詳解網(wǎng)格技術(shù)

　　網(wǎng)格的產(chǎn)生　

　網(wǎng)格(Grid)這個(gè)詞來自于電力網(wǎng)格(PowerGrid)?！熬W(wǎng)格”與“電力網(wǎng)格”形神相似。一方面，計(jì)算機(jī)網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，很像電力網(wǎng);另一方面，電力網(wǎng)格用高壓線路把分散在各地的發(fā)電站連接在一起，向用戶提供源源不斷的電力。用戶只需插上插頭、打開開關(guān)就能用電，一點(diǎn)都不需要關(guān)心電能是從哪個(gè)電站送來的，也不需要知道是水力電、火力電還是核能電。建設(shè)網(wǎng)格的目的也是一樣，其最終目的是希望它能夠把分布在因特網(wǎng)上數(shù)以億計(jì)的計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)器、貴重設(shè)備、數(shù)據(jù)庫等結(jié)合起來，形成一個(gè)虛擬的、空前強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)，滿足不斷增長的計(jì)算、存儲(chǔ)需求，并使信息世界成為一個(gè)有機(jī)的整體。

　　電網(wǎng)和網(wǎng)格對照表

　　電網(wǎng)

　　當(dāng)你用洗衣機(jī)洗衣服時(shí)，你只關(guān)心衣服什么時(shí)候洗好。而不在乎洗衣機(jī)用的電是來源于水力發(fā)電，火電廠還是核電。你只需要把插頭插入插座就行了。

　　網(wǎng)格

　　當(dāng)你在電腦前工作時(shí)，你唯一關(guān)心的是要做的事(比如一項(xiàng)計(jì)算，設(shè)計(jì)等等)無論電腦連上什么網(wǎng)路，你都可以得到所需的計(jì)算能力出儲(chǔ)存容量。

　　電網(wǎng)

　　我們現(xiàn)在用電的基礎(chǔ)建設(shè)是“電網(wǎng)“。就是利用輸電站，電力站，變電所和電線等等，把許多不同種類的發(fā)電廠和你家聯(lián)系起來。

　　網(wǎng)格

　　對于上述的基礎(chǔ)建設(shè)就叫“網(wǎng)格“。就是把電腦，工作站，服務(wù)器等計(jì)算資源連起來，而且提供必要的使用機(jī)制。

　　電網(wǎng)

　　電網(wǎng)是顯而易見的：你不必?fù)?dān)心你所用的電力是從哪里或者如何產(chǎn)生的。

　　網(wǎng)格

　　網(wǎng)格也將成為顯而易見：你不必?fù)?dān)心你所使用的電腦程序和資料在那里，網(wǎng)格中間服務(wù)器都會(huì)把最適合的計(jì)算資源分配給你的工作。

　　電網(wǎng)

　　電網(wǎng)很普遍：電力到處都有。只要插上插座就能獲得電力資源。

　　網(wǎng)格

　　網(wǎng)格也將很普遍：電腦，筆記本，或者是掌上電腦，手機(jī)，甚至是一般的家用電器都可以通過網(wǎng)格插口連 上網(wǎng)格。

　　電網(wǎng)

　　電網(wǎng)是公共設(shè)施：你只要付錢就可以用電。

　　網(wǎng)格

　　網(wǎng)格也試圖想為廣大民眾服務(wù)：只要付錢，都可以享用網(wǎng)格無窮無盡的計(jì)算資源和儲(chǔ)存能力

　　備注

　　注：另一種說法是網(wǎng)格就像一個(gè)巨大的網(wǎng),里面有很多格子.每個(gè)格子就是一個(gè)局域網(wǎng)格,每個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī).這種說法可能起源于中國。

　　究竟什么是網(wǎng)格

　　定義

　　網(wǎng)格是一種新興的技術(shù)，正處在不斷發(fā)展和變化當(dāng)中。目前學(xué)術(shù)界和商業(yè)界圍繞網(wǎng)格開展的研究有很多，其研究的內(nèi)容和名稱也不盡相同因而網(wǎng)格尚未有精確的定義和內(nèi)容定位。比如國外媒體常用“下一代互聯(lián)網(wǎng)”、“Internet2”、“下一代Web”等來稱呼網(wǎng)格相關(guān)技術(shù)。但“下一代互聯(lián)網(wǎng)(NGI)”和“Internet2”又是美國的兩個(gè)具體科研項(xiàng)目的名字，它們與網(wǎng)格研究目標(biāo)相交叉，研究內(nèi)容和重點(diǎn)有很大不同。企業(yè)界用的名稱也很多，有內(nèi)容分發(fā)(Contents Delivery)、服務(wù)分發(fā)(Service Delivery)、電子服務(wù)(e-service)、實(shí)時(shí)企業(yè)計(jì)算(Real-Time Enterprise Computing，簡稱RTEC)、分布式計(jì)算Peer-to-Peer Computing(簡稱P2P)、Web服務(wù)(Web Services)等。中國科學(xué)院計(jì)算所所長李國杰院士認(rèn)為，網(wǎng)格實(shí)際上是繼傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、Web之后的第三次浪潮，可以稱之為第三代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　網(wǎng)格是利用互聯(lián)網(wǎng)把地理上廣泛分布的各種資源(包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、帶寬資源、軟件資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源等)連成一個(gè)邏輯整體，就像一臺(tái)超級計(jì)算機(jī)一樣，為用戶提供一體化信息和應(yīng)用服務(wù)(計(jì)算、存儲(chǔ)、訪問等)，虛擬組織最終實(shí)現(xiàn)在這個(gè)虛擬環(huán)境下進(jìn)行資源共享和協(xié)同工作，徹底消除資源“孤島”，最充分的實(shí)現(xiàn)信息共享。

　　滿足條件

　　網(wǎng)格必須同時(shí)滿足三個(gè)條件：在非集中控制的環(huán)境中協(xié)同使用資源;使用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的和通用的協(xié)議和接口;提供非平凡的服務(wù)。

　　網(wǎng)格技術(shù)的特征及其體系結(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特征

　　網(wǎng)格技術(shù)的特征

　　在介紹網(wǎng)格的特征之前，我們首先要解決一個(gè)重要的問題：網(wǎng)格是不是分布式系統(tǒng)?這個(gè)問題之所以必須回答，因?yàn)槿藗兂３?huì)問另一個(gè)相關(guān)的問題："為什么我們需要網(wǎng)格?現(xiàn)在已經(jīng)有很多系統(tǒng)(比如海關(guān)報(bào)關(guān)系統(tǒng)、飛機(jī)訂票系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)了資源共享與協(xié)同工作。這些系統(tǒng)與網(wǎng)格有什么區(qū)別?"

　　對這個(gè)問題的簡要回答是：網(wǎng)格是一種分布式系統(tǒng)，但網(wǎng)格不同于傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)。IBM Global Service與EDS是在這個(gè)分布式領(lǐng)域最著名的公司。構(gòu)建分布式系統(tǒng)有三種方法：即傳統(tǒng)方法(我們稱之為EDS方法)、分布自律系統(tǒng)(Autonomous Decentralized Systems, ADS)方法，網(wǎng)格(grid)方法。ADS通常用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。網(wǎng)格方法與傳統(tǒng)方法的區(qū)別見下表：

　　特征 傳統(tǒng)分布式系統(tǒng) 網(wǎng)格

　　開放性 需求和技術(shù)有一定確定性、封閉性 開放技術(shù)、開放系統(tǒng)

　　通用性 專門領(lǐng)域、專有技術(shù) 通用技術(shù)

　　集中性 很可能是統(tǒng)一規(guī)劃、集中控制 一般而言是自然進(jìn)化、非集中控制

　　使用模式 常常是終端模式或C/S模式 服務(wù)模式為主

　　標(biāo)準(zhǔn)化 領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 通用標(biāo)準(zhǔn)(+行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))

　　平臺(tái)性 應(yīng)用解決方案 平臺(tái)或基礎(chǔ)設(shè)施

　　通過以上對比，網(wǎng)格具有以下四點(diǎn)優(yōu)勢：

　　(1)資源共享，消除資源孤島：網(wǎng)格能夠提供資源共享，它能消除信息孤島、實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的互連互通。網(wǎng)格與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的是一種硬件的連通，而網(wǎng)格能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面的連通。

　　(2)協(xié)同工作：網(wǎng)格第二個(gè)特點(diǎn)是協(xié)同工作，很多網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)可以共同處理一個(gè)項(xiàng)目。

　　(3)通用開放標(biāo)準(zhǔn)，非集中控制，非平凡服務(wù)質(zhì)量：這是Ian Foster最近提出的網(wǎng)格檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)格是基于國際的開放技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這跟以前很多行業(yè)、部門或者公司推出的軟件產(chǎn)品不一樣。

　　(4)動(dòng)態(tài)功能，高度可擴(kuò)展性：網(wǎng)格可以提供動(dòng)態(tài)的服務(wù)，能夠適應(yīng)變化。同時(shí)網(wǎng)格并非限制性的，它實(shí)現(xiàn)了高度的可擴(kuò)展性。

　　網(wǎng)格的體系特征

　　2.網(wǎng)格的體系特征

　　網(wǎng)格之所以能有以上所說的種種優(yōu)勢特征，是由網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)賦予它的。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的主要功能是劃分系統(tǒng)基本組件，指定組件的目的與功能，刻畫組件之間的相互作用，整合各部分組件?？蒲泄ぷ髡咭呀?jīng)提出并實(shí)現(xiàn)了若干種合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)。下面介紹目前影響比較廣泛的兩個(gè)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)格計(jì)算協(xié)議體系結(jié)構(gòu)(Grid Protocol Architecture，GPA)和計(jì)算經(jīng)濟(jì)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)(GRACE)模型。

　　OGSA(Open Grid Services Architecture)被稱為是下一代的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，它是在原來“五層沙漏結(jié)構(gòu)”的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的Web Service 技術(shù)提出來的。OGSA包括兩大關(guān)鍵技術(shù)即網(wǎng)格技術(shù)和Web Service 技術(shù)。

　　隨著網(wǎng)格計(jì)算研究的深入，人們越來越發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的重要。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是關(guān)于如何建造網(wǎng)格的技術(shù)，包括對網(wǎng)格基本組成部分和各部分功能的定義和描述，網(wǎng)格各部分相互關(guān)系與集成方法的規(guī)定，網(wǎng)格有效運(yùn)行機(jī)制的刻畫。顯然，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格的骨架和靈魂，是網(wǎng)格最核心的技術(shù)，只有建立合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，才能夠設(shè)計(jì)和建造好網(wǎng)格，才能夠使網(wǎng)格有效地發(fā)揮作用。

　　OGSA最突出的思想就是以“服務(wù)”為中心。在OGSA框架中，將一切都抽象為服務(wù)，包括計(jì)算機(jī)、程序、數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備等。這種觀念，有利于通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口來管理和使用網(wǎng)格。Web Service提供了一種基于服務(wù)的框架結(jié)構(gòu)，但是，Web Service 面對的一般都是永久服務(wù)，而在網(wǎng)格應(yīng)用環(huán)境中，大量的是臨時(shí)性的短暫服務(wù)，比如一個(gè)計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行等?？紤]到網(wǎng)格環(huán)境的具體特點(diǎn)，OGSA 在原來Web Service 服務(wù)概念的基礎(chǔ)上，提出了“網(wǎng)格服務(wù)(Grid Service)”的概念，用于解決服務(wù)發(fā)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)服務(wù)創(chuàng)建、服務(wù)生命周期管理等與臨時(shí)服務(wù)有關(guān)的問題。

　　基于網(wǎng)格服務(wù)的概念，OGSA 將整個(gè)網(wǎng)格看作是“網(wǎng)格服務(wù)”的集合，但是這個(gè)集合不是一成不變的，是可以擴(kuò)展的，這反映了網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)特性。網(wǎng)格服務(wù)通過定義接口來完成不同的功能，服務(wù)數(shù)據(jù)是關(guān)于網(wǎng)格服務(wù)實(shí)例的信息，因此網(wǎng)格服務(wù)可以簡單地表示為“網(wǎng)格服務(wù)=接口/行為+服務(wù)數(shù)據(jù)”。

　　在目前，網(wǎng)格服務(wù)提供的接口還比較有限,OGSA 還在不斷的完善過程之中，下一步將考慮擴(kuò)充管理、安全等等方面的內(nèi)容。

　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

　　3.網(wǎng)格協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

　　Ian Foster于2001年提出了網(wǎng)格計(jì)算協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，認(rèn)為網(wǎng)格建設(shè)的核心是標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議與服務(wù)，并與Internet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行類比(如圖1)。該結(jié)構(gòu)主要包括以下五個(gè)層次：

　　構(gòu)造層(Fabric)：控制局部的資源。由物理或邏輯實(shí)體組成，目的是為上層提供共享的資源。常用的物理資源包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)系統(tǒng)、目錄、網(wǎng)絡(luò)資源等;邏輯資源包括分布式文件系統(tǒng)、分布計(jì)算池、計(jì)算機(jī)群等。構(gòu)造層組件的功能受高層需求影響，基本功能包括資源查詢和資源管理的QoS保證。

　　連接層(Connectivity)：支持便利安全的通信。該層定義了網(wǎng)格中安全通信與認(rèn)證授權(quán)控制的核心協(xié)議。資源間的數(shù)據(jù)交換和授權(quán)認(rèn)證、安全控制都在這一層控制實(shí)現(xiàn)。該層組件提供單點(diǎn)登錄、代理委托、同本地安全策略的整合和基于用戶的信任策略等功能。

　　資源層(Resource)：共享單一資源。該層建立在連接層的通信和認(rèn)證協(xié)議之上，滿足安全會(huì)話、資源初始化、資源運(yùn)行狀況監(jiān)測、資源使用狀況統(tǒng)計(jì)等需求，通過調(diào)用構(gòu)造層函數(shù)來訪問和控制局部資源。

　　匯集層(Collective)：協(xié)調(diào)各種資源。該層將資源層提交的受控資源匯集在一起，供虛擬組織的應(yīng)用程序共享和調(diào)用。該層組件可以實(shí)現(xiàn)各種共享行為，包括目錄服務(wù)、資源協(xié)同、資源監(jiān)測診斷、數(shù)據(jù)復(fù)制、負(fù)荷控制、賬戶管理等功能。

　　應(yīng)用層(Application)：為網(wǎng)格上用戶的應(yīng)用程序?qū)?。?yīng)用層是在虛擬組織環(huán)境中存在的。應(yīng)用程序通過各層的應(yīng)用程序編程接口(API)調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)，再通過服務(wù)調(diào)動(dòng)網(wǎng)格上的資源來完成任務(wù)。為便于網(wǎng)格應(yīng)用程序的開發(fā)，需要構(gòu)建支持網(wǎng)格計(jì)算的大型函數(shù)庫。

　　當(dāng)今網(wǎng)格的運(yùn)用

　　4. 當(dāng)今網(wǎng)格的運(yùn)用

　　現(xiàn)在國內(nèi)國外運(yùn)用得最多的可能是在一些大型院校的計(jì)算網(wǎng)格(實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的共享。 什么是計(jì)算資源： 簡單來說就是計(jì)算能力，CPU。 計(jì)算資源共享就是CPU計(jì)算的共享)。人們把一個(gè)集群(cluster, 也就是常說的機(jī)房，通常有幾十臺(tái)操作系統(tǒng)為Linux的計(jì)算機(jī))的計(jì)算機(jī)連成一個(gè)局域型網(wǎng)格。這樣就好像把這幾十臺(tái)電腦連成了一臺(tái)超級計(jì)算機(jī)，計(jì)算能力當(dāng)然大大提高了。這種局域計(jì)算網(wǎng)格主要運(yùn)用于一些科研的研究。比如說生物科學(xué)。當(dāng)生物科學(xué)的研究員需要高性能的計(jì)算資源來幫助他們分析試驗(yàn)的結(jié)果時(shí)，他們就把這些分析試驗(yàn)的程序提交(submit)給網(wǎng)格，網(wǎng)格通過計(jì)算再把結(jié)果返回給這些研究員。計(jì)算結(jié)果可能是一些圖像(rendering)也可能是一些數(shù)據(jù)。這些計(jì)算如果在單一PC(Personal computer, 個(gè)人計(jì)算機(jī))上運(yùn)行的話，往往會(huì)花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)間，然而在網(wǎng)格中運(yùn)行一，兩天也就完成了。這就是網(wǎng)格技術(shù)最直觀的優(yōu)點(diǎn)之一。當(dāng)然現(xiàn)在有一些大型主機(jī)(super-mainframe)也有很強(qiáng)的計(jì)算能力(比如常說的IBM deepblue，打敗人類國際象棋大師Kasparov那位)，但是這種主機(jī)太昂貴，而且配置(deploy)往往不方便，是名副其實(shí)的重量級(heavyweight)計(jì)算。SETI@Home (SETI@Home's，一個(gè)分布式計(jì)算的項(xiàng)目，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)搜索地球外智慧訊息，網(wǎng)格在分布式計(jì)算的成功運(yùn)用。 參見：http://www.equn.com/info/n-18.html )的網(wǎng)站指出，世界上最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)IBM 的 ASCI White，可以實(shí)現(xiàn)每秒12萬億次的浮點(diǎn)運(yùn)算，但是花費(fèi)了1億千萬美元;然而SETI@HOME 只用了50萬美元卻實(shí)現(xiàn)了每秒15萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算。

　　網(wǎng)格另外一個(gè)顯著的運(yùn)用可能就是虛擬組織(Virtual Organisations)。這種虛擬組織往往是針對與某一個(gè)特定的項(xiàng)目，或者是某一類特定研究人員。在這里面可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源、專家資源的全面共享。比如說中國2008年奧運(yùn)會(huì)開幕式研究組就可以運(yùn)用網(wǎng)格組成一個(gè)虛擬組織。在這個(gè)虛擬組織里，任何成員不管在哪個(gè)地方都可以有權(quán)訪問組織的共享資源(如 開幕式場地圖紙，開幕式資金，開幕式節(jié)目單);而且可以和另一地方的虛擬組織成員進(jìn)行交流。這個(gè)虛擬組織就像把所有奧運(yùn)會(huì)開幕式的資源，信息，以及人員集中到了一個(gè)虛擬的空間，讓人們集中精力研討開幕式項(xiàng)目的問題，而不必考慮其他的問題。據(jù)個(gè)實(shí)例，由英國利茲大學(xué)，牛津大學(xué)，約克大學(xué)和謝菲爾德大學(xué)合作的DAME項(xiàng)目就是致力于研究和運(yùn)用虛擬組織。DAME架構(gòu)在這四個(gè)大學(xué)合建的白玫瑰網(wǎng)格White Rose Computational Grid (WRCG)上，運(yùn)用于對飛機(jī)故障的快速檢測和維修。

　　網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施組件

　　5.網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施組件

　　首先，我們來看看有哪些典型的網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施組件，每一種組件如何對應(yīng)用程序的架構(gòu)、設(shè)計(jì)和部署產(chǎn)生影響。下面是網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施中的一些主要組件：

　　安全性。安全性是網(wǎng)格計(jì)算中的重要問題。每一種網(wǎng)格資源都可能需要遵從多種不同的安全策略。單點(diǎn)登錄認(rèn)證是一種必不可少的方法。得到普遍遵守的協(xié)商授權(quán)機(jī)制也是很必要的。

　　資源管理。當(dāng)提交一項(xiàng)任務(wù)的時(shí)候，網(wǎng)格資源管理器需要考慮如何為該任務(wù)指派資源、如何監(jiān)視其狀態(tài)以及如何返回它的執(zhí)行結(jié)果。

　　信息服務(wù)。由于網(wǎng)格資源管理器在指派資源之前要經(jīng)過綜合全面的考慮，因此它需要知道哪些網(wǎng)格資源是可用的，以及這些資源的容量與當(dāng)前使用的情況。這些有關(guān)網(wǎng)格資源的知識(shí)是通過網(wǎng)格信息服務(wù)(Grid Information Service，GIS)維護(hù)和提供的，又稱為監(jiān)視與發(fā)現(xiàn)服務(wù)(Monitoring and Discovery Service，MDS)。

　　數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理主要解決任務(wù)如何傳輸數(shù)據(jù)以及如何訪問共享存儲(chǔ)的問題。

　　下面讓我們以Globus Toolkit為例分別詳細(xì)討論一下每一種組件。

　　安全性

　　如果您是一名用戶，要在遠(yuǎn)程系統(tǒng)上運(yùn)行一項(xiàng)任務(wù)，您會(huì)關(guān)心遠(yuǎn)程系統(tǒng)是否安全，是否能保證其他人不能訪問到您的數(shù)據(jù)。如果您是提供資源的一方，用戶可以在您的系統(tǒng)中執(zhí)行任務(wù)，那么您必須確信所有的任務(wù)都不會(huì)遭到破壞和干擾，也不能訪問您系統(tǒng)中的其他私有數(shù)據(jù)。除了這兩方面的內(nèi)容之外，網(wǎng)格環(huán)境也面臨著一般分布式計(jì)算環(huán)境中存在的其他所有安全問題。

　　網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施(Grid Security Infrastructure，GSI)是 Globus Toolkit 的基礎(chǔ)，它提供了很多工具，可以幫助我們對網(wǎng)格環(huán)境中的安全問題進(jìn)行管理。在您開發(fā)面向網(wǎng)格環(huán)境的應(yīng)用程序時(shí)，您的腦子里必須時(shí)刻考慮到安全問題，并用 GSI 提供的工具來解決這些問題。網(wǎng)格架構(gòu)中與安全性有關(guān)的功能主要負(fù)責(zé)完成認(rèn)證、授權(quán)以及實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格資源之間的安全通信。

　　在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：安全性。當(dāng)我們設(shè)計(jì)一個(gè)能夠使用網(wǎng)格的應(yīng)用程序時(shí)，安全性問題必須考慮在內(nèi)。下面的列表總結(jié)了需要考慮的一些問題：

　　單點(diǎn)登錄?？缦到y(tǒng)的 ID 映射。如上所述，GSI 提供了認(rèn)證、授權(quán)以及安全的通信。然而，您需要對安全性管理及其含義有深刻完整的理解。比如說：您是否可以將多個(gè)用戶映射到目標(biāo)系統(tǒng)中的同一個(gè)用戶 ID 上?是否需要特定的審計(jì)機(jī)制來確定實(shí)際發(fā)起應(yīng)用程序的是哪一個(gè)用戶?應(yīng)用程序不應(yīng)該要求在使用網(wǎng)格上的不同資源時(shí)使用不同的用戶 ID 映射機(jī)制。

　　多種平臺(tái)。盡管 GSI 基于開放的標(biāo)準(zhǔn)化軟件，可以在多種平臺(tái)上運(yùn)行，然而各種不同的平臺(tái)其底層的安全機(jī)制并不總是一致。比如說，在傳統(tǒng)的 UNIX 或基于 Linux 的系統(tǒng)上，讀、寫、執(zhí)行等操作的安全機(jī)制就與微軟的 Windows 環(huán)境不同。您應(yīng)該考慮應(yīng)用程序可能運(yùn)行的平臺(tái)。

　　使用 GSI。對于任何應(yīng)用程序特有的、且可能需要進(jìn)行認(rèn)證或特殊授權(quán)的功能而言，應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)應(yīng)該使用 GSI，這樣能夠簡化開發(fā)，并通過維護(hù)單一的登錄機(jī)制，使用戶的體驗(yàn)也得到簡化。

　　數(shù)據(jù)加密。盡管 GSI 與后文將要討論到的數(shù)據(jù)管理工具一起，提供了跨網(wǎng)絡(luò)的安全通信與數(shù)據(jù)加密，但是您也應(yīng)該考慮到，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)目的地的時(shí)候會(huì)發(fā)生什么事情。比如說，如果一些敏感的數(shù)據(jù)傳遞到某項(xiàng)資源上供任務(wù)使用，隨后又以非加密的格式保存到本地磁盤上，那么其他的用戶或應(yīng)用程序也就能訪問這些數(shù)據(jù)了。

　　資源管理

　　網(wǎng)格資源管理器致力于在任務(wù)提交時(shí)進(jìn)行資源指派。它的角色就像是異質(zhì)網(wǎng)格資源的抽象接口。資源管理組件提供的工具可以將任務(wù)分配給特定的資源，可以提供一種手段，在任務(wù)運(yùn)行過程中獲取任務(wù)狀態(tài)信息，并獲取任務(wù)完成的信息，還可以提供終止任務(wù)或?qū)ζ溥M(jìn)行管理的能力。在 Globus 中，遠(yuǎn)程任務(wù)提交是由 Globus Resource Allocation Manager(GRAM)負(fù)責(zé)處理的。

　　在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：資源管理。在與資源管理相關(guān)的應(yīng)用程序架構(gòu)、設(shè)計(jì)和部署方面，有一些問題需要考慮。GRAM 最簡單的形式是用于發(fā)出 globusrun 命令，在特定系統(tǒng)上發(fā)起一項(xiàng)任務(wù)。然而，應(yīng)用程序必須與 MDS 一起(通常是通過一個(gè)代理函數(shù))保證使用了適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)資源。下面列出一些需要考慮的內(nèi)容：

　　選擇適當(dāng)?shù)馁Y源。通過與代理聯(lián)合工作，來保證選擇適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)資源。這就要求應(yīng)用程序能夠正確地指定所需的環(huán)境(操作系統(tǒng)、處理器、速度、內(nèi)存，等等)。您為排除特定的依賴關(guān)系付出的努力越多，找到可用資源完成任務(wù)的機(jī)率也就越高。

　　多子任務(wù)。如果應(yīng)用程序中包含多個(gè)任務(wù)，您必須理解(并降低)它們之間的相互依賴關(guān)系。否則，您就不得不構(gòu)建一段邏輯來處理下面這些問題：

　　進(jìn)程間通信

　　數(shù)據(jù)共享

　　并行任務(wù)提交

　　訪問任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

　　如果一項(xiàng)任務(wù)返回的是一個(gè)簡單的狀態(tài)值，或是輸出數(shù)據(jù)量很少，那么應(yīng)用程序可以僅僅通過 stdout 和 stderr 來獲取這些數(shù)據(jù)。要是必須獲取相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)果，這時(shí)就可能需要將結(jié)果寫入一個(gè)文件，并通過適當(dāng)?shù)墓ぞ?，供目?biāo)機(jī)獲取/傳輸這個(gè)文件。

　　任務(wù)管理。GRAM 提供了查詢?nèi)蝿?wù)狀態(tài)的機(jī)制，還可以執(zhí)行諸如終止任務(wù)之類的操作。應(yīng)用程序可能會(huì)在必要的時(shí)候使用這些功能為用戶提供反饋、清除或釋放資源的操作。比如說，如果應(yīng)用程序內(nèi)有一項(xiàng)任務(wù)失敗了，其他依賴于這項(xiàng)任務(wù)的結(jié)果的任務(wù)可能就需要終止，以免無端消耗過多資源。

　　信息服務(wù)

　　信息服務(wù)是網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施中至關(guān)重要的組件。它們維護(hù)了關(guān)于資源可用性、處理能力、當(dāng)前使用情況的知識(shí)。不論在哪個(gè)網(wǎng)格中，CPU 和數(shù)據(jù)資源的情況都是不斷變動(dòng)的，這種變動(dòng)與其處理任務(wù)與共享數(shù)據(jù)的能力有關(guān)。隨著網(wǎng)格中的資源不斷被釋放，資源的狀態(tài)可以在網(wǎng)格信息服務(wù)中得到更新。客戶機(jī)、代理、網(wǎng)格資源管理器等等綜合這部分信息來進(jìn)行資源的指派。信息服務(wù)提供方是指那些為目錄提供資源狀態(tài)信息的程序。下面列出一些如何收集信息的實(shí)例：

　　靜態(tài)主機(jī)信息

　　操作系統(tǒng)名稱、版本號、處理器提供商/類型/版本/速率/緩存大小、處理器數(shù)量、物理內(nèi)存總量、虛存總量、設(shè)備、服務(wù)類型/協(xié)議/端口號等。

　　動(dòng)態(tài)主機(jī)信息

　　負(fù)載水平、隊(duì)列入口等。

　　存儲(chǔ)系統(tǒng)信息

　　磁盤空間總量、可用磁盤容量等。 網(wǎng)絡(luò)信息。

　　網(wǎng)絡(luò)帶寬、延遲、是否可測量與可預(yù)報(bào)。

　　高度動(dòng)態(tài)的信息

　　空閑物理內(nèi)存，空閑虛擬內(nèi)存、空閑處理器數(shù)量等。

　　網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)

　　網(wǎng)格信息服務(wù)，又稱為監(jiān)視與發(fā)現(xiàn)服務(wù)，在 Globus 中負(fù)責(zé)提供信息服務(wù)。MDS 使用輕量級目錄訪問協(xié)議(Lightweight Directory Access Protocol，LDAP)作為訪問資源信息的接口。

　　在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：信息服務(wù)。對信息服務(wù)來說，需要考慮下面這些問題：

　　必須完全理解特定任務(wù)的需求，這樣才能對查詢進(jìn)行正確地格式化，以返回適當(dāng)?shù)馁Y源。這一點(diǎn)非常重要。 必須保證 MDS 中保存有適當(dāng)?shù)男畔ⅰＴ?MDS 中，缺省情況下包含大量關(guān)于網(wǎng)格中所含資源的數(shù)據(jù)。不過，如果您的應(yīng)用程序要求使用特定的資源或信息，而缺省情況下沒有提供，您就需要編寫您自己的信息提供方，并把適當(dāng)?shù)馁Y源加入模式中。這樣，您的應(yīng)用程序或代理就可以進(jìn)行查詢，看特定的資源或請求是否已經(jīng)存在。

　　MDS 可以用匿名帳號訪問，或是經(jīng)由一臺(tái)已經(jīng)通過 GSI 認(rèn)證的代理來訪問。應(yīng)用程序開發(fā)人員需要保證，能夠在必要的時(shí)候通過一臺(tái)經(jīng)過認(rèn)證的代理。您的網(wǎng)格環(huán)境可能具有多級別的目錄結(jié)構(gòu)。根據(jù)環(huán)境及其拓?fù)涞膹?fù)雜程度不同，您應(yīng)該保證能夠訪問適當(dāng)?shù)哪夸?，在其中搜索您所要求的資源。

　　數(shù)據(jù)管理

　　當(dāng)您在構(gòu)建網(wǎng)格的時(shí)候，網(wǎng)格中最重要的資產(chǎn)就是您的數(shù)據(jù)。在您的設(shè)計(jì)當(dāng)中，您將必須確定您對數(shù)據(jù)的需求，以及如何在整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施中移動(dòng)數(shù)據(jù)，要么就是如何用一種安全有效的方式訪問所需的數(shù)據(jù)。您可以通過一組標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)格協(xié)議與您設(shè)計(jì)的任何數(shù)據(jù)資源進(jìn)行通信。您也可以選擇構(gòu)建一個(gè)聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建一個(gè)虛擬的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。還有其他一些選擇，如存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(Srorage Area Network)、網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，以及專用的存儲(chǔ)服務(wù)器等。

　　Globus 為網(wǎng)格環(huán)境提供了 GridFTP 和 Global Access to Secondary Storage(GASS)兩種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。此外，它還提供了一種復(fù)制管理機(jī)制，可以幫助您管理和訪問數(shù)據(jù)集的副本。在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理問題源自如何最大化地使用有限的存儲(chǔ)空間、網(wǎng)絡(luò)帶寬、計(jì)算資源等。下面列出一些在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中需要考慮的數(shù)據(jù)管理問題：

　　數(shù)據(jù)集的大小。對于大的數(shù)據(jù)集來說，要想將它移動(dòng)到實(shí)際運(yùn)行任務(wù)的系統(tǒng)上是不現(xiàn)實(shí)，甚至是不可能的。可能的解決方案是使用數(shù)據(jù)復(fù)制、或?qū)⑼暾麛?shù)據(jù)集的一個(gè)子集拷貝到目標(biāo)系統(tǒng)中。地理上分散的用戶、數(shù)據(jù)、計(jì)算以及存儲(chǔ)資源。如果您的目標(biāo)網(wǎng)格在地理上是分散的，網(wǎng)絡(luò)連接的速度也有限，那么您在設(shè)計(jì)的時(shí)候就必須考慮到如何進(jìn)行慢速和受限的數(shù)據(jù)訪問。

　　在廣域網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)您要在 Internet 或者其他的 WAN 上移動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，必須考慮安全性、可靠性以及性能等問題。您必須構(gòu)建一些必要的邏輯來處理數(shù)據(jù)訪問速度慢，甚至被阻斷的情況。數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度。下面兩種情況至少要考慮一種：第一個(gè)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)度，這樣當(dāng)需要某項(xiàng)數(shù)據(jù)的時(shí)候數(shù)據(jù)就在它適當(dāng)?shù)奈恢蒙狭恕１热缯f，如果數(shù)據(jù)傳輸需要進(jìn)行一個(gè)小時(shí)，而使用這項(xiàng)數(shù)據(jù)的任務(wù)必須在凌晨兩點(diǎn)鐘開始運(yùn)行，那么您就應(yīng)該提前對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行調(diào)度，這樣，當(dāng)需要它的任務(wù)運(yùn)行的時(shí)候，數(shù)據(jù)就是可用的了。第二個(gè)是了解進(jìn)出任何一項(xiàng)資源的任何并發(fā)文件傳輸?shù)臄?shù)量與規(guī)模。

　　選擇數(shù)據(jù)副本。如果您使用 Globus Data Replication 服務(wù)，也許想向應(yīng)用程序中增加一段選擇適當(dāng)副本的邏輯，也就是說，您想要選擇一個(gè)包含所需數(shù)據(jù)的副本，同時(shí)還要滿足您對性能的要求。

　　調(diào)度器

　　Globus Toolkit 沒有提供任務(wù)調(diào)度器，也沒有提供元任務(wù)調(diào)度器(meta-scheduler)。不過，有一些任務(wù)調(diào)度器已經(jīng)和 Globus 集成起來了，還有一些也可以集成進(jìn)來。

　　在網(wǎng)格中，任務(wù)調(diào)度與負(fù)載平衡是十分重要的功能。大多數(shù)網(wǎng)格系統(tǒng)中都包括某種任務(wù)調(diào)度軟件。這種軟件可以查找到某臺(tái)機(jī)器的位置，并在上面執(zhí)行用戶提交的網(wǎng)格任務(wù)。有些調(diào)度器實(shí)現(xiàn)了按照任務(wù)優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度的系統(tǒng)。優(yōu)先級的實(shí)現(xiàn)方式有時(shí)是使用多個(gè)任務(wù)隊(duì)列，其中每一個(gè)隊(duì)列都代表不同的優(yōu)先級。當(dāng)網(wǎng)格計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候，就從優(yōu)先級最高的隊(duì)列中取出第一個(gè)任務(wù)。通過調(diào)度器還可以實(shí)現(xiàn)各種不同類型的策略。策略中可以包含多種對任務(wù)、用戶、以及資源的約束。比如說，可能有一種策略限制在一天的某些特定時(shí)間執(zhí)行網(wǎng)格任務(wù)。

　　調(diào)度器通常會(huì)對實(shí)時(shí)網(wǎng)格負(fù)載做出反應(yīng)。它們在提交任務(wù)之前，會(huì)用反映當(dāng)前機(jī)器使用情況的量測信息來確定哪些機(jī)器不忙。調(diào)度器可以組織成層次結(jié)構(gòu)。比如說，元調(diào)度器將任務(wù)提交給群集調(diào)度器，或其他低層調(diào)度器，而不直接提交給獨(dú)立的計(jì)算機(jī)。更高級些的調(diào)度器可以對所調(diào)度的任務(wù)的執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)視，從而對整體工作流實(shí)施管理。如果由于系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的原因而導(dǎo)致一些任務(wù)丟失，好的調(diào)度器會(huì)自動(dòng)在別的地方重新提交任務(wù)。然而，如果某個(gè)任務(wù)進(jìn)入死循環(huán)，運(yùn)行的時(shí)間超過了某個(gè)最大時(shí)間，那么這樣的任務(wù)就不應(yīng)該再重新調(diào)度了。典型情況下，各種任務(wù)具有不同類型的結(jié)束代碼，其中一些結(jié)束代碼適合于用于重新提交任務(wù)，而另一些則不適合。

　　我們通過一個(gè)預(yù)約系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)格中提前保留資源。這種機(jī)制不僅僅是調(diào)度器。它首先是一種基于日歷的系統(tǒng)，可以在特定的時(shí)間段內(nèi)保留資源，防止其他任務(wù)在同一時(shí)間內(nèi)使用該資源。它還必須能在預(yù)約的時(shí)間到達(dá)的時(shí)候?qū)⑷我鈾C(jī)器或資源上正在執(zhí)行的任務(wù)刪除或掛起。

　　在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：調(diào)度器。當(dāng)您為網(wǎng)格環(huán)境啟用應(yīng)用程序的時(shí)候，需要考慮一些與調(diào)度有關(guān)的問題。下面列出其中一些：

　　數(shù)據(jù)管理。意思是保證當(dāng)所調(diào)度的任務(wù)運(yùn)行時(shí)具備可用的數(shù)據(jù)。如果需要將數(shù)據(jù)移動(dòng)到待執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)上，那么我們還需要對數(shù)據(jù)的移動(dòng)操作也進(jìn)行調(diào)度。

　　通信。任何相關(guān)任務(wù)的進(jìn)程間通信都要求對任務(wù)進(jìn)行并行調(diào)度。

　　調(diào)度器的作用域。在具有多個(gè)調(diào)度器(如具備元調(diào)度器)的環(huán)境中，要協(xié)調(diào)并發(fā)任務(wù)，或保證特定的任務(wù)在指定的時(shí)間執(zhí)行，這些工作的復(fù)雜程度很高，當(dāng)不同的調(diào)度器具有不同的作用域時(shí)，情況就更加復(fù)雜。

　　調(diào)度策略。調(diào)度可以有不同的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

　　面向應(yīng)用程序——調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行時(shí)間。

　　面向系統(tǒng)——調(diào)度的優(yōu)化目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)最大吞吐量。任務(wù)可能不會(huì)立即開始。在執(zhí)行的過程中也可能被終端或搶占。也可以將任務(wù)調(diào)度為通宵執(zhí)行。

　　網(wǎng)格信息服務(wù)。調(diào)度器和信息服務(wù)之間的交互可能十分復(fù)雜。比如說，如果在任務(wù)實(shí)際運(yùn)行之前通過 MDS 找到了某項(xiàng)資源，然后，我們可以假設(shè)在任務(wù)實(shí)際運(yùn)行之前該資源的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化?；蛘呶覀兛梢越⒁环N預(yù)測能力更強(qiáng)的機(jī)制，提前預(yù)測資源狀態(tài)可能發(fā)生的變化，從而提前做出調(diào)度決定。

　　資源代理。通常情況下，資源代理必須與調(diào)度器接口。

　　負(fù)載平衡。負(fù)載平衡問題是由于工作負(fù)載在網(wǎng)格系統(tǒng)資源中的分散特性所引起的。盡管 Globus Toolkit 沒有提供負(fù)載平衡的功能，而在某些特定環(huán)境中，負(fù)載平衡服務(wù)卻是必需的特性。當(dāng)作業(yè)被提交到網(wǎng)格任務(wù)管理器中時(shí)，工作負(fù)載可以通過推模式(push model)、拉模式(pull model)或組合模式(combined model)進(jìn)行分布。推模式的簡單實(shí)現(xiàn)是通過循環(huán)的方式將任務(wù)發(fā)送到網(wǎng)格資源上。然而，這個(gè)模型沒有考慮到任務(wù)隊(duì)列的長度。如果每一個(gè)網(wǎng)格資源上都發(fā)送到相同數(shù)目的任務(wù)，那么在速度較慢的機(jī)器上會(huì)形成較長的任務(wù)隊(duì)列，而一個(gè)長時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)在不受到細(xì)心監(jiān)視的情況下可能阻塞其他的任務(wù)，使之根本無法啟動(dòng)。對于這個(gè)問題，一種解決方案是使用加權(quán)循環(huán)的方案。

　　在拉模式中，網(wǎng)格資源從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù)。在這樣的模式下，任務(wù)隊(duì)列的同步化與串行化就成為協(xié)調(diào)多個(gè)網(wǎng)格資源的任務(wù)獲取的必要手段。本地及全局任務(wù)隊(duì)列的策略也是可行的。在本地拉模式策略中，每一組網(wǎng)格資源都指派為從一個(gè)本地任務(wù)隊(duì)列獲取任務(wù)。在全局拉模式策略中，所有的網(wǎng)格資源都被指派使用同一個(gè)任務(wù)隊(duì)列。本地拉模式的優(yōu)勢在于能夠?qū)W(wǎng)格資源進(jìn)行分片。比如說，離數(shù)據(jù)比較接近的，或相互有關(guān)的，或要求使用相似資源的某些任務(wù)，都可以用這種方法進(jìn)行控制。

　　推模式和拉模式的組合模式可以解決前面提到的一些問題。每一個(gè)網(wǎng)格資源可以決定何時(shí)能接收更多的工作，并向網(wǎng)格任務(wù)服務(wù)器發(fā)送工作請求。然后，任務(wù)服務(wù)器就向其發(fā)送新的工作。

　　在這兩種負(fù)載平衡模式下，都需要考慮故障恢復(fù)的條件。我們需要檢測出哪些網(wǎng)格資源已經(jīng)無法繼續(xù)操作了，在推模式中，不能把新的工作發(fā)送給已經(jīng)失效的資源。此外，無論是在推模式還是在拉模式中，我們必須細(xì)心控制所有已經(jīng)提交的但尚未完成的任務(wù)。失效主機(jī)上的所有未完成任務(wù)都需要進(jìn)行重新分配，或者由同一組中的其他可運(yùn)行主機(jī)接管過來。

　　在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：負(fù)載平衡。當(dāng)您為網(wǎng)格環(huán)境啟用應(yīng)用程序的時(shí)候，還需要考慮與負(fù)載平衡有關(guān)的設(shè)計(jì)問題。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和開發(fā)人員需要理解目前的負(fù)載平衡機(jī)制是什么樣子(手工、推、拉、或是某種混合模式)，這會(huì)對應(yīng)用程序，特別是它的性能和運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)生影響。如果應(yīng)用程序中具有大量獨(dú)立的任務(wù)，每一個(gè)都可能受到負(fù)載平衡系統(tǒng)的影響或控制，那么這樣的應(yīng)用程序就可以從網(wǎng)格整體性能和吞吐量的提高當(dāng)中獲益，不過這個(gè)應(yīng)用程序也可能需要建立更加復(fù)雜的機(jī)制，以便處理將任務(wù)延遲、或在整個(gè)網(wǎng)格內(nèi)移動(dòng)任務(wù)所帶來的復(fù)雜性問題。

　　代理。在網(wǎng)格環(huán)境中，代理的職責(zé)非常重要。在很多網(wǎng)格環(huán)境中都可能需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)組件，而實(shí)現(xiàn)它的方法可以相對簡單，也可能十分復(fù)雜。代理的基本職責(zé)是在服務(wù)請求者和服務(wù)提供者之間提供匹配服務(wù)。在網(wǎng)格環(huán)境中，服務(wù)請求者可能是應(yīng)用程序，也可能是被提交執(zhí)行的任務(wù)。服務(wù)提供者就是網(wǎng)格資源。

　　Globus 工具箱并沒有提供代理的功能。不過它通過監(jiān)視與發(fā)現(xiàn)服務(wù)(MDS)提供了網(wǎng)格信息服務(wù)。您可以對 MDS 進(jìn)行查詢，從而發(fā)現(xiàn)主機(jī)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的屬性，如當(dāng)前可用處理器個(gè)數(shù)、所提供的帶寬以及可用的存儲(chǔ)類型等等。

　　在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：代理。當(dāng)您設(shè)計(jì)在網(wǎng)格環(huán)境中運(yùn)行的應(yīng)用程序時(shí)，很重要的一點(diǎn)是理解資源是如何被發(fā)現(xiàn)和分配的。可能需要應(yīng)用程序告訴代理它的資源要求是什么，這樣代理就可以保證給這個(gè)應(yīng)用程序分配適當(dāng)?shù)馁Y源。

　　進(jìn)程間通信(IPC)網(wǎng)格系統(tǒng)中可能包含幫助任務(wù)之間相互通信的軟件。比如說，應(yīng)用程序可能會(huì)將自身劃分為大量的子任務(wù)。這些子任務(wù)當(dāng)中的每一個(gè)都是網(wǎng)格中的一個(gè)獨(dú)立的任務(wù)。不過，應(yīng)用程序的算法可能要求子任務(wù)之間相互通信，傳遞一些信息。這些子任務(wù)要能夠定位其他特定的子任務(wù)，與之建立通信連接，并發(fā)送適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。消息傳遞接口(Message Passing Interface，MPI)是一項(xiàng)開放標(biāo)準(zhǔn)，它及其若干變種經(jīng)常作為網(wǎng)格系統(tǒng)的一部分來解決諸如此類的問題。

　　在應(yīng)用程序中啟用網(wǎng)格時(shí)的考慮：IPC。在任務(wù)之間進(jìn)行進(jìn)程間通信的需求總是會(huì)增加應(yīng)用程序的復(fù)雜程度，因此只要有可能，您就應(yīng)該將這種通信減到最少。然而，在大規(guī)模的復(fù)雜應(yīng)用程序中，進(jìn)程間通信通常是不可避免的。在這種情況下，您應(yīng)該充分理解可用的 IPC 機(jī)制，并將失敗或通信速度變慢帶來的影響降到最低，這樣有助于保證整個(gè)應(yīng)用程序的成功。

　　非功能性需求

　　下面我們將討論一些與基礎(chǔ)設(shè)施有關(guān)的其他問題。這些問題被稱為非功能性需求，是因?yàn)樗鼈兣c網(wǎng)格中某項(xiàng)特定的功能單元沒有關(guān)系，如任務(wù)管理、代理等。

　　性能

　　當(dāng)您考慮在網(wǎng)格環(huán)境中啟用應(yīng)用程序時(shí)，網(wǎng)格的性能以及應(yīng)用程序?qū)π阅艿囊蟊仨毐豢紤]在內(nèi)。服務(wù)請求者對服務(wù)的質(zhì)量比較感興趣，如可接受的運(yùn)行時(shí)間等。當(dāng)然了，如果您要構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)格及一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序，用來在網(wǎng)格中提供服務(wù)，那么服務(wù)提供者也希望能最大程度地利用網(wǎng)格中的功能和吞吐量。

　　可靠性

　　可靠性是計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)永恒的話題，網(wǎng)格環(huán)境也不例外。實(shí)現(xiàn)這一難題最好的方法是預(yù)見所有可能出現(xiàn)的失敗情況，并提供解決這些情況的手段。最可靠的方法能夠“容納異常情況的出現(xiàn)”(surprise tolerant)。網(wǎng)格計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施必須處理主機(jī)中斷和網(wǎng)絡(luò)中斷等情況。下面列出一些需要考慮的方法：

　　使用檢查點(diǎn)-重啟機(jī)制。

　　用持久性存儲(chǔ)保存中間結(jié)果。

　　用心跳監(jiān)視機(jī)制跟蹤系統(tǒng)狀態(tài)。

　　用健壯的系統(tǒng)管理解決方案最大程度地提高網(wǎng)格及其組件的可用性。

　　拓?fù)鋯栴}

　　網(wǎng)格計(jì)算的分布式本質(zhì)使地理上和組織機(jī)構(gòu)上的大跨度變得不可避免。隨著內(nèi)部網(wǎng)格的拓?fù)鋽U(kuò)展為外部網(wǎng)格拓?fù)洌瑥?fù)雜程度也逐漸提高。比如說，非功能性操作需求，安全性、目錄服務(wù)、可靠性、性能等都變得更加復(fù)雜。讓我們來研究一下拓?fù)涞膯栴}。

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。網(wǎng)格架構(gòu)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡茉诤芏嗖煌矫嫔铣尸F(xiàn)出來。網(wǎng)絡(luò)組件可以表示 LAN 或校園網(wǎng)的連通性，甚至還能表示網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)之間 WAN 的通信情況。網(wǎng)絡(luò)的職責(zé)是為所有的網(wǎng)格系統(tǒng)提供充足的帶寬。像基礎(chǔ)設(shè)施中其他的組件一樣，我們可以通過定制網(wǎng)絡(luò)來提供更高級別的可用性、性能以及安全性。

　　出于安全性以及其他一些架構(gòu)性的限制，網(wǎng)格系統(tǒng)從很大程度上來說是網(wǎng)絡(luò)密集型的。尤其是數(shù)據(jù)網(wǎng)格，它可能在整個(gè)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)散布著一些存儲(chǔ)資源，因此在基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)中，為了保證足夠的性能，關(guān)鍵因素就在于處理數(shù)量巨大的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

　　啟用應(yīng)用程序時(shí)應(yīng)該考慮的問題包括如何使網(wǎng)絡(luò)通信量最小，如何使網(wǎng)絡(luò)延遲最短。假設(shè)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)已經(jīng)能夠保證最小的網(wǎng)絡(luò)通信量，那么就有幾種方法可以使網(wǎng)絡(luò)延遲最短。比如說，千兆以太局域網(wǎng)可以用來支持高速群集，或?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)之間的高速 Internet 骨干網(wǎng)。

　　數(shù)據(jù)拓?fù)?。我們最希望把任?wù)指派到距離它所使用的數(shù)據(jù)最近的機(jī)器上執(zhí)行。這樣可以降低網(wǎng)絡(luò)的通信量，還可能降低可測量性方面的限制。

　　數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)空間。在一個(gè)網(wǎng)格的設(shè)計(jì)中，存儲(chǔ)的可能性問題是沒有止境的。存儲(chǔ)要求一定的安全性、要可以進(jìn)行備份、要可管理，還/或要進(jìn)行復(fù)制。在網(wǎng)格的設(shè)計(jì)中，您需要確定您的數(shù)據(jù)對于需要它的資源來說一直是可用的。除了可用性之外，您還需要保證數(shù)據(jù)得到適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，因?yàn)槟荒茏屛唇?jīng)授權(quán)的人訪問到敏感的數(shù)據(jù)。最后，您需要最佳的數(shù)據(jù)訪問性能。顯然，帶寬和訪問數(shù)據(jù)的距離兩者是相互有關(guān)的，但是您不會(huì)希望讓 I/O 問題阻礙網(wǎng)格應(yīng)用程序的運(yùn)行速度。對于那些磁盤密集型的應(yīng)用程序，或是數(shù)據(jù)網(wǎng)格而言，您可以將工作重點(diǎn)更多地放在存儲(chǔ)資源上，比如您可以使用那些能夠提供更高容量、冗余程度或容錯(cuò)機(jī)制的存儲(chǔ)。

　　混合平臺(tái)環(huán)境

　　網(wǎng)格環(huán)境是一組異質(zhì)的主機(jī)，它們具有不同的操作系統(tǒng)和軟件棧。為了執(zhí)行應(yīng)用程序，網(wǎng)格基礎(chǔ)架構(gòu)需要知道應(yīng)用程序能夠找到所匹配的網(wǎng)格主機(jī)環(huán)境的先決條件。您必須考慮多種不同的因素，然后才能使應(yīng)用程序在類型與數(shù)量都盡可能多的環(huán)境中執(zhí)行，這一點(diǎn)十分重要。

　　運(yùn)行時(shí)需要考慮的問題。應(yīng)用程序的運(yùn)行時(shí)需求及網(wǎng)格主機(jī)的運(yùn)行時(shí)環(huán)境必須相匹配。例如，下面列出 Java 應(yīng)用程序在這方面的一些要求。用其他編程語言開發(fā)的應(yīng)用程序也可能存在類似的要求。

　　Java 虛擬機(jī)(JVM)。用 Java 編程語言編寫的應(yīng)用程序要求具備 Java 虛擬機(jī)(JVM)。Java 應(yīng)用程序可能對 JVM 的版本變化很敏感。為了解決這種敏感性，應(yīng)用程序需要對 JVM 版本號進(jìn)行識(shí)別，這是匹配的先決條件。這項(xiàng)先決條件的內(nèi)容可能是要求某種 JVM 版本號，或是某個(gè)最小 JVM 版本號。Java 應(yīng)用程序也可能對 Java 堆的大小敏感。Java 應(yīng)用程序需要把最小堆容量作為先決條件。Java 包的類型，如 J2SE、或 J2EE 等，也可能是先決條件的一部分。

　　應(yīng)用程序的跨平臺(tái)可用性(可移植性)。應(yīng)用程序的可執(zhí)行性是與特定的平臺(tái)有關(guān)的。比如說，用 C 或 C++ 語言編寫的應(yīng)用程序需要在目標(biāo)平臺(tái)上進(jìn)行重新編譯，然后才能運(yùn)行。您可以為每一種平臺(tái)重新編譯一次應(yīng)用程序，得到的可執(zhí)行程序就標(biāo)記為目標(biāo)平臺(tái)上的。這種做法能夠增加應(yīng)用程序能夠運(yùn)行的網(wǎng)格主機(jī)數(shù)目。它的局限性在于將應(yīng)用程序移植到其他平臺(tái)上時(shí)所花費(fèi)的成本。

　　了解 OS 環(huán)境。網(wǎng)格是一組異質(zhì)計(jì)算資源。如果應(yīng)用程序依賴于某種特定的操作系統(tǒng)。那么該應(yīng)用程序就需要驗(yàn)證網(wǎng)格中是否具有正確的環(huán)境，并處理環(huán)境不同所帶來的問題。

　　輸出文件格式。當(dāng)一臺(tái)網(wǎng)格主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序的輸出信息被另一臺(tái)網(wǎng)格主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序所訪問的時(shí)候，了解輸出文件的格式就顯得十分必要了。這兩臺(tái)網(wǎng)格主機(jī)可能具有不同的平臺(tái)環(huán)境。您可以考慮用 XML 作為數(shù)據(jù)交換的格式。XML 現(xiàn)在已經(jīng)十分流行，它不僅僅是一種用于數(shù)據(jù)交換的標(biāo)記語言，還是一種用于存儲(chǔ)半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)格式。

　　當(dāng)您要在網(wǎng)格環(huán)境中啟用某個(gè)應(yīng)用程序時(shí)，必須充分理解網(wǎng)格環(huán)境中的功能性組件和非功能性因素，如性能要求或操作系統(tǒng)要求等。