网格计算

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网格计算(Grid Computing)

　　网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的，专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能力超强；另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。　　　　

　　实际上，网格计算是分布式计算(Distributed Computing)的一种，如果我们说某项工作是分布式的，那么，参与这项工作的一定不只是一台计算机，而是一个计算机网络，显然这种“蚂蚁搬山”的方式将具有很强的数据处理能力。　　　　

　　充分利用网上的闲置处理能力则是网格计算的有一个优势，网格计算模式首先把要计算的数据分割成若干“小片”，而计算这些“小片”的软件通常是一个预先编制好的屏幕保护程序，然后不同节点的计算机可以根据自己的处理能力下载一个或多个数据片断和这个屏幕保护程序。于是“演出开始了”，只要，节点的计算机的用户不使用计算机时，屏保程序就会工作，这样这台计算机的闲置计算能力就被充分地调动起来了。

　　网格计算的起源是由于单台高性能计算机已经不能胜任一些超大规模应用问题的解决。于是，人们想象分布在世界各地的超级计算机的计算能力能否通过利用广域互连技术使其像电力资源那样输送到每一用户，来求解一些大规模科学与工程计算等问题，从而形成了计算网格（又称网格计算系统）。网格计算是作为虚拟的整体而使用在地理上分散的异构计算资源，这些资源包括高速互连的异构计算机、数据库、科学仪器、文件和超级计算系统等。使用计算网格，一方面能使人们聚集分散的计算能力，形成超级计算的能力，解决诸如虚拟核爆炸、新药研制、气象预报和环境等重大科学研究和技术应用领域的问题，另一方面能使人们共享广域网络中的异构资源，使各种资源得以充分利用。

　　网格计算系统主要包括网格结点、网格系统软件、网格应用。网格结点是地理上独立的计算和信息中心。网格系统软件起着关键的作用，统一管理计算网格，将各个结点集成起来，组成一个虚拟协同高性能计算环境，向社会大众和各领域的科研机构统一提供高性能计算和海量信息处理服务。网格应用是以生物、气象、能源、石油、水利等行业的重大应用为背景建立的应用。网格计算系统具有资源分布性、管理多重性、动态多样性、结构可扩展性等特点，其结点及各种资源分布于不同的地方，隶属于不同的所有者，多层管理，为了完成特定的工作，各种各样的异构资源可动态组合，规模可不断加大。

　　第一，网格的互联网络比Internet具有更大的带宽。欧美的网格计划都会使用更高速度的主干网；

　　第二，网格上将有更多高性能计算机作为节点，因此网格的计算速度、数据处理速度可以大幅度提高。

　　第三，网格的体系结构将比Internet更能有效地利用这些资源。

第四，网格将促进更多、更大的网络区域的出现。这些相互联结的区域最终成为一个庞大的网格区域，把我们地球上所有计算机联为一体。

　　(1)网格计算在科研领域的应用

　　在科学研究领域，网格技术可以辅助科学家完成重大领域的科学研究。网格计算技术除具备超级计算能力以外，还将不同地域的资源整合在一起，使科学工作者能够紧密合作，充分利用共享的资源(如大型的昂贵的仪器设备等)。网格计算技术在美国，首先是在生命科学领域，正在成为现实。在物理学研究方面，德国Max Planck引力物理研究所与德国和美国多个机构合作，利用网格的超级计算能力，共同完成了模拟黑洞的项目。

　　(2)网格计算在企业及居民日常生活中的应用

　　网格计算的商业应用前景广阔．网格计算环境能够提高或拓展企业内所有计算资源的效率和利用率，通过对这些资源进行共享、有效优化和整体管理，使各企业解决以前难以处理的问题，最有效地使用他们的系统，满足客户要求并降低他们计算机资源的拥有和管理总成本．网格计算支持所有行业的电子商务应用。例如，飞机和汽车等复杂产品的生产要求对产品设计、产品组装和产品生命周期管理进行计算密集型模拟．中国国家计算网格简称织女星网格(VegaGrid)，该项目前取得的一些研究成果已经开始应用到如税务这样的重要行业。

　　云计算是一种宽泛的概念，它允许用户通过互联网访问各种基于IT资源的服务，这种服务允许用户不一定了解底层IT基础设施架构就能够享受到作为服务的“IT相关资源”。无论是网格还是云计算都试图将各种IT资源看成一个虚拟的资源池，然后向外提供相应的服务。云计算试图让“用户透明地使用资源”，而网格计算当初的口号就是让“使用IT资源像用水用电一样简单”。

　　网格的内涵主要有两个方面，在效用计算或随需计算方面与云计算很相似，即通过一个资源池或者分布式的计算资源提供在线计算及存储等服务；另一方面就是所谓的“虚拟超级计算机”，以松耦合的方式将大量的计算资源连接在一起提供单个计算资源所无法完成的超级计算能力，这也是狭义上的网格计算跟云计算概念上的差别：

　　1)网格计算主要是聚合分布资源，支持虚拟组织，满足高端服务。例如生物网格、地理空间信息网格、国家教育网格等以及分布协同科研。它通过互联网将所有计算资源集合在一起，形成一个计算池。而后利用任务调度技术和特定的网格软件，将用户提交的任务分解开，形成许多个相互之间相对独立的子任务，由网格系统将这些子任务分配到各个计算节点，进行解析处理或完成计算，再提交回网格系统，经过整合完成计算目标，满足用户需求。云计算的资源相对集中，主要是以数据中心的形式提供底层资源服务。它通过虚拟技术形成独立的云，云是由许多资源构成的庞大计算池。但云计算提出的某些资源是针对某项特定的任务，即接收到用户提出的任务后，利用“云”来完成计算，然后返给用户计算目标，从而满足用户需求。从用户的角度感觉网格与云计算的区别不大，但在后台计算方式上存在不同。

　　2)网格计算强调资源共享，谁都可以做为请求者使用其它节点的资源，但也需要贡献一定资源给其他节点。网格计算强调将工作量转移到远程的可用计算资源上。云计算强调专有，谁都可以获取自己的专有资源，并且这些资源是由少数团体提供的，使用者不需要贡献自己的资源。在云计算中，计算资源被转换形式去适应工作负载，它支持网格类型应用，也支持非网格环境，例如运行或应用传统的web2．0三层网络架构。网格计算侧重并行的计算集中性需求，难以自动扩展。云计算侧重事务性应用，大量的单独请求可以实现自动或半自动的扩展。

　　3)网格计算的服务形式是执行作业，当接收到网格高性能调度系统分配给的任务后，在一个阶段内完成作业，产生数据返给用户；而云计算支持持久服务，用户可以利用云计算作为部分lT基础设施，实现业务的托管或外包。

　　4)网格与云计算对异构问题的处理，基本理念不同。网格系统中是利用中间件屏蔽异构系统，希望用户面对的是同构环境，而云计算系统面对异构问题为用户提供服务机制，或是用专用内部平台(如google)，或用镜像执行来解决异构问题。

　　5)网格主要是满足高端应用，近年来才逐渐强调普及应用。而云计算从开始就支持广泛的企业应用、web应用，普适性更强。与更多面向科研等高端应用的网格相比，云计算面向商业、企业应用，其商业模式更加清晰。

　　6)云计算以相对集中的资源运行分散的应用(大量的分散应用在几个大的中心执行)，它通过虚拟化将物理机的资源进行切割，从而实现资源的随需分配和自动增长。从控制端来看，云计算将所有的IT资源看成是一个资源池，但是不同芯片的物理机会被归类到不同的资源池中。网格计算是聚合分散资源支持大型集中式应用(一个大的应用分到多处执行)。提交任务的用户并不知道自己的任务将会在哪些网格的物理节点上运行，他是按照特定的格式，将作业任务提交给网格系统，然后等待网格返回结果。而网格作业调度系统自动找寻与该任务相匹配的资源，并寻找出空闲的物理节点，将任务分配过去直至完成。虽然网格能够实现跨物理机进行并行作业处理，但需要用户先将并行算法写好，并且通过调度系统将作业分解到各个不同的物理节点进行。

　　尽管如此，网格计算与云计算的确有很多相似之处，可以认为两者都是分布式计算所衍生出来的概念，都是为了让IT资源能够对用户透明，都力争让IT资源能够达到更好的使用率等。最近，刘鹏提出了新的设想：云计算将与网格计算融为一体，实现云计算平台之间的互操作和资源共享，实现紧耦合高性能科学计算与松耦合高吞吐量商业计算的融合，使互联网上的主要计算设施融为一个有机整体— —并将其称之为云格(Gloud，即Grid+Cloud)。