service ）、软件库、编程接口（ API ）和使用例子。

Globus 工具包主要实现 4个方面的内容 网格安全 网格信息获取与分布 网格资源管理 网格远程数据传输

Globus Toolkit 简要说明 Grid Security Infrastructure （ GSI ）

网格安全基础设施 广域网下的安全认证和加密通信 提供单点登陆功能，远地身份鉴别功能，数据传输加密功能 是网格计算安全性的核心部分

Globus Resource Allocation Manager （ GRAM） Globus 资源分配管理 负责远程应用的资源请求处理 负责远程任务调度处理和远程任务管理 是网格计算环境的任务执行中心

Globus Toolkit 简要说明 Metacomputing Directory Service （MDS）

元计算目录服务 对网格计算环境中信息的发现、注册、查询、修改等工作 提供对网格计算环境的一个真实、实时的动态反映 基于 LDAP协议 是网格计算环境中的信息服务核心。

Global Access to Secondary Storage （ GASS） 全局二级存储服务 简化了应用程序对远程文件 I/O的操作 支持网格计算环境远程 I/O访问的中间件

Globus Toolkit 简要说明 GridFTP

网格 FTP服务 一个高性能，安全，可靠的数据传输协议 针对高带宽的广域网进行了优化 支持第三方传输、断点续传、并行传输、与 GSI 结合的安全认证，是网格计算环境中的数据传输工具

Globus Reblication Management （ GRM） 把部分相关数据智能地放置在离科学应用程序最近的位置 使科学应用程序可快速地对数据进行访问

思考：我们做些什么？