CCID論壇2002 1 網格 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 網格的內涵 網格Grid起源于電力網格 PowerGrid 在構成電力網格以后 用戶 插入 電力網格用電 根本不必關心發電廠在何方 電力用于冰箱 空調 在構成網格計算基礎設施后 用戶 插入 網格 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 一切都由計算網格的中間件 Middleware 的資源調度等軟件解決 CCID論壇2002 3 CCID論壇2002 4 網格計算基礎設施 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 數據庫等等 用高速網絡連接在一起 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 大力協同 先集中后分散 是我國科研優良傳統 CCID論壇2002 5 目前情況 服務器客戶端方式 CCID論壇2002 6 網格模式與中間件 Middleware CCID論壇2002 7 網格 動態調度資源和單一映象 全國任何地區的在網絡上的任何用戶 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 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是信息傳輸的信息基礎設施 較早為大家所熟知 網格計算基礎設施 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 網格技術與網絡計算其他技術關系 CCID論壇2002 11 2 為何要網格 網格的特點與獨特作用 什么是網格問題 wereviewthe Gridproblem whichwedefineasflexible secure coordinatedresourcesharingamongdynamiccollectionsofindividuals institutions andresources whatwerefertoasvirtualorganizations 需要在動態地 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 協調地共享資源的問題 CCID論壇2002 12 網格的特點 網格的三個要素 1 動態的資源共享 2 協調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地組構成 虛擬機構 VO CCID論壇2002 13 網格技術的特點 網格 在異地 不同單位的 動態組合的虛擬機構 VO 內進行資源共享和協調地解決問題 CCID論壇2002 14 網格的獨特作用 軍事上應用舉例1 在現代海陸空作戰或作戰模擬過程中 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 協調地作戰 同時 敵方從陸基發出巡航導彈 要把我方衛星偵察跟蹤信息 防空系統 導彈和空軍部隊分布各處的資源 構成一個 虛擬機構 協調地作戰 這兩者中的空軍部隊和導彈是同一部隊的 但要協調地決策和行動 這是網格技術發揮作用的所在 而是一般傳統的分布式計算無法解決的 CCID論壇2002 15 CCID論壇2002 16 網格的獨特作用 舉例2 民用 華東 華北地區 15個發電廠供應20個大中城市用電 可以動態地組合若干個發電廠的資源 構成 虛擬機構 協調計算決策 優化供應幾個城市 大大提高輸配電的效率 可以節省幾千萬噸煤 CCID論壇2002 17 其他網格應用舉例 網格應用舉例3 美國NASA的IPG用于飛機飛行途中飛行安全 網格應用舉例4 地震網格 網格應用舉例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損失 CCID論壇2002 18 網格對科學技術的普遍意義 網格是一個跨學科 跨地區的合作平臺 網格可以聯合各種資源 構成一個 虛擬聯合機構 VO 協調決策 大力協同 建立網格以后 將使科研項目 集中兵力作戰 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 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 十分強調層次結構 十分強調協議 十分強調API接口 十分強調ToolKits接口 網格發展歷史的兩個階段 CCID論壇2002 20 網格趨勢 應用與服務驅動 專業化 GRID從支持科學計算的通用型 如通用的計算網格 發展到專業化合作平臺 如地震網格 高能粒子物理網格 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調度 支持業務 GRID從支持科學計算 發展到支持商業業務 如IBM INTEL SUN COMPAQ網格 標準平臺 網格的中間件進一步發展 可能會產生標準化的 與WebService密切結合的中間件 一個新型平臺Globus OGSA CCID論壇2002 21 網格GRID規劃中的一些誤區 1 建立 計算網格 四個網格結點 每個結點5000億次 秒高性能計算機 則網格可以 聚集 2萬億次 秒的計算能力 2 建立 儀器網格 可以把全國的貴重儀器集中使用 3 建立 XX校園網格 4 建立XX市網格 中國網格 一定要有應用和服務驅動 可以由某種重要應用驅動 帶動網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 各種全局性服務 CCID論壇2002 24 現代網格層次式的體系結構 CCID論壇2002 25 五個層次內容 一個數據網格為例 應用層 匯聚層 針對應用與工具 資源調度與分配層 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 網格服務層 Middleware CCID論壇2002 28 4 國內已有網格工作基礎 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 正在規劃中的網格項目 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