网格计算技术(第九章网格服务技术)

网格计算的发展及应用网格计算的发展及应用网格计算的发展及应用网格计算的发展及应用论文关键词:网格计算资源共享论文摘要:网格计算越来越被人们所提起,并作为一种分布式计算体系结构日益流行,它非常适合企业计算的需求。

很多领域都正在采用网格计算解决方案来解决自己关键的业务需求。

本文介绍了网格计算的基本概念、发展过程和未来的一些发展趋势。

0 引言二十世纪六十年代末,人类采用信息包传输和开放式整体结构技术,组建了ARPAnet,从而诞生了Internet。

到了九十年代初,万维网应运而生。

随着人们日常工作遇到的商业计算越来越复杂,人们越来越需要数据处理能力更强大的计算机。

网格技术正是在此背景之下出现,并且正在逐渐地由一个新兴名词转变成为运用于商业、科研、医药等各行业的技术产物。

1网格介绍1.1网格的概念网格计算日前成为IT界人士讨论的热门话题。

打个比喻,一面镜子反射的阳光能量有限,但是众多镜子“集群”在一起,反射的能量就很大了。

现今,很多领域需要强大的计算能力,但是却没有能力配备足够高端的服务器。

于是,人们将思路放到了“集腋成裘”上,这引发了“网格计算” 这一概念的出现。

简单说,网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的,是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。

这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组成一个“虚拟的超级计算机”,其中每一台参与计算的计算机就是一个"节点",而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”,所以这种计算方式叫网格计算(Grid Computing)。

也就是说网格计算就是指将多个计算机组成网格状网络,“模拟实现高性能计算机”的技术。

假如有一项业务使用1GHz CPU需要3分钟的处理时间。

如果网络中有3台安装了同样CPU的计算机,我们把这项业务分成3等分,然后分别交给每台计算机进行处理,那么简单地计算一下就会知道其处理时间将缩短到1分钟。

这就是网格计算的基本思路。

网格计算(Grid)MBA-HGROUP 6网格计算的研究背景z计算机的性能已经提高了80亿倍，但应用的需求增长得更快举例：没有任何单个地服务器或搜索引擎能有效地覆盖不断增长的web内容。

Internet每年产生2×1018bytes的信息，但每年只有3×1012bytes信息可用(0.00015%)，Google也只能搜索1.3×108个web页。

因此，由于局部计算资源有限的计算能力，导致大量宝贵的信息资源白白浪费。

z人们建造越来越大的超级计算机，但超级计算机造起来很麻烦z集群计算机很容易造，但它的规模也不能无限扩张z网格虚拟出空前的超级计算机成为下一代Internet的发展方向网格计算的发展历程z萌芽期20世纪90年代早期，主要是千兆网的实验床，以及一些元计算实验；z实验期20世纪90年代中晚期，比如I-WAY项目，学术性研究Globus、Legion 及一些应用；z发展期本世纪以来，出现了大量的计算服务网格研究和应用项目，出现了影响很大的组织—全球网格论坛GGF（Global Grid Forum），致力于制定全球网格计算的标准和规范。

同时，网格计算也不再仅仅局限于科学研究，工业界与学术界联盟，正致力于网格计算在更广泛的科学、工程和商业领域得到推广和应用。

网格计算z一个解决计算密集、数据密集的大规模科学、工程和商业计算问题的平台z一种力图把整个Internet整合成一台巨大的超级虚拟计算机的新型通用基础支撑技术z下一代信息社会的基础设施“广泛共享、有效聚合、充分释放”是网格计算的目标。

什么是网格计算？z什么是网格？网格就是一个集成的计算机环境，它能充分吸收各种计算资源，包括计算机、数据资料、仪器设备、网络通信能力以及人力资源等，并将他们转化成一种随处可见、可靠的、标准而经济的计算能力。

z什么是网格计算？网格计算就是将分布的各种计算资源统一组织起来协同解决科学和工程计算问题的网格。

基于高效能计算的网格计算技术研究随着信息技术的迅速发展，我们越来越离不开计算机。

在计算机领域，网格计算技术是一种应用广泛的技术。

它可以将计算、存储等资源整合起来，形成一个集群进行高速计算。

与此相比，传统的计算机集群有很多限制，如计算速度、存储容量等。

因此，网格计算技术被广泛应用于科学计算、金融计算、图像处理等领域。

本文将探讨基于高效能计算的网格计算技术的研究和应用。

一、高效能计算的概念高效能计算（High Performance Computing，HPC）是指利用计算机处理器、存储器、网络等资源进行高速计算的技术。

它可以提高计算速度、提升计算精度、节约能源等。

高效能计算技术在科学计算、工程模拟、人工智能等领域得到广泛应用。

高效能计算技术的主要特点包括以下几个方面：1. 高速计算能力：采用多核处理器、GPU等硬件设备，可以进行高速计算。

2. 并行计算能力：通过分布式计算、并行计算等技术，能够实现大规模数据处理和计算。

3. 存储容量：采用高速存储设备和存储系统，能够提供高速、大容量的数据存储。

4. 系统可靠性：采用冗余设备、备份系统等，确保系统的稳定性和可靠性。

二、网格计算技术的概念网格计算技术是指利用分布在不同地理位置的计算资源，通过互联网进行协作，实现高速计算的技术。

网格计算技术的主要特点包括以下几个方面：1. 分布式计算：将计算任务分配到不同的资源上进行计算，避免了单一资源计算能力的限制，提高了计算效率。

2. 共享计算资源：资源共享是实现网格计算的核心，通过将计算资源整合起来，形成一个计算集群进行高速计算。

3. 统一管理：采用统一的管理和调度策略，实现对不同计算资源的资源优化和调度。

4. 安全性：采用网络加密、身份验证等技术，确保数据的安全性和隐私性。

三、高能效计算技术在网格计算中的应用高能效计算技术在网格计算中得到广泛应用，主要表现在以下三个方面：1. 并行计算：通过并行计算技术，将计算任务分配到不同的计算节点上进行并行处理，大大缩短了计算时间，提高了计算效率。

网格计算解锁大数据时代的智慧在众多科技领域的快速发展过程中，大数据已成为人们关注的热点话题。

大数据的产生和应用已经深入到人们的生活和工作的方方面面。

然而，为了更好地利用大数据，传统的单机计算已经不能满足需求，因此引入了网格计算技术来解决这个问题。

网格计算作为一种分布式计算模式，正在成为解锁大数据时代智慧的关键。

一、什么是网格计算网格计算是一种分布式计算模式，通过将大量的分布式计算资源组织成一个统一的虚拟计算机系统，使得用户可以像使用自己的计算机一样使用这些资源。

通过互联网或专用的网络连接，用户可以利用和共享多个计算机节点上的处理能力、存储和数据。

二、网格计算的特点1. 大规模分布式系统：网格计算系统通常由大量的计算节点组成，这些节点可以是物理机器、虚拟机或其他计算设备，这些设备之间具备一定的网络连接能力。

2. 资源共享：网格计算系统中的资源可以被多个用户共享，不同用户可以根据自身需求申请使用资源，提高资源利用率。

3. 高可用性和容错性：在网格计算系统中，当某个节点发生故障或者离线时，计算任务可以自动迁移到其他可用的节点上继续执行，保证系统的可用性和容错性。

4. 资源调度和管理：网格计算系统需要具备强大的资源调度和管理机制，确保任务能够在合适的计算节点上得到执行，以及资源的动态管理和监控。

5. 数据管理与传输：大规模的计算往往需要对大量的数据进行处理，网格计算系统需要提供高效的数据管理和传输机制，确保数据能够及时到达计算节点，同时减少数据传输的开销。

三、网格计算与大数据的关系大数据时代对计算能力、存储能力和数据传输速率等方面提出了更高的要求，这也正是网格计算技术进入大数据领域的机会。

网格计算可以提供大规模的分布式计算和存储能力，同时能够有效调度和管理计算资源，满足大数据处理的要求。

同时，网格计算可以通过并行计算、分布式存储和数据传输优化等技术手段，进一步提高大数据处理的效率。

因此，网格计算成为解锁大数据时代智慧的重要技术手段。

网格计算及其标准综述一．什么是网格网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的，专门针对复杂科学计算的新型计算模式。

这种计算模式是利用互联网将分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算系统是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算[1]（这里并不是对于网格的定义）。

这里应该指出[2]，网格技术不同于上世纪90年代中期美国推出的Intemet2和NGI（下一代因特网），因为．二者开发的目标不同。

Intemet2和NGI的开发目标主要是提高因特网的传输速率（提高100－1000倍）以及具有更强的功能、更安全和更多的网址，实现真正意义上的信息高速公路。

为此采用新的网络协议IPV．6，其原型还是TCP/IP。

网格的开发目的是连接所有的网络资源，实现资源共享、异地协同工作，支持开放标准、功能动态变化。

它所采用的协议标准也将不同。

其最终目标是构建一台虚拟超级计算机，能实现服务点播（Service On Demand）和一步到位服务（On Click Is Enough）。

二．网格计算的发展阶段网格一词最早出现在20世纪90年代中期，而网格计算的概念在1995年的I-WAY项目中被提出。

20世纪90年代初，美国国家科学基金会（NFS），将其4个超级计算中心构筑成一个能够进行元计算（meta-computing）的整体[3]。

元计算的含义是通过网络，将计算资源连接起来，形成对用户透明的超级计算环境。

这是网格的雏型，如今这个术语已被网格计算所代替。

Sun公司技术产品营销经理PeterJeffcock认为[1]，网格计算有明显的三个阶段：①利用软件控制分布式计算系统的独立软件工程发展起来的集群网格(Cluster Grid)；②校园网格(Campus Grid)从几个建筑物或地点合并计算资源；③全球网格(Global Grid)将作为新一代网格计算概念浮现[4]。

什么是网格计算作者：《商务应用》编辑整理随着超级计算机的不断发展，它已经成为复杂科学计算领域的主宰。

但以超级计算机为中心的计算模式存在明显的不足，而且目前正在经受挑战。

超级计算机虽然是一台处理能力强大的“巨无霸”，但它造价极高，通常只有一些国家级的部门，如航天、气象等部门才有能力配置这样的设备。

而随着人们日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们越来越需要数据处理能力更强大的计算机，而超级计算机的价格显然阻止了它进入普通人的工作领域。

于是，人们开始寻找一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们找到了答案———Grid Computing（网格计算）。

网格计算是伴随着互联网而迅速发展起来的，专门针对复杂科学计算的新型计算模式。

这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。

这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能力超强；另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。

实际上，网格计算是分布式计算（Distributed Computing）的一种，如果我们说某项工作是分布式的，那么，参与这项工作的一定不只是一台计算机，而是一个计算机网络，显然这种“蚂蚁搬山”的方式将具有很强的数据处理能力。

今年年中，NTTData计划与Intel和SGI 联合进行一项为期三个月的网格计算试验，届时将有包括家庭、企业和学术机构的100万台计算机相联，其总处理能力将比现有的最快的超级计算机还要快五倍。

充分利用网上的闲置处理能力则是网格计算的有一个优势，网格计算模式首先把要计算的数据分割成若干“小片”，而计算这些“小片”的软件通常是一个预先编制好的屏幕保护程序，然后不同节点的计算机可以根据自己的处理能力下载一个或多个数据片断和这个屏幕保护程序。

于是“演出开始了”，只要，节点的计算机的用户不使用计算机时，屏保程序就会工作，这样这台计算机的闲置计算能力就被充分地调动起来了。

网格计算应用逐渐升温网格计算正是利用互联网连接大规模虚拟系统内处理器的技术，实现了人们对于共享资源充分利用的渴求。

网格计算（ＧｒｉｄＣｏｍｐｕｔｉｎｇ），又称为虚拟计算环境。

网格计算可以说是在巨型机与互联网技术的基础上推出的一项新变革，它可以把分布在世界各地的计算机连接在一起，并且将各地的计算机资源通过高速的互联网组成充分共享的资源集成。

通过合理调度，不同机构的计算环境被综合利用和共享，实现了使用一台超级网络联接来处理某一课题的功能，而且减少和避免了对自身设备升级和购买的投入。

网格计算目前已在欧洲率先起步，通过网格成功整合起若干台计算机的欧洲联合实验室的计算能力，超过美国任何一个独立实验室的计算能力。

据介绍，目前国内科技界已着手将这一国际前沿技术引进应用，中国科学院高能物理研究所的科研人员已经参与国际合作项目。

去年九月份在北京开幕的国际高能物理和核物理计算会议上，网格计算就成为会中讨论的焦点问题之一。

而目前深港产学研基地已有多家如清华、北大等一些产、学、研一体的高科技产业入驻，并展开包括ＩＴ技术、生物工程在内的一些前沿技术的研发，这无疑为网格计算的应用提供了良好的应用环境和推广空间。

网格计算是分布式计算的一种，它利用网络将大型计算机和ＰＣ设备集中在一起，使计算能力高度提升。

虽然业界对网格计算一直保持着微热的态度，但这一技术却引起业内ＩＢＭ、Ｃｏｍｐａｑ、Ｓｕｎ等ＩＴ界老大的高度重视，并各自悄无声息且迅速地导入了实用阶段。

去年年底，Ｃｏｍｐａｑ公司曾宣布与平台计算公司达成一项协议，将使用该公司的软件把多台计算机连接成为一台超级计算机。

同时，Ｃｏｍｐａｑ公司将把它的Ｕｎｉｘ和Ｌｉｎｕｘ计算机、服务器与平台计算公司的软件进行了整合，这标志着Ｃｏｍｐａｑ公司加快了在网格计算方面的研发步伐。

据了解，在此之前Ｃｏｍｐａｑ公司一直在开发自己的网格计算软件。

ＩＢＭ去年曾宣布将投资４０亿美元用于实施网格计划，同时还建立由５０台服务器组成的实验网络，在北卡罗来纳州建设一个生命科学网格计算系统。

网格技术1. 什么是网格一方面，随着Internet带宽的增长，网络中接入的计算机数量日益增多。

但Internet上很多节点的使用效率并不高，大量计算机在多数时间内处于闲置或休眠状态，或仅仅在完成文字处理这样简单的工作。

据《关于计算资源利用市场的实践研究》一文的分析：平均来说，一个机构的计算资源的利用率仅为15％左右。

另一方面，互联网上的内容每天都在飞速增长，不可能有哪个单一的服务器或者搜索引擎能够掌握所有资源。

美国国家科学基金会张晓东博士估计，现在每年互联网都会增加2×1018字节的内容，但大概只有3×1012字节能为公众所用，只相当于总量的0.00015%，即便是Google这种功能强大的搜索引擎也只能查找1.3×108字节的内容。

如何充分利用网络中的现有软硬件资源、发挥网络资源的潜能是摆在我们面前的重大课题。

网格（Grid）正是为了解决这些问题而提出的一种全新的基于Internet的应用技术，它已经成为继传统因特网、Web之后的第三次互联网浪潮，继Web应用之后的信息技术革命的主角，国家信息服务的战略性基础设施。

传统因特网实现了计算机硬件的互联，Web实现了网页的连通，而网格则试图实现互联网上所有资源的全面贯通，其中包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源和知识资源等。

简单地讲，网格是把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现各种资源的全面共享。

当然，网格并不一定非要这么大，也可以构造地区性的网格，如校园网格、企事业内部网格、局域网网格，甚至家庭网格和个人网格等等。

作为新一代网络计算与应用技术，网格的本质不是它的规模，而是充分利用互联网络中的现有软硬件资源，支持广域环境上的计算、数据、存储、信息和知识资源的共享、互通与互用，消除资源孤岛，以较低成本获得高性能。

网格的目标是将地理上分布的、系统上异构的多种计算资源通过高速网络连接起来，协同解决大型应用问题，进行广域信息资源的分布共享，最终把整个因特网整合成一台超级虚拟计算机。

计算机科学中的网格化技术和计算几何随着计算机科学的不断发展，人们对于数据的处理和分析需求也越来越高。

而网格化技术和计算几何就是两个在这个领域中非常重要的概念。

一、网格化技术网格化技术是将空间或时间分割成一系列的网格单元，通过对这些单元进行建模、计算、分析等操作，以达到最终的数据呈现和分析的目的。

在计算机科学中，大家最为熟知的一个应用就是有限元法。

这是一种以网格化技术为基础的数值分析方法，广泛应用于结构分析、流体力学、热传递等领域。

除了有限元法，网格化技术也在计算机游戏、地理信息系统、医学成像、三维建模等方面得到了广泛的应用。

例如，在计算机游戏中常用的地图渲染技术，就是通过将虚拟地图分割成网格单元，以实现更加真实的画面效果。

二、计算几何计算几何是指利用计算机技术解决几何问题的一门学科，它的主要研究内容是几何对象的表示、处理和计算。

在实际应用中，计算几何的应用非常广泛。

例如，在计算机辅助设计领域，计算几何被用于处理图形数据；在机器人运动规划中，计算几何用于计算机器人的运动轨迹。

计算几何的一个重要分支是计算几何算法。

这些算法用于解决空间几何问题，例如计算两个几何对象之间的距离、判断一个点是否在一个多边形内等等。

计算几何的另一个重要应用是计算机视觉。

通过图像处理和模式识别技术，计算机可以将输入的图像转换为几何对象，并对这些对象进行计算和分析。

这使得计算机可以识别出图像中的物体、边界、曲线等，对图像进行更加精细的分析和处理。

网格化技术和计算几何的结合在实际应用中，网格化技术和计算几何经常被结合使用，以实现更加高效和准确的数据分析和处理。

例如，在三维建模中，网格化技术被用于将物体分割成网格单元，以实现更加精细的模型呈现。

而在计算机视觉中，计算几何技术被用于表示和计算三维物体的表面和边缘。

网格化技术和计算几何的结合还被广泛应用于数字化地球建模中。

数字化地球建模是将地球表面的各种地理对象，如山脉、河流、建筑物等，用计算机进行建模，并能够生成高精度的地球表面模型。