网格体系结构.docx

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第二章网格体系结构

2.1网格体系结构的概述

2.1.1网格体系结构的概念

网格体系结构是关于如何构建网格的技术，它包括两个层次的内涵。一是要标识出网格系统由哪些部分组成，清晰地描述出各个部分的功能、目的和特点。二是要描述网格各个组成部分之间的关系，如何将各个部分有机地结合在一起，形成完整的网格系统，从而保证网格有效地运转，也就是将各个部分进行集成的方式或方法。网格技术的权威伊安?福斯特（IanFoster）将网格体系结构定义为“划分系统基本组件，指定系统组件的目的与功能，说明组件之间如何相互作用的技术”。显然，网格体系结构是网格的骨架，只有建立合理的网格体系结构，才能设计和构建好网格。

2.1.2网格的基本模块

图1.网格系统的基本功能模块示意图

网格用户通过用户界面实现与网格之间的信息交互，实现诸如用户作业提交、结果返回等输入输出功能。网格在提供服务之前要知道哪个资源当前可以向用户提供服务，这就需要网格中信息管理模块提供相应的信息。选定合适的资源后，网格需要把该资源分配给用户使用，并对使用的过程中的资源进行管理，这些是资源管理的功能。网格在提供服务的过程中需要网格数据管理功能模块将远程数据传输到所需节点，作业运行过程中由作业管理模块提供作业的运行情况汇报。使用网格的用户及其使用时间和费用等的管理则由用户和记账管理模块实现，用户使用网格的整个过程中都需要QoS（QualityofService，服务质量）保证、通信和安全保障，以提供安全可靠、高性能的服务。

为了实现上述功能要求的网格系统可以有不同的实现方案。网格体系结构决定了网格系统由哪些模块实现网格的各个功能，模块之间如何有机地组合成完整的网格系统。当然，实现同样功能的网格体系结构是各不相同的，依据它们构建的网格系统也是各不相同。

2.1.3网格的层次结构

图2网格系统层次结构

(1)网格资源是构成网格系统的基础设施，主要包括网格结点和宽带网络系统。网格结点包括各种计算资源，如超级计算机、集群系统、贵重仪器、可视化设备、现有应用软件、数据库等，这些计算资源通过网络设备连接起来，具有分布和异构特性!而宽带网络系统是在网格系统中提供高性能通信的必要手段!

（2）网格中间件（gridmiddleware）是指一系列协议和服务软件，其功能是屏蔽网格资源层中计算资源的分布、异构特性，向网格应用层提供透明、一致的使用接口!网格中间件层也称为网格操作系统(gridoperatingsystem)，其核心服务包括：网格资源的管理分配、信息优化、任务调度、存储访问、安全控制、质量服务(Qos)等!还需提供API和相应的环境，以支持网格应用开发!

（3）网格必须提供良好的应用开发工具环境(gridtools)如java,fortran以及java等语言,MPI,PVM等应用开发界面，并支持消息传递、分布共享内存等多种编程模型!

（4）网格应用(gridapplication)是用户需求的具体体现，是各种应用软件的研究!在网格操作系统的支持下，网格用户可以使用其提供的可视化工具或环境开发各种应用系统!

2.1.4网格系统的基本功能

网格系统中管理的是广域分布、动态、异构的资源!网格系统应屏蔽这些资源的分布、异构特性，向网格应用提供透明、一致的使用接口!一个理想的网格系统应类似当前的Web服务，可以构建在当前所有硬件和软件平台上，给用户提供完全透明的使用环境!为此，网格系统必须提供以下基本功能：

（1）管理等级层次它定义网格系统的组织方式、确定管理层次体系!

（2）通信服务提供不同的服务（可靠的、不可靠的、点对点和广播方式）、通信协议和提供3,1支持!

（3）信息服务提供资源的全局访问!

（4）名称服务网格中为所有资源提供统一的名称空间，以便引用各种资源!

（5）文件系统提供分布式文件系统机制、全局存储和缓存空间，以支持文件存取!

（6）安全认证提供登录认证、可信赖、完整性和记账等方面的安全性!

（7）系统状态和容错提供监视系统资源和运行情况的工具!

（8）资源管理和调度提供透明的资源管理、进程调度!

（9）资源交易机制提供一种资源的交易机制，以鼓励不同组织或资源的拥有者加入网格系统!

（10）节点自治允许远程节点选择加入或退出系统，不影响各节点本地的管理和自主性!

（11）编程工具提供丰富的用户接口和编程环境!

（12）用户图形界面提供直观的用户访问接口，提供可视化工具!

2.1.5Globus工具集

Globus工具集，已被公认为当前建立网格系统的核心实现工具之一。实际上，它也已经获得了众多媒体的热烈好评，纽约时报曾评价“Globus工具集是网格计算的实际标准”,MIT技术报也曾说过“以Globus工具集为基