中國璣代彖有裝備2007年第5期(總第51期)網(wǎng)格技術(shù)的教育應(yīng)用王琳刁永鋒西華師范大學(xué)四川南充637002)摘要:網(wǎng)格是因特網(wǎng)應(yīng)用的新發(fā)展,是繼因特網(wǎng)之后的第三次互聯(lián)網(wǎng)浪潮,是“下一代因特網(wǎng)”。本文概述了網(wǎng)格技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容,介紹了開放網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)0GSA,論述了我國教育科研網(wǎng)格 Chinagrid及中國教育科研網(wǎng)格公共支撐平臺(tái)CGSP。關(guān)健詞:網(wǎng)格0 GSa ChinaGrid CGSP互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了三個(gè)大的時(shí)期,第一個(gè)時(shí)期為源,正如電力網(wǎng)為千家萬戶供電一樣,用戶不必關(guān)心使Internet時(shí)期,第二個(gè)時(shí)期為Web時(shí)期,第三個(gè),被稱的電力來源于何處(三峽水庫還是大亞灣核電站),或?yàn)橄乱淮?Internet-Grid,網(wǎng)格時(shí)期。這三個(gè)主以何種方式產(chǎn)生(水力發(fā)電、火力發(fā)電或核能發(fā)電),而流時(shí)期的演變及區(qū)別如圖1所示。只需接通電源即可獲得源源不斷的電力供應(yīng)。目前網(wǎng)格權(quán)威的定義是2001年堪稱世界網(wǎng)格之父[1965年到現(xiàn)在1980年到現(xiàn)在1993年到現(xiàn)在Ian Foster對(duì)網(wǎng)格的定義:動(dòng)態(tài)多機(jī)構(gòu)虛擬組織中的Internet計(jì)算機(jī)的連通|網(wǎng)頁的連通資源的全面連通和共享資源共享和協(xié)同問題的解決。網(wǎng)格的全部核心就是分布Grid:∥2式計(jì)算與資源管理,網(wǎng)格的實(shí)質(zhì)就是共享與協(xié)作,共享是基礎(chǔ),協(xié)作是結(jié)果。沒有開放資源(包括硬件和軟圖1互連網(wǎng)主流的演變件),就不可能有共享,協(xié)作也就成了泡影。如果說傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)硬件的連通,萬維2.網(wǎng)格特征網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了全球網(wǎng)頁的連通,網(wǎng)格技術(shù)則是要利用互聯(lián)網(wǎng)簡單地講,網(wǎng)格是把整個(gè)因特網(wǎng)整合成一臺(tái)巨大的把分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)、硬件設(shè)備、軟件、數(shù)超級(jí)計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信據(jù)等資源組織成一臺(tái)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”。息資源、軟件資源、通信資源、知識(shí)資源、專家資源等的全面共享和協(xié)同。當(dāng)然,網(wǎng)格并不一定非要這么大、網(wǎng)格概況我們也可以構(gòu)造地區(qū)性的網(wǎng)格、企事業(yè)內(nèi)部網(wǎng)格、局域網(wǎng)格來源網(wǎng)網(wǎng)格,甚至家庭網(wǎng)格和個(gè)人網(wǎng)格。網(wǎng)格的根本特征不網(wǎng)格(Grid)概念產(chǎn)生于上世紀(jì)90年代中期,是是它的規(guī)模,而是資源共享,消除資源孤島。網(wǎng)格的技從電力網(wǎng)( Power grid)概念借鑒過來的,網(wǎng)格把分術(shù)特征包括:布在各地的計(jì)算機(jī)連接起來,讓不同用戶分享網(wǎng)上資◆資源共享、協(xié)同工作M凵中國煤化工控制、非平凡服務(wù)質(zhì)收稿日期:2006-11-01CNMHG作者簡介:王琳,研究生。刁永鋒,教授,碩士生導(dǎo)師◆動(dòng)態(tài)功能、開放系統(tǒng)?！に拇ㄊ】萍紡d重點(diǎn)科研項(xiàng)目資助(05JY029-093)562maitemee @net2007年第5期(總第51期)中目代盲萊備3.網(wǎng)格分類務(wù),包括計(jì)算機(jī)、程序、數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備等。這種觀根據(jù)網(wǎng)格所管理的資源類型,網(wǎng)格通?？梢苑譃?念,有利于通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口來管理和使用網(wǎng)格。計(jì)算網(wǎng)格、數(shù)據(jù)網(wǎng)格、設(shè)備網(wǎng)格與應(yīng)用網(wǎng)格,其中應(yīng)用下面我們從結(jié)構(gòu)層次上對(duì)OGSA進(jìn)行深入的分析。OGSA網(wǎng)格從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上來說需要借助于計(jì)算網(wǎng)格、數(shù)據(jù)網(wǎng)格架構(gòu)由四個(gè)主要的層次構(gòu)成(如圖2所示),從下到上依等。在這四大類網(wǎng)格中,可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用更有針對(duì)性地次為:物理與邏輯資源層、定義網(wǎng)格服務(wù)的Web服務(wù)與將網(wǎng)格應(yīng)用分為:分布式高性能計(jì)算、海量信息處理與oGs提高擴(kuò)展層、基于0GSA架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)層、網(wǎng)格服務(wù)、分布式交互協(xié)同、信息獲取與融合、 Peer to應(yīng)用程序?qū)印eer(p2p點(diǎn)對(duì)點(diǎn))應(yīng)用、商業(yè)應(yīng)用網(wǎng)格等網(wǎng)格現(xiàn)狀目前全球知名的網(wǎng)格項(xiàng)目有:美國能源部的加速戰(zhàn)OGSAAchdeded Servces略計(jì)算ASCI計(jì)劃,目標(biāo)是構(gòu)造100萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)OGSI Open Gnd Servces ntrastrucres系統(tǒng)、軟件和算法:白宮直屬的HECC(High- End Com-puting and computations)計(jì)劃,對(duì)高性能計(jì)算的Web sorces關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā),并構(gòu)建高性能基礎(chǔ)設(shè)施;Petaflops計(jì)劃開發(fā)構(gòu)造千萬億次級(jí)系統(tǒng)的技術(shù);最新的 UItrascale計(jì)劃目標(biāo)在2010年研制萬萬億次級(jí)系統(tǒng)。歐盟的歐洲網(wǎng)格計(jì)劃( Eurogrid)和數(shù)據(jù)網(wǎng)格計(jì)圖2開放網(wǎng)格體系站構(gòu)0GSA架構(gòu)劃( DataGrid);日本政府2003年投資了一億美元,啟動(dòng)“國家網(wǎng)格研究”和“國家商業(yè)網(wǎng)格”兩個(gè)研究項(xiàng)1.物理與邏輯資源層:資源的概念是0GSA以及通目常意義上的網(wǎng)格計(jì)算的中心部分。構(gòu)成網(wǎng)格能力的資源我國目前在這個(gè)領(lǐng)域開啟了五個(gè)網(wǎng)格項(xiàng)目:科技部包括物理資源和邏輯資源。物理資源包括服務(wù)器、存儲(chǔ)負(fù)責(zé)的國家網(wǎng)格( CNGrid)、教育部負(fù)責(zé)的中國教育器和網(wǎng)絡(luò)。物理資源之上是邏輯資源,它們通過虛擬化科研網(wǎng)格技術(shù) Chinagrid,、國家自然科學(xué)基金委負(fù)責(zé)的和聚合物理層的資源來提供額外的功能。邏輯資源在物E- Science網(wǎng)格研究計(jì)劃、上海交通信息網(wǎng)格、中國空理網(wǎng)格之上提供了文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、目錄和工作流管間信息網(wǎng)格。理等抽象服務(wù)。二、網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)2.Web服務(wù)層:包括Web服務(wù)和OGSI。0GSI(開放網(wǎng)格服務(wù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)0 pen Grid Services Infrastructure)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是關(guān)于如何建造網(wǎng)格的技術(shù),包括對(duì)規(guī)范定義了網(wǎng)格服務(wù)并建立在標(biāo)準(zhǔn)的Web服務(wù)技術(shù)之網(wǎng)格基本組成部分和各部分功能的定義和描述,網(wǎng)格各上。0GSI利用諸如XML與Web服務(wù)描述語言這樣的Web機(jī)部分相互關(guān)系與集成方法的規(guī)定,網(wǎng)格有效運(yùn)行機(jī)制的制,為所有網(wǎng)格資源指定標(biāo)準(zhǔn)的接口、行為與交互刻畫。顯然,網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格的骨架和靈魂,是網(wǎng)0GSI進(jìn)一步擴(kuò)展了Web服務(wù)的定義,提供了動(dòng)態(tài)的、有格最核心的技術(shù),只有建立合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu),才能夠設(shè)計(jì)和建造好網(wǎng)格,才能夠使網(wǎng)格有效地發(fā)揮作用。狀態(tài)的和可管理的Web服務(wù)的能力,這在對(duì)網(wǎng)格資源進(jìn)行建模時(shí)都是必需的。開放網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)0GSA(0 pen Grid Services3.基于0GSA架構(gòu)的網(wǎng)格服務(wù)層:Web服務(wù)及其GSIArchitecture)被稱為是下一代的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu),它擴(kuò)展為上一層提供了基礎(chǔ)設(shè)施——基于架構(gòu)的網(wǎng)格服sere技術(shù)提出來的,0S包括兩大關(guān)鍵技術(shù)即網(wǎng)多是在原來“五層沙漏結(jié)構(gòu)”的基礎(chǔ)上,結(jié)合最新的Web中國煤化工 Grid forum)目前正在CNMH(服務(wù)和核心服務(wù)等領(lǐng)域格技術(shù)和 Web Service技術(shù)。OGSA最突出的思想就是以“服務(wù)”為中心。在0GSA框架中,將一切都抽象為服中定義基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù)。隨著這些新架構(gòu)的服務(wù)開數(shù)于cmee gs2007年第5期(總第51期始出現(xiàn),0GSA將變成更加有用的面向服務(wù)的架構(gòu)個(gè)CGSP平臺(tái)由多個(gè)功能模塊構(gòu)成,如圖3所示。4.網(wǎng)格應(yīng)用程序?qū)?隨著時(shí)間的推移,一組豐富的基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù)不斷被開發(fā)出來,使用一個(gè)或多城 Portal個(gè)基于網(wǎng)格架構(gòu)的服務(wù)的新網(wǎng)格應(yīng)用程序不斷出現(xiàn)。比網(wǎng)「網(wǎng)格開發(fā)環(huán)境較有代表性的開發(fā)工具有 coG kits, MPICH-G2, Condor-G, My Proxy等,這些應(yīng)用程序構(gòu)成了0GSA架構(gòu)的第四格安信息中心全統(tǒng)一管理層層計(jì)算接點(diǎn)層、網(wǎng)格在教育中的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)圖3cGSP邏輯結(jié)構(gòu)圖1.中國教育科研網(wǎng)格 ChinagridCGSP共劃分為六個(gè)功能模塊中國教育科研網(wǎng)格 Chinagrid計(jì)劃是教育部“十(1)網(wǎng)格門戶( Porta1):作為 Chinagrid的網(wǎng)五”211工程公共服務(wù)體系建設(shè)的重大專項(xiàng)。中國教育格服務(wù)展現(xiàn)方式,網(wǎng)格門戶是最終用戶使用網(wǎng)格的入科研網(wǎng)格將充分利用中國國家教育科研網(wǎng) CERNET和高口。通過網(wǎng)格門戶,用戶可以提交作業(yè)、監(jiān)視作業(yè)運(yùn)校的大量計(jì)算資源和信息資源,開放相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)軟件,行、管理和傳輸數(shù)據(jù)、查詢網(wǎng)格資源信息,同時(shí)網(wǎng)格門配合網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的使用,將分布在教育和科研網(wǎng)上自治戶還具有用戶管理、網(wǎng)格資源使用記賬等功能的分布異構(gòu)的海量資源集成起來,實(shí)現(xiàn) CERNET環(huán)境下(2)網(wǎng)格開發(fā)環(huán)境:其主要功能是提供資源網(wǎng)格化資源的有效共享,消除信息孤島,提供有效的服務(wù),形封裝的工具包和網(wǎng)格構(gòu)建管理工具包,以及提供面向網(wǎng)成高水平低成本的服務(wù)平臺(tái),將高性能計(jì)算送到教育和格環(huán)境的編程模型,用于網(wǎng)格作業(yè)的開發(fā)?？蒲芯W(wǎng)用戶的桌面上,成為國家科研教學(xué)服務(wù)的大平(3)信息中心:其主要功能是負(fù)責(zé)網(wǎng)格環(huán)境中各類資源的管理,實(shí)現(xiàn)一個(gè)全局的資源視圖,提供網(wǎng)格信息ChinaGrid的長遠(yuǎn)目標(biāo)是建設(shè)中國乃至世界上“最服務(wù),使得最終用戶透明訪問網(wǎng)格環(huán)境上的計(jì)算節(jié)點(diǎn)、大、最先進(jìn)、最實(shí)用”的網(wǎng)格系統(tǒng)。從最初的12所高校應(yīng)用程序以及各類儀器設(shè)備等。開始, Chinagrid的覆蓋面正在不斷擴(kuò)展之中,最終將(4)統(tǒng)一管理層:其主要功能是為網(wǎng)格環(huán)境中各類覆蓋全國的大、中、小學(xué)和其它科研教育機(jī)構(gòu),其用戶作業(yè)操作提供基礎(chǔ)支持,具體分為如下四個(gè)子模塊群也會(huì)由現(xiàn)在的領(lǐng)域?qū)＜液蛯I(yè)用戶擴(kuò)展為包括中小學(xué)◆服務(wù)容器:其主要功能是在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上,提供生在內(nèi)的普通用戶個(gè)網(wǎng)格服務(wù)安裝、部署、運(yùn)行、監(jiān)控的環(huán)境,并為監(jiān)視2.中國教育科研網(wǎng)格公共支撐平臺(tái)CGSP計(jì)算節(jié)點(diǎn)的資源實(shí)時(shí)狀態(tài)提供必要的支持中國教育科研網(wǎng)格公共支撐平臺(tái)( Chinagrid◆數(shù)據(jù)管理:主要功能是負(fù)責(zé)網(wǎng)格環(huán)境中各類存儲(chǔ)Support Platform,簡稱CGSP)是為 Chinagrid的建資源和文件數(shù)據(jù)的管理,實(shí)現(xiàn)一個(gè)全局的文件數(shù)據(jù)視設(shè)和發(fā)展而研制的網(wǎng)格核心中間件。CGSP基于當(dāng)前圖,使得用戶透明訪問網(wǎng)格環(huán)境上的各種數(shù)據(jù)文件CERNET網(wǎng)絡(luò)及將來 CERNET高速傳輸網(wǎng),提供了一套完◆作業(yè)管理:主要功能是在信息服務(wù)和數(shù)據(jù)管理的整的網(wǎng)格服務(wù)支撐平臺(tái)。它對(duì)教育和科研系統(tǒng)中的各種基礎(chǔ)上,為最終用戶執(zhí)行計(jì)算任務(wù)提供一個(gè)虛擬的計(jì)算資源進(jìn)行整合,屏蔽網(wǎng)格資源的異構(gòu)性和動(dòng)態(tài)性,為各平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和資源的透明訪問和分布資源之間的種科學(xué)計(jì)算與工程研究提供高性能的、高可靠的,、安全協(xié)同工作方便的透明網(wǎng)格服務(wù),形成一套面向 CERNET的公共網(wǎng)中國煤化工本域的用戶管理、日格服務(wù)體系。CCSP提供 Chinagrid的服務(wù)門戶,同時(shí)也志CNMHG以心鬥時(shí)人互,使得域管理員可以為各種網(wǎng)格應(yīng)用提供一套完整的開發(fā)和部署環(huán)境。整方便地對(duì)本域的用戶,服務(wù)和資源,域間交互策略等進(jìn)58emaiemee@.net2007年第5期(總第51期)中國現(xiàn)代散育裝備行管理究、大型地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測等應(yīng)用(5)網(wǎng)格安全:所提供的功能包括用戶身份的認(rèn)(3)“圖像處理網(wǎng)格”是基于 Chinagrid之上,直證、資源和服務(wù)的授權(quán)以及用戶身份到資源授權(quán)的映射接利用其廣域的大規(guī)模計(jì)算資源和軟件資源充分實(shí)現(xiàn)網(wǎng)等格互操作特性,以安全、透明的方式為用戶提供圖像處(6)計(jì)算節(jié)點(diǎn)層:真正提供網(wǎng)格服務(wù)的節(jié)點(diǎn),可以理相關(guān)服務(wù)的應(yīng)用平臺(tái),目前有三維虛擬人的重建是集群等大型計(jì)算設(shè)備,也可以是普通微機(jī)和工作站感圖像處理、醫(yī)學(xué)圖像處理等應(yīng)用。等(4)“海量信息處理網(wǎng)格”是以數(shù)據(jù)密集型為背景CGSP是一組互相配合的軟件組件,支持 Chinagrid的海量信息處理網(wǎng)格,如高能物理數(shù)據(jù)處理及大學(xué)數(shù)字網(wǎng)格應(yīng)用的開發(fā)、調(diào)試、部署、運(yùn)行管理以及系統(tǒng)監(jiān)控博物館網(wǎng)格等,實(shí)現(xiàn)了4個(gè)大學(xué)的數(shù)字博物館的互聯(lián)等各個(gè)環(huán)節(jié)。基于CGSP,整個(gè) Chinagrid網(wǎng)格系統(tǒng)可以(5)“大學(xué)課程在線網(wǎng)格”的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到20個(gè)服構(gòu)造成一個(gè)分層樹型結(jié)構(gòu)。CGSP的主要特點(diǎn)包括:符合務(wù)節(jié)點(diǎn),其中總共近3000小時(shí)的課程視頻,每天接納近oGSA規(guī)范,參照網(wǎng)格最新理念wSRF(Web服務(wù)資源框架萬人次的開放式點(diǎn)播訪問,已經(jīng)成為我國規(guī)模最大、提Web Services resource framework)實(shí)現(xiàn),支持超7×24服務(wù)的非盈利課程視頻服務(wù)。級(jí)(虛擬)服務(wù)、普通 WebService和WSRF服務(wù)等多種服務(wù)模式: Chinagrid具有區(qū)域性非常強(qiáng)的特點(diǎn),為了四、結(jié)束語實(shí)現(xiàn)就近取材,同時(shí)滿足 Chinagrid中各個(gè)專業(yè)網(wǎng)格的歷史的發(fā)展已進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展自治性的要求,CGSP引入了瓣驍?shù)臉?gòu)建模式,每個(gè)域可已己進(jìn)入網(wǎng)格浪潮時(shí)期,網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用使互聯(lián)網(wǎng)資源得以單獨(dú)對(duì)外提供服務(wù);CGSP的可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)能夠滿足到了最大限度的整合。網(wǎng)格技術(shù)在教育科研領(lǐng)域的應(yīng)用Chinagrid不斷擴(kuò)展的需求,樹型結(jié)構(gòu)使其規(guī)模能夠逐研究,將為教育科研的發(fā)展開創(chuàng)一條嶄新的前進(jìn)道路。步擴(kuò)展到全國多所高校;保證了 Chinagrid的完整性和統(tǒng)一性,從根域出發(fā)的全局監(jiān)控和統(tǒng)一入口體現(xiàn)了Chinagrid的整體性,而各個(gè)子域又可以具有各自獨(dú)立的 Portal。3. Chinagrid的典型應(yīng)用建設(shè)參考文獻(xiàn)Chinagrid計(jì)劃第一期上開展的專業(yè)應(yīng)用網(wǎng)格包括[1]劉鵬.網(wǎng)格發(fā)展趨勢(shì)[eb/ol].http://www生物信息學(xué)網(wǎng)格,計(jì)算力學(xué)網(wǎng)格,圖像處理網(wǎng)格,海量gridhome. com[2]教育科研網(wǎng)格風(fēng)起云涌[eb/ol].http://信息處理網(wǎng)格和大學(xué)課程在線網(wǎng)格column. bokee. com/print 31568. html(1)“生物信息學(xué)網(wǎng)格”用網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)高校之間生物3] Jay Unger, Matt Haynos.開放網(wǎng)格服務(wù)架信息資源共享,如基因序列分析、匹配等。目前,“生構(gòu)之旅[eb/ol].http://www.ibmcom/cn/物信息學(xué)網(wǎng)格”每天接納用戶訪問約5萬人次,是目前[4]中國教育科研網(wǎng)格公共支撐平臺(tái)簡介[EB世界上最繁忙的網(wǎng)格。0L].網(wǎng)格成長,2005,2(2)“計(jì)算力學(xué)網(wǎng)格”(CFD)利用其計(jì)算資源管[5]劉雨.中國教育科研網(wǎng)格計(jì)劃取得三大突破理、用戶管理、系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)訪問和傳輸?shù)裙δ?針[eb/ol].http://www.dostor.com/n/industry/對(duì)CFD應(yīng)用的不同工程背景在網(wǎng)格環(huán)境中進(jìn)行CFD應(yīng)用2005-08-03/0001424756.shtm1的集成,主要開展飛行器遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)、分子動(dòng)力學(xué)研中國煤化工CNMHG