1、2022-3-2324.1 網格計算4.2 云計算本章內容網格計算 信息孤島是指相互之間在功能上不關聯互助、信息不共享互換以及信息與業務流程和應用相互脫節的計算機應用系統。信息孤島信息孤島網格定義網格定義 在通信學中，網格是一種用于集成或共享地理上分布的各種資源（包括計算機系統、存儲系統、通信系統、文件、數據庫、程序等），使之成為有機的整體，共同完成各種所需任務的機制。 網格是利用互聯網把地理上廣泛分布的各種資源（包括計算資源、存儲資源、帶寬資源、軟件資源、數據資源、信息資源、知識資源等）連成一個邏輯整體，就像一臺超級計算機一樣，為用戶提供一體化信息和應用服務（計算、存儲、訪問等），虛擬組織最

2、終實現在這個虛擬環境下進行資源共享和協同工作，徹底消除資源“孤島”，最充分的實現信息共享。2022-3-237網格特點網格特點n分布和共享分布和共享q網格資源一定是分布的網格資源一定是分布的n網格計算一定是分布式計算網格計算一定是分布式計算n網格環境一定是分布式環境網格環境一定是分布式環境q網格資源一定是充分共享的網格資源一定是充分共享的q分布是硬件物理特征，共享是軟件邏輯特征分布是硬件物理特征，共享是軟件邏輯特征2022-3-238n自相似性自相似性q網格的局部和整體之間存在著一定的相似性網格的局部和整體之間存在著一定的相似性n局部往往在許多地方具有全局的某些特征局部往往在許多地方具有全局的

3、某些特征n而全局的特征在局部也有一定的體現而全局的特征在局部也有一定的體現n不同層級的計算中心在計算能力上呈現差異不同層級的計算中心在計算能力上呈現差異n不同層級的管理結點在管理功能上呈現差異不同層級的管理結點在管理功能上呈現差異2022-3-2392022-3-2310n動態性和多樣性動態性和多樣性q動態性包括動態增加和動態減少兩個方面動態性包括動態增加和動態減少兩個方面q動態增加動態增加可擴展性：系統計算規模會逐漸增大，需要在可擴展性：系統計算規模會逐漸增大，需要在網格資源規模不斷擴大、應用不斷增大的情況下，不能降低網格資源規模不斷擴大、應用不斷增大的情況下，不能降低網格計算的性能網格計算

4、的性能q動態減少動態減少任務遷移任務遷移q動態適應性動態適應性：資源管理必須能夠動態監視和管理網格資源，：資源管理必須能夠動態監視和管理網格資源，從可利用的資源中選取最佳資源服務從可利用的資源中選取最佳資源服務q網絡資源是異構的和多樣的網絡資源是異構的和多樣的n網格環境中可以有不同體系結構的計算機系統和類別不同的資網格環境中可以有不同體系結構的計算機系統和類別不同的資源源2022-3-2311n自治性和管理的多重性自治性和管理的多重性q網格中的資源首先是歸自身所有者擁有的（自治性網格中的資源首先是歸自身所有者擁有的（自治性的來源），網格資源也必須接受網格的統一管理的來源），網格資源也必須接受網

5、格的統一管理（管理的多重性）（管理的多重性）q網格管理的自治性是指網格允許資源擁有者對他的網格管理的自治性是指網格允許資源擁有者對他的資源有自主的管理能力資源有自主的管理能力q網格管理的統一性是指網格資源為了完成相互之間網格管理的統一性是指網格資源為了完成相互之間的共享和互操作，必須接受網格的統一管理的共享和互操作，必須接受網格的統一管理q網格管理多重性是指一方面它允許網格資源的擁有網格管理多重性是指一方面它允許網格資源的擁有者對資源具有自主性管理，另一方面又要求網格資者對資源具有自主性管理，另一方面又要求網格資源必須接受網格的統一管理源必須接受網格的統一管理2022-3-2312鑒別網格的三

6、個指標鑒別網格的三個指標n在非集中控制的環境中協調使用資源：網格整合各種在非集中控制的環境中協調使用資源：網格整合各種資源，協調各種使用者，這些資源和使用者在不同控資源，協調各種使用者，這些資源和使用者在不同控制域中，網格還解決在這種分布式環境中出現的安全，制域中，網格還解決在這種分布式環境中出現的安全，策略，使用費用，成員權限等問題策略，使用費用，成員權限等問題n 使用標準，開放，通用的協議和接口：網格建立在使用標準，開放，通用的協議和接口：網格建立在多功能的協議和接口之上，這些協議和接口解決認證，多功能的協議和接口之上，這些協議和接口解決認證，授權，資源發現和資源存取等基本問題授權，資源發

7、現和資源存取等基本問題n得到非平凡的服務質量：網格允許它的資源被協調使得到非平凡的服務質量：網格允許它的資源被協調使用，以得到多種服務質量，滿足不同使用者需求，如用，以得到多種服務質量，滿足不同使用者需求，如系統響應時間，流通量，有效性，安全性，及資源重系統響應時間，流通量，有效性，安全性，及資源重定位，使得聯合系統的功效比其各部分的功效總和要定位，使得聯合系統的功效比其各部分的功效總和要大得多大得多2022-3-2313網格的分類網格的分類n從網格應用主體可以將網格劃分為：科學研究網格，從網格應用主體可以將網格劃分為：科學研究網格，地球系統網格、軍事網格、物理網格、教育網格、游地球系統網格、

8、軍事網格、物理網格、教育網格、游戲網格，制造網格等戲網格，制造網格等n按層次分類可以將網格劃分為：資源網格、信息網格按層次分類可以將網格劃分為：資源網格、信息網格和知識網格三個層次，計算網格和數據網格可以看作和知識網格三個層次，計算網格和數據網格可以看作是不同類別的資源網格是不同類別的資源網格2022-3-2314n計算網格強調計算力的獲取和管理等計算網格強調計算力的獲取和管理等n數據網格強調數據的存儲、管理、傳輸和處理數據網格強調數據的存儲、管理、傳輸和處理n信息網格強調信息的存儲、管理、傳輸和處理信息網格強調信息的存儲、管理、傳輸和處理n知識網格強調知識的存儲、管理、傳輸和處理知識網格強調

9、知識的存儲、管理、傳輸和處理2022-3-2315國內外網格研究概況國內外網格研究概況n國外政府支持的網格研究開發計劃國外政府支持的網格研究開發計劃q20012001年年8 8月，美國月，美國NSFNSF宣布了至宣布了至20032003年建成基于年建成基于Grid Grid 技術的技術的“分布式萬億級設施分布式萬億級設施”（Distributed Terascale FacilityDistributed Terascale Facility，簡，簡稱稱DTFDTF，又稱，又稱TeraGridTeraGrid）重大科研項目。它將）重大科研項目。它將NCSANCSA、SDSCSDSC、阿爾貢國家

10、實驗室、加州理工學院四個不同地區結、阿爾貢國家實驗室、加州理工學院四個不同地區結點的超級計算機和海量存儲資源通過點的超級計算機和海量存儲資源通過40Gbps40Gbps光纖網互聯，光纖網互聯，構成了一個具有構成了一個具有600TB600TB磁盤容量、磁盤容量、33003300個個IntelIntel微處理器微處理器（ItaminItamin、McKinleyMcKinley）的）的13.6Tflop 13.6Tflop 的虛擬超級計算機。它支的虛擬超級計算機。它支持計算密集型、數據密集型和通訊密集型的應用，其主要應持計算密集型、數據密集型和通訊密集型的應用，其主要應用領域為氣候、環境資源、地震

11、、發動機模擬、生物、材料用領域為氣候、環境資源、地震、發動機模擬、生物、材料等科學計算和工程模擬應用等科學計算和工程模擬應用2022-3-2316q歐洲國家在歐洲國家在20012001年開始也正式啟動了網格研究的年開始也正式啟動了網格研究的一系列項目。其中英國的一系列項目。其中英國的e-Sciencee-Science計劃較為著名。計劃較為著名。英國政府非常重視網格技術的研究，他們認為網格英國政府非常重視網格技術的研究，他們認為網格是是World Wide WebWorld Wide Web的必然后繼者，投資的必然后繼者，投資2 2億英鎊左億英鎊左右支持網格研究項目，并確定了用網格計算技術構右

12、支持網格研究項目，并確定了用網格計算技術構建建e-Sciencee-Science，為大規模科學研究提供基于，為大規模科學研究提供基于InternetInternet的分布式全球合作計算環境，其應用領域包括粒子的分布式全球合作計算環境，其應用領域包括粒子物理、生物信息學、氣候環境變化、工程系統設計物理、生物信息學、氣候環境變化、工程系統設計等多學科領域。等多學科領域。e-Sciencee-Science計劃聯合許多大學、國計劃聯合許多大學、國家級研究所和工業界共同完成多學科的大規模科學家級研究所和工業界共同完成多學科的大規模科學研究的信息基礎設施和環境研究的信息基礎設施和環境2022-3-23

13、17q歐洲數據網格歐洲數據網格European DataGridEuropean DataGrid（EDGEDG）是一個國際性大）是一個國際性大型研究和技術發展項目，于型研究和技術發展項目，于20002000年年1212月由歐盟提供一千萬月由歐盟提供一千萬歐元資金啟動，項目完成期限為歐元資金啟動，項目完成期限為3 3年。由年。由CERNCERN（European European Organization for Nuclear ResearchOrganization for Nuclear Research）領導，另外還包括）領導，另外還包括ESA (European Space Agen

14、cy)ESA (European Space Agency)，法國，法國CNRS (Centre CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique)National de la Recherche Scientifique)，意大利，意大利INFNINFN、荷、荷蘭蘭NIKHEFNIKHEF和英國和英國 PPARC PPARC等五個主要合作伙伴和歐洲各國等五個主要合作伙伴和歐洲各國的的1515個相關研究機構。個相關研究機構。DataGridDataGrid主要針對主要針對CERNCERN的高能物理的高能物理應用，解決海量數據的分解存貯和處理問

15、題，提供一種突破應用，解決海量數據的分解存貯和處理問題，提供一種突破地理局限，允許分布在世界各地的工作者交互、共享數據和地理局限，允許分布在世界各地的工作者交互、共享數據和設備，共同開展科學研究的合作環境設備，共同開展科學研究的合作環境2022-3-2318n國內網格研究國內網格研究q中國國家網格（中國國家網格（CNGridCNGrid）建立以科學研究、經濟）建立以科學研究、經濟建設、社會發展和國防建設急需的重要應用網格，建設、社會發展和國防建設急需的重要應用網格，在網格技術方面達到世界先進水平，大幅度地提高在網格技術方面達到世界先進水平，大幅度地提高我國的綜合國力和國際競爭能力我國的綜合國力

16、和國際競爭能力q“中國教育科研網格中國教育科研網格”（ChinaGridChinaGrid）是教育部）是教育部“十五十五”211211工程公共服務體系建設的重大專項工程公共服務體系建設的重大專項q中科院計算所中科院計算所“織女星網格織女星網格”計劃計劃2022-3-2319n國外產業界的網格研究概況國外產業界的網格研究概況q20022002年年GlobusGlobus小組和小組和IBMIBM聯合提出聯合提出OGSAOGSA的網格體系結構，的網格體系結構，將將Web ServiceWeb Service和和Grid Grid 相結合，為網格擴展到更多的應用領相結合，為網格擴展到更多的應用領域提供

17、支持。這種結構的提出意味著大型商業公司將正式開域提供支持。這種結構的提出意味著大型商業公司將正式開始大規模進入網格產品的研制當中。始大規模進入網格產品的研制當中。20022002年年1010月月IBMIBM宣布新宣布新的戰略，全面轉向的戰略，全面轉向E-Business On Demand ComputingE-Business On Demand Computing戰略。戰略。IBM IBM 的的On Demand ComputingOn Demand Computing計劃將整合其包括硬件、存計劃將整合其包括硬件、存儲、網絡計算在內的儲、網絡計算在內的ITIT基礎設施，網格、數據庫、中間件

18、和基礎設施，網格、數據庫、中間件和操作系統，以及業務咨詢服務，針對企業級的操作系統，以及業務咨詢服務，針對企業級的ITIT應用及業務應用及業務流程變革，提供一種前所未有的按需使用。流程變革，提供一種前所未有的按需使用。On DemandOn Demand綜綜合計算、數據存儲、管理、網格、中間件等技術，提供一個合計算、數據存儲、管理、網格、中間件等技術，提供一個全面的綜合服務，其特性是開放、集成、虛擬和自主。全面的綜合服務，其特性是開放、集成、虛擬和自主。On On DemandDemand將開辟信息工業的新局面。為此將開辟信息工業的新局面。為此IBMIBM每年斥資每年斥資100100億億美元美

19、元2022-3-2320q微軟近幾年積極參加網格論壇的標準化和研究工作，微軟近幾年積極參加網格論壇的標準化和研究工作，大力增加研究開發經費，試圖推出網格操作系統與大力增加研究開發經費，試圖推出網格操作系統與網格用戶界面。比爾蓋茨認為，現在的桌面操作系網格用戶界面。比爾蓋茨認為，現在的桌面操作系統、服務器操作系統有很多缺點，它們將會被微軟統、服務器操作系統有很多缺點，它們將會被微軟的的InternetInternet操作系統，或者叫分布式操作系統。微操作系統，或者叫分布式操作系統。微軟將集成網格計算、中間件、多媒體等技術，構造軟將集成網格計算、中間件、多媒體等技術，構造一個無縫的下一代網絡操作系

20、統。值得注意的是微一個無縫的下一代網絡操作系統。值得注意的是微軟的技術途徑比較獨特，往往是封閉自行開發，不軟的技術途徑比較獨特，往往是封閉自行開發，不符合標準化和開放性原則，盡管符合標準化和開放性原則，盡管.Net.Net在這個方面有在這個方面有所改觀所改觀2022-3-2321q九十年代提出的九十年代提出的“網絡就是計算機網絡就是計算機”是是SUNSUN公司一直堅持的公司一直堅持的理念和設計原則，它和網格概念相一致。理念和設計原則，它和網格概念相一致。20012001年年 SUN SUN推出推出了自己了自己Sun Grid ComputingSun Grid Computing計劃和計劃和S

21、un Grid EngineSun Grid Engine產品，產品，正在設計、開發和試驗公用計算設施（正在設計、開發和試驗公用計算設施（Public utility Public utility computingcomputing）的基本單元產品。同時在中間件方面，）的基本單元產品。同時在中間件方面，SUNSUN提提出的基于出的基于JavaJava的的J2EEJ2EE開放體系結構得到工業界的普遍認同，開放體系結構得到工業界的普遍認同，其產品成為業界的主流。其產品成為業界的主流。20022002年年SUNSUN整合其網格計算技術、整合其網格計算技術、中間件技術、目錄服務技術、中間件技術、目錄

22、服務技術、Web ServiceWeb Service等各個技術和產等各個技術和產品，提出了下一代開放網絡的架構品，提出了下一代開放網絡的架構Sun ONE/N1Sun ONE/N1，以向企業，以向企業提供按需服務的能力提供按需服務的能力2022-3-2322qHPHP公司也提出了公司也提出了Utility ComputingUtility Computing計劃和計劃和Utility Utility Data CenterData Center產品產品qOracleOracle公司公司20022002年年1111月推出面向網格的基于月推出面向網格的基于GlobusGlobus的數據庫應用工具

23、的數據庫應用工具q加拿大的加拿大的PlatformPlatform公司較早地轉向網格計算，在網公司較早地轉向網格計算，在網格論壇中聯合提出計算網格的格論壇中聯合提出計算網格的NPINPI結構和標準，也結構和標準，也推出商業版的推出商業版的GlobusGlobus系統系統qAvakiAvaki公司實現了基于網格軟件公司實現了基于網格軟件LegionLegion系統的網格系統的網格產品產品2022-3-2323網格的發展歷程網格的發展歷程第二階段第二階段第一階段第一階段第三階段第三階段第四階段第四階段-19951996-20002001-2007-網格萌芽期網格萌芽期 以千兆位網絡以千兆位網絡試驗

24、床與元計算，試驗床與元計算，將超級計算機結將超級計算機結點連接點連接代表項目：代表項目：FAFNER/I-WAY網格的早期試驗網格的早期試驗 開創性和奠基性開創性和奠基性的工作：支持大規的工作：支持大規模數據與計算應用模數據與計算應用中間件開發；計算中間件開發；計算網格體系結構網格體系結構代表性項目：代表性項目：Globus/Legion網格發展期網格發展期 標志性工作：標志性工作：OGSA標準制定，標準制定，WSRF標準出臺，標準出臺，WS-I+標準制定標準制定網格商業化網格商業化云計算云計算-19952022-3-2324網格計算的起源網格計算的起源n日益增長的計算力需求日益增長的計算力需

25、求q各行各業對于計算機計算力的需求不斷膨脹各行各業對于計算機計算力的需求不斷膨脹q無論創造出功能多么強大的計算機，都沒有辦法滿無論創造出功能多么強大的計算機，都沒有辦法滿足用戶更加快速增長的對計算力的需求足用戶更加快速增長的對計算力的需求n不斷發展的計算力不斷發展的計算力q向上增長的方向（向上增長的方向（Scale upScale up）nconsolidated platforms consolidated platforms 高性能服務器高性能服務器q橫向發展的方向（橫向發展的方向（Scale outScale out）nDistributed platforms Distributed

26、platforms 同構的集群（同構的集群（clustercluster）2022-3-2325n20102010年年5 5月全球超級計算機月全球超級計算機500500強排名中，排強排名中，排名首位的是美國橡樹嶺國家實驗室的名首位的是美國橡樹嶺國家實驗室的“美洲美洲虎虎”(Jaguar)(Jaguar)，計算速度為每秒鐘，計算速度為每秒鐘1.761.76千萬億千萬億次次(PFlops)(PFlops)浮點運算，中國深圳國家超級計算浮點運算，中國深圳國家超級計算機中心的機中心的“星云星云”排名第二，計算速度為每秒排名第二，計算速度為每秒鐘鐘1.271.27千萬億次千萬億次(PFlops)(PFl

27、ops)浮點運算浮點運算n美國勞倫斯里弗莫爾國家實驗室美國勞倫斯里弗莫爾國家實驗室(Lawrence (Lawrence Livermore National Laboratory)Livermore National Laboratory)和和IBMIBM將于將于20112011年部署年部署SequoiaSequoia超級計算機，計算速度高超級計算機，計算速度高達每秒鐘達每秒鐘2020千萬億次千萬億次(PFlops)(PFlops)浮點運算浮點運算2022-3-2326傳統的計算模式傳統的計算模式n傳統的計算模式傳統的計算模式q一旦確定一個計算系統，不管處理能力多么強大，一旦確定一個計算系統

28、，不管處理能力多么強大，計算資源（包括計算資源（包括存儲能力、存儲能力、I/OI/O等等）始終是有限的、）始終是有限的、固定的固定的2022-3-23272022-3-2328n傳統計算模式的致命缺陷傳統計算模式的致命缺陷q計算機使用率低下計算機使用率低下q權威統計數據表明：服務器使用效率權威統計數據表明：服務器使用效率15%-60%15%-60%n矛盾矛盾q用戶不斷尋求更高計算力的支持用戶不斷尋求更高計算力的支持q新的計算服務器使用率低下，閑置和浪費嚴重新的計算服務器使用率低下，閑置和浪費嚴重q如何解決？如何解決？2022-3-2329n電力網的啟發電力網的啟發q來源于電力網來源于電力網po

29、wer gridpower gridq現今使用電力資源時，只需將插頭與電源插座接通，現今使用電力資源時，只需將插頭與電源插座接通，電力資源就會源源不斷地按照需求進行供應電力資源就會源源不斷地按照需求進行供應q我們根本不需要關心使用的電力來自何處我們根本不需要關心使用的電力來自何處2022-3-23302022-3-23312022-3-23322022-3-2333網網 格格 計計 算算 構構 想想n利用網絡把分散的計算資源組織成為一個利用網絡把分散的計算資源組織成為一個“虛擬超級虛擬超級計算機計算機”，以實現計算資源、存儲資源、數據資源、，以實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資

30、源、專家資源的全面共享信息資源、知識資源、專家資源的全面共享n這樣的這樣的“虛擬超級計算機虛擬超級計算機”具有兩大優勢：數據處理具有兩大優勢：數據處理能力超強，充分利用網絡上的閑置能力能力超強，充分利用網絡上的閑置能力n實現這樣的構想就需要在個人、組織和資源之間的實實現這樣的構想就需要在個人、組織和資源之間的實現安全、協調的資源共享，來創建虛擬的動態組織，現安全、協調的資源共享，來創建虛擬的動態組織，使連接到網格的每個人都能進行合作和資源共享使連接到網格的每個人都能進行合作和資源共享n目的：目的：利用網格技術解放計算力利用網格技術解放計算力2022-3-2334網格計算概念圖網格計算概念圖20

31、22-3-2335網格計算網格計算vs.vs.傳統計算傳統計算n網格計算是一種虛擬化的計算網格計算是一種虛擬化的計算2022-3-2336n網格計算的終極目標網格計算的終極目標q用戶在使用計算資源時，只需接入網格環境，能夠用戶在使用計算資源時，只需接入網格環境，能夠按照需要使用所有資源，包括計算資源、存儲資源、按照需要使用所有資源，包括計算資源、存儲資源、數據資源等等數據資源等等Computing On DemandComputing On Demand（按需按需計算計算），而不必知道這些資源的組織形式和所在地），而不必知道這些資源的組織形式和所在地域域n現有的網絡技術遠遠不能實現這樣的目標現

32、有的網絡技術遠遠不能實現這樣的目標q現有的網絡技術僅僅實現信息的共享和獲取現有的網絡技術僅僅實現信息的共享和獲取q網絡技術僅僅是網格計算的通信基礎網絡技術僅僅是網格計算的通信基礎q網格計算是問題求解中一種新的計算模式網格計算是問題求解中一種新的計算模式2022-3-2337What is GridWhat is Grid？“A computational grid is a hardware and software A computational grid is a hardware and software infrastructure that provides dependable,

33、infrastructure that provides dependable, consistent, pervasive, and inexpensive access to consistent, pervasive, and inexpensive access to high-end computational capabilities.high-end computational capabilities.”- Ian Foster and Carl Kesselman, 1998- Ian Foster and Carl Kesselman, 19982022-3-2338n網格

34、的定義網格的定義q網格是一個集成的計算與資源環境，或者說是一個網格是一個集成的計算與資源環境，或者說是一個計算資源池計算資源池q網格能夠充分吸納各種計算資源，并將它們轉化成網格能夠充分吸納各種計算資源，并將它們轉化成一種隨處可得的、可靠的、標準的同時還是經濟的一種隨處可得的、可靠的、標準的同時還是經濟的計算能力計算能力n這里的資源除了各種類型的計算機，還包括網絡通信能力、這里的資源除了各種類型的計算機，還包括網絡通信能力、數據資料、儀器設備、甚至是人等各種相關的資源數據資料、儀器設備、甚至是人等各種相關的資源n狹義的網格資源僅指分布的計算機資源狹義的網格資源僅指分布的計算機資源2022-3-2

35、339What is ComputingWhat is Computing？nParadigms of ComputingParadigms of ComputingqDistributed ComputingDistributed ComputingqCooperative ComputingCooperative ComputingqAgile ComputingAgile ComputingqPervasive/Ubiquitous ComputingPervasive/Ubiquitous ComputingqService ComputingService ComputingqMob

36、ile ComputingMobile ComputingqGrid ComputingGrid ComputingqDependable Computing Dependable Computing qParallel ComputingParallel ComputingqAutonomic/Autonomous Computing Autonomic/Autonomous Computing q2022-3-2340n理論、計算與實驗是科學領域中最為基本的研究手段理論、計算與實驗是科學領域中最為基本的研究手段和應用方式和應用方式n圍繞以圍繞以“計算計算”(Computing)(Compu

37、ting)為主題的理論與應用研為主題的理論與應用研究是計算機應用領域中的核心問題之一究是計算機應用領域中的核心問題之一n在計算機應用領域中，計算的概念具有非常泛化的含在計算機應用領域中，計算的概念具有非常泛化的含義義q所有針對具體問題求解的行為和操作都可以看作是計算的具所有針對具體問題求解的行為和操作都可以看作是計算的具體表現形式；體表現形式；q從本質上而言，計算過程是一種基于特定理論基礎與應用技從本質上而言，計算過程是一種基于特定理論基礎與應用技術的計算機化的運算行為或任務執行過程術的計算機化的運算行為或任務執行過程q針對特定問題的計算工具、計算環境都可以為計算主體提供針對特定問題的計算工具

38、、計算環境都可以為計算主體提供有效的技術支撐有效的技術支撐q計算機化的問題求解環境，則為計算過程的有序開展提供了計算機化的問題求解環境，則為計算過程的有序開展提供了非常有效的技術手段和環境支持。非常有效的技術手段和環境支持。2022-3-2341What is Grid ComputingWhat is Grid Computing？q基于網格的問題求解就是網格計算基于網格的問題求解就是網格計算q網格計算是在分布、異構、自治的網絡資源環境網格計算是在分布、異構、自治的網絡資源環境上動態多虛擬組織之間的一個協調的共享資源和上動態多虛擬組織之間的一個協調的共享資源和解決問題的過程解決問題的過程20

39、22-3-2342基本理解基本理解n利用互聯網把分散在不同地理位置的多個計算利用互聯網把分散在不同地理位置的多個計算資源通過邏輯關系組織成一個資源通過邏輯關系組織成一個“虛擬的超級計虛擬的超級計算機算機”，其中每一臺參與計算的計算機就是一，其中每一臺參與計算的計算機就是一個個“節點節點”，而整個計算是由成千上萬個，而整個計算是由成千上萬個“節節點點”并聯而組成的并聯而組成的“一張具有超級計算能力的一張具有超級計算能力的網格網格”n網格計算使得每一位將自己的計算機連接到網網格計算使得每一位將自己的計算機連接到網格上的用戶，也就格上的用戶，也就“擁有了擁有了”這臺超級計算機，這臺超級計算機，然后就

40、可以隨時隨地地調用其中的計算和信息然后就可以隨時隨地地調用其中的計算和信息資源，在獲得一體化信息服務的同時，最大限資源，在獲得一體化信息服務的同時，最大限度的實現資源共享度的實現資源共享2022-3-2343網格計算的主要目的網格計算的主要目的n設計一種能夠提供以下功能的系統：設計一種能夠提供以下功能的系統：q提高或拓展企業內所有計算資源的效率和利用率，滿足最終提高或拓展企業內所有計算資源的效率和利用率，滿足最終用戶的需求，同時能夠解決以前由于計算、數據或存儲資源用戶的需求，同時能夠解決以前由于計算、數據或存儲資源的短缺而無法解決的問題的短缺而無法解決的問題q建立虛擬組織，通過讓他們共享應用和

41、數據來對公共問題進建立虛擬組織，通過讓他們共享應用和數據來對公共問題進行合作行合作q整合計算能力、存儲和其他資源，能使得需要大量計算資源整合計算能力、存儲和其他資源，能使得需要大量計算資源的巨大問題求解成為可能的巨大問題求解成為可能q通過對這些資源進行共享、有效優化和整體管理，能夠降低通過對這些資源進行共享、有效優化和整體管理，能夠降低計算的總成本計算的總成本n通過任何一臺計算機都可以提供無限的計算能力，可通過任何一臺計算機都可以提供無限的計算能力，可以接入浩如煙海的信息以接入浩如煙海的信息2022-3-2344網格計算要求網格計算要求n可靠性要求可靠性要求q網格提供的計算能力必須保證是持續、

42、穩定和安全的網格提供的計算能力必須保證是持續、穩定和安全的q網格資源的動態變化是透明的網格資源的動態變化是透明的q滿足各種形式的安全要求：數據傳輸的加密滿足各種形式的安全要求：數據傳輸的加密/ /權限認證等權限認證等n標準化要求標準化要求q網格資源之間應該有一個統一的可以相互訪問的接口或者網格資源之間應該有一個統一的可以相互訪問的接口或者協議標準協議標準q網格對用戶提供的計算能力可以用一種統一的方式訪問網格對用戶提供的計算能力可以用一種統一的方式訪問n易訪問性要求易訪問性要求q任何時間、任何地點，以自己習慣的統一的方式訪問和使任何時間、任何地點，以自己習慣的統一的方式訪問和使用網格資源用網格資

43、源q網格資源隨處可得網格資源隨處可得n價格低廉的要求價格低廉的要求2022-3-2345網格計算的意義網格計算的意義n突破了計算能力大小的限制突破了計算能力大小的限制n突破了地理位置的限制突破了地理位置的限制n打破了傳統的共享和協作方面的限制打破了傳統的共享和協作方面的限制q傳統的共享其實僅限于信息共享傳統的共享其實僅限于信息共享q網格計算按需共享和整合了各種計算資源，有效聚網格計算按需共享和整合了各種計算資源，有效聚合和廣泛共享了計算資源、數據資源和服務資源等合和廣泛共享了計算資源、數據資源和服務資源等q實現了從信息共享到資源共享的飛躍實現了從信息共享到資源共享的飛躍q是網格技術與網絡技術的

44、本質區別是網格技術與網絡技術的本質區別2022-3-2346主要應用領域主要應用領域n科學領域科學領域q分布式超級計算分布式超級計算q高吞吐率計算高吞吐率計算q數據密集型計算數據密集型計算n社會經濟生活領域社會經濟生活領域q基于廣泛信息共享的人與人交互基于廣泛信息共享的人與人交互q更廣泛的資源貿易更廣泛的資源貿易n網格是一種面向問題和應用的技術，隨著網格技術的網格是一種面向問題和應用的技術，隨著網格技術的不斷完善和應用領域的不斷擴展，網格可以在更多的不斷完善和應用領域的不斷擴展，網格可以在更多的領域得到應用，發揮更大的作用。領域得到應用，發揮更大的作用。q現階段的云計算已經全面進入各種層面的領

45、域應用現階段的云計算已經全面進入各種層面的領域應用2022-3-2347網格計算的應用群體網格計算的應用群體n科學研究領域：科學研究領域： q計算科學家和工程師計算科學家和工程師q實驗科學家實驗科學家n社會和經濟團體社會和經濟團體q協會協會q公司公司q人類公共問題研究機構等人類公共問題研究機構等n云計算的應用群體云計算的應用群體qEverybodyEverybody2022-3-2348網格應用實例網格應用實例nSETIhomeSETIhomeq19991999年年5 5月月1717，一項由美國加州大學伯克利分校開，一項由美國加州大學伯克利分校開展的尋找地球外生命跡象的科學項目展的尋找地球外生

46、命跡象的科學項目q基本信息基本信息n波多黎哥波多黎哥AreciboArecibo的無線電望遠鏡專門用于收集相關信息的無線電望遠鏡專門用于收集相關信息n觀測自觀測自19981998年年1010月開始，每天收集約月開始，每天收集約35G35G資料，因為當資料，因為當時該處沒有足夠的網絡帶寬，因此只能錄制磁帶，以傳統時該處沒有足夠的網絡帶寬，因此只能錄制磁帶，以傳統郵寄的方式送達伯克利，資料再分割成每單位約郵寄的方式送達伯克利，資料再分割成每單位約350K350Kn如此海量的數據如何得到及時有效的處理？如此海量的數據如何得到及時有效的處理？2022-3-2349n借助于網格計算來完成借助于網格計算來

47、完成q利用聯網利用聯網PCPC的閑置能力分析世界上最大的射電望的閑置能力分析世界上最大的射電望遠鏡獲得的數據，以幫助科學家探索外星生物，其遠鏡獲得的數據，以幫助科學家探索外星生物，其計算模式的實質就是網格計算計算模式的實質就是網格計算q伯克利將收到的資料再分割成每單位約伯克利將收到的資料再分割成每單位約350K350K，透，透過過InternetInternet傳送到參與者的電腦，借分散運算來處傳送到參與者的電腦，借分散運算來處理龐大的資料理龐大的資料2022-3-2350n項目進展情況項目進展情況q從從SETIhomeSETIhome項目正式啟動以來，已經有項目正式啟動以來，已經有30030

48、0萬志愿者參萬志愿者參加了這個項目加了這個項目q他們從指定的站點下載射電望遠鏡收集的信息的片斷，用自他們從指定的站點下載射電望遠鏡收集的信息的片斷，用自己的計算機運行分析，從中尋找宇宙中生命的跡象己的計算機運行分析，從中尋找宇宙中生命的跡象q總處理數據量達到了總處理數據量達到了15T15T，平均每位參與者讓自己的電腦為，平均每位參與者讓自己的電腦為SETIhomeSETIhome工作了工作了1717個半小時，這相當于使用一臺個半小時，這相當于使用一臺PCPC機工機工作作482023482023年，相當于使用超級計算機工作年，相當于使用超級計算機工作4848年年q這個項目充分利用了分布在世界各地

49、計算機的力量，雖然整這個項目充分利用了分布在世界各地計算機的力量，雖然整個計劃耗資只有個計劃耗資只有5050萬美元，卻擁有強大的威力萬美元，卻擁有強大的威力2022-3-2351n從從SETIhomeSETIhome項目歸納出網格計算用于科學計算項目歸納出網格計算用于科學計算的大致流程的大致流程 q政府或者研究部門將一項需要巨大運算量的任務以程序和政府或者研究部門將一項需要巨大運算量的任務以程序和數據的形式提交給服務器數據的形式提交給服務器q服務器將數據和程序代碼分成更小的部分，也稱服務器將數據和程序代碼分成更小的部分，也稱“子任務子任務”qPCPC機安裝一種特殊的客戶程序，它們能自動同服務器

50、聯絡，機安裝一種特殊的客戶程序，它們能自動同服務器聯絡，利用空閑時間自動下載和處理子任務利用空閑時間自動下載和處理子任務q子任務處理完后的結果被送回服務器。然后，客戶程序下子任務處理完后的結果被送回服務器。然后，客戶程序下載新的子任務，繼續處理載新的子任務，繼續處理1.1.一旦所有的子任務處理完畢，服務器就將各種結果匯總，一旦所有的子任務處理完畢，服務器就將各種結果匯總，生成最后的報告，并把最終結果發回提交人生成最后的報告，并把最終結果發回提交人云計算 Cloud ComputingCloud Computing什么是云計算？最開始，人們使用算盤后來，人們用電腦再后來，人們有了網絡再后來，中國

51、人口大爆炸，男的比女多的三千多萬人沒事干，都去上網。于是服務器吃不消了。人們就發明了更好的技術，用更好更多的服務器再后來，人更多了，于是服務器也更多了。但事實上這樣的效果并不好，過度繁重的結構加大了網站設計和構架的難度，而且越是復雜的系統越是不穩定。有可能一個出問題，這樣一個完整的系統就徹底掛掉。如果考慮到系統的崩潰情況，那勢必要引入一個更復雜的方案來保證不同的服務器可以做不同的支援。這是一個無解的循環，大量的計算資源被浪費在無限制的互相糾結中，很快到了瓶頸。人們想，那我不用這么亂七八糟復雜的系統，我用個無敵的服務器不就好了？可是，太貴了于是人們突然想到了一個好辦法：把所有計算資源集結起來看成

52、是一個整體(一朵云)，通過并發使用資源完成操作請求。每個操作請求都可以按照一定的規則分割成小片段，分發給不同的機器同時運算，每個機器其實只要做很小的計算就可以。最后將這些機器的計算結果整合，輸出給用戶。對用戶看來，他其實根本面對的不是許多機器，而是一個似乎真正存在的計算能力超強的單個服務器。事實上這個服務器是不存在的，但它擁有著成千上萬臺服務器的能力。云計算突飛猛進云計算突飛猛進云計算的定義云計算的定義 Wiki定義：云計算是一種通過Internet以服務的方式提供動態可伸縮的虛擬化的資源的計算模式。云計算的定義云計算的定義 美國國家標準與技術研究院（NIST）定義：云計算是一種按使用量付費的

53、模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問， 進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡，服務器，存儲，應用軟件，服務），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。云計算發展現狀云計算發展現狀Amazon研發了彈性計算云EC2（Elastic Computing Cloud）和簡單存儲服務S3（Simple Storage Service）為企業提供計算和存儲服務。誕生兩年時間，Amazon上的注冊開發人員就多達44萬人，其中包括為數眾多的企業級用戶。應用案例：紐約時報應用案例：紐約時報使用亞馬遜云計算服務在不到24個小時的時間里處理了1100萬篇文章累

54、計花費240美元如果用自己的服務器，需要數月和多得多的費用 云計算發展現狀云計算發展現狀Google搜索引擎建立在分布在30多個站點、超過200萬臺服務器構成的云計算設施的支撐之上，這些設施的數量正在迅猛增長。Google的一系列成功應用，包括Google地球、地圖、Gmail、Docs等也同樣使用了這些基礎設施。目前，Google已經允許第三方在Google的云計算中通過Google App Engine運行大型并行應用程序。Hadoop模仿了Google的實現機制。云計算發展現狀云計算發展現狀IBM在2007年11月推出了“改變游戲規則”的“藍云”計算平臺，為客戶帶來即買即用的云計算平臺。

55、IBM正在與17個歐洲組織合作開展名為RESERVOIR云計算項目，以“無障礙的資源和服務虛擬化”為口號。歐盟提供了1.7億歐元作為部分資金。2008年8月， IBM宣布將投資約4億美元用于其設在北卡羅來納州和日本東京的云計算數據中心改造。IBM計劃在2009年在10個國家投資3億美元建13個云計算中心。云計算發展現狀云計算發展現狀微軟于2008年10月推出了Windows Azure操作系統。Azure(譯為“藍天”)是繼Windows取代DOS之后，微軟的又一次顛覆性轉型。Azure的底層是微軟全球基礎服務系統，由遍布全球的第四代數據中心構成。目前，微軟已經配置了220個集裝箱式數據中心，

56、包括44萬臺服務器。云計算發展現狀云計算發展現狀中國2008年，IBM先后在無錫和北京建立了兩個云計算中心；阿里巴巴成立了阿里云公司。還有許多公司觸云：騰訊、盛大、廣達、 800APP、世紀互聯中國移動研究院已經建立起1024個CPU的云計算試驗中心；中國電信、中國聯通都有相應動作。華為、中興都轉入了云計算研發。2008年11月25日，中國電子學會專門成立了云計算專家委員會。2009年5月22日，中國電子學會隆重舉辦首屆中國云計算大會，1200多人與會，盛況空前。2010年5月，將舉辦第二屆，規模將達3000人。2009年12月，舉辦中國首屆云計算學術會議。2010年5月，舉辦了第二屆中國云計算大會一是萌芽期（Technology Trigger）又稱感知期，人們對新技術產品和概念開始感知，并且表現出興趣；二是過熱期(Peak of Inflated Expectations)，人們一擁而上，紛紛采用這種新技術，討論這種新技術。典型成功的案例往往會把人們的這種熱情加上把催化劑；三是低谷期(Trough of Disillusionment)，又稱幻想破滅期。過度的預期，嚴峻的現實，往往會把人們心理的一把火澆滅；四是復蘇期(Slope of Enlightenment)，又稱恢復期。人們開始反思問題，并從