网格体系结构五层沙漏模型

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1、网格体系结构 五层沙漏模型,郝卫东,网格的基本概念,虚拟组织实例新建工厂 工厂建设位置所涉及的复杂金融预测模型.由应用服务提供商ASP提供 存放企业历史数据和信息的企业数据库存放在一个存储服务提供商(SAP)管理的存储系统 参加决策的部门首脑们处于不同的城市,需要交互协作地对厂址进行讨论 ASP可以根据需要从按需计算周期(Cycles)提供商获得额外的计算能力,网格的基本概念,虚拟组织实例飞机联合设计 目标：完成下一代超音速飞机可行性研究 方法：整个飞机的多学科高精度仿真 整合由不同参与者开发的所有软件组件 软件组件运行在各参与者的机器上 访问适当的设计数据库，以及分布的其它数据,网格的基本概

2、念,虚拟组织实例大规模在线游戏 由许多虚拟世界组成的大规模Internet游戏 每个虚拟世界有自己的自然法则和因果关系，每个虚拟世界还有大量的居民，居民之间可以交互，可以从一个虚拟世界迁移到另一个虚拟世界，虚拟世界可能会按照需求扩张以容纳增长的居民。 仿真：增加模拟虚拟世界自然法则的新仿真技术，仿真过程之间需要合作以模拟当虚拟世界发生冲突时发生的情景,网格的基本概念,虚拟组织实例分析探测器结果数据 CERN的主要探测器LHC的探测结果 来自世界上几百所大学和科研单位的上千位物理学家聚到一起来设计、创建、操作和分析探测结果 集中了相关的计算资源、存储资源和网络资源，组建了可以分析PB数据量级的数

3、据网格,LHC Experiments,World Wide Collaboration distributed computing & storage capacity,LHC: 5000 physicists 270 institutes 60 countries,网格的基本概念,虚拟组织概念 上述实例的不同点 不同数量和类型的参与者; 不同的行为类型; 互操作的持续时间和规模不同; 访问的资源不同 相同点 拥有不同优先级的彼此不信任的参与者为了共同完成任务都需要共享资源 被共享的资源不仅是简单的文件资源,还包括软件资源,计算资源,数据资源,传感器资源,网络资源,通信资源等. 共享规则 资

4、源提供者和资源消费者需明确仔细的定义共享什么,谁可以共享,以及共享时所要满足的条件. 由这些共享规则定义的一组个体和/或机构形成”虚拟组织”(virtual organizations, VO),网格的基本概念,Grid的定义 Coordinated resource sharing and problem solving in dynamic, multi-institutional virtual organizations. 动态多机构虚拟组织中的协同资源共享与问题解决,Ian Foster,Senior Scientist, Mathematics & Computer Science

5、 Division, Argonne National Laboratory Professor, Department of Computer Science, The University of Chicago fostermcs.anl.gov http:/www.mcs.anl.gov/foster,网格的基本概念,共享关系带来的技术挑战 计算模式 C/S模式 P2P模式 资源的异构性和多样性 程序,文件,数据,计算机,传感器,网络等 对资源的高级精确的控制功能 包括细粒度的多所有者的访问控制、授权、本地和全局策略的应用 资源虚拟化为服务 资源能以标准的方式透明访问，而不需要考虑其物理

6、位置和实现方法 应用模式的挑战 单用户 vs 多用户 性能敏感 vs 成本敏感 服务质量 记帐,网格的基本概念,虚拟组织中的共享关系实例 物理组织 AirCar，Boeing，CyclesRU 虚拟组织 VO-Space： 作用：使用不同位置(AirCar，Boeing)的程序和数据设计先进的航天工具 性质：国际性虚拟组织 VO-Cycles: 作用:把未使用的计算周期聚集到一个本地服务提供者(CyclesRU， Boeing)以便完成计算密集型任务,虚拟组织中的共享关系,Boeing,AirCar,CyclesRU,VO-Cycles中的参与者可以使用空闲CPU周期,VO-space中的参与

7、者可以运行程序B和D,VO-space中的参与者可以运行程序A,What is the Grid? A Three Point Checklist July 20, 2002,Ian Foster,Grid的三要素,A Grid is a system that: (1) coordinates resources that are not subject to centralized control 对非集中控制的资源进行协调 (2) using standard, open, general-purpose protocols and interfaces 使用标准的、开放的、通用的协议和

8、接口 (3) to deliver nontrivial qualities of service (QoS) 提供非平凡的服务质量,网络计算体系结构的发展,五层沙漏结构 开放网格服务体系结构OGSA Open Grid Service Architecture Web Service 资源框架WSRF Web Service Resource FrameWork,网络计算体系结构的发展（续）,网格计算体系结构 层次体系结构 开放网格服务体系结构OGSA OGSIWSRF（WSResource Framework）,20世纪60年代，提出了网格计算的基本思想 。 因特网的先驱：J.C.R.Li

9、cklider提出银河间计算机网络的概念，相信世界上每个人能随处使用计算机和获取数据。 20世纪80年代末，提出了“元计算”（meta-computing）概念。 通过联网环境透明地获得和使用的强大的计算资源。 90年代末，提出了网格（Grid）概念。 一个无缝集成的计算和协同环境。,网格的起源,网格的发展,萌芽阶段：在90年代早期，主要是千兆网的测试床，以及一些元计算的实验； 如FAFNER(Factoring via Network-Enabled Recursion), 如I-WAY; 早期实验阶段：在90年代中期到后期，包括一些学术性的软件项目，比如，Globus，Legion，还有一

10、些应用实验； 迅速发展阶段：2002年以来，出现了大量的应用社团和项目，主要基础设施的开发的使用，工业对网格计算的兴趣在增长等，比如IBM，Platform，Microsoft，Sun，等重要的公司；,网格特点,作为一种新出现的重要基础设施，了解这个设施的特点，可以帮助了解认识和把握网格。网格的特点如下： （1）分布性,网格特点（2）,（2）自相似性 分形模型最重要特征就是自相似性，即整体和局部之间存在一定的相似性。整体和局部互相体现特征。,网格特点（3）,（3）动态性和多样性 动态性包括动态增加和动态减少两个方面 （4）自治性与管理的多重性 网络中的资源首先是归自身所有者拥有的，网格资源也必

11、须接受网格的统一管理。 网格的自治性是指网格允许资源拥有者对他的资源有自主的管理能力。 网格管理多重性是指一方面它允许网格资源的拥有者对资源具有自主性管理，另一方面又要求网格资源必须接受网格的统一管理。,网格体系结构,体系结构本身就是一个系统的整体框架结构，通过它从整体上了解一个系统的构架布局等。 网格体系结构也是如此，我们给出一个通用意义上的定义： 网格体系结构就是关于如何建造网格的技术。它给出了网格的基本组成与功能，描述了网格各组成部分的关系以及它们集成的方式或方法，刻画了支持网格有效运转的机制。,网格体系结构的精髓,网格体系结构体现了一个分合思想，贯穿两条主线，一个是“分”，另一个就是“

12、合” 网格体系结构的作用是在一定程度上对网格的解剖。 GA必须要能够标识出网格的基本组成成分，要能够清楚地说明网格整体是由那些关键部分结合在一起形成的。 GA还必须能够对各个部分地功能、目的、特点等进行清晰地描述，使人们能够了解各个组成部分的作用。这是“分”的作用。 “分”的基础之上，GA还需要进一步描述“合”的功能， 即充分了解网格的各个部分的作用机理、作用方式等的基础上，将分的部分按照一定的方式进行组织和集成，形成一个特定功能的整体对外提供服务。,网格体系结构-网格的同轴模型,高性能网络通信 资源管理 网格服务 网格应用,网格体系结构-网格系统的组件模型,网格体系结构-网格系统的组件模型,

13、网格资源：包括网络上所有分布的，可访问的计算资源。不仅仅实现了计算资源在物理上的连通。 网格中间件：一系列工具和协议软件。屏蔽网格资源的分布、异构特性，提供透明、一致的接口。 网格开发环境和工具：让开发人员开发不同的应用以及用户代理在全局资源中调度计算。 网格应用层：是用户需求的具体体现。提供网格入口(grid portals)技术。,从网格开发角度体现出来的网格层次结构,网格体系结构的演变,五层沙漏结构 由Foster等最早提出的，是一个最先出现的应用和影响广泛的结构。 OGSA体系结构 开放网格服务结构OGSA(Open Grid Services Architecture)是Global

14、 Grid Forum 4的重要标准建议，是继五层沙漏结构之后最重要的一种网格体系结构。是由Foster等结合Web Service等技术，在IBM合作下提出的新的网格结构。,五层沙漏结构,五层沙漏结构是一种以协议为中心的结构，也十分强调服务与API（Application Programming Interfaces）和SDK （Software Development Kits）的重要性。 五层沙漏的基本思想： 共享 互操作 协议 API/SDK 五层划分,沙漏结构设计原则,保持参与的开销最小 核心协议较少的，要普遍支持 提供一些核心服务为基础 类似OS内核，移植方便 管辖多种资源，允许局

15、部控制 用来构建高层的、特定领域 的应用服务 支持适应性 “IP hourglass” model,高层功能向瓶颈部分的映射,瓶颈部分功能向底层的映射,瓶颈部分,Hourglass,Grid Architecture 比较Internet Architecture,每一层存在的协议、服务和接口,Languages/Frameworks,Fabric Layer,Applications,Local Access APIs and Protocols,Collective Service APIs and SDKs,Collective Services,Collective Service P

16、rotocols,Resource APIs and SDKs,Resource Services,Resource Service Protocols,User Service Protocols,User Service APIs and SDKs,User Services,Connectivity APIs,Connectivity Protocols,五层沙漏结构,构造层(Fabric),构造层本地控制的接口 提供资源 如计算资源，存储资源，目录，网络资源，传感器等 资源可以是逻辑实体，如一个分布式文件系统、计算集群或分布式计算机池。 实现了本地的，具体于资源的操作 具有内省机制，该机制支持发现资源的结构、状态和能力 实现资源本地管理机制。如集群资源具有内部协议如集群管理协议和软件，网格可以利用该协议提供对服务质量的某种控制,构造层(Fabric),构造层 计算资源 需要启动程序并监视和控制结果进程执行的机制；需要内省功能来确定硬件和软件的特征，以及相关的状态信