网格计算简介

内容
提要

主要介绍如下内容：
1）什么是网格计算
2） 网格计算能做什么
3） 主要组成部分是什么
4） 网格计算的标准
5） 现在可以建设网格了吗
6） IBM为网格计算提供什么工具
7） 如何为我的应用提供网格功能

正文

网格的变化，可谓日新月异，相应的网格的标准、框架、实施和相应应用也飞速向前发展。现在，网格计算的应用情形也正如web服务的早期情况，又或者是XML，表面上看来是缓慢发展，但是，一旦出现统一的标准和工具，将会出现爆炸式的发展。

1） 什么是网格计算
网格计算是一项逐渐形成的技术，不同的人会给出不同的定义。实际上，网格计算的定义很简单：使用网格计算技术，可以将一组服务器、存储系统和网络组合成一套大的系统，并提供高质量的服务。对终端用户或者应用，网格计算象一个巨大的虚拟计算系统。
再进一步的分析，网格技术允许组织、使用无数的计算机共享计算资源，来解决问题。被解决的问题可能会涉及到数据处理、网络或者数据存储。这个由网格技术结合在一起的系统，可能是在同一个房间，也可能是分布在世界各地，运行在不同的硬件平台，不同的操作系统，隶属于不同的组织。基本的思想是赋予某些用户执行一些特定的任务，网格技术将平衡这些巨大的IT资源，来完成任务。本质上，所有的网格用
户使用一个巨大的虚拟系统工作。
这听起来，非常的美好，但问题是如何让它们成为现实，这需要标准，开放的，目标统一的协议和接口。现在标准正在制定中，并逐渐的显现出来。
反过来讲，为什么集群，连接存储设备的网络，科学的设施，网络不是网格呢？这其中的每一个都可能是网格的重要的组成部分，但他自己，却不能建立网格。

有下面几种网格类型
a）计算网格，这些机器将处理数据，及其他繁重的工作。
b）抽取网格，一般情况下是从空闲的服务器和台式机上抽取CPU时间片，用作资源密集型的任务。
c）数据网格，为某一组织的数据知识库提供统一的接口，通过接口，可以查询、管理和保护数据。
更详细的了解，请参考以下网址：
1） http://publib-b.boulder.ibm.com/Redbooks.nsf/RedbookAbstracts/REDP3613.html
2） http://www-106.ibm.com/developerworks/library/gr-fly.html
3） http://www-106.ibm.com/developerworks/grid/library/i-ebodov/index.html
4） http://www-1.ibm.com/grid/

2） 网格计算能做什么
正如Internet一样，网格计算也是从研究中心和学校开始的，现在一些商业企业也在使用网格。网格计算将开创一种新的金融和商业模式，我们将详细说明。在金融服务领域，网格计算可提高贸易交易的速度，处理大量的数据，提供更加稳定的IT环境，减少宕机时间。政府代理机构可以使用网格储存、保护和集成巨大的库存数据。许多民用和军用的代理机构对跨部门的协作，数据的同一性和安全性等方面都有巨大的需求，这也可以通过网格来实现。在生命科学领域，公司可以使用并行的网格计算处理大量的数据。加快数据的处理就意味着可以快速占有市场，在这一行业，及细微的因素都是决定性的。网格计算的重要性，不言而喻，统计数据表明，主机系统40%的时间空闲，UNIX服务器实际的工作时间只有10%，正常情况下，一天中95%的时间PC机什么都没做。借助于网格，可以把这部分资源揉和在一起统一使用。

3） 主要组成部分是什么
网格计算的主要组成部分包括以下内容：
a） 安全，这是必需的，只有合法的网格用户才能接触、使用网格的资源
b） 数据管理，包括数据的传输、清理、打包和处理
c） 资源管理，完成各项任务需要的资源，网格需要清楚的了解
d） 信息服务，用户和应用提供有效的查询网格提供服务

4） 网格计算的标准
架构，网格计算的架构是有OGSA（Open Grid Services Architecture）定义的，并通过GGF（Global Grid Forum）开发实施。OGSA定义什么是网格服务，统一的结构和网格环境可提供的服务。
现在，已经建立了网格Web服务的标准，按照OGSA的定义，网格服务只不过是遵从特定的协议的Web服务。例如，网格服务定义了WSDL（Web Services Definition Language）标准，它给我们提供一种通用的、开放的方法，借助于已存在的SOAP、XML和WS-Security标准使用不同的网
格服务，这样，我们可以按照这一标准的方法发现、定义并实现新的网格服务。规范，OGSI（Open Grid Services Infrastructure），是OGSA提出的正式的概念规范，OGSI制订了一组适用于所有网格服务的服务元语。更多的规范也正在制定中，在GGF，24个以上的工作组正忙于制定一系列的规范，如应用编程模式、架构、数据管理、安全、性能、调度和资源管理等。
更多网格标准的制定，依赖于象IBM和其他的一些行业领导。要了解更多的信息，请参考以下网址：
http://www-1.ibm.com/grid/
http://www-1.ibm.com/grid/
http://www-106.ibm.com/developerworks/grid/library/gr-visual/
http://www.ggf.org/
http://www.ibm.com/developerworks/webservices/
https://forge.gridforum.org/docman2/ViewProperties.php?
group_id=43&document_content_id=347

5） 现在可以建设网格了吗
今天，借助于开放源码和供应商提供的工具和产品，我们可以搭建网格。随着时间的推迟，网格标准的逐步完善，总是希望供应商提供的工具融合最新的标准，可以容易的把网格的各模块结合在一起。
Globus工具包，使用网格，从下载开放源码工具GT3（Globus Toolkit 3.0）是一个良好的开端。GT3是第一个全方面实施OGSI标准的工具包，由Globus项目组开发的，这一研究开发项目主要目的是将网格
应用同科学计算工程结合在一起。GT3包含安全、信息基础架构、资源管理、数据管理、通讯、错误侦测和可移植性等方面。另外， CoG（Commodity Grid Kits）也实现了这些功能，还提供了一种特殊的架构，使用Java, Python和Perl可使用网格服务。
按照下面的规则，可以将网格工具归类为以下几类：
1）基础架构，包括文件系统，调度器和资源管理器，消息系统，安全应用，权限验证和文件传输机制，如GridFTP。
2）目录服务，网格系统必须可以自动发现何种资源是可以应用的，简单讲，为了共享和协作，网格系统必须可以定义网格的拓扑，许多网格目录服务的实现直接基于一些及验证过成功模式，如LDAP、DNS和网络管理协议等。
3）调度器和负载均衡，使用网格的目的是充分发挥资源的最大效率，调度器和负载均衡提供了这种可能。调度器可以保证任务能按照某种顺序完成，负载均衡可以使任务和数据均匀分布，降低可能的瓶颈。
4）开发工具，为网格开发者提供的开发工具包含各个方面，如文件传输，通讯和环境控制，并提供成熟的API。
5）安全，在网格环境中，安全意味着签证和授权，换句话说，就是控制谁和什么可以使用网格资源。
以下，介绍网格的一个典型应用GridFTP的工作方式，GridFTP在不同的网格主机之间提供了安全的、可依赖的数据传输，使用扩展的FTP协议，提供了网格的功能。GridFTP是标准的服务器/客户端应用，支持两种类型的文件传输：标准和第三方参与的文件传输，这两种传输方式工作原理如下图：
标准文件传输：

而有第三方参与文件传输图示为：

允许第三方在不同的GridFTP服务器之间传输数据。

更多的信息可以参考以下网址：
http://www.globus.org/
http://www.redbooks.ibm.com/redpieces/abstracts/redp3697.html
http://www-unix.globus.org/toolkit/cog.html
http://www-106.ibm.com/developerworks/views/grid/tools.jsp
http://www-106.ibm.com/developerworks/views/grid/articles.jsp

6） IBM为网格计算提供什么工具
IBM的网格策略是使其所有的产品都具有网格功能。在存储、服务器、基础架构、数据库管理系统、系统管理、消息和文件系统方面，公司正向OGSA的标准靠拢。另外，公司的新技术和开发中的产品也将OGSA做为最基本的基础。IBM提供了以下工具：
1） IBM网格工具箱，运行在IBM eServer AIX和Linux平台，包括Globus开发包，文档和其他的一些安装脚本，IBM LoadLeveler也是可以选择的工作管理工具。
2） IBM DB2 Information Integrator，提供了随需而变的电子商务的基础，可以使各公司实时的控制变化的、分布的信息。
3） IBM 新兴技术工具包（Emerging Technologies Toolkit），这是一个软件开发工具，包括设计、开发、网格相关的技术和Web服务等。
4） Java的网格应用架构，这是一个简明的架构，从应用逻辑层面抽象了网格的语法，并提供了一个简单的编程模式。
5） WebSphere应用服务器，提供了网格计算的功能，可以平衡服务器的负载。IBM网格工具箱是一组集成的工具和软件，可以促进网格及相关应用的使用开发，IBM网格工具箱可以提供以下服务：
a） 允许某些节点向网格资源池提供资源，并参与计算网格
b） 向未提供资源的节点提供访问网格资源的通路，假定节点与提供资源的网格资源的属主已经建立访问资源的通路规则
c） 提供其他服务，如权限验证，而不必提供计算资源
其工作原理如下：

名词解释：
GRAM：Globus Resource Allocation Manager，提供资源的申请和进程的创建，监控和服务管理。
GSI：Grid Security Infrastructure，提供网格的介入验证服务
MDS：Monitoring and Discovery Service，集成的信息服务
GASS：Global Access to Secondary Storage，提供数据管理服务

7） 如何使应用具有网格功能
这是一个复杂的过程，需要详细的规划。首先应从需要网格提供的服务开始，仔细考虑网格的基本结构，如何使这些基础架构模块有效的融合在一起，这些基本的模块包括安全、资源管理、信息服务和数据管理，这些将影响到应用的架构设计和配置。这里只是给出简单的介绍，更详细的信息请参考IBM的红皮书：
Enabling Applications for Grid Computing with Globus
如下为一个简单的基于Globus API的网格服务用例图示：

综述
本文简单介绍网格计算的基本知识其网格计算的使用途径，要了解更详细的信息请参考网格的相关资料，在文中已经给出了介绍。

 本文摘自己IBM中国 (2006-7-20)