并行网格计算课件-第1章概述

课程简介新兴学科参考资料上课形式上课内容考试方式网格计算的地位

2003年美国麻省理工学院（MIT）权威期刊《技术评论》公布未来10种新兴技术

1.无线传感器网络

2.可注入组织工程

3.纳米太阳能电池

4.机械电子学

5.网格计算

6.分子成像

7.纳米印刷刻蚀

8.软件保证

9.糖原组学

10.量子密码术问题一：机票预定（自行游）问题一：机票预定（自行游）广州新德里(09:30)(11:52)新德里迪拜(13:31)(15:48)广州新德里迪拜问题二：最大梅森素数

形如2p－1的正整数，记为Mp，指数p是素数。若Mp是素数，称为梅森素数（Mersenneprime）。p=2，3，5，7时，Mp都是素数。M11=2047=23×89不是素数。是否有无穷个梅森素数是数论中未解决的难题。截止2013年2月累计发现48个梅森素数，最大的是p=257885161-1(即2的57885161次方减1)，此时Mp是一个17,425,170位数。

公元前300多年，古希腊数学家欧几里德就开创了研究2P－1的先河。梅森断言，对于p=2，3，5，7，13，17，19，31，67，127，257时，2P－1是素数；对于其他所有小于257的数时，2P－1是合数。2300多年来，人类仅发现48个梅森素数。自梅森提出其断言后，人们发现的已知最大素数几乎都是梅森素数。因此，寻找新的梅森素数的历程也就几乎等同于寻找新的最大素数的历程。梅森素数的研究难度极大，它不仅需要高深的理论和纯熟的技巧，而且需要进行艰苦的计算。问题二：最大梅森素数什么是摩尔定律？摩尔定律会一直持续下去吗？一个思考题问题三：元器件极限问题三：元器件极限元器件发展是计算机技术发展最具影响的动力。未来元器件速度不可能以以往的速度继续提高(摩尔定律：CPU主频每18个月提高一倍)。目前集成电路制造的主导技术——CMOS技术基本达到极限。权威预测，提高元器件的速度最终将受到光速和氢原子直径的限制。人类对计算机系统性能的需求永无止境，需要解决的问题越来越复杂，规模越来越大。

独立的服务器高硬件&软件费用重配置能力差管理困难网格计算解决的问题

资源共享低硬件&软件费用按需分配统一管理网格计算IT技术共享与协同是网格的本质问题。共享是将网络海量、自治、分布、异构的资源进行有效组织，以服务的方式为网格用户提供统一透明的访问机制。这些资源包括计算、存储、数据、软件、仪器设备、传感器、信息库、知识库和专家等。网格的本质问题协同是指资源可以相互交互、理解、协作，以期共同完成复杂的网格应用。包括人－人、人－资源、资源－资源的协同。网格的本质问题连通和共享是计算机网络的本质问题。连通——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的都可以彼此直接连通。共享——即资源共享。资源共享可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

计算机网络的本质问题网络网络网络网络网络共享和连通是计算机网络的本质问题。共享与协同是网格的本质问题。计算机网络与网格的比较网格网络网络网络网络网络第一次浪潮：因特网（80年代）计算机相互连接的发展产生了局域网FTP、Telnet、Emailnewsgroup、BBS第二次浪潮：万维网（80年代末-90年代中期）超文本文件由http协议连接WWW的产生（1989年由CERN科学家发明）第三次浪潮：网格（90年代后半期-...）各种资源统一通过网格技术连接根据用途不同分为数据网格、计算网格...网络技术发展的三次浪潮随着社会的发展，人们的应用需求不断提高，同时原有问题的求解领域的不断扩展和复杂化，并层出不穷的涌现出新问题需求。新问题举例：

(1)寻找最安全的密码系统，如RC-72(密码破解)。

(2)生物病理研究，如Folding@home(蛋白质折叠、误解、聚合及由此引起的相关疾病)。

(3)信号处理，如SETI@Home(搜寻外星智能)。网格思想的来源实际的例子可以看出，这些项目都很庞大，需要惊人的计算量。现有的计算机和设备无论从自身的性能还是从局部的合作上都无法满足人们日益增加的要求。然而由于网络等相关技术的发展，使得世界各地的计算机可以联网协同工作，利用空闲的以前无法使用和共享的设备等空闲资源。网格思想的来源网格是借鉴电力网的概念提出的。用户使用电力资源不用关心其类型和来源等。提出网格，希望网格资源像电力资源一样，用户不用关心网格资源的类型和来源等。网格也希望给最终用户提供的是与地理位置无关，与具体的计算设施无关的通用的计算能力。(比如密码破解问题)网格思想的来源网格思想的来源电力网与网格对比网格（Grid）是构筑在Internet上的一组新兴技术，它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员和普通老百姓提供更多的资源。Internet提供E-mail、网页浏览等通信功能，而网格功能更多更强，能让人们透明使用计算、存储、信息处理等其他资源。

（IanFoster:美国阿岗国家实验室资深科学家、美国计算网格项目负责人）网格的概念网格的概念-SensornetsDataarchivesComputersSoftwarecatalogsColleaguesSensornetsDataarchivesComputersSoftwarecatalogsColleagueshttp://http://Web网格高性能技术和互联网的融合。继Internet、Web后第三次互联网技术浪潮。网格计算的目标是资源共享和分布协同工作，而网格是实现上述目标的新技术。网格将Internet从信息交互平台上升到资源共享和协同处理平台。网格是基础设施，是包括各种网络计算机、数据、设备和服务等资源的基础设施。使用网格，无需用户端配置大量全套的计算机系统和复杂的软件，可以轻松得到各种服务。网格的理解1.数据处理能力超强。参与某项工作的不只是一台计算机，而是一个超级计算机网络。多台机器协同工作的这种“蚂蚁搬山”的方式将具有很强的数据处理能力。

2.充分利用网上的闲置资源。

世界上的大多数计算机并非同时工作，而是大部分时间都闲置。充分利用这些闲置的计算机将大大提高效率。网格的优势实例：SETI@HOME项目。SearchforExtraterrestrialIntelligence(搜寻外星智能)，由美国加州大学伯克利分校空间科学实验室主办。1999年初开始将分布于世界各地的200万台个人电脑组成计算机阵列，用于搜索射电天文望远镜信号中的外星文明迹象。不到2年的时间里，这种计算方法已经完成了单台计算机345000年的计算量。实例证明这种“蚂蚁搬山”式的计算能力强大。网格计算的成功实例标准1.在非集中控制的环境中协同使用资源。网格整合各种资源，协调各种使用者。网格的资源和使用者处于不同的控制域中。网格的这种不同的控制域属于非集中的环境。网格的判断标准标准2.使用标准的、开放的、通用的协议和接口。网格应用要建立在多功能的协议和界面上。这些协议和界面要解决认证、授权、资源发现和资源存取等基本问题。多功能协议和界面是标准的，开放的和通用的。网格的判断标准标准3.提供非凡的服务质量。网格允许资源被广泛协调使用。网格提供单个主机所不能提供的多种服务质量。网格满足各种使用者的需求，如系统响应时间、工作效率、流通量、有效性、安全性等等。网格这个联合系统比单一的计算机系统的功效大很多。网格的判断标准1.分布性。网格的资源包括计算资源（CPU等）、存储资源（硬盘等）、数据资源（文件）等。这些资源分布在位置不同的地方。网格的关键技术也不是集中在一起的。需要解决资源分配、调度方式、协同处理等问题。网格的特征2.异构性。组成网格的资源是异构的。例如不同类型的计算机，不同类型的计算方式，不同类型的计算接口，不同的系统架构。要解决不同类型资源的联通和系统工作问题。网格的特征3.自治性。网格上的资源首先属于某本地的个人或组织。网格资源的拥有者具有最高级别的管理权限。网格的资源拥有者对其资源具有自主管理权限。网格资源根据一定约束和规则接受统一管理。网格管理具有多重性。网格的特征4.动态性。网格中的资源具有自治性，故网格中的资源可能动态地增加或减少。网格中的资源还可能出现故障而导致不可用。网格中的资源性能也可能发生变化。因此对动态性，需要有一种机制保证网格运行不会遭受较大的影响。网格的特征5.自相似性。网格的局部和整体之间存在一定相似性。局部在许多地方具有全局的某些特征。全局的特征在局部也有一定的体现。网格的特征1.异构与同构。存储设备、操作系统、计算资源等。2.动态与静态。集群的处理器和资源的数量通常都是静态的；网格资源则可以动态出现，随时添加或删除。3.异地与本地。集群在物理上都包含在一个位置的相同地方。网格在本地网、城域网或广域网上进行分布；4.可扩展性的强弱。网格与集群的比较集群1.集中管理的区别。网格通常有集中管理和安全性（例如，资源管理和工作负载调度）。P2P系统的特点是缺少集中管理点。2.标准的多少。网格有应该有完善的标准；P2P系统中通常缺少标准。网格与P2P的比较P2P1.分布式超级计算。以往的高性能计算是集中式的。主要靠一个地方的计算机完成。无法短期内在一台超级计算机上完成较大的复杂任务。网格计算将各地的分布式超级计算机集中起来。网格计算系统解决复杂的大规模问题。网格的应用网格的应用2.高吞吐率计算。世界上的计算机大量闲置，利用率很低。网格计算将大量闲置的计算机资源集中起来，提供长期的计算能力。由于使用的计算机资源数量很大，即使部分资源发生故障，也影响不大。网格的应用3.数据密集型计算。针对海量数据。需要庞大计算能力。例如高能物理试验，气象预报等。网格充分利用自身资源进行数据处理。网格的应用4.社会生活领域。更广泛的信息共享。更广泛的人与人交互。更广泛的资源贸易。1.美国的研究进展。网格技术研究发源于美国。目前处于世界最前列水平。有影响的网格项目：Globus,Condor,Legion。Globus工具软件在全世界得到广泛使用。网格的国内外研究进展2.欧洲的研究进展。欧洲是网格研究的活跃地区，已经启动了多个网格研究项目，其中欧洲网格和欧洲数据网格是有多个国家参加的研究项目。欧洲网格的基本目标是建立一个给用户提供安全、简单、透明访问欧洲范围内信息资源的平台。参加研究的机构有德国、英国、法国、瑞士、波兰和挪威的主要大学和计算中心。欧洲数据网格是欧洲联盟支持的项目，其目标是建设提供计算强度大、共享超过1014B数据的大规模分布式数据库的下一代计算基础设施。网格的国内外研究进展3.中国的研究进展。目前在我国已经初具规模的有“五大网格”，分别是：中国国家网格，863空间信息网格，国家自然科学基金委网格，中国教育科研网格，上海信息网格。中国科学院计算技术研究所1996年率先开展网格技术研究与开发。中国国家网格的试验床环境已经建设成8个结点和2个主结点，分布与北京、上海、合肥等地。网格的国内外研究进展网格的国内外研究进展中国国家网格的结点分布全球网格论坛（GGF）。万维网联盟（W3C）。国际互联网工作任务组（IETF）。结构化信息标准促进组织（OASIS）。网格的相关组织