1. 关于网格

2. 网格的由来

3.  网络 vs. 计算机性能 处理器速度每 18 个月翻一番 处理器速度每 18 个月翻一番 存储密度 存储密度 每 12 个月翻一番 每 12 个月翻一番 网络速度 网络速度 每 9 个月翻一番 每 9 个月翻一番  1986 to 2000 计算机 : x 500 计算机 : x 500 网络 : x 340,000 网络 : x 340,000  2001 to 2010 计算机 : x 60 计算机 : x 60 网络 : x 4000 网络 : x 4000

4. 对高性能计算的需求  遥感  天文学  天气预报  大气海洋模拟  高能物理  航空 航天  。。。

5. 网格出现之前的高性能解决方案  超级计算机 昂贵，性价比不高 昂贵，性价比不高  集群 规模扩张到一定程度后性价比下降 规模扩张到一定程度后性价比下降  P2P 计算 SETI@home ：在家寻找外星人 SETI@home ：在家寻找外星人 fightAIDS@home: 寻找艾滋病药物 fightAIDS@home: 寻找艾滋病药物 缺点 : 用户的注意力有限，不可能有大量的类似活动 缺点 : 用户的注意力有限，不可能有大量的类似活动  网格的引入：水到渠成

6. Original Food Chain Picture 引用

7. 1980s Computer Food Chain Mainframe Vector Supercomputer Mini Computer Workstation PC 引用

8. Mainframe Vector Supercomputer MPP Workstation PC 1990s Computer Food Chain Mini Computer (hitting wall soon) (future is bleak) 引用

9. Computer Food Chain (Now and Future) 引用

10. 网格的概念  起源 最 “ 正统 ” 的网格研究来源于美国联邦政府过去 10 年来资助 的高性能计算项目。 最 “ 正统 ” 的网格研究来源于美国联邦政府过去 10 年来资助 的高性能计算项目。  定义： “ 动态多机构虚拟组织中的资源共享和 协同问题解决 ” 网格的根本特征是资源共享 网格的根本特征是资源共享 它的规模并不是主要因素 它的规模并不是主要因素

11.  网格的特点 分布计算技术的一种 分布计算技术的一种 充分利用网上的闲置处理能力 充分利用网上的闲置处理能力 不但共享 cpu 和硬盘，而且共享天文望远镜、雷达、 家用电器等设备和仪器 不但共享 cpu 和硬盘，而且共享天文望远镜、雷达、 家用电器等设备和仪器  网格与电力网类比 电力随处都可以得到 电力随处都可以得到 无须关心电力是哪个电厂提供的 无须关心电力是哪个电厂提供的 各电厂的电力互相调配，相当于负载均衡 各电厂的电力互相调配，相当于负载均衡 用电终端（电器）种类丰富，但用电方式相同 用电终端（电器）种类丰富，但用电方式相同

12. 电力网网格 发电厂高性能中心 发电机高性能计算机 电能信息、知识、交易 水能、风能、火能 、核能等原始 能源 数据库、传感器、贵重设备等等数据源 输电线网广域网、城域网、局域网 电力调配系统网格系统软件和中间件、网络缓存和负 载平衡器等硬 动力电、照明电、 家用电器等电 力应用 科学计算、电子商务、信息服务等网格 应用 各种电器网格终端设备

13. 网格的称谓  “ 新一代互联网 ”  WWW 之后的第三次浪潮  “ 未来的互联网技术 ”

14. 互联网的三次浪潮 internetwebgrid 第一个研 究原型 1969.10.11980-19891998 第一个可 用原型 19701990.121999 第一个标 准 1969.4 （ imp ） 1974.5(tcp/ip) 1994.6 （ uri ） 1996.5(http)还没有 现在标准 总数 3180 个 rfc 46 11 个工作组 9 个研究组 中国参与 标准 1 （ 1996.3 ） 0还没有

15. 网格的体系结构

16. 网格的协议  构造层（ Fabric ） 提供共享的资源，它们是物理或逻 辑实体。 提供共享的资源，它们是物理或逻 辑实体。  连接层（ Connectivity ）  连接层（ Connectivity ） 它是网格中网络事务处理通信与授 权控制的核心协议。 它是网格中网络事务处理通信与授 权控制的核心协议。  资源层 (Resource)  资源层 (Resource) 对单个资源实施控制，实现资源注 册、资源分配和资源监视。 对单个资源实施控制，实现资源注 册、资源分配和资源监视。  汇集层 (Collective)  汇集层 (Collective) 资源汇集，供虚拟组织的应用程序 共享、调用。提供目录服务、日程 安排、资源代理、资源监测诊断、 网格启动、负荷控制、账户管理等 多种功能。 资源汇集，供虚拟组织的应用程序 共享、调用。提供目录服务、日程 安排、资源代理、资源监测诊断、 网格启动、负荷控制、账户管理等 多种功能。  应用层（ Applications ）  应用层（ Applications ） 通过各层的 API 调用相应的服务， 再通过服务调用网格上的资源来完 成任务。需要构建支持网格计算的 库函数。 通过各层的 API 调用相应的服务， 再通过服务调用网格上的资源来完 成任务。需要构建支持网格计算的 库函数。 应用层 应用层应用层 网格计算协议互联网协议 汇集层 资源层 连接层 构造层 互联网 传输层

17. 网格的标准  尚未通过正式标准  Globus Toolkit 是事实上的标准

18. 引用

19. 欧洲数据网格 CERN, the European Organization for Nuclear Research 引用

20. 高能物理网格 Tier2 Centre ~1 TIPS Online System Offline Processor Farm ~20 TIPS CERN Computer Centre FermiLab ~4 TIPS France Regional Centre Italy Regional Centre Germany Regional Centre Institute Institute ~0.25TIPS Physicist workstations ~100 MBytes/sec ~622 Mbits/sec ~1 MBytes/sec There is a “bunch crossing” every 25 nsecs. There are 100 “triggers” per second Each triggered event is ~1 MByte in size Physicists work on analysis “channels”. Each institute will have ~10 physicists working on one or more channels; data for these channels should be cached by the institute server Physics data cache ~PBytes/sec ~622 Mbits/sec or Air Freight (deprecated) Tier2 Centre ~1 TIPS Caltech ~1 TIPS ~622 Mbits/sec Tier 0 Tier 1 Tier 2 Tier 4 1 TIPS is approximately 25,000 SpecInt95 equivalents 引用

21. DOE X-ray grand challenge: ANL, USC/ISI, NIST, U.Chicago tomographic reconstruction real-time collection wide-area dissemination desktop & VR clients with shared controls Advanced Photon Source在线使用科学仪器 archival storage 引用

22. 地震模拟网络  NEESgrid: US national infrastructure to couple earthquake engineers with experimental facilities, databases, computers, & each other  On-demand access to experiments, data streams, computing, archives, collaboration NEESgrid: Argonne, Michigan, NCSA, UIUC, USC 引用

23. 采用 3300 枚以上 Itanium 处理器的 运算系统 ——TeraGrid 26 24 8 4 HPSS 5 UniTree External Networks Site Resources NCSA/PACI 8 TF 240 TB SDSC 4.1 TF 225 TB CaltechArgonne TeraGrid/DTF: NCSA, SDSC, Caltech, Argonne www.teragrid.org 引用

24. 伊利诺斯州 I-WIRE: 分布式集群计算 Research Areas Displays/VR Collaboration Rendering Applications Data Mining NCSA Argonne UIC/EVL Research Areas Latency-Tolerant Algorithms Interaction of SAN/LAN/WAN technologies Clusters UIUC CS StarLight 引用

25. 美国国防部的全球信息网格 引用

26. Grid Node N Grid Node 2 Grid For Economy-eGrid Grid User Application Grid Resource Broker Grid Resource/Control Domains Grid Explorer Schedule Advisor Trade Manager Job Control Agent Deployment Agent Trade Server Resource Allocation Resource Reservation R1R1 Other services Grid Information Server(s) R2R2 RmRm … Charging Alg. Accounting Grid Node1 … Trading Grid Middleware … Info ? … Jobs Health Monitor 引用

27. 网格的关键技术  如果把整个因特网看成一台计算机，那么它的处 理器、存储器、外部设备是什么？它应该采用什 么样的体系结构？  什么是网格这台计算机的操作系统？它的进程和 线程是什么？什么是它的地址空间？如何管理它 的资源？  什么是网格的编程环境和使用环境？什么是网格 的用户界面？什么是网格的程序设计语言？  什么是网格的应用？它们有什么样的模式和特征 ？  从用户的角度看，网格与当前的因特网 /Web 有 什么不同？它能提供什么样的独特好处？

28. 网格的挑战网格计算要真正步入实用阶段必须解决以下三大问题：  1 ．体系结构设计 网格系统有哪些组成部分、组成部分之间的关系以及如何 协同工作是网格体系结构研究需要解决的问题。 网格系统有哪些组成部分、组成部分之间的关系以及如何 协同工作是网格体系结构研究需要解决的问题。  2 ．操作系统设计 网格操作系统是网格系统资源的管理者，它所管理的将是 广域分布、动态、异构的资源，现有操作系统显然无法满 足这一需求。 网格操作系统是网格系统资源的管理者，它所管理的将是 广域分布、动态、异构的资源，现有操作系统显然无法满 足这一需求。  3 ．使用模式设计 在网格环境下，用户需要通过新的方式来利用网格系统资 源。因此，在网格操作系统上设计开发各种工具、应用软 件是网格使用模式研究需要解决的关键问题。 在网格环境下，用户需要通过新的方式来利用网格系统资 源。因此，在网格操作系统上设计开发各种工具、应用软 件是网格使用模式研究需要解决的关键问题。

29. 网格计算分类 马森大学的研究，网格计算可分为： 集中式任务管理系统 集中式任务管理系统 分布式任务管理系统 分布式任务管理系统 分布式操作系统 分布式操作系统 参量分析 参量分析 资源监测 / 预测以及分布式计算接口 资源监测 / 预测以及分布式计算接口现有的网格计算技术方案主要集中在第一、二类。 属于集中式任务管理系统的有 Sun 公司的 Grid Engine 、 LSF （ Load Sharing Facility ）、 PBS （ Portable Batch System ）等； 属于集中式任务管理系统的有 Sun 公司的 Grid Engine 、 LSF （ Load Sharing Facility ）、 PBS （ Portable Batch System ）等； 属于分布式任务管理系统的有 Globus 、 Legion 和 NetSolve 等。集中式系统由一台计算机统一调度任务 ，分布式系统任务的加载和运行控制由网格中每台计 算机自行完成。 属于分布式任务管理系统的有 Globus 、 Legion 和 NetSolve 等。集中式系统由一台计算机统一调度任务 ，分布式系统任务的加载和运行控制由网格中每台计 算机自行完成。

30. 国内研究现状  中国网格研究机构 清华大学计算机系网格研究组 清华大学计算机系网格研究组 曙光公司 曙光公司 中科院计算所 中科院计算所  中国网格研究项目 清华大学计算机系仿真网格 清华大学计算机系仿真网格 浙江大学 e-Science 浙江大学 e-Science 中科院织女星网格 (1, 2) 中科院织女星网格 (1, 2)