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浅论网格计算相关技术与应用

来源:大树期刊网栏目:电子信息时间:2017-03-27 15:19

  摘要:二十世纪九十年代以来,世界各个国家,尤其是发达国家,建立了很多超级计算应用中心和工程研究中心,美国还制定了新一轮规划的先进计算框架(ACIP),发展面向21世纪的先进计算技术。我国在科技部的领导和主持下,经过专家组及相关单位的努力,作为我国高性能计算和信息服务战略性基础设施的国家高性能计算环境发展很快。

  关键词:数据库,浮点运算,虚拟化,资源共享

  一、网格计算的由来与发展

  网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的,是将地理上分布的计算资源(包括数据库、贵重仪器等各种资源)充分运用起来,协同解决复杂的大规模问题,特别是解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题,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”,而整个计算机是由成千上万个“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。简单地讲,网格是把整个网络整合成一台巨大的超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。

  近几年,随着计算机计算能力的迅速增长,互联网络的普及和高速网络成本的大幅降低以及传统计算方式和计算机的使用方式的改变,网格计算已经逐渐成为超级计算发展的一个重要趋势。网格计算是一个崭新而重要的研究领域,它以大粒度资源共享、高性能计算和创新性应用为主要特征,必将成为21世纪经济发展的重要推动力。

  在已经建成的5个国家级高性能计算中心的基础上,又于中南、西北等地建立了新的国家高性能计算中心,科技部加强了网络节点的建设,形成了以科学院为主体的计算网格。教育部也启动了网格计算工程,第一批12个网点正在建设之中,国家基金委也列出专项基金资助网格计算。

  网格是借鉴电力网的概念出来的,网格的最终目的是希望用户在使用网格的计算能力时,就如同现在使用电力一样方便简单。

  二、网格计算的应用

  (一)分布式超级计算

  网格计算可以把分布式的超级计算机集中起来,协同解决复杂大规模的问题。是大量的闲置计算机资源得到有效的组织,提高了资源的利用效率,节省了大量的重复投资,使用户的需求能够得到及时满足。

  (二)高吞吐率计算机

  网络技术能够十分有效地提高计算的吞吐率,它利用CPU周期窃取技术,将大量闲置计算机的计算资源集中起来,提供给对时间不太敏感的问题,作为计算资源的重要来源。

  (三)数据密集型计算

  数据密集型计算的问题求解通常同时产生很大的通讯和计算需求,需要网格能力才可以解决。网格已经在药物分子设计、计算力学、计算材料、电子学、生物学、核物理反映、航空航天等众多领域得到广泛应用。

  (四)给予更广泛信息共享的人与人交互

  网格的出现更急突破了人与人之间地理界线的限制,使得科技工作者之间的交流更加的方便,从某种程度上说,可以实现人与人之间的智慧共享。

  (五)更广泛的资源贸易

  随着大型机性能的提高和微机的更加普及,其资源的闲置问题越来越突出,网络技术可以有效地组织这些闲置资源,使得有大量的计算需求用户能够获得这些资源,而资源提供者的应用也不会受到太大的干扰。

  三、网格计算应用的优点

  (一)网络中所有的服务都基于这些接口的实现,就可以很容易的构造出具有层次结构的、更高级别的服务,这些服务可以跨越不同的抽象层次,以一种统一的方式来看待。

  (二)虚拟化也使得多个逻辑资源应射到相同的物理资源上成为可能,在对服务进行组合时不必考虑具体的实现,可以以低层资源组成为基础,在虚拟组织中进行货源管理。

  四、网格的分类

  网格是指把整个整合成一台巨大的超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享,其规模可以大到某个州,小到企事业单位、局域网、甚至家庭和个人。

  目前,在复杂科学计算领域中仍然以超级计算机作为主宰,但是由于其造价极高,通常只被用于航空航天、气象等国家级部门。网格计算作为一种新型计算模式,其低廉的造价和超强的数据处理能力备受青睐。

  五、结束语

  有业界专家预测,网格计算将成为未来网络市场发展的热点。如果网络技术能促使市场按预期的17%年增长率持续成长的话,那么在2020年将会形成一个年产值20万亿美元的大产业。


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