网格“热”的冷思考，本文主要内容关键词为：网格论文,冷思考论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
当今，网格技术的研究在全球范围内引起了广泛的关注，国内外掀起一股网格研究和建设的热潮。但从目前的情况来看，并不十分令人乐观。我们没有充分的理由怀疑网格的未来，但很有必要对此热潮作一番冷静的思考。
1 理性认识网格——内涵及其产生
网格是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，最初是专门针对复杂科学计算应用的一种新型计算模式。这种计算模式是把整个网络整合成一台巨大的超级计算机。随着网格技术的发展和应用的扩展，网格逐步进入到商业领域。人们预言，网格技术和应用将成为Internet信息技术的下一个浪潮，网格将成为具有高性能处理、海量数据存储和大量仪器设备等特征的21世纪人类社会的信息处理基础设施。
实际上，网格可以从三个方面来理解。第一，网格是构建信息系统新的思维方式和新的概念；第二，网格计算技术是解决广泛的分布资源共享和协同工作的新技术；第三，网格是支撑各类应用的新的国家信息基础设施。Internet上汇集了成千上万的计算资源、数据资源、软件资源、各种数字化设备和控制系统。网格技术的实质就是如何将物理上互连的众多资源汇聚起来，联合提供服务。
计算机技术的发展奠定了网格的物资基础，计算机的各种应用对网格技术的需求推动了网格技术的蓬勃发展。在Internet日益扩展、网上应用日益普及的今天，人们一方面需要面对空前丰富的计算资源总量、快捷便利的通信手段，另一方面还要面临资源部门割据，信息分散，应用系统相互孤立的局面。这一切都迫切需要有一种新的理念和方法，来指导计算与信息资源的统一规划、部署和集成，促进资源的有效共享，应用的协同融合。而网格恰好是解决大规模分布资源共享和协同工作的全新平台技术，通过它可以汇聚Internet中的分散异构、动态变化的计算和信息资源，将其中不同组织和机构的资源虚拟化，使我们能像使用一台计算机那样使用Internet中的各种资源，把Internet从通讯和信息交互平台提升到资源共享和协同工作的平台。
2 国内外网格研究热潮
2.1 国际
美国政府自20世纪90年代就开始投资于网格技术的研究，累计用于网格技术基础研究方面的经费已近5亿美元，相继提出了各种网格理论，并建立以Globus、Globe、Net Solve、Javalin为代表的实验模型和项目。作为网格计算最杰出的代表，由美国Argonne国家实验室实施研发的Globus，被认为是网格技术的典型代表。Globus通过对网格技术的研究和相应软件的开发及相关标准的制定，力图构造一个规范的网格计算环境，实现对高性能计算机远程计算资源普遍、可靠、一致性的访问。在对资源管理、安全、信息服务及数据管理等网格计算的关键理论进行研究的同时，Globus于1999年开发出的能运行于各类平台的网格计算工具软件Globus Toolkit是该系统最重要的成果，其源代码完全开放，可以帮助规划和组建大型网格实验平台，开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。目前，Globus的技术已在NASA网格(NASAIPG)、欧洲数据中心(Data Grid)、美国国家技术网格(NTG)等8个项目中得到应用。美国国防部规划实施的“全球信息网格”(Global Information Grid)计划，将在2020年完成。作为该计划的一部分，美国海军和海军陆战队已先期启动了一个耗资160亿美元、历时8年的项目，进行系统的研制、建设、维护和升级。
作为网格技术的诞生地，欧洲各国高度重视网格技术的研究。英国政府已决定投入1亿英镑用于网格研究，建立英国的国家网格(UK National Grid)项目，形成全国范围内互联互通的网络系统。欧盟已于2001年1月起，正式实施由欧洲粒子实验室等6个研究机构参与的数据网格(Data Grid)项目，计划在3年内投资980万欧元，采用Globus网格技术，建立一个在欧洲范围内不同数据源之间实现海量数据计算与数据交换的大规模分布计算环境和共享平台，为科学研究提供强大保障。法国启动的国家网格计划，前3年计划的经费投入是1000万美元。荷兰国家网格计算计划将使5个大学的研究人员能够更有效地在生物信息到粒子物理等科研项目方面进行合作。这一网格计算计划包含5台Linux群集系统（每个大学各一台），通过荷兰大学的高性能网络——SUPER Net连接在一起。
2.2 国内
在我国，已经完成的网格研究项目主要有清华大学的先进计算基础设施ACI(Advanced Computational Infrastructure)和以中科院计算所为主的国家高性能计算环境NHPCE(National High Performance Computing Environment)。目前正在进行的网格研究项目主要有：“863”专项计划支持的“中国网格”(China Grid)项目；由中国科学院计算所领衔开发的“织女星网格”(Vega Grid)项目；由上海多所大学参加的“上海教育科研网格”项目；由航天总公司第二研究院和清华大学共同开展的“仿真网格”项目。其中，由中国科学院计算所领衔攻关的“织女星网格”项目，涉及包括网格超级服务器(Super Servers for Grid Computing)、网格操作系统(Grid Operating System)、信息网格(Information Grid)、知识网格(Knowledge Grid)的架构、性能、应用的各个层面，其将来的目标是具备大规模的数据处理能力、高性能计算能力，以及资源共享和提高资源利用率方面的能力。
3 网格“热”的冷思考
3.1 网格面临诸多挑战，需要理论和技术创新支撑
网格技术的兴起和发展得益于技术进步和应用需求的驱动，但面临着诸多挑战。在技术方面，其研究重点是网格软件技术的研究和实现，并以网格系统软件为主要研究对象。人们需要建立一个具有开放的体系结构、标准和协议，以形成信息获取、传输、访问、共享和处理的单一开放的信息处理基础设施平台，需要克服虚拟组织的管理和协同工作问题，需要解决网格的可用性和可开发性障碍，并解决系统安全问题。网格作为基础设施，除了技术上的挑战外，一些社会、政治因素对网格的普及也至关重要，应当建立资源的外包、数据的保密等法律保护机制。
为了实现支持资源共享、协同工作，具有资源虚拟化和服务特征的网格，还需要理论和技术创新的支撑。网格研究面临一系列需要回答的问题，例如：(1)网格环境下数据如何分布、组织、管理？要求什么样的存储模型？(2)如何对动态变化的资源实施有效管理？如何在广域环境下调度资源，保证服务质量？(3)网格服务的语义如何表示？应用开发者如何理解服务语义并与其应用目标相匹配？(4)为了在虚拟资源空间中建立资源提供者和使用者之间的信赖关系，保证各自的安全，应该建立什么样的网格计算安全模型和机制？(5)由于资源的分散性和部门所属性，网格能否像电信基础设施那样由集中的大运营商来运营？它的经济模型和盈利机制是什么？如何通过引入投资机制，建立网格的运营服务业？在强调共享技术的同时，如何用有效的利益机制来促进共享？这对网格在中国的成功来说也许比技术问题更为重要。
3.2 资金问题
强大的经费支持是网格研究的根本保证。美国的网格技术研究起步最早、进展最快、成果最多而倍受世人瞩目。其原因，一方面是具有强大的技术力量，另一方面，就是政府大额度的经费支持。到目前为止，美国政府用于网格技术基础研究经费已达5亿美元。而我国是发展中国家，经济实力与美国相差甚远。另外，国家还有很多更重要的大型项目在投资建设中，很难满足各方网格建设的经费需要。而资金匮乏则是制约网格研究和建设的重要因素之一。解决办法，一是要争取社会各方力量的投资，如争取私人、华侨、海外华人以及国外民间机构等；二是采取企业牵头联合建设。在市场经济日趋成熟的今天，研究机构应瞄准国内外市场的需求，主动与资金持有者和高新技术单位联合，实行强强联手战略。
3.3 网格统一标准的制定
标准对于任何基础设施都至关重要，我们必须花大力气建立网格的标准，用标准来规范网格技术的研究和网格的应用。但迄今为止，尚没有制定出全球统一的网格标准。国际上网格技术的研究基本上采用了因特网的开放标准路线，以层次化开放式为基础，在多个层次上建立横向技术标准和平台，以满足不同层次资源和应用集成的需要。这些标准中最主要的是Globus和OGSA。
2003年7月，OMG、W3C、Grid Forum等标准化组织在出席“软件服务网格研讨会”后加快全球大网格(Global Great Grid)标准的制定。同时，另一开放源代码网格标准组织——Globus也集会研究通过广域网联接的高性能计算的基础设施问题。Globus目前正致力于开发标准的网格架构和其他技术，并已提出“开放网格服务体系”(Open Grid Services Architecture,OGSA)建议标准，该体系结构是目前最新的一种网格体系结构，被称为下一代的网格体系。在网格计算技术方面，迄今为止还没有正式的标准，但在核心技术上，相关机构与企业已达成一致——由美国Argonne国家实验室与南加州大学信息科学学院(ISI)合作开发的Globus Toolkit软件包已成为网格计算事实上的标准。包括IBM、Microsoft、SGI、Sun在内的12家计算机和软件厂商已宣布将采用Globus Toolkit。它包括一系列软件服务和支持资源监视、资源发现、资源管理、安全控制、文件管理的函数库，能够使用户在保持本地相对独立性的同时获得计算能力、数据库以及其他资源的共享。2004年3月，Globus Toolkit32版正式发布，目前国内外很多大型的网格项目都是基于Globus Toolkit提供的协议与服务的。
3.4 网格安全问题
数字化信息日益增多，较易受到干扰和攻击，给网格技术带来严峻的安全问题。具体实施网格安全管理可从以下五个方面着手。
(1)采用社会法律、法规手段，建立安全管理标准和规则。(2)加强用户认证，用户认证在网格和信息的安全中属于技术措施的第一道大门，最后防线为审计和数据备份。用户认证的主要目的是提供访问控制和不可抵赖的作用。用户认证方法按其层次不同可以根据用户持有的证件、用户密码、用户特有的生物特征三种因素提供认证。(3)授权，这主要为特许用户提供合适的访问权限，并监控用户的活动，使其不越权使用。(4)加密，加密是信息安全应用中最早开展的有效手段之一，数据通过加密可以保证在存取与传送的过程中不被非法查看、篡改、窃取等。(5)审计、监控和数据备份。
总而言之，我们对网格热进行冷静的思考，目的就是在立足现实的基础上统筹规划，脚踏实地地开展网格技术的研究和建设，避免走入不符合国情的“冒进式赶超”的误区。
收稿日期：2005-06-05