维普资讯 http://www.cqvip.com 山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２００７年第４期７月２０日出版 ●信息技术 漫谈网格与网格技术 闫峰 （山西省人事考试中心） 摘要：文章论述了网格的体系结构、网格协议Ｇｌｏｂｕｓ工具包，对不同网格在体系结构和须解 决问题上需要的关键技术作了分析，并结合实例阐述了网格与网格技术的应用。 关键词：网格；网格体系结构；网格协议；网格技术 中图分类号：ＴＰ３１１ １３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—６４２９（２００７｝０４—００５５—０２ 网格是利用互联网把Ｉｎｔｅｍｅｔ中分散异构、动态变化的各 种资源包括计算资源、存储资源、带宽资源、软件资源、数据资 通信和认证协议之上，满足安全会话、资源初始化、资源运行状 况监测、资源使用状况统计等需求，通过调用构造层函数来访 问和控制局部资源。 汇集层（ＣｏＮｅｃｉｆｖｅ）：协调各种资源。该层将资源层提交的 受控资源汇集在一起，供虚拟组织的应用程序共享和调用。该 层组件可以实现各种共享行为，包括目录服务、资源协同、资源 监测诊断、数据复制、负荷控制、账户管理等功能。 应用层（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）：网格上用户的应用程序层。应用层 源、信息资源、知识资源等连成一个逻辑整体，整合成一台超级 计算机，为用户提供一体化信息和应用服务（计算、存储、访问 等）、虚拟组织，最终实现资源共享和协同工作，彻底消除资源 “孤岛”。随着网格技术的发展和应用的扩展，网格技术和应用 将成为具有高性能处理、海量数据存储和大量仪器设备等特征 的信息处理基础设施。 网格体现出两大优势：一是共享性。网格将普通计算机化 零为整之后，能充分利用网络上闲置处理能力，实现超强的数 据处理能力。二是自主性。网格研究方向表明，网格将具备一 系列“自我意识”——自优化（系统自动管理和调度）、自保护 是在虚拟组织环境中存在的。应用程序通过各层的应用程序 编程接口（ＡＰＩ）调用相应的服务，再通过服务调动网格上的资 源来完成任务。为便于网格应用程序的开发，需要构建支持网 格计算的大型函数库。 １ ２开放网格服务结构 （有效地防范黑客入侵等破坏）、自诊疗（能防错、预测错误发生 并自动恢复性能）和自配置（新增软、硬件时无需重新启动）等， 这些“自我意识”将大大简化ｒＩ’系统的维护和管理工作，从而 极大地节约各项管理和维护成本。 ． １ 网格的典型体系结构 开放网格服务结构ＯＧＳＡ是Ｇｌｏｂａｌ Ｇｒｉｄ Ｆｏｒｕｍ４的重要标 准建议，是目前最新也最有影响力的一种网格体系结构，被称 为是下一代的网格结构。ＯＧＳＡ的目的就是要将Ｇｌｏｂｕｓ的一些 功能融合到Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ这个框架中。与前期网格不同的是， ＯＧＳＡ是面向服务的结构，将所有事务都表示成一个Ｇｒｉｄ服 务，计算资源、存储资源、网络、程序、数据等都是服务，所有的 服务都联系对应的接口，所以，ＯＧＳＡ被称为是以服务为中心的 “服务结构”，通过标准的接口和协议支持创建、终止、管理和开 网格体系结构用来划分系统的基本组件，指定系统组件的 目的和功能，说明组件之间如何相互作用，规定了网格各部分 相互的关系与集成的方法。网格体系结构是网格的骨架和灵 魂，是网格技术中最核心的部分。 １．１五层沙漏结构 该结构主要包括以下五个层次： 构造层（Ｆａｂｒｉｃ）：控制局部资源。由物理或逻辑实体组成， 发透明的服务，其发展象征着Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ的一个进步。结合 目前的Ｗｅｂ ｅｒＳｖｉｃｅ技术，支持透明安全的服务实例，ＯＧＳＡ有 效地扩展了ｗｅｂ ｅｒＳｖｉｃｅ架构的功能。五层模型与ＯＧＳＡ都相 当重视互操作性，但ＯＧＳＡ更强调服务的观点；将互操作性问 目的是为上层提供共享的资源。常用的物理资源包括计算资 源、存储系统、目录、网络资源等；逻辑资源包括分布式文件系 统、分布计算池、计算机群等。构造层组件的功能受高层需求 影响，基本功能包括资源查询和资源管理。 连接层（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）：支持便利安全的通信。该层定义了 网格中安全通信与认证授权控制的核心协议。资源间的数据 交换和授权认证、安全控制都在这一层控制实现。该层组件提 供单点登录、代理委托、同本地安全策略的整合和基于用户的 信任策略等功能。 资源层（Ｒｅｓｏｕｉ￣ｅ）：共享单一资源。该层建立在连接层的 作者简介：闽峰，男，１９６５年出生，１９８７年毕业于山西大 题转化为定义服务的接口和识别激活特定接口的协议。这一 面向服务模型具有很多优点，环境中的所有组件都是虚拟化 的，通过提供一个所有Ｇｒｉｄ服务实现基础的一致接口的核心 集，可以使得分级的、更高级别的服务的构建能够跨多个抽象 层以一种统一的方式进行处理。 ２网格协议Ｇｌｏｂｕｓ工具包 由于现在的互联网结构并不是针对网格计算设计的，为了 使网格计算和现有的结构兼容，一个可扩展的中间件是必需 的，也就是基于操作系统之上的网格管理软件。在网络化应用 成为主流的时代，单机操作系统如ＮＴ、Ｗｉｎｄｏｗｓ等的地位已经 降低，网格管理软件实际上是更高层次的网格操作系统，其核 心技术主要是一体化的信息平台、语义网站、智能代理和知识 本体技术等。建立网格服务的协议与标准是网格发展的重点 ・学，高级工程师，０３０００６，太原市亲贤北街３６８号水工大厦５层 收稿日期：２００７—０６—２５ ５５ ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２００７年第４期７月２０日出版 和难点。Ｇｌｏｂｕｓ项目是目前国际上最有影响力的与网格计算 都很大且动态可变，一个计算过程中的多个进程间存在不同的 相关的项目之一，包括对资源管理安全、信息服务及数据管理 等网格计算的关键技术进行研究，开发能在各种平台上运行的 网格计算工具软件，帮助规划和组建大型的网格实验平台，开 发适合大型网格系统运行的大型应用程序。Ｇｌｏｂｎｓ工具包是 Ｇｌｏｂｕｓ最重要的实践成果，它是一个开放源码的关键Ｇｒｉｄ协议 通信机制，资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组 织。正是由于这些网格独有的特征，使得它的安全要求性更 高，具体包括支持在网格计算环境中主体之间的安全通信，防 止主体假冒和数据泄密；支持跨虚拟组织的安全；支持网格计 算环境中用户的单点登录，包括跨多个资源和地点的信任委托 的参考实现，支持大量的主要的电子科学项目。该工具包基于 和信任转移等。 开放结构、开放服务资源和软件库并支持网格和网格应用，致 ４当今网格的运用 力于安全、信息发现、资源管理、数据管理、通信错误诊断等问 目前，运用得最多的是在一些大型院校的计算网格。人们 题。Ｇｌｏｂｕｓ的网格计算协议是建立在互联网协议之上的，以互 把一些集群的计算机连成一个局域型网格，就好像把几十台电 联网协议中的通信、路由、名字解析等功能为基础。Ｇｌｏｂｕｓ的 脑连成了一台超级计算机，计算能力大大提高。这种局域计算 协议分为五层：构造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层。上 网格主要运用于科学研究。比如说生物科学，当研究人员需要 层协议可调用下层协议的服务。 高性能的计算资源来帮助分析试验的结果时，他们就把这些分 ３网格核心技术 析试验的程序提交给网格，网格通过计算再把结果返回给这些 为解决不同领域复杂科学计算与海量数据服务问题，人们 研究人员。计算结果可能是一些图像，也可能是一些数据。这 以网络互连为基础构造了不同的网格，有代表性的如计算网 些计算如果在单一ＰＣ上运行往往会花费几个月的时间，然而 格、拾遗网格、数据网格等，它们在体系结构和需要解决的问题 在网格中运行一、两天也就完成了。这就是网格技术最直观的 类型等方面不尽相同，但都需要共同的关键技术，主要有以下 优点之一。 几种： 网格另外一个显著的运用可能就是虚拟组织。这种虚拟 高性能调度技术——在网格系统中，大量的应用共享网格 组织往往是针对与某一个特定的项目，或者是某一类特定研究 的各种资源，如何使得这些应用获得最大的性能，这就是调度 人员。在这里面可以实现计算资源、存储资源、数据资源、信息 所要解决的问题。网格调度技术比传统高性能计算中的调度 资源、知识资源、专家资源的全面共享。比如说中国２００８年奥 技术更复杂，这主要是因为网格具有一些独有的特征，例如，网 运会开幕式研究组就可以运用网格组成一个虚拟组织。在这 格资源的动态变化性、资源的类型异构性和多样性、调度器的 个虚拟组织里，任何成员不管在哪个地方都可以有权访问组织 局部管理性等。所以网格的调度需要建立随时间变化的性能 的共享资源（如开幕式场地图纸，开幕式资金，开幕式节目 预测模型，充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动。 单）；而且可以和另一地方的虚拟组织成员进行交流。这个虚 在网格调度中，还需要考虑移植性、扩展性、效率、可重复性以 拟组织就像把所有奥运会开幕式的资源、信息以及人员集中到 及网格调度和本地调度的结合等一系列问题。 了一个虚拟的空间，让人们集中精力研讨开幕式项目的问题， 资源管理技术——资源管理的关键问题是为用户有效地 而不必考虑其他的问题。 分配资源。高效分配涉及到资源分配和调度两个问题，一般通 应用网格与网格技术可以清晰地指导行业和企业中各个 过一个包含系统模型的调度模型来体现，而系统模型则是潜在 部门的资源进行行业或企业整体上的统一规划、部署、整合和 资源的一个抽象，系统模型为分配器及时地提供所有节点上可 共享，而不仅仅是行业或大企业中的各个部ｆ－ｊ自己规划、占有 见的资源信息，分配器获得信息后将资源合理地分配给任务， 和使用资源。这种思想的沟通和认同对行业和企业是至关重 从而优化系统性能。 要的，将提升或改变整个行业或企业信息系统的规划部署、运 网格安全技术——网格计算环境对安全的要求比Ｉｎｔｅｍｅｔ 行和管理机制。 的安全要求更为复杂。网格计算环境中的用户数量、资源数量 （校对：刘元力） Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ Ｇｒｉｄ ａｎｄ Ｇｒｉｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｙａｎ Ｆｅｎｇ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｅｘｐｌａｉｎｓｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｄ，ｔｈｅＧｌｏｂｎｓＴｏｏｌｋｉｔ ｏｆ ｄｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅ ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｏｆ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ａｎｄ ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｄ ｔｃｅｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｈｔ ｅｘａｍｐｌｅｓ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｇｒｉｄ；ｇｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｇｒｉｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｇｒｉｄ ｔｃｅｈｎｏｌｏｇｙ ・５６・
