網(wǎng)格計算的應用及發(fā)展前景

網(wǎng)格計算的應用及發(fā)展前景 文章論述了網(wǎng)格計算的發(fā)展概況、在科學(xué)領(lǐng)域的應用范圍、網(wǎng)格服務(wù)的特點(diǎn)以及在未來(lái)網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)中的發(fā)展潛力。
數據庫；浮點(diǎn)運算；虛擬化；資源共享

現代社會(huì )由于大規模的科學(xué)和工程計算的需求，迫使計算機必須不斷地提高其運算速度和存儲容量。計算機的發(fā)展歷史表明，為了達到更好的處理性能，除了必須提高系統的硬件的速度外，系統的結構也必須不斷改進(jìn)，特別是當元器件的速度達到極限時(shí)，后者將變成焦點(diǎn)問(wèn)題。于是，超級并行機已經(jīng)成為復雜科學(xué)計算領(lǐng)域的主宰。但以超級計算機為中心的計算模式存在明顯的不足，而且目前正在經(jīng)受挑戰。超級計算機雖然是一臺處理能力強大的“巨無(wú)霸”，但它的造價(jià)極其昂貴，通常只有一些國家級的部門(mén)，如航天、軍事、氣象等部門(mén)才有能力配置這樣的設備。而隨著(zhù)人們在日常工作遇到的商業(yè)計算越來(lái)越復雜，人們迫切需要數據處理能力更強大的計算機，而超級計算機的價(jià)格顯然阻止了它進(jìn)入普通人的工作領(lǐng)域。于是，人們開(kāi)始尋找一種造價(jià)低廉而數據處理能力超強的計算模式，最終科學(xué)家們經(jīng)過(guò)努力找到了答案——Grid Computing（網(wǎng)格計算）。
網(wǎng)格（grid）是一個(gè)集成的計算與資源環(huán)境，或者說(shuō)是一個(gè)計算資源池。網(wǎng)格也是一種先進(jìn)的計算基礎設施（Advanced Computational Infrastructure，簡(jiǎn)稱(chēng)ACI），用于研究與工程應用相結合的項目，學(xué)科領(lǐng)域涉及超級計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數據庫技術(shù)、中間件技術(shù)、并行算法和各種計算科學(xué)研究與應用技術(shù)，是一個(gè)綜合性的跨學(xué)科高技術(shù)研究課題。網(wǎng)格計算（Grid Computing）是伴隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展起來(lái)的，是將地理上分布的計算資源（包括數據庫、貴重儀器等各種資源）充分利用起來(lái)，協(xié)同解決復雜的大規模問(wèn)題,特別是解決僅靠本地資源無(wú)法解決的復雜問(wèn)題，是專(zhuān)門(mén)針對復雜科學(xué)計算的新型計算模式。這種計算模式是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個(gè)“虛擬的超級計算機”，其中每一臺參與計算的計算機就是一個(gè)“節點(diǎn)”，而整個(gè)計算是由成千上萬(wàn)個(gè)“節點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”， 所以這種計算方式叫網(wǎng)格計算。這樣組織起來(lái)的“虛擬的超級計算機”有兩個(gè)優(yōu)勢，一個(gè)是數據處理能力超強；另一個(gè)是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。簡(jiǎn)單地講，網(wǎng)格是把整個(gè)網(wǎng)絡(luò )整合成一臺巨大的超級計算機，實(shí)現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專(zhuān)家資源的全面共享。
近年來(lái)，隨著(zhù)計算機計算能力的迅速增長(cháng)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的普及和高速網(wǎng)絡(luò )成本的大幅度降低以及傳統計算方式和計算機的使用方式的改變，網(wǎng)格計算已經(jīng)逐漸成為超級計算發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。網(wǎng)格計算是一個(gè)嶄新而重要的研究領(lǐng)域，它以大粒度資源共享，高性能計算和創(chuàng )新性應用為主要特征，必將成為21世紀經(jīng)濟發(fā)展的重要推動(dòng)力。
二十世紀九十年代以來(lái)，世界各個(gè)國家，尤其是發(fā)達國家，建立了很多超級計算應用中心（NCSA）和工程研究中心，美國還制定了新一輪規劃的先進(jìn)計算框架計劃(ACIP),發(fā)展面向21世紀的先進(jìn)計算技術(shù). 我國在科技部的領(lǐng)導和主持下，經(jīng)過(guò)306主題專(zhuān)家組及相關(guān)單位的努力，作為我國高性能計算和信息服務(wù)的戰略性基礎設施的國家高性能計算環(huán)境發(fā)展很快。在已建成的5個(gè)國家級高性能計算中心基礎上，又于中南、西北等地建立了新的國家高性能計算中心，科技部并加強了網(wǎng)格節點(diǎn)的建設，形成以科學(xué)院為主體的計算網(wǎng)格。教育部也啟動(dòng)了網(wǎng)格計算工程，第一批12個(gè)網(wǎng)點(diǎn)正在建設中，國家基金委也列出專(zhuān)向基金資助網(wǎng)格計算。
網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)（electric power grid）的概念出來(lái)的，網(wǎng)格的最終目的是希望用戶(hù)在使用網(wǎng)格的計算能力時(shí)，就如同現在使用電力一樣方便簡(jiǎn)單。
在科學(xué)計算領(lǐng)域，網(wǎng)格計算可以在以下幾個(gè)方面得到廣泛應用：
1.分布式超級計算。網(wǎng)格計算可以把分布式的超級計算機集中起來(lái)，協(xié)同解決復雜的大規模的問(wèn)題。使大量閑置的計算機資源得到有效的組織，提高了資源的利用效率，節省了大量的重復投資，使用戶(hù)的需求能夠得到及時(shí)滿(mǎn)足。
2.高吞吐率計算。網(wǎng)格技術(shù)能夠十分有效地提高計算的吞吐率，它利用CPU的周期竊取技術(shù)，將大量空閑的計算機的計算資源集中起來(lái)，提供給對時(shí)間不太敏感的問(wèn)題，作為計算資源的重要來(lái)源。
3.數據密集型計算。數據密集型的問(wèn)題的求解往往同時(shí)產(chǎn)生很大的通訊和計算需求，需要網(wǎng)格能力才可以解決。網(wǎng)格可以藥物分子設計、計算力學(xué)、計算材料、電子學(xué)、生物學(xué)、核物理反應、航空航天等眾多的領(lǐng)域得到廣泛的需求。
4.基于廣泛信息共享的人與人交互。網(wǎng)格的出現更加突破了人與人之間地理界線(xiàn)的限制，使得科技工作者之間的交流更加的方便，從某種程度上可以說(shuō)實(shí)現人與人之間的智慧共享。
5.更廣泛的資源貿易。隨著(zhù)大型機的性能的提高和微機的更加普及，及其資源的閑置的問(wèn)題也越來(lái)越突出，網(wǎng)格技術(shù)能夠有效地組織這些閑置的資源，使得有大量的計算需求的用戶(hù)能夠獲得這些資源，資源的提供者的應用也不會(huì )受到太大的干擾。需要計算能力的人可以不必購買(mǎi)大的計算機，只要根據自己的任務(wù)的需求，向網(wǎng)格購買(mǎi)計算能力就可以滿(mǎn)足計算需求�！�

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