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网格应用现状与分析 清华大学计算机系高性能所　刘鹏 Email: HYPERLINK mailto:liupeng_00@ liupeng_00@ 中国网格信息中转站： HYPERLINK 最近一两年，“网格”这个词持续升温。你如果用Google有哪些信誉好的足球投注网站“网格”，可以看到8万个结果；你会发现除了美国、欧洲对网格的研究投入了巨资，我们国家也通过863、自然科学基金等设立了网格专项，对网格有数亿元的投资；你可以看到专业媒体和专业网站，纷纷推出了网格专辑；你还可以看到，有关网格的活动高潮迭起：去年11月，作者创办的中国网格信息中转站和人民大学联合举办了首届网格主题日活动，当时有300多人参加。一个月后，在上海举办的网格与协同计算学术会议，参会人数达到了500多人。今年4月29日，中国网格信息中转站又将协助IDG公司举办Grid Computing World China 2004，届时将达到千人规模。 以前，我们谈起网格的时候，总把它想得像电力网一样，“插上插头”就能源源不断地获得计算能力。现在，网格早已远远超出了计算的范畴。除了计算网格外，数据网格、仪器网格、虚拟现实网格、服务网格、信息网格、知识网格等，将网格应用扩展到方方面面。正是通过各种各样的网格应用研究，人们看到了网格的远大前景，同时也看到了它在某些方面存在的不足，并因此不断调整着网格前进的方向。本文将介绍网格的五个主要应用领域：分布式超级计算、分布式仪器系统、数据密集型计算、远程沉浸和信息集成，然后分析这些网格应用所呈现的特点和发展方向。 分布式超级计算 分布式超级计算(Distributed Supercomputing)是指将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来，并用网格中间件软件“粘合”起来，形成比单台超级计算机强大得多的计算平台。事实上，网格的最初设计目标主要就是要满足更大规模的计算需求，Globus正是从这类应用起家的。在这个领域有两个应用引人关注：第一个是军事仿真项目SF Express，它将大型军事仿真任务分解到分布式环境中运行，在场景分发、资源配置、资源管理、信息服务、日志服务、监视和容错等方面都利用了Globus Toolkit的动态管理功能。1998年3月16日，SF Express 集合13台并行计算机之力，使用了1,386个处理器，终于成功模拟了100,298个战斗实体，实现了历史上最大规模的战争模拟；第二个应用称作数字相对论，它利用网格求解爱因斯坦相对论方程并模拟出天体的运动规律。该项目使用了4台超级计算机，并采用了许多措施来优化分布式计算的整体性能。运行效率由优化前的15%，提升到了优化后的63%。该项成就使得它在 分布式仪器系统 分布式仪器系统（Distributed Instrumentation System）是指用网格管理分布在各地的贵重仪器系统，提供远程访问仪器设备的手段，提高仪器的利用率，大大方便用户的使用。在网格出现之前，人们就试图通过网络访问一些仪器设备或仪器数据，但当时的软硬件环境都不成熟，只能实现一些低要求应用罢了，而网格将分布式仪器系统变成了一个非常易于管理和有弹性的系统。这个领域有代表性的是美国能源部支持的XPort项目。它基于Globus，能提供远程仪器使用规划、仪器操作、数据获取、筛选和分析等功能，它将大大简化巨型分子晶体结构的设计和实施。科技工作者只要用邮包把晶体快递给仪器所在地，就可以在自己实验室中获取到晶体内部结构的可视化图像。 数据密集型计算 并行计算技术往往是由一些计算密集型应用推动着的，特别是一些带有重大挑战（Grand Challenge）性质的应用，它们大大促进了对高性能并行体系结构、编程环境、大规模可视化等领域的研究。但是，相比之下，数据密集型计算(Data Intensive Computing)的应用好像要比计算密集型应用多得多。它对应的数据网格更侧重于数据的存贮、传输和处理，而计算网格则更侧重于计算能力的提高，所以它们的侧重点和实现技术是不同的。在这个领域独占鳌头的项目是欧洲原子能研究机构CERN所开展的数据网格DataGrid项目，它的目标是处理2005年建成的大型强子对撞机源源不断产生的PB/s量级实验数据。其处理过程是这样的：粒子检测器产生的原始数据经过在线系统过滤后，并经具有20万亿次处理能力的离线处理场的处理，最终以大约100MB/s的速率永久写入磁带，这个100MB/s 就是DataGrid真正需要处理的数据速率。CERN计算机中心负责将这些数据通过高速网络分配给欧洲、北美、日本等国的区域中心，后者再将任务作进一步分解，到物理学家的桌面时，数据量只有1MB/s，已经可以很方便地进行处理了。 远程沉浸 远程沉浸(Tele-immersion)是一种特殊的网络化虚拟现实