网格技术的体系结构
网格
一．网格的产生
网格(Grid)这个词来自于电力网格(PowerGrid)。“网格”与“电力网格”形神相似。一方面，计算机网纵横交错，很像电力网；另一方面，电力网格用高压线路把分散在各地的发电站连接在一起，向用户提供源源不断的电力。用户只需插上插头、打开开关就能用电，一点都不需要关心电能是从哪个电站送来的，也不需要知道是水力电、火力电还是核能电。建设网格的目的也是一样，其最终目的是希望它能够把分布在因特网上数以亿计的计算机、存储器、贵重设备、数据库等结合起来，形成一个虚拟的、空前强大的超级计算机，满足不断增长的计算、存储需求，并使信息世界成为一个有机的整体。
电网和网格对照表
电网：当你用洗衣机洗衣服时，你只关心衣服什么时候洗好。而不在乎洗衣机用的电是来源于水力发电，火电厂还是核电。你只需要把插头插入插座就行了。
网格：当你在电脑前工作时，你唯一关心的是要做的事（比如一项计算，设计等等）无论电脑连上什么网路，你都可以得到所需的计算能力出储存容量。
电网：我们现在用电的基础建设是“电网“。就是利用输电站，电力站，变电所和电线等等，把许多不同种类的发电厂和你家联系起来。
网格：对于上述的基础建设就叫“网格“。就是把电脑，工作站，服务器等计算资源连起来，而且提供必要的使用机制。
电网：电网是显而易见的：你不必担心你所用的电力是从哪里或者如何产生的。
网格：网格也将成为显而易见：你不必担心你所使用的电脑程序和资料在那里，网格中间服务器都会把最适合的计算资源分配给你的工作。
电网：电网很普遍：电力到处都有。只要插上插座就能获得电力资源。
网格：网格也将很普遍：电脑，笔记本，或者是掌上电脑，手机，甚至是一般的家用电器都可以通过网格插口连 上网格。
电网：电网是公共设施：你只要付钱就可以用电。
网格：网格也试图想为广大民众服务：只要付钱，都可以享用网格无穷无尽的计算资源和储存能力
注：另一种说法是网格就像一个巨大的网,里面有很多格子.每个格子就是一个局域网格,每个节点就是一台计算机.这种说法可能起源于中国。
二．究竟什么是网格
网格是一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中。目前学术界和商业界围绕网格开展的研究有很多，其研究的内容和名称也不尽相同因而网格尚未有精确的定义和内容定位。比如国外媒体常用“下一代互联网”、“Internet2”、“下一代Web”等来称呼网格相关技术。但“下一代互联网（NGI）”和“Internet2”又是美国的两个具体科研项目的名字，它们与网格研究目标相交叉，研究内容和重点有很大不同。企业界用的名称也很多，有内容分发（Contents Delivery）、服务分发（Service Delivery）、电子服务（e-service）、实时企业计算（Real-Time Enterprise Computing，简称RTEC）、分布式计算Peer-to-Peer Computing（简称P2P）、Web服务（Web Services）等。中国科学院计算所所长李国杰院士认为，网格实际上是继传统互联网、Web之后的第三次浪潮，可以称之为第三代互联网应用。
网格是利用互联网把地理上广泛分布的各种资源（包括计算资源、存储资源、带宽资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等）连成一个逻辑整体，就像一台超级计算机一样，为用户提供一体化信息和应用服务（计算、存储、访问等），虚拟组织最终实现在这个虚拟环境下进行资源共享和协同工作，彻底消除资源“孤岛”，最充分的实现信息共享。
三．网格技术的特征及其体系结构
1．网格技术的特征
在介绍网格的特征之前，我们首先要解决一个重要的问题：网格是不是分布式系统？这个问题之所以必须回答，因为人们常常会问另一个相关的问题："为什么我们需要网格？现在已经有很多系统（比如海关报关系统、飞机订票系统）实现了资源共享与协同工作。这些系统与网格有什么区别？"
对这个问题的简要回答是：网格是一种分布式系统，但网格不同于传统的分布式系统。IBM Global Service与EDS是在这个分布式领域最著名的公司。构建分布式系统有三种方法：即传统方法（我们称之为EDS方法）、分布自律系统（Autonomous Decentralized Systems, ADS）方法，网格（grid）方法。ADS通常用于工业控制系统中。网格方法与传统方法的区别见下表：
特征 传统分布式系统 网格
开放性 需求和技术有一定确定性、封闭性 开放技术、开放系统
通用性 专门领域、专有技术 通用技术
集中性 很可能是统一规划、集中控制 一般而言是自然进化、非集中控制
使用模式 常常是终端模式或C/S模式 服务模式为主
标准化 领域标准或行业标准 通用标准（+行业标准）
平台性 应用解决方案 平台或基础设施
通过以上对比，
1.资源共享，消除资源孤岛：网格能够提供资源共享，它能消除信息孤岛、实现应用程序的互连互通。网格与计算机网络不同，计算机网络实现的是一种硬件的连通，而网格能实现应用层面的连通。
2.协同工作：网格第二个特点是协同工作，很多网格结点可以共同处理一个项目
3.通用开放标准，非集中控制，非平凡服务质量：这是Ian Foster最近提出的网格检验标准。网格是基于国际的开放技术标准，这跟以前很多行业、部门或者公司推出的软件产品不一样。
4.动态功能，高度可扩展性：网格可以提供动态的服务，能够适应变化。同时网格并非限制性的，它实现了高度的可扩展性。
2．网格的体系特征
网格之所以能有以上所说的种种优势特征，是由网格的体系结构赋予它的。网格体系结构的主要功能是划分系统基本组件，指定组件的目的与功能，刻画组件之间的相互作用，整合各部分组件。科研工作者已经提出并实现了若干种合理的网格体系结构。下面介绍目前影响比较广泛的两个网格体系结构：网格计算协议体系结构(Grid Protocol Architecture，GPA)和计算经济网格体系结构(GRACE)模型。
OGSA（Open Grid Services Architecture）被称为是下一代的网格体系结构，它是在原来“五层沙漏结构”的基础上，结合最新的Web Service 技术提出来的。OGSA包括两大关键技术即网格技术和Web Service 技术。
随着网格计算研究的深入，人们越来越发现网格体系结构的重要。网格体系结构是关于如何建造网格的技术，包括对网格基本组成部分和各部分功能的定义和描述，网格各部分相互关系与集成方法的规定，网格有效运行机制的刻画。显然，网格体系结构是网格的骨架和灵魂，是网格最核心的技术，只有建立合理的网格体系结构，才能够设计和建造好网格，才能够使网格有效地发挥作用。
OGSA最突出的思想就是以“服务”为中心。在OGSA框架中，将一切都抽象为服务，包括计算机、程序、数据、仪器设备等。这种观念，有利于通过统一的标准接口来管理和使用网格。Web Service提供了一种基于服务的框架结构，但是，Web Service 面对的一般都是永久服务，而在网格应用环境中，大量的是临时性的短暂服务，比如一个计算任务的执行等。考虑到网格环境的具体特点，OGSA 在原来Web Service 服务概念的基础上，提出了“网格服务（Grid Service）”的概念，用于解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题。
基于网格服务的概念，OGSA 将整个网格看作是“网格服务”的集合，但是这个集合不是一成不变的，是可以扩展的，这反映了网格的动态特性。网格服务通过定义接口来完成不同的功能，服务数据是关于网格服务实例的信息，因此网格服务可以简单地表示为“网格服务＝接口/行为＋服务数据”。
在目前，网格服务提供的接口还比较有限,OGSA 还在不断的完善过程之中，下一步将考虑扩充管理、安全等等方面的内容。
3．网格协议体系结构
Ian Foster于2001年提出了网格计算协议体系结构，认为网格建设的核心是标准化的协议与服务，并与Internet网络协议进行类比(如图1)。该结构主要包括以下五个层次：
构造层(Fabric)：控制局部的资源。由物理或逻辑实体组成，目的是为上层提供共享的资源。常用的物理资源包括计算资源、存储系统、目录、网络资源等；逻辑资源包括分布式文件系统、分布计算池、计算机群等。构造层组件的功能受高层需求影响，基本功能包括资源查询和资源管理的QoS保证。
连接层(Connectivity)：支持便利安全的通信。该层定义了网格中安全通信与认证授权控制的核心协议。资源间的数据交换和授权认证、安全控制都在这一层控制实现。该层组件提供单点登录、代理委托、同本地安全策略的整合和基于用户的信任策略等功能。
资源层(Resource)：共享单一资源。该层建立在连接层的通信和认证协议之上，满足安全会话、资源初始化、资源运行状况监测、资源使用状况统计等需求，通过调用构造层函数来访问和控制局部资源。
汇集层(Collective)：协调各种资源。该层将资源层提交的受控资源汇集在一起，供虚拟组织的应用程序共享和调用。该层组件可以实现各种共享行为，包括目录服务、资源协同、资源监测诊断、数据复制、负荷控制、账户管理等功能。
应用层(Application)：为网格上用户的应用程序层。应用层是在虚拟组织环境中存在的。应用程序通过各层的应用程序编程接口（API）调用相应的服务，再通过服务调动网格上的资源来完成任务。为便于网格应用程序的开发，需要构建支持网格计算的大型函数库。
四. 当今网格的运用
现在国内国外运用得最多的可能是在一些大型院校的计算网格（实现计算资源的共享。 什么是计算资源： 简单来说就是计算能力，CPU。 计算资源共享就是CPU计算的共享）。人们把一个集群(cluster, 也就是常说的机房，通常有几十台操作系统为Linux的计算机)的计算机连成一个局域型网格。这样就好像把这几十台电脑连成了一台超级计算机，计算能力当然大大提高了。这种局域计算网格主要运用于一些科研的研究。比如说生物科学。当生物科学的研究员需要高性能的计算资源来帮助他们分析试验的结果时，他们就把这些分析试验的程序提交（submit）给网格，网格通过计算再把结果返回给这些研究员。计算结果可能是一些图像（rendering）也可能是一些数据。这些计算如果在单一PC（Personal computer, 个人计算机）上运行的话，往往会花费几个月的时间，然而在网格中运行一，两天也就完成了。这就是网格技术最直观的优点之一。当然现在有一些大型主机（super-mainframe）也有很强的计算能力（比如常说的IBM deepblue，打败人类围棋大师Kasparov那位），但是这种主机太昂贵，而且配置(deploy)往往不方便，是名副其实的重量级（heavyweight）计算。SETI@Home （SETI@Home's，一个分布式计算的项目，通过互联网络上的计算机搜索地球外智慧讯息，网格在分布式计算的成功运用。 参见：http://www.equn.com/info/fd01.htm）的网站指出，世界上最强大的计算机IBM 的 ASCI White，可以实现12万亿次的浮点运算，但是花费了1亿千万美元；然而SETI@HOME 只用了50万美元却实现了15万亿次浮点运算。
网格另外一个显著的运用可能就是虚拟组织（Virtual Organisations）。这种虚拟组织往往是针对与某一个特定的项目，或者是某一类特定研究人员。在这里面可以实现计算资源、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。比如说中国2008年奥运会开幕式研究组就可以运用网格组成一个虚拟组织。在这个虚拟组织里，任何成员不管在哪个地方都可以有权访问组织的共享资源（如 开幕式场地图纸，开幕式资金，开幕式节目单）；而且可以和另一地方的虚拟组织成员进行交流。这个虚拟组织就像把所有奥运会开幕式的资源，信息，以及人员集中到了一个虚拟的空间，让人们集中精力研讨开幕式项目的问题，而不必考虑其他的问题。据个实例，由英国利兹大学，牛津大学，约克大学和谢菲尔德大学合作的DAME项目就是致力于研究和运用虚拟组织。DAME架构在这四个大学合建的白玫瑰网格White Rose Computational Grid (WRCG)上，运用于对飞机故障的快速检测和维修。
①高性能计算 HPC：指通常使用多个处理器或某一集群中组织的几台计算机的计算系统和环境。对于典型的 HPC 系统，HPC 单元的操作和行为像单个计算资源，将实际请求的加载展开到个个节点，被专门设计和部署为能够充当大型资源。为真正提高处理能力和运算速度，体系结构多采用 MMP（大规模并行处理）和 Cluster（集群）。已应用于生物信息学、气象学、航天事业等。
②网格计算：分布式计算（Distributed computing）的一种，利用互联网把不同位置的电脑组织成“虚拟超级计算机”。影响最广泛的是五层沙漏结构，根据各个组成部分与分享资源的距离，对资源进行操作、管理和使用。已应用于生物、气象、石油、水利等行业。
③云计算（Cloud computing）：基于互联网相关服务的增加、使用和交付模式，通过涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。体系结构分为：云用户端、管理工具和监控层。多应用于搜索、存储、游戏等方面。
网格技术不断地发展使人们逐渐地意识到了网格体系结构的重要性。网格体系结构用来划分系统的基本组件，指定系统组件的目的和功能，说明组件之间如何相互作用，规定了网格各部分相互的关系与集成的方法。可以说，网格体系结构是网格的骨架和灵魂，是网格技术中最核心的部分。 开放网格服务结构OGSA是Global Grid Forum4的重要标准建议,是目前最新也最有影响力的一种网格体系结构，被称为是下一代的网格结构。
OGSA的目的就是要将Grid的一些功能，更确切的说是Globus的一些功能融合到Web Service这个框架中。与前期网格不同的是，OGSA是面向服务的结构，将所有事务都表示成一个Grid服务，计算资源、存储资源、网络、程序、数据等都是服务，所有的服务都联系对应的接口，所以，OGSA被称为是以服务为中心的“服务结构”，通过标准的接口和协议支持创建、终止、管理和开发透明的服务，其发展象征着Web Service的一个进步，结合Web Service技术，支持透明安全的服务实例，OGSA有效地扩展了Web Service架构的功能。
五层模型与OGSA都相当重视互操作性，但OGSA更强调服务的观点，将互操作性问题转化为定义服务的接口和识别激活特定接口的协议。这一面向服务模型具有很多优点，环境中的所有组件都是虚拟化的，通过提供一个所有Grid服务实现基础的一致接口的核心集，可以使得分级的、更高级别的服务的构建能够跨多个抽象层以一种统一的方式进行处理。虚拟化还促使从多个逻辑资源实例到同一物理资源的映射，不考虑实现的服务组合，以及一个VO内的基于低级资源组合的资源管理。正是Grid服务的虚拟化加强了通用服务语义行为无缝地映射到本地平台设施的能力。
空间信息网格的发展
答：IT产品技术不断升级，因此需要空间信息网格具有适应动态变化的能力。为了搭建实用的空间信息网格，应该加强空间信息网格的理论、技术及其应用方面的研究工作。(1)空间信息网格理论模型研究包括:空间信息网格的体系结构、技术框架、应用模式等方面，主要回答什么是空间信息网格、空间信息网格由哪些部分组成以及它们...
超大型计算机的中国曙光
答：曙光5000A 曙光5000A高性能计算机是国家863计划高性能计算机及其核心软件重大专项支持的研究项目，是面向网格的高性能计算机，可以为网格提供计算服务，同时 也是面向信息服务的超级服务器，可以提供多目标的系统服务。曙光5000A采用网格技术，体系结构以构件性(Component)、标准性 (Standard)、协作性(Coordinate...
从体系结构,应用领域,技术特征等方面评述高性能计算,网格计算和云计算的...
答：对于典型的 HPC 系统，HPC 单元的操作和行为像单个计算资源，将实际请求的加载展开到个个节点，被专门设计和部署为能够充当大型资源。为真正提高处理能力和运算速度，体系结构多采用 MMP（大规模并行处理）和 Cluster（集群）。已应用于生物信息学、气象学、航天事业等。②网格计算：分布式计算（Distributed ...
高新网格是什么意思?
答：高新网格是由“高新技术”、“网格化管理”两个词组合而成的新概念。其中，“高新技术”指的是现代化的科技信息技术，包括人工智能、物联网、云计算等体系结构；而“网格化管理”则是指将不同部门或单位的资源整合到一个统一的网络中，形成一种高效、协同的...
什么是“网格”?
答：在信息学中，网格是一种用于集成或共享地理上分布的各种资源（包括计算机系统、存储系统、通信系统、文件、数据库、程序等），使之成为有机的整体，共同完成各种所需任务的机制。网格是一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中。学术界和商业界围绕网格开展的研究有很多，其研究的内容和名称也不尽相同...
网格技术的发展
答：中国国家网格将提供高性能计算、资源共享、协同工作的能力; 在科学研究、环境资源、制造业、服务业中建设若干大型行业应用网格; 研制面向网格计算的高性能计算机,装备网格节点,促进我国高性能计算机的研究和产业化; 研究以网格软件为代表的网格核心技术,在网格体系结构和网格软件、网格应用技术、网格服务模式、网格安全以及...
房屋图纸网格墙是什么意思
答：网格墙的具体形态和尺寸可以根据建筑设计师的需求进行选择和调整，不同设计方案会对其采用不同的形状和尺寸，以便实现更好的建筑效果。在建筑工程领域中，网格墙的应用范围非常广泛。它可以用于高层住宅、商业建筑、办公大楼等各类建筑。由于采用了高强度的钢筋混凝土材料和稳定的网格构架技术，因此网格墙能够...
高层建筑幕墙的新结构和新系统?
答：幕墙新结构 （1）网格体系 随着建筑功能和建筑艺术要求的多样化，新的结构形式得到更多的应用，如三向斜交网格系统应用相当广泛。此外六边形是可以填满平面的几何图形之一，因此六边形网格钢结构也常用于幕墙。（2）刚架体系 由钢筋混凝土或钢构件刚性连接成为平面刚架或空间刚架可作为幕墙的支承结构体系，由...
物流信息网络:构建与运作图书目录
答：第二章是研究基础，物流信息网络理论基础是核心，涵盖了网格理论和复杂理论在物流管理中的应用。通过综述，我们了解了物流信息化与网络化的最新研究动态。第三章，物流信息网络体系构建部分，阐述了网格体系结构和物流网络与网格技术的融合，构建了物流信息网络结构框架，并通过实例研究进一步强化理解。第四章，...
网格发展的基本背景
答：目前，我国已将网格GIS作为信息领域的重点方向进行了深入的研究及成果的推广及广泛的应用，形成了网格GIS体系结构、标准规范、关键技术、软件平台、应用示范等一系列成果，并在多个领域进行了应用。2008年1月，结合国内外网格计算技术的前沿研究成果，科技部设立了“863”计划项目“网格地理信息系统软件及重大...
