網格探究相關問題分析論文

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網格是伴隨著互聯網技術而迅速發展起來的,最初是專門針對復雜科學計算應用的一種新型計算模式。隨著網格技術的發展和應用的擴展,網格逐步進入到商業使用中。人們預言,網格技術和應用將成為具有高性能處理、海量數據存儲和大量儀器設備等特征的21世紀人類社會的信息處理基礎設施。通過它可以匯聚Internet中分散異構、動態變化的計算和信息資源,將其中不同組織和機構的資源虛擬化,使人們能像使用一臺計算機那樣使用Internet中的各種資源,把Internet從通訊和信息交互平臺提升到資源共享和協同工作的平臺。

1.探究熱潮

美國政府自20世紀90年代就開始投資于網格技術探究,累計用于網格技術基礎探究方面的經費已近5億美元,相繼提出了各種網格理論,并建立以Globus、Globe、NetSolve、Javalin為代表的實驗模型和項目。作為網格計算最杰出的代表,由美國Argonne國家實驗室實施研發的Globus,被認為是網格技術的典型代表。Globus通過對網格技術的探究相應軟件的開發及相關標準的制定,力圖構造一個規范的網格計算環境,實現對高性能計算機遠程計算資源普遍、可靠、一致性的訪問。在對資源管理、平安、信息服務及數據管理等網格計算的關鍵理論進行探究的同時,Globus于1999年開發出的能運行于各類平臺的網格計算工具軟件GlobusToolkit是該系統最重要的成果,其源代碼完全開放,可以幫助規劃和組建大型網格實驗平臺,開發適合大型網格系統運行的大型應用程序。目前,Globus的技術已在NASA網格、歐洲數據中心、美國國家技術網格等8個項目中得到應用。美國國防部規劃實施的“全球信息網格”計劃,將在2020年完成。作為該計劃的一部分,美國海軍和海軍陸戰隊已先期啟動了一個耗資160億美元、歷時8年的項目,進行系統的研制、建設、維護和升級。

英國政府已決定投入1億英鎊用于網格探究,建立英國的國家網格項目,形成全國范圍內互聯互通的網絡系統。歐盟已于2001年1月起,正式實施由歐洲粒子實驗室等6個探究機構參和的數據網格項目,計劃在3年內投資980萬歐元,采用Globus網格技術,建立一個在歐洲范圍內不同數據源之間實現海量數據計算和數據交換的大規模分布計算環境和共享平臺,為科學探究提供強大保障。法國啟動的國家網格計劃,前3年計劃的經費投入是1000萬美元。荷蘭國家網格計算計劃將使5個大學的探究人員能夠更有效地在生物信息到粒子物理等科研項目方面進行合作。這一網格計算計劃包含5臺Linux群集系統(每個大學各一臺),通過荷蘭大學的高性能網絡——SUPERNet連接在一起。

我國已經完成的網格探究項目主要有清華大學的先進計算基礎設施ACI和以中科院計算所為主的國家高性能計算環境NHPCE。目前正在進行的網格探究項目主要有摘要:“863”專項計劃支持的“中國網格”項目;由中國科學院計算所領銜開發的“織女星網格”項目;由上海多所大學參加的“上海教育科研網格”項目;由航天總公司第二探究院和清華大學共同開展的“仿真網格”項目。其中,由中國科學院計算所領銜攻關的“織女星網格”項目,涉及到網格超級服務器、網格操作系統、信息網格和知識網格的架構、性能、應用的各個層面,其未來的目標是具備大規模的數據處理能力、高性能計算能力,以及資源共享和提高資源利用率方面的能力。

2.面臨的技術新問題

網格技術的興起和發展得益于技術進步和應用需求的驅動,但面臨著諸多挑戰。在技術方面,其探究重點是網格軟件技術的探究和實現,并以網格系統軟件為主要探究對象。人們需要建立具有開放性的體系結構、標準和協議,以形成信息獲取、傳輸、訪問、共享和處理的單一開放的信息處理基礎設施平臺,需要克服虛擬組織的管理和協同工作新問題,需要解決網格的可用性和可開發性障礙,并解決系統平安新問題。網格作為基礎設施,除了技術上的挑戰外,一些社會、政治因素對網格的普及也至關重要,應當建立資源的外包、數據的保密等法律保護機制。

為了實現支持資源共享、協同工作,具有資源虛擬化和服務特征的網格,還需要理論和技術創新的支撐。網格探究面臨一系列需要回答的新問題,例如(1)網格環境下數據如何分布、組織、管理?要求什么樣的存儲模型?(2)如何對動態變化的資源實施有效管理?如何在廣域環境下調度資源,保證服務質量?(3)網格服務的語義如何表示?應用開發者如何理解服務語義并和其應用目標相匹配?(4)為了在虛擬資源空間中建立資源提供者和使用者之間的信賴關系,保證各自的平安,應該建立什么樣的網格計算平安模型和機制?(5)由于資源的分散性和部門所屬性,網格能否像電信基礎設施那樣由集中的大運營商來運營?它的經濟模型和盈利機制是什么?如何通過引入投資機制,建立網格的運營服務業?在強調共享技術的同時,如何用有效的利益機制來促進共享?這對于網格在中國的成功也許比技術新問題更為重要。

此外,迄今為止尚未制定出全球統一的網格標準。國際上網格技術的探究基本上采用了因特網的開放標準路線,以層次化開放式為基礎,在多個層次上建立橫向技術標準和平臺,以滿足不同層次資源和應用集成的需要。這些標準中最主要的是Globus和OGSA。2003年7月,OMG、W3C、GridForum等標準化組織在出席“軟件服務網格研討會”后加快了全球大網格標準的制定。同時,另一開放源代碼網格標準組織——Globus也召開會議探究通過廣域網聯接高性能計算的基礎設施新問題。Globus目前正致力于開發標準的網格架構和其他技術,并已提出“開放網格服務體系”建議標準,該體系結構是目前最新的一種網格體系結構,被稱為下一代的網格體系。在網格計算技術方面,迄今為止還沒有正式的標準,但在核心技術上,相關機構和企業已達成一致——由美國Argonne國家實驗室和南加州大學信息科學學院合作開發的GlobusToolkit軟件包已成為網格計算事實上的標準。包括IBM、Microsoft、SGI、Sun在內的12家計算機和軟件廠商已公布將采用GlobusToolkit。2004年3月,GlobusToolkxt32版正式。目前,國內外很多大型的網格項目都是基于GlobusToolkit提供的協議和服務的。

3.平安新問題

數字化信息日益增多,較易受到干擾和攻擊,給網格技術帶來嚴重的平安新問題。具體實施網格平安管理可從以下5個方面著手。(1)采用法律、法規手段,建立平安管理標準和規則。(2)加強用戶認證,用戶認證在網格和信息的平安中屬于技術辦法的第一道大門,主要目的是提供訪問控制和不可抵賴的功能。(3)授權,這主要為特許用戶提供合適的訪問權限,并監控用戶的活動,使其不能越權使用。(4)加密,加密是信息平安應用中最早開展的有效手段之一,數據通過加密可以保證在存取和傳送的過程中不被非法查看、篡改、竊取等。(5)審計、監控和數據備份。

參考文獻

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