网格计算的技术特点

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【摘 要】网格计算为现在普遍运用的云计算模型奠定了理论基础和实验环境。对于像网格这样大规模的分布式系统，资源利用的合理性始终是需要关注的一个重点。本文介绍了网格的定义、特点，以及研究中需要解决的关键问题，并提出了一种层次模型，用来处理内存和负载提交机器的饱和问题。

【关键词】网格；资源发现；异构；层次模型

1 网格的基本概念及特点

网格是在20世纪90年代中期为构建先进科学和工程分布式计算设施而引入的概念，网格界的权威I.foster在《网格：一种未来基础设施蓝图》一文中给出了网格的描述性定义：“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源、功能和服务。网格是继传统internet、Web之后的第二个大浪潮，可称为第二次Internet应用”[1]。

在一段时间后，计算机技术持续进步，微型计算机应用持续普及，在世界范围内，网格普遍被认为可以给各种大规模计算和数据密集型应用提供分布计算环境，这时，网格被看作非常具有前景的网络基础设施。由此，网格进入第二个阶段。这一时期产生了代表性项目Globus，Globus的更新一直持续到现在，其主要实现的功能包括[2]：

（1）实现网格环境中的异构性、可扩展性和分布性、动态性；

（2）基于广域网，可以在多种异构计算机系统和资源之间建立分布式计算环境，可以使不同节点和资源有效地共享与协同工作[3]。

2 网格资源管理

网格资源在地理上处于分布、异构的方式存在；并且被不同的个人或组织所管理，而每个资源又都有其独立的资源管理政策、不同的访问策略及成本控制方式，这就导致了资源管理在网格环境下是十分复杂的问题。多数学者认为，网格资源管理应在这几个方面予以体现：网格资源发现、资源监视、资源映射、资源协同、资源调度、资源安全、资源分配等方面。[4]

系统中用户的任务请求发现相应的资源被称之为资源发现，用户希望资源发现模块返回发现所得的资源信息，网格系统中其他的服务中间件需要这些发现结果，用其做为下一步的工作数据来源。同时，系统管理员根据相关标准通过资源管理软件来确保资源的合理分配和使用，这些标准应该根据需求预先定义好，以便最终达到资源共享的目的。在各种资源管理策略中，面临的难点有唯一验证、安全授权、资源访问策略、资源发现发式以及资源调度等挑战[5]。

在具体的工作中，网格用户在异构平台下提交协同工作任务，首先将大的计算任务分解成比较小的子任务，子任务还可以进一步分解为原子任务，其中原子任务就是由网格中的计算资源单一完成的任务的最小单元[6]。资源发现的功能在此时发挥作用，开始查找能够完成这些原子任务的网格资源。为了达到这个目的，资源管理将原子任务需要的实体资源请求发送给资源发现机制，然后经由本网格定义的发现策略找到有效的匹配资源，这就是满足请求条件的一组资源。考虑到资源信息的变化属于动态行为，以及资源信息在很多情况下不能同步更新，所以资源发现所得到的资源不确定成为进行协同完成用户计算任务的最终资源。故此，还需要通过相应的资源匹配机制对资源发现得到的资源进行进一步筛选，筛选方法即本文所考虑的两方面内容：一个，是通过综合评价资源的性能而进行筛选；另一个，是通过资源的安全性能进行筛选。通过筛选后，得到最后适合于网格任务的资源进入网格环境。为了实现该目的，资源发现的结果需要提交给资源匹配机制，即本文提出的的综合评价系统。在交由相应的资源评价系统进行评价后，将最终结果提交给网格调度机制。

3 网格层次模型

有些网格环境提供用户可以描述应用程序的一种描述语言。比如JSDL（作业提交描述语言），这是一个在全球网格论坛提出的标准的描述语言。允许提交一个语言映射，因此可以解决资源管理器之间的互操作性问题。

在管理的应用程序的任务中，大量的常用方法是对每一个图中的节点明确任务，这是许多网格系统采取的新方法。这种方法可以迅速饱和节点资源，如应用程序启动，可以为我们增加一些任务的机器。

许多应用程序有一个如CPU周期和/或数据存储计算资源的大量需求。这些应用程序组成任务或最终由系统处理的任务。很多时候，他们是由需要用分层完全处理的任务，这是因为它们需要一些来自用户的反馈意见，或者因为他们需要信息传递。

本文介绍了一种体系结构模型称为层次模型，其主要目标是处理的内存和负载提交机器饱和问题。该模型起到中间件的作用，通过提供分层组织提交分布式任务目标。分级管理机制建议分布式保存数据局部性，同时降低了机器负荷提交大量执行任务，其主要思想是，将任务平衡到几台机器控制资源节点负荷。这种模式，不仅管理和控制了大量的任务，而且也减轻了提交的内存消耗和CPU的负载[7]。

一般用户使用某种类型的描述文件来运行自己的工作。这些描述文件可能是介绍某些需要输入文件的长度应用程序或介绍工作特性等的脚本语言。这些描述说明可定义为一个XML文件。此XML文件自动生成的视觉建模可以是一个应用程序提供身份证的GridSim工具包。

4 结语

网格研究领域中的两个难点是资源发现和网格安全。本文介绍了网格计算所涉及的相关概念和基本技术，着重阐述了资源发现领域的现有理论研究成果，主要存在的问题，并提出了一种基于层次模型的解决方法。

【参考文献】

[1]胡家斌.网格门户作业调度管理系统的研究与实现[D].武汉：武汉理工大学，2007.

[2]中国网格信息中转站[OL].http：///.

[3]李三立，都志辉，刘鹏等.网格计算[M].北京：清华大学出版社，2002.

[4]徐志伟，冯百明，等.网格计算技术[M].北京：电子工业出版社，2004，5.

[5]T.DeFanti， LFoster， M.E.Papka， R.Stevens， and T.Kuhfuss. Overview of the I-WAY： Wide Area Visual Supercomputing[J]. International Journal of Supercomputing Application，10（2），1996.

[6]邹德清，金海.网格服务服务体系结构的演变[J].计算机用户，2005（02）：19.

[7]PK Vargas， LAS Santos， IC Dutra， and CFR Geyer. An implementation of the GRAND hierarchical application management model using the ISAM/EXEHDA system[Z].In III Workshop on Computational Grids and Applications ， Petropolis， RJ， Brazil， 2005.