基本介紹
- 中文名：任意格線
- 外文名：arbitrary mesh
- 涉及學科：信息科學
- 套用：自動化
- 實質：共同完成各種所需任務的機制
- 特點：任意形狀
格線定義,滿足條件,格線的構成,格線技術的基本特性,其他特性,可靠性,拓撲問題,結構化格線,
格線定義
格線是一種新興的技術，正處在不斷發展和變化當中。學術界和商業界圍繞格線開展的研究有很多，其研究的內容和名稱也不盡相同因而格線尚未有精確的定義和內容定位。比如國外媒體常用“下一代網際網路”、 “Internet2 ”、“下一代Web”等來稱呼格線相關技術。但“下一代網際網路（NGI）”和“Internet2”又是美國的兩個具體科研項目的名字，它們與格線研究目標相交叉，研究內容和重點有很大不同。企業界用的名稱也很多，有內容分發（Contents Delivery）、服務分發（Service Delivery）、電子服務（e-service）、實時企業計算（Real-Time Enterprise Computing，簡稱RTEC）、分散式計算Peer-to-Peer Computing（簡稱P2P）、Web服務（Web Services）等。中國科學院計算所所長李國傑院士認為，格線實際上是繼傳統網際網路、Web之後的第三次浪潮，可以稱之為第三代網際網路套用。
格線是利用網際網路把地理上廣泛分布的各種資源（包括計算資源、存儲資源、頻寬資源、軟體資源、數據資源、信息資源、知識資源等）連成一個邏輯整體，就像一台超級計算機一樣，為用戶提供一體化信息和套用服務（計算、存儲、訪問等），虛擬組織最終實現在這個虛擬環境下進行資源共享和協同工作，徹底消除資源“孤島”，最充分的實現信息共享。
格線(Grid)這個詞來自於電力格線(PowerGrid)。“格線”與“電力格線”形神相似。一方面，計算機網縱橫交錯，很像電力網；另一方面，電力格線用高壓線路把分散在各地的發電站連線在一起，向用戶提供源源不斷的電力。用戶只需插上插頭、打開開關就能用電，一點都不需要關心電能是從哪個電站送來的，也不需要知道是水力電、火力電還是核能電。建設格線的目的也是一樣，其最終目的是希望它能夠把分布在網際網路上數以億計的計算機、存儲器、貴重設備、資料庫等結合起來，形成一個虛擬的、空前強大的超級計算機，滿足不斷增長的計算、存儲需求，並使信息世界成為一個有機的整體。
早期格線的目標是期望能夠像使用電力一樣方便地使用分布在網路上強大而豐富的計算能力，而不用理會這種計算力是在哪個地點、以何種形式產生的。格線技術被看作是繼傳統網際網路、Web之後的第3次網際網路浪潮，也被稱為第3代網際網路套用，其主要特點是通過提供資源級的共享，從而消除信息孤島、實現應用程式在更高層次上的互動與協作。目前，在格線計算的研究上，對信息與知識孤島的消除、實現對它們的共享也已成為一個研究的側重點。目前格線計算主要可以分為計算格線、信息格線與知識格線3個層次。
滿足條件
格線必須同時滿足三個條件：
- 在非集中控制的環境中協同使用資源；
- 使用標準的、開放的和通用的協定和接口；
- 提供非平凡的服務。
格線的構成
1.格線資源
2.格線中間件
包括一系列工具和協定軟體,用於禁止格線資源的分布、異構特性,並提供透明、一致的接口。有些類似Win-dows作業系統的API (應用程式編程接口),能為格線應用程式的開發提供直接調用服務。現在已經開發出一些格線中間件,如Legion、globus。
3.格線開發環境和工具
供開發人員開發各種套用、用戶代理的環境和工具,用於在全局資源中調度計算。現在已經有了可供開發人員進行網路開發的作業系統和工具,而將來也會有更成熟的網路作業系統和工具為開發人員提供格線開發環境,使他們得以進行格線套用開發。
4.格線套用層
在這一層可以運行格線應用程式,滿足用戶需求。該層是用戶的格線入口(Grid Potrals)。按照Ian Foster和Globus項目組的觀點,格線套用層所包含的領域目前主要有4類:分散式超級計算、分散式儀器系統、數據密集型計算和遠程沉浸。
格線技術的基本特性
1.高性能
首先,基於格線的網際網路比現有的網際網路具有更大的頻寬。科學家們這樣來形容格線的的頻寬:“如果把網際網路和今天的道路相比,那么格線的頻寬就相當於100條車道的高速公路”;其次,格線上將有更多高性能計算機,因此格線的計算功能、數據處理速度可以大幅度提高;第三,格線的體系將比網際網路更有效地利用這些資源,比如格線採用的“廣域快取技術”能自動地把用戶最需要的信息放在離用戶最近的伺服器上,因此用戶可以非常迅捷的獲取信息資源。
2.一體化
格線的重要特徵之一就是一體化。網際網路只是通過網頁的形式把全球的計算機連為一體,各個機構和公司可以在網上建立自己的網站,並為用戶提供相應的信息;但用戶卻必須通過一定的網址或搜尋引擎查找自己所需的信息,而且找到的信息往往是重複繁雜的。格線則是進一步把這些計算機上的所有資源和知識孤島連為一體,在邏輯上就像一台機器。用戶可以方便地使用網上資源,就像現在使用自己計算機上的資源那樣方便。
3.資源共享
網際網路通過網頁為用戶提供共享信息,或通過專門的FTP網站共享部分的軟體等資源,但其適用範圍卻很小。格線能夠共享的資源範圍則可以無限大,它包括網路服務、套用軟體、數據、信息、知識以及計算機、雷達、家用電器等設備和儀器,並具有面向用戶和透明性的特點,用戶可以在不考慮資源物理位置的情況下,通過網路來方便地使用這些資源。
4.協同工作
協同工作包括資源共享協同和問題解決協同等方面。資源共享的協同是以資源互連為基礎,它既包括資源使用時不同用戶因時間、空間、許可權等差異引起的協商,也包括用戶對資源的組合。問題解決的協同則是指虛擬組織之間通過協同共同解決某一問題,以滿足用戶的新需求。格線的出現實現了網路的完全共享,通過眾多結點計算機整合而成的“超級計算機”的協同工作,實現廣域化、空間化、無限化的連線,全球性的資源共享瞬間享受。格線就非常方便、迅速、準確地完成各種複雜的科學計算任務,如高能物理研究、航空設計、基因工程等,以及全球合作性的開展科學研究。
5.知識生產
網際網路只是簡單的資源互連和單一使用,用戶僅能獲得和使用有限的信息資源。而並不能通過網際網路進行知識的再加工。而格線則可以通過互連、組合、協同解決用戶的各種複雜問題,從而產生出具有附加值的新服務、新數據和新信息等資源來滿足用戶的新需求,即可以進行知識的再生產。
其他特性
可靠性
可靠性是計算領域內永恆的話題，格線環境也不例外。實現這一難題最好的方法是預見所有可能出現的失敗情況，並提供解決這些情況的手段。最可靠的方法能夠“容納異常情況的出現”（surprise tolerant）。格線計算的基礎設施必須處理主機中斷和網路中斷等情況。下面列出一些需要考慮的方法：
- 使用檢查點-重啟機制。
- 用持久性存儲保存中間結果。
- 用心跳監視機制跟蹤系統狀態。
- 用健壯的系統管理解決方案最大程度地提高格線及其組件的可用性。
拓撲問題
格線計算的分散式本質使地理上和組織機構上的大跨度變得不可避免。隨著內部格線的拓撲擴展為外部格線拓撲，複雜程度也逐漸提高。比如說，非功能性操作需求，安全性、目錄服務、可靠性、性能等都變得更加複雜。讓我們來研究一下拓撲的問題。
網路拓撲
格線架構內的網路拓撲可能在很多不同方面上呈現出來。網路組件可以表示 LAN 或校園網的連通性，甚至還能表示格線網路之間 WAN 的通信情況。網路的職責是為所有的格線系統提供充足的頻寬。像基礎設施中其他的組件一樣，我們可以通過定製網路來提供更高級別的可用性、性能以及安全性。
出於安全性以及其他一些架構性的限制，格線系統從很大程度上來說是網路密集型的。尤其是數據格線，它可能在整個企業的網路內散布著一些存儲資源，因此在基礎設施的設計中，為了保證足夠的性能，關鍵因素就在於處理數量巨大的網路負載。
啟用應用程式時應該考慮的問題包括如何使網路通信量最小，如何使網路延遲最短。假設應用程式的設計已經能夠保證最小的網路通信量，那么就有幾種方法可以使網路延遲最短。比如說，千兆以太區域網路可以用來支持高速群集，或實現遠程網路之間的高速 Internet骨幹網。
數據拓撲
我們最希望把任務指派到距離它所使用的數據最近的機器上執行。這樣可以降低網路的通信量，還可能降低可測量性方面的限制。
數據需要存儲空間。在一個格線的設計中，存儲的可能性問題是沒有止境的。存儲要求一定的安全性、要可以進行備份、要可管理，還/或要進行複製。在格線的設計中，您需要確定您的數據對於需要它的資源來說一直是可用的。除了可用性之外，您還需要保證數據得到適當的保護，因為您不能讓未經授權的人訪問到敏感的數據。最後，您需要最佳的數據訪問性能。顯然，頻寬和訪問數據的距離兩者是相互有關的，但是您不會希望讓 I/O 問題阻礙格線應用程式的運行速度。對於那些磁碟密集型的應用程式，或是數據格線而言，您可以將工作重點更多地放在存儲資源上，比如您可以使用那些能夠提供更高容量、冗餘程度或容錯機制的存儲。
結構化格線
從嚴格意義上講，結構化格線是指格線區域內所有的內部點都具有相同的毗鄰單元。結構化格線生成技術有大量的文獻資料。結構化格線有很多優點:
2.格線生成的速度快。
3.格線生成的質量好。
4.數據結構簡單。
5.對曲面或空間的擬合大多數採用參數化或樣條插值的方法得到，區域光滑，與實際的模型更容易接近。
它的最典型的缺點是適用的範圍比較窄。尤其隨著近幾年的計算機和數值方法的快速發展，人們對求解區域的複雜性的要求越來越高，在這種情況下，結構化格線生成技術就顯得力不從心了。
結構化格線的生成技術主要有：
代數格線生成方法：主要套用參數化和插值的方法，對處理簡單的求解區域十分有效。
PDE格線生成方法：主要用於空間曲面格線的生成。
