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网格研究及其面临的问题
网格是伴随着互联网技术而迅速发展起来的,最初是专门针对复杂科学计算应用的一种新型计算模式。随着网格技术的发展和应用的扩展,网格逐步进入到商业使用中。人们预言,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21世纪人类社会的信息处理基础设施。通过它可以汇聚Internet中分散异构、动态变化的计算和信息资源,将其中不同组织和机构的资源虚拟化,使人们能像使用一台计算机那样使用Internet中的各种资源,把Internet从通讯和信息交互平台提升到资源共享和协同工作的平台。

1.研究热潮

美国政府自20世纪90年代就开始投资于网格技术研究,累计用于网格技术基础研究方面的经费已近5亿美元,相继提出了各种网格理论,并建立以Globus、Globe、NetSolve、Javalin为代表的实验模型和项目。作为网格计算最杰出的代表,由美国Argonne国家实验室实施研发的Globus,被认为是网格技术的典型代表。Globus通过对网格技术的研究相应软件的开发及相关标准的制定,力图构造一个规范的网格计算环境,实现对高性能计算机远程计算资源普遍、可靠、一致性的访问。在对资源管理、安全、信息服务及数据管理等网格计算的关键理论进行研究的同时,Globus于1999年开发出的能运行于各类平台的网格计算工具软件GlobusToolkit是该系统最重要的成果,其源代码完全开放,可以帮助规划和组建大型网格实验平台,开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。目前,Globus的技术已在NASA网格、欧洲数据中心、美国国家技术网格等8个项目中得到应用。美国国防部规划实施的“全球信息网格”计划,将在2020年完成。作为该计划的一部分,美国海军和海军陆战队已先期启动了一个耗资160亿美元、历时8年的项目,进行系统的研制、建设、维护和升级。
英国政府已决定投入1亿英镑用于网格研究,建立英国的国家网格项目,形成全国范围内互联互通的网络系统。欧盟已于2001年1月起,正式实施由欧洲粒子实验室等6个研究机构参与的数据网格项目,计划在3年内投资980万欧元,采用Globus网格技术,建立一个在欧洲范围内不同数据源之间实现海量数据计算与数据交换的大规模分布计算环境和共享平台,为科学研究提供强大保障。法国启动的国家网格计划,前3年计划的经费投入是1000万美元。荷兰国家网格计算计划将使5个大学的研究人员能够更有效地在生物信息到粒子物理等科研项目方面进行合作。这一网格计算计划包含5台Linux群集系统(每个大学各一台),通过荷兰大学的高性能网络——SUPERNet连接在一起。
我国已经完成的网格研究项目主要有清华大学的先进计算基础设施ACI和以中科院计算所为主的国家高性能计算环境NHPCE。目前正在进行的网格研究项目主要有:“863”专项计划支持的“中国网格”项目;由中国科学院计算所领衔开发的“织女星网格”项目;由上海多所大学参加的“上海教育科研网格”项目;由航天总公司第二研究院和清华大学共同开展的“仿真网格”项目。其中,由中国科学院计算所领衔攻关的“织女星网格”项目,涉及到网格超级服务器、网格操作系统、信息网格和知识网格的架构、性能、应用的各个层面,其未来的目标是具备大规模的数据处理能力、高性能计算能力,以及资源共享和提高资源利用率方面的能力。

2.面临的技术问题

网格技术的兴起和发展得益于技术进步和应用需求的驱动,但面临着诸多挑战。在技术方面,其研究重点是网格软件技术的研究和实现,并以网格系统软件为主要研究对象。人们需要建立具有开放性的体系结构、标准和协议,以形成信息获取、传输、访问、共享和处理的单一开放的信息处理基础设施平台,需要克服虚拟组织的管理和协同工作问题,需要解决网格的可用性和可开发性障碍,并解决系统安全问题。网格作为基础设施,除了技术上的挑战外,一些社会、政治因素对网格的普及也至关重要,应当建立资源的外包、数据的保密等法律保护机制。
为了实现支持资源共享、协同工作,具有资源虚拟化和服务特征的网格,还需要理论和技术创新的支撑。网格研究面临一系列需要回答的问题,例如(1)网格环境下数据如何分布、组织、管理?要求什么样的存储模型?(2)如何对动态变化的资源实施有效管理?如何在广域环境下调度资源,保证服务质量?(3)网格服务的语义如何表示?应用开发者如何理解服务语义并与其应用目标相匹配?(4)为了在虚拟资源空间中建立资源提供者和使用者之间的信赖关系,保证各自的安全,应该建立什么样的网格计算安全模型和机制?(5)由于资源的分散性和部门所属性,网格能否像电信基础设施那样由集中的大运营商来运营?它的经济模型和盈利机制是什么?如何通过引入投资机制,建立网格的运营服务业?在强调共享技术的同时,如何用有效的利益机制来促进共享?这对于网格在中国的成功也许比技术问题更为重要。
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