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1、网格网格-新一代新一代的信息基础设施的信息基础设施中国工程院院士中国工程院院士清华大学教授清华大学教授 李三立李三立1CCID论坛20021。网格的内涵。网格的内涵网格网格 Grid 起源于起源于电力网格电力网格（Power Grid）：）：在构成电力网格以后，用户在构成电力网格以后，用户“插入插入”电力网电力网格用电，根本不必关心发电厂在何方？电力格用电，根本不必关心发电厂在何方？电力用于冰箱？空调？。用于冰箱？空调？。在构成网格计算基础设施后，用户在构成网格计算基础设施后，用户“插入插入”网格，根本不必关心超级计算机在何方？要网格，根本不必关心超级计算机在何方？要用多少的计算能力？用它来解
2、决有限元？微用多少的计算能力？用它来解决有限元？微分方程？要有什么信息服务？。一切都分方程？要有什么信息服务？。一切都由计算网格的由计算网格的中间件中间件（Middleware）的资源的资源调度等软件解决。调度等软件解决。2CCID论坛2002Computing resourcesDataKnowledgeInstrumentsPeopleSolutionComplex problemGRID3CCID论坛2002网格计算基础设施网格计算基础设施( Grid Computing )是什么？是什么？是把地理位置分布不同的信息处理资源（人是把地理位置分布不同的信息处理资源（人员、高性能计算机、仪器
3、、数据库等等）用员、高性能计算机、仪器、数据库等等）用高速网络连接在一起，为异地的、不同单位高速网络连接在一起，为异地的、不同单位的科学工作者提供一个单一映象的科学工作者提供一个单一映象虚拟机构虚拟机构（VOVO）平台平台，使大家可，使大家可动态共享资源动态共享资源，远距，远距离与离与/ /或共同合作处理科研的问题或共同合作处理科研的问题. .v当前世界上当前世界上交叉学科合作交叉学科合作的复合型问题愈来的复合型问题愈来愈多，如核爆炸模拟、航天飞行、预警飞机。愈多，如核爆炸模拟、航天飞行、预警飞机。我国更需跨学科大合作；。我国更需跨学科大合作；“大力协同大力协同”、“先集中后分散先集中后分散”
4、是我国科研优良传统。是我国科研优良传统。4CCID论坛2002目前情况目前情况-服务器客户端方式服务器客户端方式5CCID论坛2002网格模式与中间件网格模式与中间件-MiddlewareMiddleware6CCID论坛2002网格网格-动态调度资源和单一映象动态调度资源和单一映象v全国任何地区的在网络上的任何用户，全国任何地区的在网络上的任何用户，都可以通过都可以通过WEBWEB界面，访问和共享界面，访问和共享GRIDGRID上的高性能计算机和其他资源；上的高性能计算机和其他资源；并且可以和并且可以和GRIDGRID上的其他用户进行跨上的其他用户进行跨地区、跨学科合作研究；地区、跨学科合作
5、研究；对于用户对于用户来说，来说，GRID GRID 上的各种不同的高性上的各种不同的高性能计算机和其他各种仪器，看来能计算机和其他各种仪器，看来是一个统一的映象。是一个统一的映象。7CCID论坛2002Grid 和和Internet的比较的比较新一代信息基础设施新一代信息基础设施*信息高速公路信息高速公路-INTERNET 是是信息传输信息传输的信息基础设施；的信息基础设施；较早为大家所熟知；较早为大家所熟知；*网格计算基础设施网格计算基础设施-GRID 是是信息处理信息处理（包括信息传输）（包括信息传输）的信息基础设施；不太为大家所的信息基础设施；不太为大家所熟知，但重要性很大。熟知，但重
6、要性很大。8CCID论坛2002 GridGrid与与VODVOD比较比较: :Computation On DemandStorage On DemandInformation Service On Demand按需的计算按需的计算按需的存储按需的存储按需的信息服务按需的信息服务9CCID论坛2002网格技术与网络计算其他技术关系网格技术与网络计算其他技术关系Grid todayDistributed ComputingMeta ComputingCSCW and other network technologiesGrid tomorrowP2P & Internet Computing
7、Web Service ASPs Enterprise Computing 10CCID论坛20022。为何要网格？网格的特点与独特。为何要网格？网格的特点与独特作用作用什么是网格问题？什么是网格问题？we review the Grid problem, which we define as flexible, secure, coordinated resource sharing among dynamic collections of individuals, institutions, and resources - what we refer to as virtual organ
8、izations.”需要在需要在动态地动态地、由不、由不同地域与不同单位同地域与不同单位的人员、的人员、校所机构、和资源校所机构、和资源集合集合组成（称为组成（称为“虚拟机构虚拟机构”）之间，来灵活地、安全地、）之间，来灵活地、安全地、协调地共享资协调地共享资源的源的问题。问题。11CCID论坛2002网格的特点网格的特点网格的三个要素：网格的三个要素：1。动态动态的的资源共享资源共享：2。协调地协调地利用在不同地点的资源；利用在不同地点的资源；3。对于不同地点、不同单位的资源、。对于不同地点、不同单位的资源、人员等等按需要人员等等按需要动态地组构成动态地组构成“虚虚拟机构拟机构”（VO）。）
9、。12CCID论坛2002网格技术的特点网格技术的特点网格网格-在异地、不同单位的、在异地、不同单位的、动态组合动态组合的的虚拟虚拟机构（机构（VO）内进行内进行资源共享资源共享和和协调地协调地解决问题解决问题13CCID论坛2002网格的独特作用网格的独特作用-军事上应用举例军事上应用举例1在现代海陆空作战或作战模拟过程中：在现代海陆空作战或作战模拟过程中：在对付敌方海军舰只进攻时，在对付敌方海军舰只进攻时，要把我方海面舰只、要把我方海面舰只、潜艇、潜艇、导弹和空军导弹和空军等分布各处的资源构成一个等分布各处的资源构成一个“虚虚拟机构拟机构”、协调地作战；、协调地作战；同时，敌方从陆基发出巡
10、航导弹，同时，敌方从陆基发出巡航导弹，要把我方卫星侦要把我方卫星侦察跟踪信息、防空系统、察跟踪信息、防空系统、导弹和空军部队导弹和空军部队分布各处分布各处的资源，构成一个的资源，构成一个“虚拟机构虚拟机构”、协调地作战。、协调地作战。这两者中的这两者中的空军部队和导弹是同一部队的，但要协空军部队和导弹是同一部队的，但要协调地决策和行动调地决策和行动。这是网格技术发挥作用的所在，。这是网格技术发挥作用的所在，而是一般传统的分布式计算无法解决的。而是一般传统的分布式计算无法解决的。14CCID论坛2002GIG（Global Information Grid）网格网格 网络为中心的战争网络为中心的
11、战争 信息制优权信息制优权 决策制优权决策制优权 全面全面制胜制胜美国正在把美国正在把其军事战略其军事战略架构从架构从C4ISR转向转向GIG网格网格GIG 是美国是美国作战战略的作战战略的基础基础15CCID论坛2002网格的独特作用网格的独特作用-举例举例2（民用）（民用）华东、华北地区：华东、华北地区：15个发电厂供应个发电厂供应20个大中城市用电：个大中城市用电：可以动态地组合若干个发电厂的资源，可以动态地组合若干个发电厂的资源，构成构成“虚拟机构虚拟机构”，协调计算决策，优，协调计算决策，优化供应几个城市；化供应几个城市；大大提高输配电的效率。大大提高输配电的效率。可以节省几千万吨煤
12、。可以节省几千万吨煤。16CCID论坛2002其他网格应用举例其他网格应用举例网格应用举例网格应用举例3-美国美国NASA的的IPG用于飞机飞行途中飞行安全用于飞机飞行途中飞行安全;网格应用举例网格应用举例4-地震网格地震网格;网格应用举例网格应用举例5-TERA用于龙卷用于龙卷风预测，如提前风预测，如提前25分钟，就可大分钟，就可大量减少人员和财产损失。量减少人员和财产损失。17CCID论坛2002网格对科学技术的普遍意义网格对科学技术的普遍意义网格是一个跨学科、跨地区的合作平台；网格是一个跨学科、跨地区的合作平台；网格可以联合各种资源，构成一个网格可以联合各种资源，构成一个“虚虚拟联合机构
13、拟联合机构”VO，协调决策，协调决策，“大力协大力协同同”建立网格以后，将使科研项目建立网格以后，将使科研项目“集中兵集中兵力作战力作战”，科研步伐将大大加快，科研，科研步伐将大大加快，科研完成任务的期限，可以大大缩短。完成任务的期限，可以大大缩短。18CCID论坛20023。当今网格的结构、组成与实施。当今网格的结构、组成与实施1。1995-2001：BOTTOM-UP“由底向上由底向上”阶阶段：从用段：从用WEB技术支持高性能计算出发；著技术支持高性能计算出发；著名项目有名项目有NP-ACI(National Partnership of Advanced Computing Infras
14、tructure)和和NCSA;2. 2001开始反思：开始反思：TOP-DOWN“从顶向下从顶向下”阶段：从上面阶段：从上面应用应用与与服务服务出发，十分强调层出发，十分强调层次结构，十分强调协议，十分强调次结构，十分强调协议，十分强调API接口，接口，十分强调十分强调ToolKits接口。接口。网格发展历史的两个阶段：网格发展历史的两个阶段：-19CCID论坛2002网格趋势网格趋势-应用与服务驱动应用与服务驱动v专业化：专业化：GRID从支持科学计算的从支持科学计算的通用型通用型-如通如通用的计算网格，发展到用的计算网格，发展到专业化专业化合作平台，如地震合作平台，如地震网格、高能粒子物
15、理网格、。网格、高能粒子物理网格、。v应用需求：否则应用需求：否则就很难确定服务需求；没有服务就很难确定服务需求；没有服务需求，很难做到按需服务和资源动态调度；需求，很难做到按需服务和资源动态调度；v支持业务：支持业务：GRIDGRID从支持科学计算，发展到支持商从支持科学计算，发展到支持商业业务，如业业务，如IBM, INTELIBM, INTEL，SUNSUN，COMPAQCOMPAQ网格。网格。v标准平台：标准平台：网格的网格的中间件中间件进一步发展，进一步发展，可能会产可能会产生标准化的、与生标准化的、与Web Service 密切结合的中间件。密切结合的中间件。一个新型平台一个新型平
16、台Globus-OGSA20CCID论坛2002网格网格GRID规划中的一些误区规划中的一些误区1。建立。建立“计算网格计算网格”，四个网格结点，每个，四个网格结点，每个结点结点5000亿次亿次/秒高性能计算机，则网格可以秒高性能计算机，则网格可以“聚集聚集” 2万亿次万亿次/秒的计算能力？秒的计算能力？2。建立。建立“仪器网格仪器网格”，可以把全国的贵重仪，可以把全国的贵重仪器集中使用？器集中使用？3。建立。建立“XX校园网格校园网格”？4。建立。建立 XX 市网格？中国网格？市网格？中国网格？一定要有一定要有应用和服务驱动应用和服务驱动，可以由某种重要应用，可以由某种重要应用驱动，带动网格
17、底三层的基础研究。然后在这基驱动，带动网格底三层的基础研究。然后在这基础上，可以支持几种应用，同时补充基础建设。础上，可以支持几种应用，同时补充基础建设。21CCID论坛2002也可用一个网格基础设施，支也可用一个网格基础设施，支撑几个重要应用撑几个重要应用- eScienceBioinformatics/Functional genomicsCollaborative EngineeringMedical/Healthcare informaticsEarth Observation Systems (flood monitoring)TeleMicroscopyVirtual Observ
18、atoriesRobotic TelescopesParticle Physics at the LHClEU DataGrid particle physics, biology & medical imaging, Earth observationlGridPP, ScotGridlAstroGrid22CCID论坛2002网格实施工作的模型网格实施工作的模型-沙漏斗模沙漏斗模型型Focus on architecture issueslPropose set of core services as basic infrastructurelUse to construct high-l
19、evel, domain-specific solutionsDesign principleslKeep participation cost lowlEnable local controllSupport for adaptationl“IP hourglass” model核心服务核心服务Local OS一种或多种应用需求一种或多种应用需求局部操作系统局部操作系统各种全局性服务各种全局性服务23CCID论坛2002现代网格层次式的体系结构现代网格层次式的体系结构本地信息资源与信息处理层本地信息资源与信息处理层应用层应用层汇聚层（应用工具与适配层）汇聚层（应用工具与适配层）资源调度与分配
20、层资源调度与分配层连接层连接层网格中间件网格中间件24CCID论坛2002五个层次内容五个层次内容-一个数据网格为例一个数据网格为例Coherency control, replica selection, task management, virtual data catalog, virtual data code catalog, Replica catalog, replica management, co-allocation, certificate authorities, metadata catalogs, Storage systems, clusters, network
21、s, network caches, Discipline-Specific Data Grid ApplicationAccess to data, access to computers, access to network performance data, Communication, service discovery (DNS), authentication, authorization, delegationAppConnectFabric应用层应用层汇聚层（针汇聚层（针对应用与工对应用与工具）具）资源调度资源调度与分配层与分配层连接层连接层本地信息资源本地信息资源与信息处理层
22、与信息处理层汇聚层汇聚层（通用性）（通用性）25CCID论坛2002什么是中间件什么是中间件 Middleware?-网格工作实施的主要工作网格工作实施的主要工作-26CCID论坛2002网格生产层网格生产层(Underware) 应用应用Applications.Dist. ComputingRemote Instr.CollaborationPVMCondor DSMNetwork solversetc. etc. etc. Shared stateCAVERNsoftGroup securityInformation services Policy negotiationCo-reser
23、vation/co-allocation Grid Security InfrastructureAccounting Event model Checkpointing Message PassingRemote data access Fault detection Monitors(Real-time) CORBA Scheduling Agent technologyIP Multicast protocols Name servers HTTP Bandwidth broker CPU schedulers PKI Site accountingDirectory service O
24、S bypass MicroscopyAstronomyMedical.Remote controlOnline archiveOnline reconstr.etc. etc. etc. SimulationParam studyData analysis Middleware, Upperware, Underware应用适配层应用适配层(Upperware)网格服务层网格服务层(Middleware)27CCID论坛20024。国内已有网格工作基础。国内已有网格工作基础1。从。从1999年到年到2001：863重点项目重点项目-NHPCE “国家高性能计算环境国家高性能计算环境”(Nat
25、ional High performance Computing Environment).2. 2001年年6月鉴定的清华大学月鉴定的清华大学“先进计算基先进计算基础设施北京上海试点工程础设施北京上海试点工程”-（简称（简称ACI）；）；3。中科院计算所中科院计算所“织女星织女星”(Vega Grid)28CCID论坛2002正在规划中的网格项目正在规划中的网格项目1。科技部。科技部2002年年863计划信息技术领域计划信息技术领域重大专项重大专项“高性能计算机及其核心软件高性能计算机及其核心软件”；2。教育部。教育部“CHINA GRID” 计划；计划；3。国家自然科学基金委。国家自然科学
26、基金委“E-Science” 重重大专项计划。大专项计划。4。其他部门网格规划。其他部门网格规划。附：附：“网格计算网格计算”一书已出版，抛砖引一书已出版，抛砖引玉。玉。29CCID论坛2002我国发展网格技术的问题我国发展网格技术的问题1。要进一步了解网格，在实践中深入。现。要进一步了解网格，在实践中深入。现在网格规划误区较多；在网格规划误区较多；2。要有顶层应用需求驱动，不要为了搞网。要有顶层应用需求驱动，不要为了搞网格而搞网格；格而搞网格；3。“行胜与言行胜与言”，具体从实验床做起；才，具体从实验床做起；才真正知道网格的工作规模，层次结构设计；真正知道网格的工作规模，层次结构设计；4。要注意规划协议、标准、接口；。要注意规划协议、标准、接口；5。要与国际接轨。要与国际接轨。30CCID论坛2002 谢谢！谢谢！31CCID论坛2002
