轉:網格計算 —— 邁向標準化平臺

級別：入門 
 

Martin C. Brown (questions@mcslp.com)
自由作家/顧問
2004 年 1 月

如何讓各個組件相互對話是所有計算技術都面臨的問題之一。這就是為什么我們需要標準。但是，如何把標準應用到網格計算中呢？目前都有哪些可用的標準？在網格應用程序中采用標準解決方案真正能獲得多大的好處？Martin C. Brown 通過本文回答了這些問題，并回顧了網格的歷史，展望了網格的未來。 
如何讓各個組件相互對話是所有計算技術都會面臨的問題之一。要使不同平臺和環境相互對話，沒有哪一點比這個問題更重要了。這就是網格計算面臨的挑戰之一。要更有效地利用可用的計算資源，這些環境需要采用相同的語言來對話。

本文將探討標準在網格計算中的重要性，標準對功能和工具所產生的影響，目前存在哪些標準，以及如何應用標準解決分布式計算的問題。然后，本文還將介紹基于標準的環境所具備的優勢。

網格開發的歷史
為了理解標準在整個網格計算中的作用，有必要首先回顧網格計算的發展歷程。 

可以這么說：網格計算起源于早期的計算機網絡。那時，使用“空閑” CPU 周期被看作是一種有效而經濟的方法，可以最大限度地利用昂貴的硬件。在 1970 年：計算機都是價值幾十萬美元的大型機，每一秒都意味著大量金錢的開銷，所以使用那些“浪費”的周期可以最大限度地節約成本。 

隨著計算機的快速發展，Internet 產生了大量未被充分使用的計算能力。使大眾計算機能夠在分布式計算環境中處理任務這一領域出現了兩個領導者，distributed.net 和 SETI@Home。Distributed.net 專注于使用窮舉（brute force）方法來解決加密字符串的計算需求。 

SETI@Home 使得公眾可以通過對無線電的峰值和正常信號的處理，加入到尋找宇宙生命的巨大工程中。在這背后，許多其他公司也提出了解決方案；比如來自 United Devices 的通用解決方案，以及其他一些針對特定目標的支持方案，比如 Parabon 公司的解決方案。

不過，這些網格系統各不相同。如果只安裝 distributed.net 客戶機，您將無法處理甚至無法訪問 SETI@Home。同樣，如果不使用 United Devices 的分發和管理系統，您也無法部署 United Devices 客戶機。

沒有標準的生活
Twwl hgoiwh, ghgi, ahdfigh pkasdp ndpjw pigpinmg。

您能理解上面這些文字嗎？我肯定您不能。但這正好說明了沒有標準的生活所帶來的問題。如果沒有標準的方法來交流書寫的文字，人們將無法彼此理解。 

這個道理同樣適用于計算領域。如果您正在線閱讀本文，那么您不僅要理解英文，而且需要使用一些標準來完成這項任務，比如 TCP/IP，一種網絡通信標準；HTTP，一種文件傳輸協議標準；HTML，一種文本描述標準。您很可能還要使用鍵盤和鼠標，同樣，它們也必須遵守一些標準才能與計算機協同工作。最后，操作系統和應用程序之間也需要通信，并把所有字節轉換成顯示器上的像素。 

在新興的網格技術中，標準的缺乏是指各個公司、開發人員和機構使用不同的技術和方案來開發、支持網格技術。在各個網格計算群體相對隔離的情況下，這不會引發太大的問題。但是，如果想在更大范圍內擴展網格計算環境，這將會引發分割、不兼容和局限性等諸多問題。 

有效的網格依賴于對計算能力的充分利用，不論網格位于局域網中、跨越外網還是貫穿范圍更廣的 Internet 系統。為了高效地利用計算能力，網格需要盡可能地支持廣泛的計算平臺，而且必須具備靈活的機制來分發和分配任務給各個客戶機。

通過對 Internet 上幾個較為著名的網格計算項目的觀察，您可能已經發現了非標準方案的局限性。以 distributed.net 為例，如果想要成為 distributed.net 網格的服務提供者，您必須下載一個特定的客戶機，用于處理來自相應服務器的任務單元。即使安裝了 distributed.net 客戶機之后，您也只能處理 distributed.net 提供的任務單元。 

這種封閉的環境限制了以下方面：如何分配工作，誰可以成為服務提供者，誰可以成為服務請求者，以及如何找到可用的項目。Distributed.net 服務提供者只能處理來自 Distributed.net 的任務單元。 

請仔細思考一些具體的問題，以下這些是缺乏網格標準可能引發的問題：

安全性。缺乏網格服務成員或任務單元分配方面的安全標準，信息可能被分配給錯誤的客戶機，或者導致惡意用戶連接到網格服務。 
信息服務。網格服務的信息或元數據可以幫助系統分配信息，并識別請求者、提供者以及他們各自的需求和可用資源。如果缺少這方面的標準，只能使用專門的軟件和解決方案來支持自己的網格系統。 
數據管理。您需要存儲信息，并分配信息給網格服務。如果沒有一個標準化的方法來描述任務和任務的交換方式，網格服務的靈活性和互操作性將會受到限制。 
調度。必須能夠在服務提供者之間調度任務，這樣才能保證提供者保持忙碌狀態并在適當的時間和階段內工作。描述網格服務的標準化方法有助于給出這一方面的結構，因為它允許在網格實現中指定任務的調度方式。 
任務單元管理。有效的網格服務需要借助任務單元的分配管理，保證任務均勻地分配給每個服務提供者。如果缺少一種發布和管理這一過程的標準方法，很可能會出現這樣的情況：一些服務提供者處于閑置狀態；而另外一些提供者則有大量任務在排隊等待，需要花費大量時間去處理。 
分發管理。代理并分發任務單元到客戶機這一任務可以通過多種不同的方式來實現。如果沒有一種標準的分發管理方法，將會限制服務提供者對任務單元的連接和接收，同時也會限制網格服務用戶（即請求者）提交任務的能力。 
從網格開發人員的角度來看，采用封閉環境同樣會帶來問題。為了利用網格上的計算資源，網格開發人員必須使用專門的工具包或開發環境來構建、提供和處理任務單元。封閉環境限制了任務單元運行的網格平臺，同時限制了網格任務的使用、提供和請求。

這也意味著：如果不重新部署相應的網格軟件，您就無法在自己的網格中聯合或者采用其他網格解決方案。例如，如果 distributed.net 想要讓自己的服務提供者（安裝了 distributed.net 客戶機的人）處理 SETI@Home 任務單元 ，則他們必須重新部署服務提供者。他們還必須重新設計自己的發現和分配系統，從而允許不同種類的任務單元被部署給服務提供者。并且，他們還需要更新已完成單元上的統計分析，這樣才能保證跟蹤的正確性。 

網格的目標是利用所有可用的計算能力。但是，如果沒有標準，我們實際上限制而不是擴展了閑置計算資源在網格服務中的作用。 

標準方案的優勢
標準化方案有許多優勢，最終可以歸納為一點：擴展和延伸了網格計算的可用資源。更明確地說，如果遵守 OGSI 標準，將會帶來以下優勢：

互操作性?？梢曰旌鲜褂梅仗峁┱呓M件，分發跟蹤系統和系統管理。更重要的是，可以在各種平臺上、用各種語言輕松而高效地開發和設計網格系統。所有這些因素都將簡化向服務提供者分發任務的工作，并簡化服務提供者查找可以連接的網格服務和系統。 
功能增強。支持更多平臺和環境，能夠更方便地發布服務，從而導致可用功能的增強。 
靈活性。網格有了更廣泛的客戶機，客戶機也有了更廣泛的網格，增強的靈活性意味網格用戶可以提高自己的計算能力。因為所有組件都使用同一種語言進行對話，所以我們可以分別站在客戶機和服務器的角度，在網格系統和任務之間進行切換。這樣就可以節約網格用戶的計算能力，客戶機也可以選擇支持更廣泛的項目。 
開發速度。使用標準工具包將會加速網格系統的開發速度。與其花費時間在網格的通信和管理系統開發上，不如多花些時間在優化數據處理例程上。 
通過使用一系列標準，我們可以增加潛在的資源儲備、擴展網格服務、簡化管理，并使它們以一種開放而高效的方式運行，從而可以更方便地部署和使用網格服務。 

但是，應該選擇什么標準呢？ 

了解 OGSA 和 OGSI
目前，只有一種網格服務標準，開放網格服務架構（Open Grid Services Architecture，OGSA)，以及它的配套實現標準，開放網格服務基礎設施（Open Grid Services Infrastructure，OGSI)。 

通過定義適用于任何網格系統的基本網格應用程序結構，OGSA 希望能夠解決前面提到的問題。本質上，OGSA 標準定義了什么是網格服務，網格服務可以做些什么，以及網格服務所基于的技術。但是，OGSA 并沒有深入闡述規范中的技術細節，它的主要目的是澄清什么是網格系統，什么不是網格系統。 

OGSI 是 OGSA 所描述的概念的正式技術規范。OGSI 中包含如何管理任務、分配任務以及如何描述服務提供者和網格服務的規范。Web 服務，尤其是簡單對象訪問協議（Simple Object Aclearcase/" target="_blank" >ccess Protocol，SOAP）和 Web 服務描述語言（Web Services Description Language，WSDL）是這個規范的重要部分。 

Web 服務組件有助于在整個網格內分配和管理任務。因為 Web 服務為主機之間的通信提供了一種透明的方法，所以不論采用的是何種底層語言和平臺，您都可以使用 Web 服務方便地傳輸任務、描述資源和配置信息、通信和分發網格信息。WSDL 為支持網格應用的 Web 服務提供了一種簡單的描述和發布方法。 

OGSI 將會成為各種不同網格實現的基礎。第一個 OGSI 實現是 Globus Toolkit, 現在的版本是 3.0 。這個最新發布的版本基于 OGSI 標準。

為了理解這種關系，我們可以將 OGSA 比作汽車的設計者，將 OGSI 比作把設計變成技術規范的工程師，而 Globus 充當的角色是實際制造汽車的人。

因為 OGSI 標準建立在許多其他標準（XML、Web 服務、WSDL）之上，所以它是一種開放的、基于標準的解決方案。這意味著，將來不論網格服務基于的是何種語言和平臺，都可以兼容于 OGSI 標準。 

目前，OGSA 和 OGSI 都在發展之中。要想解決所有非標準化方案所引起的問題，構建通用標準，我們還需要付出很大的努力。 

IBM 是推進標準化網格環境背后的主導力量。IBM 是 Globus toolkit 重要支持者，Globus toolkit 是支持 OGSA/OGSI 系統新標準的主要解決方案。IBM 還是 Global Grid Forum 的發起人，這個論壇的主要使命是開發網格計算的行業標準。IBM 正在部署一個新版本的WebSphere，這是一個 Web 開發平臺，它借助了網格技術來幫助分發 Web 應用程序獲得的請求。

展望未來
未來是令人向往的，到那時，標準的網格平臺可以被開發和部署在任何可能的設備上，設備的子任務系統允許任何具有適當權限的人向網格提交任務。大量隸屬于特定公司或者項目的獨立網格將不復存在，我們將會擁有一個全球性的網格，各種任務將會根據任務需求和資源可用性在整個網格上展開。

在更遠的未來，用于描述和處理獨立任務單元的標準方案也將發揮作用。如果我們可以把所有網格提供者部署成標準服務提供者，不論他們采用的是何種底層平臺，那么客戶機不需要更新就可以處理任何任務。這將為網格項目帶來無限的資源。

結束語
本文介紹了使用諸如 OGSA/OGSI 系統這樣的標準網格環境所帶來的好處?；跇藴实木W格應用程序具有兩方面的主要優勢。第一，網格技術的開發和部署變得更加容易。第二個優勢更加重要，使用基于標準的系統可以提高互操作性和靈活性，并將最終促成更大的網格，引導網格項目的更廣泛應用。 

參考資料 

關于在應用程序中啟用網格環境的更多信息和深入討論，請參閱 IBM 紅皮書 “通過 Globus 啟用應用程序的網格計算功能”。


IBM 網格計算站點 http://www.ibm.com/grid。


關于 Globus Project 的詳細信息，請訪問 http://www.globus.org。


“開發人員對于 OGSI 和基于 OGSI 的網格計算的概述” ，這是 Joshy Joseph 介紹 OGSI 規范的一篇較早的文章。


請訪問 OGSA Architecture 文檔，位于 http://www.ggf.org/ogsa-wg/。


OGSI WG 和 Specification 可以從以下網址獲得：http://www.gridforum.org/ogsi-wg/。


可以從以下網址下載 Globus Toolkit：http://www.globus.org/ogsa/releases/alpha/。


關于 WSDL 1.1 /1.2 的信息，請訪問 http://www.w3.org/2002/ws/desc/。


關于 SOAP 1.1 /1.2 的信息，請訪問 http://www.w3.org/2000/xp/Group/。


關于 XML 的信息，請訪問 http://www-106.ibm.com/developerworks/xml。


Distributed.net 客戶機可以從以下網址獲得：http://www.distributed.net。


Parabon 和 Pioneer 客戶機可以從以下網址獲得：http://www.parabon.com。


通過以下 SETI@Home 網址，您可以幫助搜尋太空文明：http://setiathome.ssl.berkeley.edu/。


構建網格計算系統的 United Devices 的網站 http://www.grid.org.


關于作者 
Martin C. Brown 以前是一位具有跨平臺集成經驗的 IT 主管。他是一個敏銳的開發人員，曾經為一些重要客戶構建動態站點，其中包括 HP 和 Oracle，他是 Foodware.net 的技術主管?，F在，MC 是一位自由作家和顧問，由于他的名氣，他作為一個 SME 與 Microsoft 合作緊密；同時也是 LinuxWorld 雜志的 LAMP Technologies Editor；還是 AnswerSquad.com 團隊的核心成員；他曾經編寫的書籍包括 XML Processing with Perl、Python and PHP、Microsoft IIS 6 Delta Guide 等?？梢酝ㄟ^ questions@mcslp.com 與 MC 聯系。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com