基本介紹
- 中文名：格線技術
- 簡介：能帶來巨大存儲能力的新型網路
- 核心技術：高性能調度技術
- 技術：控制權
簡介,核心技術,控制權,成功關鍵,套用,電力網,計算領域,體系結構,五層沙漏,開放格線,工具包,計算方法,雲計算,格線計算,二者比較,
簡介
Gartner公司的Rob Batchelder認為，格線的構想一直是計算領域的“烏托邦”，在科技套用上雖有巨大前景，但最大的缺陷是缺乏明顯的商業套用。自20世紀90年代在歐美出現以來，格線主要被用於幫助分散的大學研究人員分析粒子加速器和巨型望遠鏡的數據。但在過去的兩年中，格線的概念和GlobusToolkit已在研究和教育領域得到廣泛套用，數十項全球性的大項目採用這些技術，以挑戰科學計算中的海量計算問題。
格線技術雖主要為學術機構所控制，但企業也在陸續跟進。事實上，全球格線論壇（GlobalGridForum)的主要贊助企業就包括Unilever——一家以經銷肥皂、冰淇淋著稱的企業。與許多正在研究和評估格線技術的企業一樣，Unilever自己對於如何利用此技術仍秘而不宣。而Johnson&Johnson與Merck等製藥公司、BMW與波音等製造企業卻已利用這一技術的處理能力和存儲空間進行仿真試驗，例如藥品能否保護細胞免受病毒侵襲？飛機機翼是否會在暴風雨中折斷？
基因研究是格線技術的自然套用，這一領域所需的投資很難由一家企業來承擔，生物科技企業可用格線技術來分析基因數據;醫生可以用格線技術製作出病人器官的三維模型，作為診斷疾病的輔助手段;格線可以處理來自商店現金記錄或金融市場的數據流。其他行業，如航空、保險、運輸和國防，也會從中受益。如此看來，格線計算並非是可望不可及的烏托邦，其商業套用的廣闊前景就在眼前。
核心技術
為解決不同領域複雜科學計算與海量數據服務問題，人們以網路互連為基礎構造了不同的格線，有代表性的如計算格線、拾遺格線、數據格線等，它們在體系結構和需要解決的問題類型等方面不盡相同，但都需要共同的關鍵技術，主要有如下幾種:
高性能調度技術在格線系統中，大量的套用共享格線的各種資源，如何使得這些套用獲得最大的性能，這就是調度所要解決的問題。格線調度技術比傳統高性能計算中的調度技術更複雜，這主要是因為格線具有一些獨有的特徵，例如，格線資源的動態變化性、資源的類型異構性和多樣性、調度器的局部管理性等。所以格線的調度需要建立隨時間變化的性能預測模型，充分利用格線的動態信息來表示格線性能的波動。在格線調度中，還需要考慮移植性、擴展性、效率、可重複性以及格線調度和本地調度的結合等一系列問題。
格線研究最初的目標是希望能夠將超級計算機連線成為一個可遠程控制的元計算機系統（MetaComputers），這一目標已經深化為建立大規模計算和數據處理的通用基礎支撐結構，將網路上的各種高性能計算機、伺服器、PC、信息系統、海量數據存儲和處理系統、套用模擬系統、虛擬現實系統、儀器設備和信息獲取設備（例如感測器）集成在一起，為各種套用開發提供底層技術支撐，將Internet變為一個功能強大、無處不在的計算設施，最終實現資源共享和分布協同工作。格線的這種概念可以清晰地指導行業和企業中各個部門的資源進行行業或企業整體上的統一規劃、部署、整合和共享，而不僅僅是行業或大企業中的各個部門自己規劃、占有和使用資源。這種思想的溝通和認同對行業和企業是至關重要的，將提升或改變整個行業或企業信息系統的規劃部署、運行和管理機制。
控制權
Sun公司日前發布了“格線引擎”企業版5.3的測試版，使企業內部的計算機格線更容易聯接，提供更好的管理和資源分配。格線引擎軟體提供了開放原始碼版本，自2000年發布到目前為止，共被下載了1.2萬次，共有11.8萬個CPU利用該軟體進行管理。Sun公司技術產品行銷經理PeterJeffcock認為，格線計算有明顯的三個階段:群集格線、校園格線和全球格線，發布的GridEngine企業版5.3使Sun向功能校園格線邁進了一步。Sun還與競爭對手一起支持AVAKI與Globus等行業組織，積極參與格線計算開放標準的建立。
Microsoft的研究部門也參與了各項分散式計算研究項目，包括容錯遠程檔案系統Farsite，以及建設分散式系統的Millenium；HP也表示將提供Coolbase軟體，使用戶可以通過Internet共享各種計算設備;Compaq宣布正在制定一個全球性的格線計算解決方案計畫，向尋求格線計算系統的客戶提供軟硬體和技術支持。為此，Compaq與加拿大PlatformComputing結盟，充分利用該技術，以及CompaqTru64UnixAlpha伺服器系統和運行Linux的CompaqProLiant伺服器，為用戶提供完整的、集成的、開放的格線解決方案。Compaq還建立了格線計算高級研究中心，繼續對該技術進行研究。日本的企業在格線計算方面也躍躍欲試。NTT宣布將於2002年中期開展為期6個月的格線計算試驗，參與者包括了Intel、SGI等。
那么，這一項目的實施是否標誌格線計算已開始進入商業套用呢？
成功關鍵
就像TCP/IP協定是Internet的核心一樣，構建格線計算也需要對標準協定和服務進行定義。包括Global Grid Forum、研究模型驅動體系結構（Model Driven Architecture）的對象管理組織(OMG)、致力於網路服務與語義WWW研究的W3C,以及標準化團體蠢蠢欲動。
OMG、W3C、Grid Forum等標準化組織與來自學術、商業領域的人士出席了“軟體服務格線研討會”，加快全球大格線(GGG)標準的制定。接著，另一開放原始碼格線標準組織——Globus也集會研究通過廣域網聯接的高性能計算的基礎設施問題。Globus正致力於開發標準的格線架構和其他技術。
迄今為止，格線計算還沒有正式的標準，但在核心技術上，相關機構與企業已達成一致：由美國Argonne國家實驗室與南加州大學信息科學學院(ISI)合作開發的Globus Toolkit已成為格線計算事實上的標準，包括Entropia、IBM、Microsoft、Compaq、Cray、SGI、Sun、Veridian、Fujitsu、Hitachi、NEC在內的12家計算機和軟體廠商已宣布將採用Globus Toolkit。作為一種開放架構和開放標準基礎設施，Globus Toolkit提供了構建格線套用所需的很多基本服務，如安全、資源發現、資源管理、數據訪問等。所有重大的格線項都是基於Globus Tookit提供的協定與服務建設的。
除了標準以外，安全和可管理性、IT人才的缺乏也是格線計算亟待解決的一個問題，否則將無法成為企業的商業架構。在內部系統環境中常常視而不見的問題，如安全、認證和可靠性，在任何分散式環境下都必須得到解決。研究諮詢公司StencilGroup的合伙人Brent Sleeper認為:“這要求具有高層次的架構技能，而不是簡歷上列出的程式語言。”如果把全球的格線都聯在一起，那么就能借用彼此未用的資源，格線就會更強大和靈活。雖然這也是格線的最終目標，但把格線聯在一起也會帶來政治問題。IBM為大學建設格線或Unilever建設內部的格線都只是單純的IT決策，而將私有格線聯接，形成能力更大的共享格線，其中的風險卻大得多。在客戶需要時，相互競爭的格線提供商是否願意出售彼此多餘的資源？此外，格線套用常涉及大量的數據和計算，需要在各組織間共享安全資源，這不是當前的Internet和網路基礎設施所能做到的。看來在格線計算實現商業套用之前，還有很多的問題需要解決。
然而，構想一下運用前所未聞的計算能力所能完成的工作，我們都會明白，構建全球格線的前景幾乎是無法抗拒的。美國Argonne國家實驗室的科學家Rick Stevens指出：“就像最初的Arpanet成為Internet的中心一樣，就把Teragrid看做是形成全球格線中心的雛形吧！”
套用
數據蒐集/分析：製造、石油加工、貨物運輸、甚至零售企業都要維護昂貴的設備，時常會出現問題，造成不好的結果。同無線感測器一樣，格線能夠存儲和處理所有交易。
娛樂產業：界面設計
格線作為一個集成的計算與資源環境，能夠吸收各種計算資源，將它們轉化成一種隨處可得的、可靠的、標準的且相對經濟的計算能力，其吸收的計算資源包括各種類型的計算機、網路通信能力、數據資料、儀器設備甚至有操作能力的人等各種相關資源等。
格線是借鑑電力網的概念提出的，格線的最終目的是希望用戶在使用格線計算能力解決問題時像使用電力一樣方便，用戶不用去考慮得到的服務來自於哪個地理位置，由什麼樣的計算設施提供。也就是說，格線給最終的使用者提供的是一種通用的計算能力。
電力網
電力網需要有大量的變電站等設施對電網進行調控，相應的格線中也需要大量的管理站點來維護格線的正常運行。格線的結構及資源的調控將更複雜，需要解決的問題也更多。因為格線所關心的問題不再是檔案交換，而是直接訪問計算機、軟體、數據和其他資源。這就要求格線具備解決資源與任務的分配和調度、安全傳輸與通信實時性保障、人與系統以及人與人之間的互動等能力。
格線提供的資源是隨時間動態變化的，原來擁有的資源或者功能，在下一時刻可能就會出現故障或者拒絕被使用，而原來沒有的資源，可能隨著時間的進展會不斷加入進來。
計算領域
數據密集型計算。數據密集型的問題的求解往往同時產生很大的通訊和計算需求，需要格線能力才可以解決。格線可以藥物分子設計、計算力學、計算材料、電子學、生物學、核物理反應、航空航天等眾多的領域得到廣泛的需求。
更廣泛的資源貿易。隨著大型機的性能的提高和微機的更加普及，及其資源的閒置的問題也越來越突出，格線技術能夠有效地組織這些閒置的資源，使得有大量的計算需求的用戶能夠獲得這些資源，資源的提供者的套用也不會受到太大的干擾。需要計算能力的人可以不必購買大的計算機，只要根據自己的任務的需求，向格線購買計算能力就可以滿足計算需求。
體系結構
格線技術不斷地發展使人們逐漸地意識到了格線體系結構的重要性。格線體系結構用來劃分系統的基本組件，指定系統組件的目的和功能，說明組件之間如何相互作用，規定了格線各部分相互的關係與集成的方法。可以說，格線體系結構是格線的骨架和靈魂，是格線技術中最核心的部分。
五層沙漏
五層沙漏結構是一種早期的抽象層次結構，以“協定”為中心，強調協定在格線的資源共享和互操作中的地位。通過協定實現一種機制，使得虛擬組織的用戶與資源之間可以進行資源使用的協商、建立共享關係，並且可以進一步管理和開發新的共享關係。這一標準化的開放結構對格線的擴展性、互操作性、一致性以及代碼共享都很有好處。圖1為五層沙漏結構的典型結構圖。 五層結構之所以形如沙漏，是由各部分協定數量的分布不均勻引起的。考慮到核心的移植、升級的方便性，核心部分的協定數量相對比較少 (例如Internet上的TCP和HTTP)，對於其最核心的部分，要實現上層協定（沙漏的頂層）向核心協定的映射，同時實現核心協定向下層協定（沙漏的底層）的映射。按照定義，核心協定的數量不能太多，這樣核心協定就成了一個協定層次結構的瓶頸。在五層結構中，資源層和連線層共同組成這一核心的瓶頸部分，它促進了單獨的資源共享。
開放格線
OGSA的目的就是要將Grid的一些功能，更確切的說是Globus的一些功能融合到Web Service這個框架中。與前期格線不同的是，OGSA是面向服務的結構，將所有事務都表示成一個Grid服務，計算資源、存儲資源、網路、程式、數據等都是服務，所有的服務都聯繫對應的接口，所以，OGSA被稱為是以服務為中心的“服務結構”，通過標準的接口和協定支持創建、終止、管理和開發透明的服務，其發展象徵著Web Service的一個進步，結合Web Service技術，支持透明安全的服務實例，OGSA有效地擴展了Web Service架構的功能。
五層模型與OGSA都相當重視互操作性，但OGSA更強調服務的觀點，將互操作性問題轉化為定義服務的接口和識別激活特定接口的協定。這一面向服務模型具有很多優點，環境中的所有組件都是虛擬化的，通過提供一個所有Grid服務實現基礎的一致接口的核心集，可以使得分級的、更高級別的服務的構建能夠跨多個抽象層以一種統一的方式進行處理。虛擬化還促使從多個邏輯資源實例到同一物理資源的映射，不考慮實現的服務組合，以及一個VO內的基於低級資源組合的資源管理。正是Grid服務的虛擬化加強了通用服務語義行為無縫地映射到本地平台設施的能力。
工具包
由於網際網路結構並不是針對格線計算設計的，為了使格線計算和現有的結構兼容，一個可擴展的中間件是必需的，也就是基於作業系統之上的格線管理軟體。在網路化套用成為主流的時代，單機作業系統如NT、Windows等的地位已經降低，格線管理軟體實際上是更高層次的格線作業系統，其核心技術主要是一體化的信息平台、語義網站、智慧型代理和知識本體技術等。建立格線服務的協定與標準是格線發展的重點和難點。Globus項目是目前國際上最有影響力的與格線計算相關的項目之一，是來自世界各地關注格線技術的研究人員和開發人員共同努力的成果。它是圍繞四種主要活動來組織的：研究、軟體工具、實驗台和應用程式。
Globus對資源管理安全、信息服務及數據管理等格線計算的關鍵技術進行研究，開發能在各種平台上運行的格線計算工具軟體，幫助規劃和組建大型的格線實驗平台，開發適合大型格線系統運行的大型應用程式。Globus工具包是Globus最重要的實踐成果，它是一個開放源碼的關鍵Grid協定的參考實現，支持大量的主要的電子科學項目。該工具包基於開放結構、開放服務資源和軟體庫並支持格線和格線套用，致力於安全、信息發現、資源管理、數據管理、通信錯誤診斷等問題。
Globus的格線計算協定是建立在網際網路協定之上的，以網際網路協定中的通信、路由、名字解析等功能為基礎。Globus的協定分為5層：構造層、連線層、資源層、匯聚層和套用層。上層協定可調用下層協定的服務。格線內的全局套用都通過協定提供的服務來調用作業系統。Globus工具包包括格線安全、格線信息獲取與分布、格線資源管理及格線遠程傳輸等內容，這些都是格線開發中的關鍵技術和必須解決的重要問題。
計算方法
可能大家首先會問的是什麼是雲計算。
雲計算
雲計算(CloudComputing)是分散式處理(DistributedComputing)、並行處 理(ParallelComputing)和格線計算(GridComputing)的發展，或者說是這些計算機科學概念的商業實現。
雲計算的基本原理是，通過使計算分布在大量的分散式計算機上，而非本地計算機或遠程伺服器中，企業數據中心的運行將更與網際網路相似。這使得企業能夠將資源切換到需要的套用上，根據需求訪問計算機和存儲系統。
PC是我們日常工作生活中的核心工具：我們用PC處理文檔、存儲資料，通過電子郵件或隨身碟與他人分享信息。如果PC硬碟壞了，我們會因為資 料丟失而束手無策。而在“雲計算”時代，“雲”會替我們做存儲和計算的工作。“雲”就是計算機群，每一群包括了幾十萬台、甚至上百萬台計算機。“雲”的好 處還在於，其中的計算機可以隨時更新，保證“雲”長生不老。
雲計算的基本原理是，通過使計算分布在大量的分散式計算機上，而非本地計算機或遠程伺服器中，企業數據中心的運行將更與網際網路相似。這使得企業能夠將資源切換到需要的套用上，根據需求訪問計算機和存儲系統。
PC是我們日常工作生活中的核心工具：我們用PC處理文檔、存儲資料，通過電子郵件或隨身碟與他人分享信息。如果PC硬碟壞了，我們會因為資 料丟失而束手無策。而在“雲計算”時代，“雲”會替我們做存儲和計算的工作。“雲”就是計算機群，每一群包括了幾十萬台、甚至上百萬台計算機。“雲”的好 處還在於，其中的計算機可以隨時更新，保證“雲”長生不老。
格線計算
但另一方面，我們不能不提及目前正在使用的格線計算技術，格線是通過區域網路或廣域網提供的一系列分散式計算資源，而對終端用戶或套用來講，好像是一台 大型虛擬計算機。這種構想是通過在個人、組織和資源之間實現安全、協調的資源共享，來創建虛擬動態的組織。格線計算是分散式運算的一種方法，不僅包括使 置，而且還涵盞組織、硬體和軟體，以提供無限的能力，使連線到格線的每個人都可以進行合作和訪問信息。格線計算同樣也是套用於分散式運算的一種方法，但是 可以說從很多方面比較，雲計算都是格線計算技術的一次飛躍。
二者比較
首先，我們可以從格線計算的作業調度方面來進行比較。作業調度是格線技術的核心價值，格線的目標，是想要儘可能地利用各種資源。它通過特定的格線軟 件，將一個龐大的項目分解為無數個相互獨立的、不太相關的子任務，然後交由各個計算節點進行計算。即便某個節點出現問題，沒有能夠及時返回結果，也不影響 整個項目的進程，甚至即便某一個計算節點突然崩潰，其所承擔的計算任務也能夠被任務調度系統分配給其他的節點繼續完成。
而雲計算也像格線汁算一樣將所有的資源構築成一個龐大的資源池，但是雲計算向外提供的某個資源，是為了完成某個特定的任務。比如，某個用戶可能需要從 資源池中申請一定量的資源來部署其套用，而不會將自己的任務提交給整個格線來完成。從這一點來看，格線的構建大多為完成某一個特定的任務需要，這也是會有 生物格線、地理格線、國家教育格線等各種不同的格線項目出現的原因。而雲計算一般來說都是為了通用套用而設計的，沒有專門的以某種套用命名的格線。
其次，雲計算將在三大方面產生影響：對網際網路套用的影響、對產品套用模式的影響、對lT產品開發方向的影響。當然，所謂的改變並不是徹底的顛覆，而是 增加了新的特點。這一優勢，是對格線技術提出的挑戰。格線計算產生時同樣具有以下優勢：通過任何一台計算機都可以提供無限的計算能力，可以接人浩如煙海的 信息。這種環境將能夠使各企業解決以前難以處理的問題，最有效地使用他們的系統，滿足客戶要求並降低他們計算機資源的擁有和管理總成本。
但對於雲計算來說，是對這些優勢的更大擴展。今後通過雲計算，更多地套用能夠以網際網路服務的方式進行。雲計算將擴大軟硬體套用的外延並改變軟硬體產品 的套用模式。通過雲計算，用戶可以不必購買新的伺服器和部署軟體，就能得到套用環境或者套用本身。對於用戶來說，軟硬體不必是部署在自己身邊的、專屬於自 己的產品，而是可以變身為可利用的、虛擬的一種資源。而且，可以利用的軟硬體資源也不僅限子自己企業內部的設備和軟體，而是可以通過網路得到擴展的軟硬體 資源。IT產品的開發方向也將發生變化，以適應上述兩種情況。
其次，雲計算將在三大方面產生影響：對網際網路套用的影響、對產品套用模式的影響、對lT產品開發方向的影響。當然，所謂的改變並不是徹底的顛覆，而是 增加了新的特點。這一優勢，是對格線技術提出的挑戰。格線計算產生時同樣具有以下優勢：通過任何一台計算機都可以提供無限的計算能力，可以接人浩如煙海的 信息。這種環境將能夠使各企業解決以前難以處理的問題，最有效地使用他們的系統，滿足客戶要求並降低他們計算機資源的擁有和管理總成本。
但對於雲計算來說，是對這些優勢的更大擴展。今後通過雲計算，更多地套用能夠以網際網路服務的方式進行。雲計算將擴大軟硬體套用的外延並改變軟硬體產品 的套用模式。通過雲計算，用戶可以不必購買新的伺服器和部署軟體，就能得到套用環境或者套用本身。對於用戶來說，軟硬體不必是部署在自己身邊的、專屬於自 己的產品，而是可以變身為可利用的、虛擬的一種資源。而且，可以利用的軟硬體資源也不僅限子自己企業內部的設備和軟體，而是可以通過網路得到擴展的軟硬體 資源。IT產品的開發方向也將發生變化，以適應上述兩種情況。
