1.4 網(wǎng)格計算與云計算

網(wǎng)格（Grid）是20世紀90年代中期發(fā)展起來的下一代互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)。網(wǎng)格技術(shù)的開創(chuàng)者Ian Foster 將之定義為“在動態(tài)、多機構(gòu)參與的虛擬組織中協(xié)同共享資源和求解問題”[6]。網(wǎng)格是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，基于SOA，使用互操作、按需集成等技術(shù)手段，將分散在不同地理位置的資源虛擬成為一個有機整體，實現(xiàn)計算、存儲、數(shù)據(jù)、軟件和設(shè)備等資源的共享，從而大幅提高資源的利用率，使用戶獲得前所未有的計算和信息能力。

國際網(wǎng)格界致力于網(wǎng)格中間件、網(wǎng)格平臺和網(wǎng)格應(yīng)用建設(shè)。就網(wǎng)格中間件而言，國外著名的網(wǎng)格中間件有Globus Toolkit、UNICORE、Condor、gLite等，其中Globus Toolkit得到了廣泛采納。就網(wǎng)格平臺而言，國際知名的網(wǎng)格平臺有TeraGrid、EGEE、CoreGRID、D-Grid、ApGrid、Grid3、GIG 等。美國TeraGrid 是由美國國家科學基金會計劃資助構(gòu)建的超大規(guī)模開放的科學研究環(huán)境。TeraGrid 集成了高性能計算機、數(shù)據(jù)資源、工具和高端實驗設(shè)施。目前TeraGrid 已經(jīng)集成了超過每秒750萬億次計算能力、30PB 數(shù)據(jù)，擁有超過100個面向多種領(lǐng)域的網(wǎng)格應(yīng)用環(huán)境。歐盟e-Science 促成網(wǎng)格EGEE (Enabling Grids for E-sciencE），是另一個超大型、面向多種領(lǐng)域的網(wǎng)格計算基礎(chǔ)設(shè)施。目前已有120多個機構(gòu)參與，包括分布在48個國家的250個網(wǎng)格站點、68000個CPU、20PB數(shù)據(jù)資源，擁有8000個用戶，每天平均處理30000個作業(yè)，峰值超過150000個作業(yè)。就網(wǎng)格應(yīng)用而言，知名的網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)以百計，應(yīng)用領(lǐng)域包括大氣科學、林學、海洋科學、環(huán)境科學、生物信息學、醫(yī)學、物理學、天體物理、地球科學、天文學、工程學、社會行為學等。

我國在十五期間有863支持的中國國家網(wǎng)格（CNGrid,863-10主題）和中國空間信息網(wǎng)格（SIG,863-13主題）、教育部支持的中國教育科研網(wǎng)格（ChinaGrid）、上海市支持的上海網(wǎng)格（ShanghaiGrid）等。中國國家網(wǎng)格擁有包括香港地區(qū)在內(nèi)的10個節(jié)點，聚合計算能力為每秒18萬億次，目前擁有408個用戶和360個應(yīng)用。中國教育科研網(wǎng)格ChinaGrid連接了20所高校的計算設(shè)施，運算能力達每秒3萬億次以上，開發(fā)并實現(xiàn)了生物信息、流體力學等五個科學研究領(lǐng)域的網(wǎng)格典型應(yīng)用。十一五期間，國家對網(wǎng)格支持的力度更大，通過973和863、自然科學基金等途徑對網(wǎng)格技術(shù)進行了大力支持。973計劃有“語義網(wǎng)格的基礎(chǔ)理論、模型與方法研究”等，863計劃有“高效能計算機及網(wǎng)格服務(wù)環(huán)境”、“網(wǎng)格地理信息系統(tǒng)軟件及其重大應(yīng)用”等，國家自然科學基金重大研究計劃有“網(wǎng)絡(luò)計算應(yīng)用支撐中間件”等項目。

就像云計算可以分為IaaS、PaaS和SaaS三種類型一樣，網(wǎng)格計算也可以分為三種類型：計算網(wǎng)格、信息網(wǎng)格和知識網(wǎng)格[6]。計算網(wǎng)格的目標是提供集成各種計算資源的、虛擬化的計算基礎(chǔ)設(shè)施。信息網(wǎng)格的目標是提供一體化的智能信息處理平臺，集成各種信息系統(tǒng)和信息資源，消除信息孤島，使得用戶能按需獲取集成后的精確信息，即服務(wù)點播（Service on Demand）和一步到位的服務(wù)（One Click is Enough）。知識網(wǎng)格[8]研究一體化的智能知識處理和理解平臺，使得用戶能方便地發(fā)布、處理和獲取知識。

需要說明的是，目前大家對網(wǎng)格的認識存在一種誤解，認為只有使用Globus Toolkit 等知名網(wǎng)格中間件的應(yīng)用才是網(wǎng)格。我們認為，只要是遵照網(wǎng)格理念，將一定范圍內(nèi)分布的異構(gòu)資源集成為有機整體，提供資源共享和協(xié)同工作服務(wù)的平臺，均可以認為是網(wǎng)格。這是因為，由于網(wǎng)格技術(shù)非常復(fù)雜，必然有一個從不規(guī)范到規(guī)范化的過程，應(yīng)該承認差異存在的客觀性。雖然網(wǎng)格界從一開始就致力于構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)全面互操作的環(huán)境，但由于網(wǎng)格處于信息技術(shù)前沿、許多領(lǐng)域尚未定型、已發(fā)布的個別規(guī)范過于復(fù)雜造成易用性差等原因，現(xiàn)有網(wǎng)格系統(tǒng)多針對具體應(yīng)用采用適用的、個性化的框架設(shè)計和實現(xiàn)技術(shù)等，造成網(wǎng)格系統(tǒng)之間互操作困難，這也是開放網(wǎng)格論壇OGF (Open Grid Forum）提出建立不同網(wǎng)格系統(tǒng)互通機制計劃GIN (Grid Interoperation Now）的原因。從另一個角度看，雖然建立全球統(tǒng)一的網(wǎng)格平臺還有很長的路要走，但并不妨礙網(wǎng)格技術(shù)在各種具體的應(yīng)用系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。

網(wǎng)格計算與云計算的關(guān)系如表1-1所示。

網(wǎng)格計算在概念上爭論多年，在體系結(jié)構(gòu)上有三次大的改變，在標準規(guī)范上花費了大量的人力，所設(shè)定的目標又非常遠大——要在跨平臺、跨組織、跨信任域的極其復(fù)雜的異構(gòu)環(huán)境中共享資源和協(xié)同解決問題，所要共享的資源也是五花八門——從高性能計算機、數(shù)據(jù)庫、設(shè)備到軟件，甚至知識。云計算暫時不管概念、不管標準，Google 云計算與亞馬遜云計算的差別非常大，云計算只是對它們以前所做事情新的共同的時髦叫法，所共享的存儲和計算資源暫時僅限于某個企業(yè)內(nèi)部，省去了許多跨組織協(xié)調(diào)的問題。以Google為代表的云計算在內(nèi)部管理運作方式上的簡潔一如其界面，能省的功能都省略，Google文件系統(tǒng)（GFS）甚至不允許修改已經(jīng)存在的文件，只允許在文件后追加數(shù)據(jù)，大大降低了實現(xiàn)難度，而且借助其無與倫比的規(guī)模效應(yīng)釋放了前所未有的能量。

網(wǎng)格計算與云計算的關(guān)系，就像是OSI 與TCP/IP 之間的關(guān)系：國際標準化組織（ISO）制定的OSI（開放系統(tǒng)互聯(lián)）網(wǎng)絡(luò)標準，考慮得非常周到，也異常復(fù)雜，在多年之前就考慮到了會話層和表示層的問題。雖然很有遠見，但過于理想，實現(xiàn)的難度和代價非常大。當OSI 的一個簡化版——TCP/IP 誕生之后，將七層協(xié)議簡化為四層，內(nèi)容也大大精簡，因而迅速取得了成功。在TCP/IP 一統(tǒng)天下之后多年，語義網(wǎng)等問題才被提上議事日程，開始為TCP/IP 補課，增加其會話和表示的能力。因此，可以說OSI 是學院派，TCP/IP是現(xiàn)實派；OSI是TCP/IP的基礎(chǔ)，TCP/IP又推動了OSI的發(fā)展。兩者不是“成者為王、敗者為寇”，而是滾動發(fā)展。

沒有網(wǎng)格計算打下的基礎(chǔ)，云計算也不會這么快到來。云計算是網(wǎng)格計算的一種簡化實用版，通常意義的網(wǎng)格是指以前實現(xiàn)的以科學研究為主的網(wǎng)格，非常重視標準規(guī)范，也非常復(fù)雜，但缺乏成功的商業(yè)模式。云計算是網(wǎng)格計算的一種簡化形態(tài)，云計算的成功也是網(wǎng)格的成功。網(wǎng)格不僅要集成異構(gòu)資源，還要解決許多非技術(shù)的協(xié)調(diào)問題，也不像云計算有成功的商業(yè)模式推動，所以實現(xiàn)起來要比云計算難度大很多。但對于許多高端科學或軍事應(yīng)用而言，云計算是無法滿足需求的，必須依靠網(wǎng)格來解決。

目前，許多人聲稱網(wǎng)格計算失敗了，云計算取而代之了，這其實是一種錯覺。網(wǎng)格計算已經(jīng)有十多年歷史，不如剛興起時那樣引人注目是正常的。事實上，有些政府主導(dǎo)、范圍較窄、用途特定的網(wǎng)格，已經(jīng)取得了決定性的勝利。代表性的有美國的TeraGrid和歐洲的EGEE等，這些網(wǎng)格每天都有幾十萬個作業(yè)在上面執(zhí)行。未來的科學研究主戰(zhàn)場，將建立在網(wǎng)格計算之上。在軍事領(lǐng)域，美軍的全球信息網(wǎng)格GIG 已經(jīng)囊括超過700萬臺計算機，規(guī)模超過現(xiàn)有的所有云計算數(shù)據(jù)中心計算機總和。

相信不久的將來，建立在云計算之上的“商業(yè)2.0”與建立在網(wǎng)格計算之上的“科學2.0”都將取得成功。