1.3　云計算與網格計算

1.3.1　網格計算

網格計算的概念反映的是一種理念框架，而不是指一個物理上存在的資源。網格所采用的方法是，利用位于分散管理域內的資源完成計算任務。網格技術的焦點在于對超出本地管理域的計算資源需求的靈活提供。

網格和互聯網的演化一樣，都是為了應對大型計算的需求。互聯網是為了滿足各大型計算中心之間的普通通信需求而開發的。這些通信連接不僅實現了計算中心之間的資源和信息共享，并最終為額外用戶提供了訪問。

網格技術可以被看做是互聯網框架的擴展，目的是為了創建一個更為通用的資源共享環境。網格環境的創建是為了滿足資源共享的需求，而各種資源（如CPU周期、磁盤存儲空間、數據、軟件程序、外圍設備等）取決于該資源在本地管理域之外是否可用。這種“外部提供”的方法的不足使我們迫切需要創建一個新的管理域：虛擬組織。每個虛擬組織有各自獨立和分離的管理政策（本地管理政策+外部資源管理政策=虛擬組織管理政策）。“任務執行”所需要的環境是根據該任務在本地管理域之外執行時的需求所區分的。網格技術是用來規范化的，以保證應用程序執行時所關聯的網格環境具有統一的規范并且遵守之。

SETI@home是第一個非營利性的科學項目，其目的是為了對空閑的CPU周期加以回收利用。該項目所設計的程序通常是在計算機沒有被用戶使用或是使用極少的情況下在后臺運行或作為屏幕保護程序。其后的同類項目致力于增加投入控制和返回結果延遲。

歐洲核子研究組織（the European Organization for Nuclear Research，CERN）把網格計算定義為“通過互聯網來共享強大的計算能力和數據儲存能力。”

網格計算通過利用大量異構計算機（通常為桌面）的未用資源（CPU周期和磁盤存儲），將其作為嵌入在分布式電信基礎設施中的一個虛擬的計算機集群，為解決大規模的計算問題提供了一個模型。區別于傳統的計算機集群或分布式計算，網格計算側重于支持跨管理域計算的能力。

網格計算有以下兩個目標。

①解決對于任何單一的超級計算機來說，仍然大得難以解決的問題，并同時保持解決多個較小問題的靈活性。這樣，網格計算就提供了一個多用戶環境。

②更好地利用可用計算力，迎合大型計算練習的斷斷續續的需求。

網格計算包括共享異構資源（基于不同平臺、硬件/軟件體系結構，以及計算機語言），這些資源位于不同的地理位置，屬于一個使用公開標準的網絡上的不同管理域，即虛擬化計算資源。

基于功能，網格分為兩類：計算網格和數據網格。網格計算在企業內外部迅速發展，發揮其計算價值。

（1）外部網格（external grids）　網格計算對分布在世界各地的、非營利性質的研究機構頗有吸引力，進而造就了美國國家超級電腦應用中心計算生物學網格，如生物學和醫學信息學研究網格。

（2）內部網格（internal grids）　網格計算對那些需要解決復雜計算問題的商業公司有著非同一般的吸引力，其目標是將企業內部的計算能力最大化。

全球網格論壇（GGF）為網格計算定義相關的規范。而Globus聯盟通過Globus工具包實現了這些標準，該工具包已成為網格中間件的標準。同時，Globus還提供了一些工具，使網格計算平臺更加健壯，更適用于高性能計算的需要。

2000年以來，商業機構提供網格解決方案，網格提供了解決Grand Challenge problem的辦法，如蛋白質折疊、金融建模、地震模擬、氣象模型等。網格還為組織內部如何優化使用大量的信息技術資源提供了解決途徑，也作為公用事業機構為商業和非商業客戶提供信息技術提供了一種方法，這些客戶可以只為他們所需要的服務付費，就像電和自來水一樣。目前能提供網格運算方案的主要商家有IBM、Sun、甲骨文、惠普等。

1.3.2　云計算與網格技術的互補關系

劉鵬分析了云計算與網格技術的互補關系：云計算主要解決計算力和存儲空間的集中共享使用問題，而網格技術主要解決分布在不同機構的各種信息資源的共享問題。提出兩者終將融為一體，并將云計算的未來定義為云格（Gloud=Grid+Cloud）。

①從平臺統一角度看，目前云計算還沒有統一的標準，不同廠商的解決方案風格迥異、互不兼容，未來一定會朝著形成統一平臺的方向發展；而網格技術生來就是為了解決跨平臺、跨系統、跨地域的異構資源動態集成與共享的，而且國際網格界已經形成了統一的標準體系并成功應用。網格技術能夠在云計算平臺之間實現互操作，從而達成云計算設施的一體化，使得未來的云計算不再以廠商為單位提供，而構成一個統一的虛擬平臺。因而，云和云之間的協同共享離不開網格的支持。

②從計算角度看，云計算管理的是由PC和服務器構成的廉價計算資源池，主要針對松耦合型的數據處理應用，對于不容易分解成眾多相互獨立子任務的緊耦合型計算任務，采用云計算模式來處理效率很低，因為節點之間存在頻繁的通信；網格技術能夠集成分布在不同機構的高性能計算機，它們比較擅長處理緊耦合型應用，而有許多應用都屬于緊耦合應用，如數值天氣預報、汽車模擬碰撞試驗、高樓受力分析等。這類應用并不是云計算所擅長的，如果云計算與網格技術能夠一體化，則可以充分發揮各自特點。

③從數據角度看，云計算主要管理和分析商業數據；網格技術已經集成了海量的科學數據，如物種基因數據、天文觀測數據、地球遙感數據、氣象數據、海洋數據、藥物數據、人口統計數據等。如果將云計算與網格技術集成在一起，則可以大大擴大云計算的應用范疇。目前Amazon在不斷征集供公眾共享使用的數據集，包括人類基因數據、化學數據、經濟數據、交通數據等，這充分說明云計算對于這些數據集的需求，同時也反映出這種征集的方法過于原始。

④從資源集成角度，要使用云計算，就必須將各種數據、系統、應用集中到云計算數據中心，而很多現有信息系統要改變運行模式、遷移到云計算平臺上的難度和成本是很高的。還有些系統的數據源與數據中心可能距離較遠，且數據源的數據是不斷更新的（物聯網就具有此種特性），如果要求隨時隨刻將這些數據傳送到云計算中心，則對網絡帶寬的消耗是不經濟的。因此還會有大量的應用系統處于分散運轉狀態，而不會集中到云計算平臺上；而網格技術可以在現有資源上實現集成，達到“物理分散、邏輯集中”的效果，可以巧妙地解決這方面的問題。

⑤從信息安全角度看，許多用戶擔心將自己寶貴的數據托管到云計算中心，就相當于喪失了對數據的絕對控制權，存在被第三方窺看、非法利用或丟失的可能，從而不敢采用云計算技術；而在網格環境中，數據可以仍然保存在原來的數據中心，仍然由其所有者管控，但對外界提供數據訪問服務，是一種“可以用，但不能全部拿走”的模式，不會喪失數據的所有權，但數據資源的使用范圍擴大了、利用率提高了。由于數據源頭分別由不同所有者控制，他們可以決定每一種數據是否共享和在什么范圍共享，較之將所有數據都放進云計算數據中心進行共享更有利于避免敏感數據的擴散。

1.3.3　云計算與網格技術的結合

云計算與網格技術結合的基準是面向服務的體系結構SOA（Service Oriented Architecture）。SOA最早是Gartner公司于1996年正式提出的。SOA架構模型的本質是業務建模——將一切信息資源封裝成服務，以服務形式來解決業務間的互操作問題。目前，無論是網格技術，還是云計算，基本上都符合Web Services規范。Web Services是SOA的實現機制之一。Web Services是由URI（Uniform Resource Identifier）標識的軟件應用。該應用的接口和綁定可通過基于XML的語言進行定義、描述和發現。同時，該應用可通過基于互聯網的XML消息協議與其他軟件應用直接交互。Web Services之所以受歡迎，主要是因為它是簡單的、標準的、跨平臺的且與廠商無關的，可以大幅度降低構架耦合度，可以提供服務層次的集成。

在SOA框架下，無論是網格服務，還是云計算服務，或其他的Web Services服務，都能夠非常容易地共存、共用、互操作。在這樣一個環境中，用戶只要關心自己需要哪些服務，是數據處理服務、高性能計算服務，還是企業管理服務、電子商務服務等即可。