Microcomputer Appllcatlons Vol. 19, No 2, 2003綜述型電腦皮用003年第19卷第2期網格計算及其應用丁永生摘要介紹了網格計算的一般結構和特點,通過分析|出現一個高峰推動信息產業(yè)市場的持續(xù)高速發(fā)展,在2020幾類典型的來統,丁解到網格計算的惡想、技術和現狀。闌述|年產生一個年產值為20萬億美元的大工業(yè)。2005年之前是了網格計算的應用前景。最后指出了網樁計算必頻解決的一|網格浪潮正醞釀涌動的時刻中國科技界應積極地投入到網些重要問題格研究,并爭取參與到以后的國際科技界中制定網格技術標關鍵詞網格網格計網格應用準。為了讓國內科技工作者了解這一領域,本文將介紹網格計算( Grid Computing)的一般結構和特點,通過分析幾類典型引言的系統,了解網格計算的思想、技術和現狀。最后,闡述網格計算的應用前景,并指出其中要解決的重要問題。隨著 Interne和萬維網(Web)的普及和成熟,人們認為它們即將被更先進的網絡(Grid)技術取代。網絡又被稱為第二、剛格計算三代 Internet,是20世紀90年代出現的新概念,也是當前信息產業(yè)領域的一個熱點。傳統 terne實現了計算機硬件的網格計算是 Internet應用的新發(fā)展,又稱為虛擬計算環(huán)連通Wb實現了網頁的連通而網格試圖實現互聯網上所有境網格計算可定義為一個廣域范圍的“無縫的集成和協同計資源的全面連通包括計算資源存儲資源通信資源軟件資算環(huán)境”,它不僅提供利用強力計算機解決巨大挑戰(zhàn)性問題的源、信息資源知識資源等,然后像一臺超級計算機一樣為用|環(huán)境網格還是一種基礎組織把分布在各地的遠程資源和設戶提供一體化信息服務用戶利用網格資源就如同使用電力備組織成統一的整體,它也可理解為一種把廣義的各類資觀資源耦合起來的超級機群,也就是說,通過高速網絡連接分布的、近年來國際上從美國、歐洲、日本等發(fā)達國家到印度這異構的計算資漂發(fā)展配置系然軟件、工具和應用環(huán)境使之樣的發(fā)展中國家都啟動了大型網格研究計劃并得到了產業(yè)成為一個相互協調的可看作是單一的超大型計算環(huán)境或網界的大力支持。月前國際上已有許多網格研究的組織和項格虛擬超級計算機,形成網格狀的高性能計算網,各種計算資目他們的網格研究主要采用開放源碼公開合作的模式全源就像是網格狀的結點球網格論壇( Global gridForum)是目前主要的合作組織個理想的網格計算應類似于當前的web服務,它構建早期研究國家和部門有美國國防部能源部字航局學術與在當前所有硬件和軟件平臺上為用戶提供完全透明的計算科學團體、英國國家網格比較有影響的研究計劃有 Globus、環(huán)境用戶分享網上資源就如同個人使用一臺超級計算機egon、 Information Power Grid、 Eurogrid、 Distributed樣.目前網格技術總體上還處于研究階段部分技術已經進Terascale Facility等,且目前主要是面向科學計算。參與有關入開發(fā)階段.與網格技術的目標類似或相關的其它研究開發(fā)標準制訂的機構有:全球網格論壇負責模型驅動體系結構的工作包括:元計算( Metacomputing)內容分發(fā) Contents對象管理組織OMG)、負責網格服務的萬維網聯盟(w3C)、 Delivery)、Per- toPeer computing、萬維網服務(Web語義網絡和 Globus. org等.在國內中國科學院計算技術研 Service。)等.網格技術研究工作分為三個層次)究所對網格技術的研究已較為深入,其最大特色是“服務網(1)計算網格:計算網格是網格的系統層.它為應用層(如格”的思想;另外國家科技部于今年通過863計劃“高性能計|信息網格知識網格等)提供系統基礎設施,通過計算網格,用算”專項的形式在“十五”期間支持網格的研究和應用工作。戶可以使用到無限制的計算和數據資源研究內容包括網格同時,學術界在網格方而研究的加速也啟動了HP、IBM計算的理論模型、網格體系結構、網格計算的協議和框架、網Mios.sm第信息產業(yè)界巨頭對于網格的研發(fā)計劃.醫(yī)格操作系統的設計與實現網格程序設計和應用開發(fā)界面網藥、化工、通信、電子汽車等領城的一些大公司,如Pzxr、格計算的性能評價與優(yōu)化等Ericsson、 Hitachi、BMW、 Unilever、 Glaxo wellcome、 Smith(2)信息網格:研制一體化的智能信息處理平臺,消除Kline等都已經開始構造和試用內部網格息孤島,使得用戶能方便地發(fā)布、處理和獲取信息。信息網格據美國(福布斯)雜志預測阿格技術將在200250年提供V凵中國煤化工和服務用戶可通過瀏覽CNMHG國家自然科學基金青年基金(60006);上海市青年科技啟明星計劃(0QD1438)、上海市青年教師再金(0QN3丁永生東華大學信息科學與技術學院教授博士生導師上海200051Microcomputer Applications Vol 19. No. 2, 2003橄型電應用2003年第19卷第2期器等訪問網格果返回用戶。(3)知識網格:研制一體化的智能知識處理平臺,消除知識孤島,使得用戶能方便地發(fā)布處理和獲取知識。相關研究Ninf是實現網格計算環(huán)境的另一個典型系統,也是基于/包括語義廠維網和知識本體論等。模式的網格計算系統。允許用戶半透明地訪問廣域范圍內的軟硬件和數據資源,可遠程調用其庫函數。還提供各種支持典型實驗系統和項目工具由于網格計算環(huán)境可以連接廣域范囤內不同標準的異構Javalin是美國加州大學使用Java技術開發(fā)的一個基于孤島”形成龐大的全球性計算體系是 Internet發(fā)展的高級| Internet的并行計算環(huán)境它充分利用支持Java的 Web Http形式因此受到世界各國和組織的高度重視已經發(fā)展了許多服務器和瀏覽器等流行工具構筑了簡單易用的網格計算環(huán)論壇實驗環(huán)境和研究項目,較有代表性的網格計算研究和項境目包括-5為使系統編程容易 Javalin提供了基礎類庫,自動完成負載平衡。Globus是由美國的學院、政府機構和IBM、 Microsoft以及 Cisco發(fā)起的,由美國 Argonne國家實驗室進行的項目。旨Cactus是一個為科學家和工程師設計的開放的源問題的在開發(fā)制定開放分布式計算所需要協議軟件和概念,力圖實解決環(huán)境,它的模塊化結構方便在不同結構上的并行計算現一種計算網格基礎結構,來提供對高性能計算資源普遍的、和不同組之間的協作代碼的開發(fā), Cactus Codc來自于學術研可靠的和一致的訪問。它可以將超級計算機、大型數據庫檔充團體它已被大型的國際物理和計算科學家的協作組織開案存儲設備、先進可視化設備等資源連接起來組建成“網格虛發(fā)和使用了許多年,使用 Cactus Code可進行分布計算和元計擬計算機”它可以被認為是網格計算技術的典型代表和事實算。 Cactus的目前發(fā)展和現有試驗說明了它是網格計算的上的規(guī)范也是發(fā)展網格度算的基本軟件和工具種理想的試驗床Globus系統最核心的組成部分是它的網格計算工具包,在 Cactus基礎上開發(fā)的一個有影響的試驗床是它是一個構筑網格計算環(huán)境的中間件提供構建計算網格最 gridLab基于 GridLab可進行基礎和應用的協作開發(fā)及動基礎的服務和能力包括資源定位管理通訊和安全等服務。態(tài)的網格計算Globus項目的基礎是一些網格計算實驗系統,其中最著名的(6)其他是I一WAY和 GUSTO:1)I一WAY項目是美國 Argonne國全球網格論壇是目前主要的合作組織。其他網格研究的家實驗室的阿格計算實驗系統,采用ATM技術連接已存在組織和項目有Legn, InformationPower GridEuroGrid.的大量分散網格和大計算中心包括ATM網AAet衛(wèi)星| Distributed Terascale Facility等,且目前主要是面向科學計網ACTS、能漂科學網Eaet,;gabt網CASA加州教育和算,用于網格計算的研究和實驗研究網 CalrEN和國防研究與工程網DREN等連接了包括NFS四大計算中心及 Los alamos, Oak Ridge、 Argonne等國四、網格計算的應用家實驗室在內的20多個超級計算中心。系統設計了單一軟件環(huán)境1-Sofr,提供調度、安全、并行編程支持和分布式文件系網格計算可應用的領域有:統等服務,運行在專門的機器I一POP上;2) GUSTO在很多(1)桌面超級計算:可將普通桌面用戶和超級計算中心、方面可以被認為是1998年之前最大的計算網格實驗床,它通大型數據庫連接起來用戶可以不受距離限制地使用這些計過專用多模光纖和 nernst連接分布在各地的17個站點,算能力;330個計算機和3600個處理器,且附加站點正在不斷地增2)智能設備:可接用戶和大量的、分布的、遠程的智能設備,進行實時處理和遠程操作等2)Net Solve3)協同環(huán)境:可以連接多個虛擬環(huán)境使不同位置的用戶Net solve是實現網格計算環(huán)境的一個曲型系統。它是由能進行交互仿真美國 Tennessee大學和設計PvM的 Oak ridge國家實驗室(4)分布式并行計算:可使多個異構計算機協同解決單機開發(fā)的網格計算系統它基于LAN和WAN網絡技術連接分難以完各仲不同性質的仟調度到最合適的計算機布的資源形成科學數值計算的環(huán)境。結構中國煤化工Net Solve采用類似C/S的計算方式,提供用戶豐富的數CNMHG,產業(yè)界已經在大力推動值計算資源環(huán)境能夠在網格中搜尋計算資源,為應用選擇最網格計算的應用,包括HP, IBM. Microsoft, Compaq及Sun合適的資源具有負載平衡功能能較高效地解決問題并將結等公司。這些公司已經在使用XML、 SOAP, UDD1等標準接Microcomputer Applications微型電腦應用2003年第19卷第2期口方面達成共識納州三角園研究中心和IBM也建立了聯盟關系,在國家第Compaq公司與平臺計算公司達成了一項協議, Compaq個計算機網格上開展合作,為生命科學研究提供計算數據存公司將把它的Un和 Linux計算機服務與平臺計算公司的儲和網絡資源,新的網格系統能夠被北卡羅萊納州內的數于軟件進行整合使用該公司的軟件把多臺計算機連接成為一研究和教育人員訪問幫助他們加速基因研究的步伐從而引臺超級計算機。且它已經在新罕布什爾州的納舒厄曼建立了導新的藥品的發(fā)明與疾病展開更有效的斗爭,同時還幫助推個專門的研究中心來研究網格計算問題 Compaq之所以會出更多的營養(yǎng)食品來滿足全球人口的需要。加快在網格計算方面的發(fā)展速度,是因為它在高性能計算方美國政府用于網格技術的基礎研究經費已達5億美元面有龐大的用戶群,尤其是在基因和醫(yī)藥研究方面。美國軍方正規(guī)劃實施一個宏大的網格計劃,叫做“全球信息網IBM最近在開發(fā)網格標準平臺方面取得了進展,這種平格”,預計在2020年完成。英國政府已投資1億英鎊,用來研臺最終將作為未來網格架構的基礎并且通過把網格計算引入制“英國國家阿格”:中國科學院軟件研究所經過近十年的研商業(yè)領域提高網絡服務的功能。1BM和 E tropic公司宜布,究,自主開發(fā)出可以精確進行油藏模擬的并行解法器和相關IBM將在其于今年年初開始的“網格”項目中使用 Entropia|軟件,這套軟件在“神威”“曙光”等國產高性能計算機上運的軟件,HBM將評估 Entropia的網格計算技術,二家公司將行,成功地對幾個國內外油田進行了模擬計算網格計算能力共同尋找分布式計算技術的客戶此外,開發(fā)開放源代碼軟件可達千萬量級,測試結果表明其性能已經與進口的同類軟件的 Globus公司在分布式計算領域享有盛譽,它得到了IBM相當這套不斷升級的軟件適用于共享分布式等多種高性能的資助平臺計算公司還為 Globus的工具包提供服務,計算環(huán)境具有較廣闊的市場前景。Entropia則已經開始將 Globus的工具包整合在自己的軟件世界經濟和人類社會發(fā)展的很多領域已經對網格技術提中.IBM還在其運行mx和AX操作系統的服務器上運行出了實際需求如運輸業(yè)的“綜合信息平臺”制造業(yè)的“網絡Globus工具包軟件。IBM還將把網格計算技術的力量應用到化虛擬制造能源業(yè)中的石油勘探與油藏模擬、電子政務中WebSphere平臺中。的“資源共享”和“協同工作”資源環(huán)境領域的海量數據處理另一個業(yè)界巨人Sum也推出新軟件促進網絡計算的發(fā)與共享科學研究中的網絡化虛擬實驗室和虛擬天文臺等,這.201年11月Sm推了 Sun grid Enginc企業(yè)版5.3版些行業(yè)都感到目前的可聯網技術已不夠用,它們需要新的技軟件的阝版,繼續(xù)提升它的網絡技術計算水平。Sun與 Globus術,只有網格技術能滿足這些需求。也結成了伙伴關系。Sun將幫助 Globus改進其工具包軟件雙方將開發(fā)使 Globus的工具包與Sun的開放源代碼的網格五、結語引擎軟件整合的接『。Sun還宣布與愛丁堡大學的愛丁量并行計算中心聯合開發(fā)網格和高性能計算方法,休斯頓大學將網格計算符合 Internet發(fā)展的潮流,且正在獲得越來越使用Sun的系統取代IBM的系統建立一個校園范圍網格計多的應用電力網的模式是網格努力的方向人們使用阿絡資算系統源像用電一樣簡單。網格計算為用戶提供的是Web服務,未此外FP公司推出了esak萬維網服務平臺 . Microsoft來的發(fā)展將像 Internet-樣,對人類社會產生巨大影響。在通過其,Nat計劃和C#語言實現網格服務,且一批圍繞網格 Internet上構筑網格計算環(huán)境將是具有重要意義和巨大商機計算的軟件公司也逐漸壯大和為人所知,并成為受到關注的的發(fā)展領域新商機,如: Entropia、 Avaki. Noemix、 Data Synapse等。網格技術的目標是基于 Internet、Web和高性能計算等Gartner預測,在未來的10年將會看到商務發(fā)生徹底的技術,采用開放標準,實現網絡虛擬環(huán)境上的資源共享和協同改變,岡格計算的網格服務將整合整個互聯網不僅應用程序工作消除信息孤島和資源孤島。為了實現網格計算的目標可以共享,而且計算能力也可以共享目前要解決的重要問題有對于某些類似的計算任務而言—通常都是各個計算任(1)分布資灝共享的網格信息服務。網格技術使得大規(guī)模務之間無需通信阿格計算存在著巨大的潛力在醫(yī)藥行業(yè)和的資源共享成為可能,它可稱為是一種虛擬組織,由于一個用其他一些行業(yè)中將非常普及,網格計算將是近期解決高能物戶感興趣的實體的多樣性大量性動態(tài)行為和地理分布使理實驗和破解基因代碼這樣的世界性合作的數據量極大的得資源服務和計算的發(fā)展交易機制特定化和監(jiān)控等都是科學工程計算問題的唯一途徑。我國科技界準備將這一國際些挑戰(zhàn)性問題。但除了發(fā)現、交易和監(jiān)控的基本機理外,必前沿技術引進我國應用中國科學院高能物理研究所的科研須提出一種信息服務結構來解決性能安全、自擴充性和魯棒人員已經參與國際合作項日美國能源部下屬的阿賁橡樹嶺性等但可擴布性和白適應性是實現網格計算的等國家實驗室的超級計算機和存情資源都將陸續(xù)與該阿格|兩個中國煤化工相連。把分布于這些國家實驗室中的巨大信息資源進行有效CNMHG計算的主要挑戰(zhàn)之一。在整合,將對基因組和天體物理等研究起到推動作用。北卡羅菜(下轉第14頁)Mierocomputer Applications Vol. 19, No 2, 2003研究與設計微型電腦應用2003年第19卷第2期般的并口型外設并不使用EPP模式,考慮到在ECP模式輸出低電平)下,可以通過擴展控制寄存器ECR的高三位來選擇任意一種(2)根據EPP狀態(tài)寄存器中各位的定義,第5位( Spare并口模式因此可以首先在BOS中將并口模式設置為ECP位)是空余位,應當不起任何作用但實驗表明該位的值會影模式然后在程序中使用outp( Base Ado+0x402,0x80)語句響到EPP模式的正常工作,只有當該位置零時,EPP模式才將并切換到EP模式這樣就免除了修改BIOs設置的麻能正常工作。圖5顯示了第5控制位對指紋采集的影響POL.Chip芯片時序(參見圖4)中有好幾處要求時延,其控制寄存器中有兩個控制位會對指紋圖像采集產生影中最主要的是從復位完成到開始讀數據之間的時延,其值為響如不能保證此時延數值,指紋采集結果最后一行像素(1)第2位( Reset位)用于復位芯片,置0有效(0代表為白點(灰度值25).其時延由于時間很短因此在考慮圖5(a)第5控制位置0圖5(b)第5控制位置1了機器指令執(zhí)行時間后可以忽略不計。[2 ]Finger TIP CMOS Chip and System Data Book, Infineon參考文獻[1JJan Axelson. Parallel Port Complete, ISBN 0-9650819(收稿日期:2002年8月20日)架坐里望里里里甲坐重里能坐的理里里坐塑重塑上接第7頁)執(zhí)行I/O時,網格應用必須能應付突然的服務、性能的變化和|算、網格計算的安全性、知識產權間題等耗盡的資源。為此,應研究網格遷移的自適應體系結構描述新的或更多合適的資源是如何定位的,通過在不同點間遷移參考文獻任務來尋找和探索遠程計算資源,使網格應用能動態(tài)自適應變化的網格環(huán)境1]網格計算論壇:htp://www.gridforum.org(3)應用層的可視化工具網格計算的主要領域是科學計[2lhtp:/www.ictaccn/homepage/xuzhw/research算它往往伴隨者海量的數據面對浩如煙海的數據想通過人[3]胡凱、榮京民、闡志剛、武莊編著,網絡計算新技術,科學出工分析得出正確的判斷十分困難。如果把計算結果轉換成直版社,2001觀的圖形信息,就能幫助研究人員擺脫理解數據的困難這就[43G.Alen,w. Benger.T. Goodale,H.C.Hege,G.要研究能在網格計算中傳輸和讀取的可視化工具。并提供友Lanfermann, A. Merzky, T. Radke, E. Seidel, and J.好的用戶界面。Shalf, Cactus Code: aproblem solving environment for(4)網格應用的組件和理想試驗床的開發(fā)。它們是網格技the grid, 9th IEEE Int. Symp. on High Performance術發(fā)展乃至得到成功應用的兩個重要方面Distributed Computing. Pittsburgh, PA, USA, aug 1(5)與網格計算相關的技術的研究。它們包括:實時企業(yè)中國煤化工信息系統、網絡化虛擬設計環(huán)境、 .Internet術、知識管理、[5CN MH Gme/Description. htmlXML技術、ASP技術、萬維網服務( Web Service)、語義網( Scmantic web)、數據網格、信息網格、計算網格、高性能計(收稿日期:2002年8月14