CCID論壇2002 1 網(wǎng)格 新一代的信息基礎設施中國工程院院士清華大學教授李三立 CCID論壇2002 2 1 網(wǎng)格的內(nèi)涵 網(wǎng)格Grid起源于電力網(wǎng)格 PowerGrid 在構成電力網(wǎng)格以后 用戶 插入 電力網(wǎng)格用電 根本不必關心發(fā)電廠在何方 電力用于冰箱 空調(diào) 在構成網(wǎng)格計算基礎設施后 用戶 插入 網(wǎng)格 根本不必關心超級計算機在何方 要用多少的計算能力 用它來解決有限元 微分方程 要有什么信息服務 一切都由計算網(wǎng)格的中間件 Middleware 的資源調(diào)度等軟件解決 CCID論壇2002 3 CCID論壇2002 4 網(wǎng)格計算基礎設施 GridComputing 是什么 是把地理位置分布不同的信息處理資源 人員 高性能計算機 儀器 數(shù)據(jù)庫等等 用高速網(wǎng)絡連接在一起 為異地的 不同單位的科學工作者提供一個單一映象虛擬機構 VO 平臺 使大家可動態(tài)共享資源 遠距離與 或共同合作處理科研的問題 當前世界上交叉學科合作的復合型問題愈來愈多 如核爆炸模擬 航天飛行 預警飛機 我國更需跨學科大合作 大力協(xié)同 先集中后分散 是我國科研優(yōu)良傳統(tǒng) CCID論壇2002 5 目前情況 服務器客戶端方式 CCID論壇2002 6 網(wǎng)格模式與中間件 Middleware CCID論壇2002 7 網(wǎng)格 動態(tài)調(diào)度資源和單一映象 全國任何地區(qū)的在網(wǎng)絡上的任何用戶 都可以通過WEB界面 訪問和共享GRID上的高性能計算機和其他資源 并且可以和GRID上的其他用戶進行跨地區(qū) 跨學科合作研究 對于用戶來說 GRID上的各種不同的高性能計算機和其他各種儀器 看來是一個統(tǒng)一的映象 CCID論壇2002 8 Grid和Internet的比較 新一代信息基礎設施 信息高速公路 INTERNET是信息傳輸?shù)男畔⒒A設施 較早為大家所熟知 網(wǎng)格計算基礎設施 GRID是信息處理 包括信息傳輸 的信息基礎設施 不太為大家所熟知 但重要性很大 CCID論壇2002 9 Grid與VOD比較 ComputationOnDemandStorageOnDemandInformationServiceOnDemand 按需的計算按需的存儲按需的信息服務 CCID論壇2002 10 網(wǎng)格技術與網(wǎng)絡計算其他技術關系 CCID論壇2002 11 2 為何要網(wǎng)格 網(wǎng)格的特點與獨特作用 什么是網(wǎng)格問題 wereviewthe Gridproblem whichwedefineasflexible secure coordinatedresourcesharingamongdynamiccollectionsofindividuals institutions andresources whatwerefertoasvirtualorganizations 需要在動態(tài)地 由不同地域與不同單位的人員 校所機構 和資源集合組成 稱為 虛擬機構 之間 來靈活地 安全地 協(xié)調(diào)地共享資源的問題 CCID論壇2002 12 網(wǎng)格的特點 網(wǎng)格的三個要素 1 動態(tài)的資源共享 2 協(xié)調(diào)地利用在不同地點的資源 3 對于不同地點 不同單位的資源 人員等等按需要動態(tài)地組構成 虛擬機構 VO CCID論壇2002 13 網(wǎng)格技術的特點 網(wǎng)格 在異地 不同單位的 動態(tài)組合的虛擬機構 VO 內(nèi)進行資源共享和協(xié)調(diào)地解決問題 CCID論壇2002 14 網(wǎng)格的獨特作用 軍事上應用舉例1 在現(xiàn)代海陸空作戰(zhàn)或作戰(zhàn)模擬過程中 在對付敵方海軍艦只進攻時 要把我方海面艦只 潛艇 導彈和空軍等分布各處的資源構成一個 虛擬機構 協(xié)調(diào)地作戰(zhàn) 同時 敵方從陸基發(fā)出巡航導彈 要把我方衛(wèi)星偵察跟蹤信息 防空系統(tǒng) 導彈和空軍部隊分布各處的資源 構成一個 虛擬機構 協(xié)調(diào)地作戰(zhàn) 這兩者中的空軍部隊和導彈是同一部隊的 但要協(xié)調(diào)地決策和行動 這是網(wǎng)格技術發(fā)揮作用的所在 而是一般傳統(tǒng)的分布式計算無法解決的 CCID論壇2002 15 CCID論壇2002 16 網(wǎng)格的獨特作用 舉例2 民用 華東 華北地區(qū) 15個發(fā)電廠供應20個大中城市用電 可以動態(tài)地組合若干個發(fā)電廠的資源 構成 虛擬機構 協(xié)調(diào)計算決策 優(yōu)化供應幾個城市 大大提高輸配電的效率 可以節(jié)省幾千萬噸煤 CCID論壇2002 17 其他網(wǎng)格應用舉例 網(wǎng)格應用舉例3 美國NASA的IPG用于飛機飛行途中飛行安全 網(wǎng)格應用舉例4 地震網(wǎng)格 網(wǎng)格應用舉例5 TERA用于龍卷風預測 如提前25分鐘 就可大量減少人員和財產(chǎn)損失 CCID論壇2002 18 網(wǎng)格對科學技術的普遍意義 網(wǎng)格是一個跨學科 跨地區(qū)的合作平臺 網(wǎng)格可以聯(lián)合各種資源 構成一個 虛擬聯(lián)合機構 VO 協(xié)調(diào)決策 大力協(xié)同 建立網(wǎng)格以后 將使科研項目 集中兵力作戰(zhàn) 科研步伐將大大加快 科研完成任務的期限 可以大大縮短 CCID論壇2002 19 3 當今網(wǎng)格的結構 組成與實施 1 1995 2001 BOTTOM UP 由底向上 階段 從用WEB技術支持高性能計算出發(fā) 著名項目有NP ACI NationalPartnershipofAdvancedComputingInfrastructure 和NCSA 2 2001開始反思 TOP DOWN 從頂向下 階段 從上面應用與服務出發(fā) 十分強調(diào)層次結構 十分強調(diào)協(xié)議 十分強調(diào)API接口 十分強調(diào)ToolKits接口 網(wǎng)格發(fā)展歷史的兩個階段 CCID論壇2002 20 網(wǎng)格趨勢 應用與服務驅(qū)動 專業(yè)化 GRID從支持科學計算的通用型 如通用的計算網(wǎng)格 發(fā)展到專業(yè)化合作平臺 如地震網(wǎng)格 高能粒子物理網(wǎng)格 應用需求 否則就很難確定服務需求 沒有服務需求 很難做到按需服務和資源動態(tài)調(diào)度 支持業(yè)務 GRID從支持科學計算 發(fā)展到支持商業(yè)業(yè)務 如IBM INTEL SUN COMPAQ網(wǎng)格 標準平臺 網(wǎng)格的中間件進一步發(fā)展 可能會產(chǎn)生標準化的 與WebService密切結合的中間件 一個新型平臺Globus OGSA CCID論壇2002 21 網(wǎng)格GRID規(guī)劃中的一些誤區(qū) 1 建立 計算網(wǎng)格 四個網(wǎng)格結點 每個結點5000億次 秒高性能計算機 則網(wǎng)格可以 聚集 2萬億次 秒的計算能力 2 建立 儀器網(wǎng)格 可以把全國的貴重儀器集中使用 3 建立 XX校園網(wǎng)格 4 建立XX市網(wǎng)格 中國網(wǎng)格 一定要有應用和服務驅(qū)動 可以由某種重要應用驅(qū)動 帶動網(wǎng)格底三層的基礎研究 然后在這基礎上 可以支持幾種應用 同時補充基礎建設 CCID論壇2002 22 也可用一個網(wǎng)格基礎設施 支撐幾個重要應用 eScience Bioinformatics FunctionalgenomicsCollaborativeEngineeringMedical HealthcareinformaticsEarthObservationSystems floodmonitoring TeleMicroscopyVirtualObservatoriesRoboticTelescopesParticlePhysicsattheLHCEUDataGridparticlephysics biology medicalimaging EarthobservationGridPP ScotGridAstroGrid CCID論壇2002 23 網(wǎng)格實施工作的模型 沙漏斗模型 FocusonarchitectureissuesProposesetofcoreservicesasbasicinfrastructureUsetoconstructhigh level domain specificsolutionsDesignprinciplesKeepparticipationcostlowEnablelocalcontrolSupportforadaptation IPhourglass model 局部操作系統(tǒng) 各種全局性服務 CCID論壇2002 24 現(xiàn)代網(wǎng)格層次式的體系結構 CCID論壇2002 25 五個層次內(nèi)容 一個數(shù)據(jù)網(wǎng)格為例 應用層 匯聚層 針對應用與工具 資源調(diào)度與分配層 連接層 本地信息資源與信息處理層 匯聚層 通用性 CCID論壇2002 26 什么是中間件Middleware 網(wǎng)格工作實施的主要工作 CCID論壇2002 27 Middleware Upperware Underware 應用適配層 Upperware 網(wǎng)格服務層 Middleware CCID論壇2002 28 4 國內(nèi)已有網(wǎng)格工作基礎 1 從1999年到2001 863重點項目 NHPCE 國家高性能計算環(huán)境 NationalHighperformanceComputingEnvironment 2 2001年6月鑒定的清華大學 先進計算基礎設施北京上海試點工程 簡稱ACI 3 中科院計算所 織女星 VegaGrid CCID論壇2002 29 正在規(guī)劃中的網(wǎng)格項目 1 科技部2002年863計劃信息技術領域重大專項 高性能計算機及其核心軟件 2 教育部 CHINAGRID 計劃 3 國家自然科學基金委 E Scie