網格計算:下一代互聯網新技術

2019-11-03 09:28:53

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北京大學計算機系研究員電子商務協會技術主管王亞章　　一面鏡子反射的陽光能量有限，但是眾多鏡子“集群”在一起，反射的能量就很大了。關于阿基米德的傳說中，他指揮敘拉古城居民用眾多鏡子反射陽光燒毀了入侵的羅馬帝國戰艦，這就是一個極好的例子。現今，很多領域需要強大的計算能力，但是卻沒有能力配備足夠高端的服務器。于是，人們將思路放到了“集腋成裘”上，這引發了“網格計算” 這一概念的出現。

　　網格計算（Grid Computing）的由來是因為這種計算方式像格子一樣的體系結構。它試圖將過剩的計算能力以及其它閑置的IT資源聯系起來，以供應給那些在一定時間內需要高性能計算能力的部門。2002年11月，日本國家高級工業科技研究所從日本向美國發送數據，速度高達707Mbps——在1萬公里以上的距離之間以如此高的速度傳送數據，這在世界上尚屬首次，此次試驗就是通過網格系統實現的。

　　簡單地講，網格是把互聯網上的眾多計算資源整合成一臺虛擬的超級計算機，將以CPU為主的各種資源“擰成一股繩”，實現各種資源的全面共享。當然，網格并不一定非要跨越國界，也可以構造地區性的網格，如城市網格、企業內部網格、局域網網格，甚至家庭網格等等——網格的根本特征，不是它的規模，而是資源共享。

　　隨著網格計算的發展，也有人把它看成是未來的互聯網技術。國外媒體常用“下一代互聯網”、“互聯網2”、“下一代Web“等詞語來稱呼與網格相關的技術。企業界用的名字就更多了，包括內容分發、服務分發、電子服務、實時企業計算、分布式計算、P2P計算、Web服務等。這些名詞所代表的技術有一個共同點，即將互聯上的資源整合成一臺超級服務器，有效地提供內容服務、計算服務、存儲服務等。

網格vs電力網

　　為了更好地理解網格計算，我們先看看另外一種“格子”—電力網—是如何工作的。可以說，電力網的模式是網格努力的方向。在打開電燈的時候，幾乎沒人考慮他所用的電能是從哪個發電廠來的。

　　互聯網的情形如何呢？人們獲取信息的時候，并不是直接從互聯網本身獲取，而是必須告訴計算機去訪問某一個特定的網站—這就好比，我們在打開電燈之前，先告訴它我們需要從哪一個電站獲得電能一樣笨拙。網格的目標，就是讓人們使用網絡資源像用電一樣簡單。而且，值得注意的是，一旦某家工廠用電量激增，可以憑借電網上為數眾多的電廠有效分解這一負擔—如果這家工廠不采用電網供電，而是單獨使用自己的發電機工作，恐怕將自己的發電機“累瘋”了也“難以為繼”。電力網上有效解決負載平衡的經驗，也是網格的發展方向之一。

　　理解了電力網模式，就易于理解網格計算能夠提高企業計算機利用率的問題了。許多企業每年在信息技術方面的投入都相當巨大，但是仍然不能滿足工作的需要。在有的單位，配備了幾百臺計算機，但是在高峰期，即便一千臺電腦也遠遠不夠用。而一旦設計結束，大量的電腦又會閑置無用。

　　事實上，我們現在還沒有實現資源層面的共享，只有信息的傳輸，所以會出現如此的“尷尬”。在理想的網格世界，成千上萬臺服務器的閑置時間可予以利用，可以租給需要大量計算能力的人。與對等網絡、集群式超級計算機以及尋覓外星生命的SETI@home項目不同，網格計算的獨特之處在于,能夠允許多個用戶同時工作，而非將所有計算能力集中于單一任務上。

各領風騷二十年

　　網格計算不是未來派的概念，它已經是實際的應用。加拿大平臺計算公司首席技術官Songnian Zhou對于網格的前景十分看好。他認為：第一代處理方式（大型主機集中式處理）從上個世紀六十年代開始蓬勃發展了二十年，第二代計算模式（C/S模式）從上個世紀八十年代涌現至今也有了二十年。今天，我們已經看到，網格計算在商業界已經出現了一些成功的應用；尚處于起步階段的網格計算這種企業信息系統第三代處理方式，估計也能至少使用20年。高端存儲、分布式資源負載管理、協同工作、數據挖掘等領域，業已成為網格計算初試牛刀的戰場。

推動與制約

　　軟件和硬件產業的不斷發展，讓網格技術逐步完善，并走向現實；然而，網格思想的提出，也給軟件和硬件產業提出嚴峻的挑戰。

　　實現信息服務網格應用的關鍵在于網格管理軟件。網格管理軟件在操作系統之上，可以看成是一種中間件。在應用網絡化的時代，單機操作系統的地位已經降低，網格管理軟件實際上是更高層次的網格操作系統，其核心技術主要是一體化的信息平臺、語義網站、智能代理和知識本體等技術。

網格技術的逐步成熟，存在幾個主要的推動力量，分別是需求、技術和標準三個方面。

　　需求:企業要求互聯網應用要有非常強健的基礎設施，比如可靠性、可伸縮性和安全性等。客戶希望有多種的實現方式，無論是分布式、集中式，或者是客戶自己要經營，或是外包經營，這些客戶希望能夠自己來決定。不但是這樣，他們希望一旦作了決定之后，要從一個方式改到另一個方式是很容易的。現在，IT系統越來越復雜,如何使其管理成本降到最低呢？所有的這些使得網格計算的市場需求日益成熟。

　　技術：從這十幾年的發展來看，無論是CPU、存儲、帶寬都有非常大數量級的改進，跟十幾年前不可同日而語。技術的發展已經能夠讓我們推動互聯網進入到一個新的時代。

　　標準：這是最重要的。分布在眾多地點的不同計算資源要進行動態整合，節點之間的互操作不可避免，這就需要有一系列的標準協議和標準中間件去規范用戶與資源之間的協同、建立、管理和挖掘共享關系。借助標準推行，以及協同與合作，互聯網必將進入到網格的時代。

　　當然，網格的發展還有很多制約因素。為了促進網格計算的廣泛應用，實現讓用戶隨心所欲地共享網格計算中的各種資源，還必須考慮以下問題：

　　網格計算的興起將改變傳統的Client/Server和Client/Cluster結構，形成新的Pervasive/Grid（普適計算/網格計算）體系結構。在這種結構中，客戶端是各種各樣的上網設備，而連在網上的各種服務器將組成單一的邏輯上的網格（Grid）。

　　在這種理念里，服務器的瓶頸不再是CPU和存儲器，而是I/O子系統（I/O是輸入輸出的簡稱）——高性能的I/O子系統將是網格時代的一個主要研究方向。這是因為，在網格的應用中，由于信息資源的需求與供給都在動態變化而且分布在各個不同的位置，完成用戶要求的一項服務可能要調用不同節點的服務器、數據庫或者軟件，因此對服務器的響應時間、網絡的帶寬。特別是網格管理軟件的復雜性與靈活性以及網絡上各種設備的互操作性都有很高的要求。

　　此外，要進一步解決人機通信的問題，還要解決網格上資源共享中的知識產權問題，以及要保障網格計算的安全性。

摘自《中國計算機用戶》

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