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关于网格

GRID. 关于网格. 网格的由来. 网络 vs. 计算机性能 处理器速度每 18 个月翻一番 存储密度 每 12 个月翻一番 网络速度 每 9 个月翻一番 1986 to 2000 计算机 : x 500 网络 : x 340,000 2001 to 2010 计算机 : x 60 网络 : x 4000. 对高性能计算的需求. 遥感 天文学 天气预报 大气海洋模拟 高能物理 航空 航天 。。。. 网格出现之前的高性能解决方案. 超级计算机 昂贵，性价比不高 集群 规模扩张到一定程度后性价比下降 P2P 计算

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关于网格

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Presentation Transcript

  1. GRID 关于网格

  2. 网格的由来

  3. 网络 vs. 计算机性能 • 处理器速度每18个月翻一番 • 存储密度 每12个月翻一番 • 网络速度 每9个月翻一番 • 1986 to 2000 • 计算机: x 500 • 网络: x 340,000 • 2001 to 2010 • 计算机: x 60 • 网络: x 4000

  4. 对高性能计算的需求 • 遥感 • 天文学 • 天气预报 • 大气海洋模拟 • 高能物理 • 航空 航天 • 。。。

  5. 网格出现之前的高性能解决方案 • 超级计算机 • 昂贵，性价比不高 • 集群 • 规模扩张到一定程度后性价比下降 • P2P计算 • SETI@home ：在家寻找外星人 • fightAIDS@home: 寻找艾滋病药物 • 缺点:用户的注意力有限，不可能有大量的类似活动 • 网格的引入：水到渠成

  6. Original Food Chain Picture 引用

  7. 1980s Computer Food Chain Mainframe PC Workstation Mini Computer Vector Supercomputer 引用

  8. 1990s Computer Food Chain (hitting wall soon) Mini Computer PC Workstation Mainframe (future is bleak) Vector Supercomputer MPP 引用

  9. Computer Food Chain (Now and Future) 引用

  10. 网格的概念 • 起源 • 最“正统”的网格研究来源于美国联邦政府过去10年来资助的高性能计算项目。 • 定义：“动态多机构虚拟组织中的资源共享和协同问题解决 ” • 网格的根本特征是资源共享 • 它的规模并不是主要因素

  11. 网格的特点 • 分布计算技术的一种 • 充分利用网上的闲置处理能力 • 不但共享cpu和硬盘，而且共享天文望远镜、雷达、家用电器等设备和仪器 • 网格与电力网类比 • 电力随处都可以得到 • 无须关心电力是哪个电厂提供的 • 各电厂的电力互相调配，相当于负载均衡 • 用电终端（电器）种类丰富，但用电方式相同

  12. 网格的称谓 • “新一代互联网” • WWW之后的第三次浪潮 • “未来的互联网技术 ”

  13. 互联网的三次浪潮

  14. 网格的体系结构

  15. 网格计算协议 互联网协议 应用层 应 用 层 汇集层 资源层 传输层 连接层 互联网 构造层 连接层 网格的协议 • 构造层（Fabric） • 提供共享的资源，它们是物理或逻辑实体。 • 连接层（Connectivity） • 它是网格中网络事务处理通信与授权控制的核心协议。 • 资源层(Resource) • 对单个资源实施控制，实现资源注册、资源分配和资源监视。 • 汇集层(Collective) • 资源汇集，供虚拟组织的应用程序共享、调用。提供目录服务、日程安排、资源代理、资源监测诊断、网格启动、负荷控制、账户管理等多种功能。 • 应用层（Applications） • 通过各层的API调用相应的服务，再通过服务调用网格上的资源来完成任务。需要构建支持网格计算的库函数。

  16. 网格的标准 • 尚未通过正式标准 • Globus Toolkit是事实上的标准

  17. 引用

  18. 欧洲数据网格 CERN, the European Organization for Nuclear Research 引用

  19. ~PBytes/sec ~100 MBytes/sec Offline Processor Farm ~20 TIPS There is a “bunch crossing” every 25 nsecs. There are 100 “triggers” per second Each triggered event is ~1 MByte in size ~100 MBytes/sec Online System Tier 0 CERN Computer Centre ~622 Mbits/sec or Air Freight (deprecated) Tier 1 FermiLab ~4 TIPS France Regional Centre Germany Regional Centre Italy Regional Centre ~622 Mbits/sec Tier 2 Tier2 Centre ~1 TIPS Caltech ~1 TIPS Tier2 Centre ~1 TIPS Tier2 Centre ~1 TIPS Tier2 Centre ~1 TIPS HPSS HPSS HPSS HPSS HPSS ~622 Mbits/sec Institute ~0.25TIPS Institute Institute Institute Physics data cache ~1 MBytes/sec 1 TIPS is approximately 25,000 SpecInt95 equivalents Physicists work on analysis “channels”. Each institute will have ~10 physicists working on one or more channels; data for these channels should be cached by the institute server Pentium II 300 MHz Pentium II 300 MHz Pentium II 300 MHz Pentium II 300 MHz Tier 4 Physicist workstations 高能物理网格 引用

  20. 引用 在线使用科学仪器 Advanced Photon Source wide-area dissemination desktop & VR clients with shared controls real-time collection archival storage tomographic reconstruction DOE X-ray grand challenge: ANL, USC/ISI, NIST, U.Chicago

  21. 地震模拟网络 • NEESgrid: US national infrastructure to couple earthquake engineers with experimental facilities, databases, computers, & each other • On-demand access to experiments, data streams, computing, archives, collaboration 引用 NEESgrid: Argonne, Michigan, NCSA, UIUC, USC

  22. 引用 采用3300枚以上Itanium处理器的运算系统——TeraGrid Site Resources Site Resources 26 HPSS HPSS 4 24 External Networks External Networks 8 5 Caltech Argonne External Networks External Networks NCSA/PACI 8 TF 240 TB SDSC 4.1 TF 225 TB Site Resources Site Resources HPSS UniTree TeraGrid/DTF: NCSA, SDSC, Caltech, Argonne www.teragrid.org

  23. 引用 StarLight Argonne UIC/EVL • Research Areas • Latency-Tolerant Algorithms • Interaction of SAN/LAN/WAN technologies • Clusters UIUC CS NCSA 伊利诺斯州I-WIRE:分布式集群计算 • Research Areas • Displays/VR • Collaboration • Rendering • Applications • Data Mining

  24. 引用 美国国防部的全球信息网格

  25. Grid Node N Grid Node 2 Grid For Economy-eGrid Grid Information Server(s) Info ? Health Monitor … Grid Explorer … Application Job Control Agent Grid Node1 Schedule Advisor Trading Trade Server Charging Alg. Trade Manager Accounting Resource Reservation Other services … Deployment Agent Jobs Resource Allocation Grid User Grid Resource Broker … R1 R2 Rm Grid Resource/Control Domains 引用 Grid Middleware

  26. 网格的关键技术 • 如果把整个因特网看成一台计算机，那么它的处理器、存储器、外部设备是什么？它应该采用什么样的体系结构？ • 什么是网格这台计算机的操作系统？它的进程和线程是什么？什么是它的地址空间？如何管理它的资源？ • 什么是网格的编程环境和使用环境？什么是网格的用户界面？什么是网格的程序设计语言？ • 什么是网格的应用？它们有什么样的模式和特征？ • 从用户的角度看，网格与当前的因特网/Web有什么不同？它能提供什么样的独特好处？

  27. 网格的挑战 网格计算要真正步入实用阶段必须解决以下三大问题： • 1．体系结构设计 • 网格系统有哪些组成部分、组成部分之间的关系以及如何协同工作是网格体系结构研究需要解决的问题。 • 2．操作系统设计 • 网格操作系统是网格系统资源的管理者，它所管理的将是广域分布、动态、异构的资源，现有操作系统显然无法满足这一需求。 • 3．使用模式设计 • 在网格环境下，用户需要通过新的方式来利用网格系统资源。因此，在网格操作系统上设计开发各种工具、应用软件是网格使用模式研究需要解决的关键问题。

  28. 网格计算分类 马森大学的研究，网格计算可分为： • 集中式任务管理系统 • 分布式任务管理系统 • 分布式操作系统 • 参量分析 • 资源监测/预测以及分布式计算接口 现有的网格计算技术方案主要集中在第一、二类。 • 属于集中式任务管理系统的有Sun公司的Grid Engine、LSF（Load Sharing Facility）、PBS（Portable Batch System）等； • 属于分布式任务管理系统的有Globus、Legion和NetSolve等。集中式系统由一台计算机统一调度任务，分布式系统任务的加载和运行控制由网格中每台计算机自行完成。

  29. 国内研究现状 • 中国网格研究机构 • 清华大学计算机系网格研究组 • 曙光公司 • 中科院计算所 • 中国网格研究项目 • 清华大学计算机系仿真网格 • 浙江大学e-Science • 中科院织女星网格 (1, 2)

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