EEPW论坛

何淑贞 王晓海 　　摘 要 互联网诞生于20世纪80年代，它的核心应用是将世界上的各种计算机连接起来，90年代初万维网又在科学技术的需求中出现并迅速推广。21世纪初，同样由于科学研究的迫切需求，更神奇的网格技术将互联网推向新的发展高峰。网格是将各种计算机资源连接起来，实现真正意义上的计算机资源共享。网格技术的应用及发展，使我们可以看到未来“信息流”像“电”和“自来水”一样，自由流到用户手中的时代已初见端倪。 　　关键词 互联网 万维网 网格技术 　　1 互联网的三大里程碑 　　20世纪末人类获得最大的财富就是Internet！ 　　20世纪末人类最惊心动魄的发现就是Internet！ 　　短短的几十年，互联网给人类带来了翻天覆地的变化，它自身也走过了三个里程碑。传统的互联网是将世界上的计算机硬件连通，而万维网是实现了网页的连通，将各种信息资源连接起来，由硬件相连的因特网向网页相连的万维网，互联网的发展跨越了两大里程。而21世纪初出现的网格技术则是互联网发展的第三大里程碑，也可以称为互联网发展的第三大浪潮，或者可以称为第三代因特网。 　　2 网格技术的兴起 　2.1 网格技术兴起的背景 　1．海量的信息和数据需要处理 　　信息社会每时每刻都在产生像大海一样大量的数据和信息，例如在高能物理领域，西欧高能物理中心一台高能粒子对撞机所获取的数据用100万台个人电脑的硬盘都装不下，而分析这些数据，则需要更大的计算能力。在生物领域的后基因组计划的解读；在哈勃望远镜所获取的大量宇宙数据的分析；在气象、地震预报预测等重大科学领域的计算问题促使科学家要利用分布在世界各地的计算机资源，通过高速网络连接起来，共同完成计算问题。 　　2．基于一个朴素的思维，网格设想的诞生 　　在谈到科学实验时，丁肇中科学家曾经这样形容他发现陶粒子的工作量，就如同在北京的一场牛毛细雨中，寻找那唯一的一颗红色雨滴。海量的数据需要海量的计算能力来处理，人们想到当今世界大约有4亿台个人电脑，它们在大部分时间是闲置的。假如发明一种技术，自动搜索到这些电脑，并将它们并联起来，它所形成的计算能力肯定会超过许许多多超级巨型机。它所带来的这场互联网的革命将改变整个计算机世界的格局。 　　2.2 网格的概念 　　1.网格是什么 　　负责美国计算网格项目的领导人之一的伊安·福斯特在1998年他所主编的题为《网格：21世纪信息技术基础设施的蓝图》一书中这样描述网格：“网格就是构筑在互联网上的一组新兴技术。它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普通百姓提供更多的资源。功能和交互性。互联网主要为人们提队电子函件。网页测览等通信功能，而网格的功能则更多更强，它能让人们透明地使用计算。存储等其他资源。” 　　2.网格会带来什么 　　网格会带来一场互联网的革命，将改变整个计算机世界的格局，从而给世界各行各业带来巨大的效益。利用网格，芯片设计厂可以将他们在数星期内方可完成的设计任务在数小时内就可顺利完成，从而大大节省了产品面市的时间；汽车制造厂商可以利用网格进行模型的模拟测试，从而取代原来的电路测试和风洞试验，降低了汽车的成本；在金融行业，网格在风险抵抗等方面有很好的作用；在基因工程领域，网格将大显身手，例如药物分子模拟、药物研究、基因测序等都离不开网格。就以基因治疗为例，目前医院无法通过DNA对一个病人做病理分析，但是，如果网格技术能够普及，则会提供无限的计算空间，将使这种诊治变为可能。 　　3.网格的组成 　　网格主要由六部分组成，即网格节点、数据库、贵重仪表、可视化设备、宽带主干网和网格软件。 　　网格节点是一些高性能的计算机。数据库是存储包括天文、基因等信息和数据的“仓库”。贵重仪器包括理论物理研究的粒子加速器、大口径雷达、天文望远镜等科学仪器和精细的打印设备。网格计算软件包括网格操作系统。网格编程与使用环境以及网格应用程序。 　　3 国内外网格的研究现状 　　3.1 网格在美国和欧洲 　　1．政府用于网格技术基础研究经费己达5亿美元。 　　美国军方正规划实施一个宏大的网格计划，叫做“全球信息网格（Global Information Grid）”，预计在2020年完成。作为这个计划的一部分，美国海军和海军陆战队已启动了一个耗资160亿美元、历时8年的项目，包括系统的研制、建设、维护和升级。美国能源部的山地国家实验室的“先进战略计算创新计划网格（ASCI Grid）”主要用于核武器研究。美国国防部和欧洲能源机构等在两三年前先后采用了网格技术。 　　美国能源部下属的国家能源研究科学计算中心宣布，该中心近日与美国国际商用机器公司（IBM）达成协议，正式开始建造美国能源部内部使用的计算机网格。这一网格计划于今年年底投入使用，将比原定的时间提前两年。 　　据悉，美国能源部下属的阿贡、橡树岭等国家实验室的超级计算机和存储资源，都将陆续与该网格相连。国家能源研究科学计算中心人士指出，把分布于这些国家实验室中的巨大信息资源进行有效整合，将对基因组和天体物理等研究起到推动作用。 　　2．英国政府已投资1亿英镑，用来研制“英国国家网格（UK National Grid）”。 　　3．随着网格研究在学术界的加速，信息产业界的大公司也相继公布了与网格目标一致的研究开发计划。 　　（1）惠普、IBM、微软、Sun等公司最近取得共识，支持XML、SOAP、UDDI等万维网标准，从而更有利于开发新一代的网络应用，即万维网服务。其目的是将因特网上的资源和信息汇聚在一起，组合成企业和消费者所需要的服务。惠普推出了eSpeak万维网服务平台。 　　（2）微软的.net技术宣称是超越浏览器。超越网站的具有革命性的新技术，其基本理念是：不再关注单个网站和与Internet连接的单个设备，而是让所有的计算机、相关设备和服务商协同工作，提供更广泛和丰富的解决方案，使人们能够控制信息并让它在指定的时间以指定的方式传送给自己。 　　（3）IBM用它的WebSphere平台和一系列中间件实现万维网服务；IBM最近宣布，将投资驸亿美元，启动一个全公司的“网格计算创新计划”；IBM公司部署内部网格研究机构，以便于分散在美国、以色列、瑞士等地的IBM研究所人员共享计算资源；IBM公司倡导的Web Services是一种较成熟的商业计算服务共享解决方案，它可以使全球范围内的采购商、供应商和交易市场以低廉的价格共享商业服务。 　　（4）Sun公司利用其在跨平台语言方面的优势，以Java为核心推出了相应的J2EE平台规范。Sun在2000年9月公布了其网格引擎软件。Oracle在其最新版本的应用服务器Oracle9iAS中推出了全新的Oracle Portal（Portlets）技术。这些都是面向信息网格的新一代技术和解决方案。 　　（5）医药、化工、通信、电子、汽车等领域的一些大公司，如辉瑞、爱立信、日立、宝马、联合利华、葛兰素威康、史可必成等，都已经开始构造使用内部网格。 　3.2 网格在中国 　　中国科技界开始向新一代互联网进军。据科技部马颂德副部长在日前召开的“网格战略研讨会”上透露，科技部将通过863计划“高性能计算”专项的形式，在“十五”期间大力支持网格的研究和应用工作。 　　据悉，专项专家组将在近期成立。而中国科学院计算机研究所早已投入大量人力、财力从事网格研究，他们的网格研究工作统称为“织女星网格”。中科院计算所六个研究室中四个研究室的研究人员参与了“织女星网格”的工作。有关专家指出，与国外同行相比，我国目前的研究成果已有很多独到之处。 　　中科院计算所副所长徐志伟指出，因特网发展至今已经32年了，出现了3180个技术标准文档（RFC）我国科技界仅参与了一个技术标准文档的制定。那就是1996年3月胡道元教授牵头制定的中文字符编码标准。万维网发展至今也近12年了，出现了46个技术标准，我国科技界参与制定的技术标准还一个也没有。 　　在迎接互联网第三次大浪潮的时代，我们不能再错过时机，争取在网格技术研究中走在前面。 　　我国在这方面也做了大量基础性和前瞻性的研究。从1995年开始，中国科学院计算所就建立了专门的网格研究队伍，开始研究与网格相关的技术，并开发成功了多个版本的信息一体化平台。中国科学院计算技术研究所对网格技术的研究已较为深入。计算所的网格技术研究在尽量使用国际上已有的先进技术的同时，坚持自己的创新。有特色，才能参与国际标准的制定。计算所网格研究的最大特色是“服务网格”的思想，而国际上的网格研究目前主要面向科学计算。 　　我国的科学研究、国民经济和社会发展也已对网格技术提出了很大需求，只是使用了不同的术语。比如，在银行界叫“业务集中”，航空、船舶、汽车行业叫“广域虚拟设计环境”，资源环境领域叫“单一数据源”，电子商务和电子政务中叫“资源共享”与“协同工作”。这些业务都感到目前的互联网技术已不够用，对网格技术建立起来的信息网格需求是巨大的。 　　4　 网格的特点 　　国际上的网格研究主要采用开放源码、公开合作的模式。全球网格论坛（GlohalGrid Forum）是目前主要的合作组织。信息网格是要利用现有的网络基础设施、协议规范、Web和数据库技术，为用户提供一体化的智能信息平台，其目标是创建一种架构在OS和Web之上的基于Internet的新一代信息平台和软件基础设施。在这个平台上，信息的处理是分布式、协作和智能化的，用户可以通过单一入口访问所有信息。信息网格追求的最终目标是能够做到服务点播（Service On Demand）和一步到位的服务（One Click Is Enough）。信息网格的体系结构、信息表示和元信息、信息连通和一致性、安全技术等是目前信息网格研究的重点。 　　4.1 体系结构 　　现在的体系结构已逐渐向N层结构发展，包括客户端的显示、服务端的表示逻辑、服务端的处理逻辑、后台数据库系统等。支撑信息网格的协议从顶层的统一服务互操作协议直到UDDI、SOAP、XML、HTTP，组成了一个从上至下的多层次协议栈，各层次协作服务实现了跨越Web的信息分布和集成应用程序逻辑。目前，信息网格体系结构研究的重点是底层的信息存储、表示、对外发布，呈现给用户的各层应用程序逻辑具体分层，实现和集成，以及各中间层的数据存储、接口界面、通信机制等方面。 　　4.2 信息的表示和元信息 　　信息的表示体现在两个方面：其一是将信息存储于数据库或其他存储介质中的表示；其二是将其呈现给用户时的界面表示。信息网格是应用层的软件基础设施，各行各业都有将该行业的数据信息发布到网格上的需要，因此出现在信息网格上的信息种类是多种多样的，包括结构化、半结构化和非结构化的数据，如何将它们映射成数据库或其他存储机制（比如文件系统）的数据实体是信息网格要解决的首要问题，无信息抽象化了对数据对象的描述，使得各种信息可以通过元素属性与值之间的关系来表达。我们将这种元信息叫做数据表示的中间层。一般来说，数据的表示可以建立多个中间层，在各个应用程序逻辑层中都有相应的数据中间层。XML实现了Web文件的内容和数据表示形式的分离，是一种有效的数据页面表示和描述语言。XML与元信息的结合将使界面表示和数据存储统一起来。 　　4.3 信息的连通性 　　信息的连通性是相对于信息“孤岛”而言的。信息“孤岛”是指将信息简单地堆积在一起，要寻找它们往往只能通过搜索程序或固定的渠道；而信息的连通性是把有一定关系（包括语义和逻辑）的数据从逻辑上连接在一起，在不考虑安全限制的前提下，从一个信息源可以至1达连通的其他任何信息源。虽然这些信息可能存储在不同的位置，但对访问者来说，它们就像是存储在同一位置，访问者不必关心它们的实际存储位置。要真正解决信息的连通性，信息网格就必须解决与信息表示和用户个性化密切相关的信息连通性模型的定义与实现。 　4.4 信息网格的智能化特性 　　智能化包括使用方便、界面一致、“主动”特性、用户输入和操作最少、平台的灵活性和柔性特征以及方便的个性化服务。从信息存储到用户的浏览服务，信息网格纵向地为用户提供集成一体的方案。它不需要程序员进行二次开发，只需要管理员做简单的配置，就可建立服务平台。信息网格的智能化特性关系到用户是否接受的问题，也是其生命力的体现。 　　4.5 安全技术 　　网格技术对网络安全的要求是很高的，特别是涉及到国防、国家重点的科研项目，应该说，网络安全与网络技术开发同样重要。网格安全主要包括：网格系统安全、数据传输安全、信息存储安全。目前我国网络发展情况存在着开发快（排在世界二类国家中），而应用能力和安全保护能力落后（属第四类国家水平）的现状。在网格技术的开发中我们应吸取这些教训，这就为从事信息安全的专业技术的人们提出了新的挑战。 　5 从WWW到GGG 　　美国《福布斯》杂志的科技版《Forbes：ASAP》2001年9月10日发表一组文章，预测信息技术的下一波大浪潮将在2004～2005年度出现，这一波浪潮的本质特征就是万维网（World Wide Web，WWW)升级为网格（Great Clobal Grid,GGG），2020年，由此产生的互联网将成长为一个20万亿美元产值的大产业。 　　在欧美国家，越来越多的计算机研究人员、企业、风险投资者拒绝接受“因特网泡沫破灭”，他们认为目前的低迷实际上是计算机工业下一个黄金时代的起点。网格技术就是继因特网、万维网之后计算机工业下一波大浪潮的主线，以后人们说“上网”可能指的是上“网格”。 　　中科院计算所副所长徐志伟博士给我们描述了网格的蓝图之你有一个外出旅游的计划，在万维网的条件下，你必须登陆不同的网页一步步实现订机票、订房间、确定路线。网格时代，你只需向网格发一个去某地旅游的指令，网格马上就会给你一个回复，提供机票、住宿、行程等全部资讯。选定你的需要后再告诉网格，很快网格就会完成一套为你量身订做的旅游服务。你所不知道的是，很短的时间里，网格在背后收集和传送了很多信息，做了十几笔交易。 摘自《中国数据通信》