計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于共享主存的多個(gè)CPU系統(tǒng)，絕大多數(shù)還是采用各個(gè)都有自

己的Cache。在這樣的系統(tǒng)中由于Cache的透明性，僅靠采用寫直達(dá)

法并不能保證同一主存單元在各Cache中的對應(yīng)內(nèi)容都一致。例如，

處理機(jī)A和處理機(jī)B通過各自的Cachea和Cacheb共享主存。當(dāng)處

理機(jī)A寫入Cachea的同時(shí)，采用寫直達(dá)法耶寫入了主存，如果恰好

Cacheb中也有此單元則其內(nèi)容并未變，此時(shí)若處理機(jī)B也訪問此單

元時(shí)讀到的就會是原先的內(nèi)容而出錯。因此，還需要采取措施保證讓

各個(gè)Cache有此單元的內(nèi)容都一致才行。

一種解決方法就是采用播寫法，所謂播寫法，是指任何處理機(jī)要

寫入Cache時(shí)，不僅寫入自己Cache的目標(biāo)塊和主存中，還把信息或

者播寫到所有Cache有此單元的地方，或者讓所有Cache有此單元的

塊作廢（以便下次訪問時(shí)按缺塊處理，從主存中調(diào)）。采用作廢的辦

法可以減少播送的信息量，IBM370/168.IBM3033都是采用的這種辦

法。

另外辦法是控制某些共享信息（如信號燈或作業(yè)隊(duì)等）不得進(jìn)入

Cacheo還有一種辦法是目錄表法，即在CPU讀，寫Cache不命中時(shí)，

先得查在目錄表，以判定目標(biāo)塊是否有在別的Cache內(nèi)，以及是否正

在被修改等，然后再決定如何讀，寫此塊。

Cache內(nèi)容跟不上主存內(nèi)容變化問題的一種解決辦法是，當(dāng)I/O處

理機(jī)未經(jīng)Cache往主存寫入新的內(nèi)容的同時(shí)，由操作系統(tǒng)經(jīng)專用指令

清除整個(gè)Cache。這種辦法的缺點(diǎn)使Cache存儲器對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)

程序員不透明了，因此并不好，另外解決辦法是當(dāng)I/O處理機(jī)往主存

某個(gè)區(qū)域?qū)懭胄碌膬?nèi)容時(shí)，由于專用硬件自動地將Cache內(nèi)對應(yīng)此區(qū)

域的副本作廢，從而保持了Cache的透明性，CPU,I/O處理機(jī)共享

同一Cache也是一種解決辦法。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須解決好Cache存儲器的透明性帶來的問題

當(dāng)今國家，要想在綜合國力上取得優(yōu)勢地位，就必須在科學(xué)技術(shù)

上取得優(yōu)勢，尤其要在高新技術(shù)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與開發(fā)能力上取得優(yōu)

勢。在以信息技術(shù)為代表的高科技應(yīng)用方面，要充分利用各種新興技

術(shù)、新型材料、新式能源，并結(jié)合市場需求，以實(shí)現(xiàn)世界的又一次“工

業(yè)大革命”；在工業(yè)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的一致性方面，要充分協(xié)調(diào)好設(shè)

計(jì)的功能和形式兩個(gè)方面的關(guān)系，使兩者逐步走向融合，最終實(shí)現(xiàn)以

人為核心、人機(jī)一體化的智能集成設(shè)計(jì)體系。從工業(yè)設(shè)計(jì)的本身角度

看，隨著CAD、人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,

使得對設(shè)計(jì)過程必然有更深的認(rèn)識，對設(shè)計(jì)思維的模擬必將達(dá)到新的

境界。從整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展趨勢看，并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、

智能設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、敏捷設(shè)計(jì)、全生命周期設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法代表了

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式的發(fā)展方向。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)模

式在信息化的基礎(chǔ)上，必然朝著數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的

方向發(fā)展

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件組成和軟件組成。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,

需有專門的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換設(shè)備和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于過程控制

一般都是實(shí)時(shí)控制，有時(shí)對計(jì)算機(jī)速度的要求不高，但要求可靠性高、

響應(yīng)及時(shí)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個(gè)過程:

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測，并輸入給計(jì)算機(jī)。

實(shí)時(shí)決策：對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按

已定的控制規(guī)律，決定下一步的控制過程。

實(shí)時(shí)控制：根據(jù)決策，適時(shí)地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成

控制任務(wù)。

這三個(gè)過程不斷重復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工

作，并對被控量和設(shè)備本身的異?，F(xiàn)象及時(shí)作出處理。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)雖然控制規(guī)律靈活多樣，改動方便；控制精度

高，抑制擾動能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制；能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯

示，控制效率高；控制與管理一體化，進(jìn)一步提高自動化程度。但

是由于經(jīng)典控制理論主要研究的對象是單變量常系數(shù)線性系統(tǒng)，它只

適用于單輸入單輸出控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型采用傳遞函數(shù)表示，

系統(tǒng)的分析和綜合方法主要是基于根軌跡法和頻率法?，F(xiàn)代控制理論

主要采用最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識和最優(yōu)估計(jì)、自適應(yīng)控制等分析和設(shè)計(jì)

方法。而系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)模型主要用狀態(tài)空間描述。隨著要研究的對

象和系統(tǒng)越來越復(fù)雜，依賴于數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制理論難以解決復(fù)雜

系統(tǒng)的控制問題：

不確定性的模型：傳統(tǒng)控制是基于模型的控制，模型包括控制對

象和干擾模型。傳統(tǒng)控制通常認(rèn)為模型是已知的或經(jīng)過辨識可以得到

的，對于不確定性的模型，傳統(tǒng)控制難以滿足要求。

高度非線性：在傳統(tǒng)的控制理論中，對于具有高度非線性的控制

對象，雖然也有一些非線性控制方法可供使用，但總的來說，目前非

線性控制理論還很不成熟，有些方法又過于復(fù)雜，無法廣泛應(yīng)用。

復(fù)雜的任務(wù)要求：在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，控制任務(wù)往往要求輸出

量為定值或者要求輸出量跟隨期望的運(yùn)動軌跡，因此控制任務(wù)比較單

-0但過于復(fù)雜的控制任務(wù)是傳統(tǒng)的控制理論無能為力

分布式計(jì)算是一門計(jì)算機(jī)科學(xué)，它研究如何把一個(gè)需要非常巨

大的計(jì)算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后把這些部

分分配給許多計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來得

到最終的結(jié)果。最近的分布式計(jì)算項(xiàng)目已經(jīng)被用于使用世界各地

成千上萬位志愿者的計(jì)算機(jī)的閑置計(jì)算能力，通過因特網(wǎng)，您可

以分析來自外太空的電訊號，尋找隱蔽的黑洞，并探索可能存在

的外星智慧生命；您可以尋找超過1000萬位數(shù)字的梅森質(zhì)數(shù)；

您也可以尋找并發(fā)現(xiàn)對抗艾滋病病毒的更為有效的藥物。這些項(xiàng)

目都很龐大，需要驚人的計(jì)算量，僅僅由單個(gè)的電腦或是個(gè)人在

一個(gè)能讓人接受的時(shí)間內(nèi)計(jì)算完成是決不可能的。

隨著計(jì)算機(jī)的普及，個(gè)人電腦開始進(jìn)入千家萬戶。與之伴隨產(chǎn)

生的是電腦的利用問題。越來越多的電腦處于閑置狀態(tài)，即使在

開機(jī)狀態(tài)下中央處理器的潛力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能被完全利用。我們可以

想象，一臺家用的計(jì)算機(jī)將大多數(shù)的時(shí)間花費(fèi)在“等待”上面。即

便是使用者實(shí)際使用他們的計(jì)算機(jī)時(shí),處理器依然是寂靜的消費(fèi)，

依然是不計(jì)其數(shù)的等待（等待輸入，但實(shí)際上并沒有做什么）。

互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，使得連接調(diào)用所有這些擁有限制計(jì)算資源的計(jì)算

機(jī)系統(tǒng)成為了現(xiàn)實(shí)。

那么，一些本身非常復(fù)雜的但是卻很適合于劃分為大量的更

小的計(jì)算片斷的問題被提出來，然后由某個(gè)研究機(jī)構(gòu)通過大量艱

辛的工作開發(fā)出計(jì)算用服務(wù)端和客戶端。服務(wù)端負(fù)責(zé)將計(jì)算問題

分成許多小的計(jì)算部分，然后把這些部分分配給許多聯(lián)網(wǎng)參與計(jì)

算的計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行處理，最后將這些計(jì)算結(jié)果綜合起來得到最

終的結(jié)果。

當(dāng)然，這看起來也似乎很原始、很困難，但是隨著參與者和參

與計(jì)算的計(jì)算機(jī)的數(shù)量的不斷增加，計(jì)算計(jì)劃變得非常迅速，而

且被實(shí)踐證明是的確可行的。目前一些較大的分布式計(jì)算項(xiàng)目的

處理能力已經(jīng)可以達(dá)到甚而超過目前世界上速度最快的巨型計(jì)算

機(jī)。

分布式計(jì)算比起其它算法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、稀有資源可以共享。

2、通過分布式計(jì)算可以在多臺計(jì)算機(jī)上平衡計(jì)算負(fù)載。

3、可以把程序放在最適合運(yùn)行它的計(jì)算機(jī)上。

其中，共享稀有資源和平衡負(fù)載是計(jì)算機(jī)分布式計(jì)算的核心

思想之一。

實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算就是分布式計(jì)算的一種。如果我們說某項(xiàng)

工作是分布式的，那么，參與這項(xiàng)工作的一定不只是一臺計(jì)算機(jī),

而是一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，顯然這種“螞蟻搬山”的方式將具有很強(qiáng)的

數(shù)據(jù)處理能力。網(wǎng)格計(jì)算的實(shí)質(zhì)就是組合與共享資源并確保系統(tǒng)

安全。

分布式存儲思想的出現(xiàn)，使得解決這些問題變得越來越現(xiàn)實(shí)。

本文的目的就是利用分布式思想建立一個(gè)廉價(jià)、部署簡單、穩(wěn)定、

可靠、易擴(kuò)展、自組織的分布式存儲系統(tǒng)。每個(gè)文件就是一個(gè)數(shù)

據(jù)集，也就是說數(shù)據(jù)的存儲最終以文件形式，存儲在文件系統(tǒng)中。

文件系統(tǒng)是OS系統(tǒng)一個(gè)重要的部分，文件系統(tǒng)通過設(shè)備驅(qū)動來

訪問設(shè)備(如磁盤)。各種不同的文件系統(tǒng)如ext2、ext3、ReiserF

S等，會掛接到虛擬文件系統(tǒng)VFS(VirtualFileSystemSwitch)

"1,在VFS這一層消除底層各種文件系統(tǒng)的差異，為系統(tǒng)調(diào)用接

□SCI(SystemCallInterface)層提供通用的訪問接口。

網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NetworkFileSystem,NFS)'III也是一種文

件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)(文件)并不是存放在本地文件系統(tǒng)中，實(shí)際存放在

容量大、更安全、可靠的服務(wù)器文件系統(tǒng)之上。把遠(yuǎn)程的文件系

統(tǒng)掛接到本地系統(tǒng)的VFS中，就像操作本地文件系統(tǒng)一樣。VFS

消除了本地和遠(yuǎn)程差異，充當(dāng)Client,通過NFS協(xié)議和文件服務(wù)

器(FileServer)通訊來訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)文件。

這種方式只是有限提高了存儲的安全，來自使用一個(gè)強(qiáng)壯、

可靠的服務(wù)器替代用戶的PC等終端。在存儲上可以利用磁盤鏡

像來加強(qiáng)安全，甚至是讀寫效率也大大提高。但是服務(wù)器的損壞

(如整個(gè)磁盤組損壞)，所有數(shù)據(jù)都要丟失，而且價(jià)格昂貴，隨著

存儲需求的加大，需要持續(xù)投入，一旦到極限(如需要更多的磁

盤插槽），不得不再購買更強(qiáng)健的服務(wù)器或擴(kuò)充設(shè)備。NFS并不

能應(yīng)對大量用戶訪問，在用戶比較多（如數(shù)千個(gè)用戶）時(shí)，用戶維

護(hù)和安全控制上是災(zāi)難。

分布式文件系統(tǒng)（DistributedFileSystem,DFS）采用多臺

機(jī)器群集在一起構(gòu)建一個(gè)文件系統(tǒng)，剝離文件元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)，采

用一個(gè)專門的集中式f也有非集中式1服務(wù)器維護(hù)文件系統(tǒng)的元

信息，多臺專門存儲的服務(wù)器提供數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，對元數(shù)據(jù)的操作

和數(shù)據(jù)讀取也分開。這是目前分布式文件系統(tǒng)采用的一個(gè)主要模

式，本論文闡述的分布式存儲系統(tǒng)也不例外，主要采用這個(gè)思想

來構(gòu)建系統(tǒng)。比較典型的分布式文件系統(tǒng)有AFS（AndrewFile

w

System）[IlkCodaFileSystemC12]LustreFileSystem"0

Coda是在AFS2原型上發(fā)展起來，LusWe源于Coda發(fā)展而成

分布式文件系統(tǒng)，由于分開文件元數(shù)據(jù)、讀、寫，在并發(fā)讀

寫、可擴(kuò)展性上要強(qiáng)于NFS,具有非常好的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，系統(tǒng)的

性能上更穩(wěn)健。對于較大的數(shù)據(jù)文件，會拆分文件成塊，所以分

布式文件系統(tǒng)對很大的數(shù)據(jù)文件也能獲得比較好的讀寫性能。

但這些分布式系統(tǒng)并沒通過在設(shè)計(jì)上保證數(shù)據(jù)的安全性、系

統(tǒng)的災(zāi)難保障，主要將這些推給OST（以Lustre為例），這就要求O

ST的存儲上一般要使用RAID或構(gòu)建在NAS、SAN上等來保證。

真正要使用Lustre來構(gòu)建一個(gè)分布式文件系統(tǒng)比較昂貴，維護(hù)上

NFS還要復(fù)雜。

由于數(shù)據(jù)的不斷增長，數(shù)據(jù)文件越來越大，傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)

很難存儲這些文件（如T級大小的文件），處理就更困難，對文件

并行讀寫上有更高的要求。需要一種更好的機(jī)制處理這些文件。

以GFS（GoogleFileSystem），143為代表新興分布式文件系統(tǒng),

延續(xù)以前的分布式文件系統(tǒng)的基本思想，從設(shè)計(jì)上保證了在廉價(jià)

機(jī)器上也能構(gòu)建一個(gè)分布式系統(tǒng)，并且具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性性、容

錯能力、高性能

本論文闡述是，采用非結(jié)構(gòu)化的P2P思想，建立一個(gè)存儲系

統(tǒng)。這樣設(shè)計(jì)簡單、實(shí)用、高效，便于實(shí)現(xiàn)圖型化界面管理（對元

數(shù)據(jù)管理）。但不準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)完備的分布式文件系統(tǒng)，重點(diǎn)落在

存儲上，即設(shè)計(jì)一個(gè)存儲平臺。主要面向企業(yè)存儲，存儲節(jié)點(diǎn)有

限，這樣對于中心控制服務(wù)器沒有太多的壓力，不會成為系統(tǒng)的

瓶頸。對外服務(wù)提供ClientAPI來訪問系統(tǒng)，保持系統(tǒng)的簡單、

易維護(hù)和安全。

基于P2P技術(shù)的Napster笆是一個(gè)代表，采用中心控制節(jié)點(diǎn)，

來定位文件。系統(tǒng)本身不提供存儲，數(shù)據(jù)本身存儲在各個(gè)客戶端,

客戶端上報(bào)所擁有的數(shù)據(jù)，中心服務(wù)器根據(jù)這些信息定位查找文

件所在客戶端。這種技術(shù)一般文件共享，強(qiáng)調(diào)通過P2P分享而不

是存儲。利用P2P也可以建立存儲系統(tǒng)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有很

多。如Gnutella1191,采用對等P2P結(jié)構(gòu)，構(gòu)建在廣域網(wǎng)或互

聯(lián)網(wǎng)上，使用專門的存儲節(jié)點(diǎn)或用戶參與貢獻(xiàn)空間，構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)

絡(luò)的存儲系統(tǒng)，用戶可以存放數(shù)據(jù)到該存儲系統(tǒng)之上。不同的組

織可加入存儲服務(wù)，共同構(gòu)建一個(gè)存儲系統(tǒng)，通過用戶的使用獲

取回報(bào)。

GFS其實(shí)也是采用P2P思想構(gòu)建了一個(gè)分布式文件系統(tǒng)（參

考GFS系統(tǒng)架構(gòu)圖），通過應(yīng)用客戶端訪問該系統(tǒng)，所以被誤認(rèn)

為是C/S模式。具體做法是采用中心索引服務(wù)器記錄文件元數(shù)

據(jù)，這樣做最大的好處就是定位迅速，簡化設(shè)計(jì)，由于中心索引

服務(wù)器只是維護(hù)元數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的加入和退出，負(fù)擔(dān)很小。

其側(cè)重點(diǎn)不緊緊構(gòu)建一個(gè)存儲系統(tǒng)，本身也是一個(gè)分布式文件系

統(tǒng)。Nutch..們以及Hadoop等開源項(xiàng)目就是GFS的實(shí)現(xiàn)。國

內(nèi)學(xué)術(shù)論文比較多，實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)的不多，沒有什么影響力。早點(diǎn)

的有北京

設(shè)計(jì)Shamrock系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要構(gòu)建一個(gè)廉價(jià)系統(tǒng)，

并支持海量數(shù)據(jù)存儲，支持大尺寸數(shù)據(jù)文件，負(fù)載分擔(dān)（均衡），

可靠、能容忍系統(tǒng)局部失效（硬件或系統(tǒng)軟件錯誤），不會導(dǎo)致系

統(tǒng)服務(wù)的終止和數(shù)據(jù)的丟失，易擴(kuò)展。

本文闡述的分布式存儲系統(tǒng)Shamrock是基于不太可靠的

廉價(jià)PC組成的存儲網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中每臺用于存儲數(shù)據(jù)的機(jī)器，稱

為數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（DataNode）。所有的DataNode都可以構(gòu)建在異構(gòu)、

異質(zhì)系統(tǒng)之上（推薦使用更穩(wěn)定的Linux系統(tǒng)）。對于要存儲的數(shù)

據(jù)文件，被拆分成多個(gè)“塊"（Block）n3,所有這些Block按一定的

冗余度分散存放于各個(gè)DataNode之上。當(dāng)需要讀取該文件時(shí)，

把這些Block再合并成原來的文件。即使一個(gè)DataNode的損壞

退出服務(wù)，多副本機(jī)制可以保證對系統(tǒng)沒有任何影響。存在損壞

DataNode之上的所有Block,在其它DataNode上者B能找至U副本，

對整個(gè)存儲系統(tǒng)來說沒有丟失任何數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)本身能快速修復(fù)，檢測Block的副本數(shù)不足時(shí)，在其它

DataNode上能快速重新構(gòu)建數(shù)據(jù)副本，該方法比完全復(fù)制整個(gè)

文件備份要迅速得多，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。隨著數(shù)據(jù)量的增加，

可隨時(shí)按需要加入DataNode,系統(tǒng)會自動把該機(jī)器納入整個(gè)分

布式體系里的存儲節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)具備不問斷服務(wù)能力，在其上的數(shù)

據(jù)具有持續(xù)的生命力，無須作任何遷移數(shù)據(jù)的工作。

并行計(jì)算或稱平行計(jì)算是相對于串行計(jì)算來說的；所謂并行計(jì)算

可分為時(shí)間上的并行和空間上的并行。時(shí)間上的并行就是指流水線

技術(shù)，而空間上的并行則是指用多個(gè)處理器并發(fā)的執(zhí)行計(jì)算。并行計(jì)

算科學(xué)中主要研究的是空間上的并行問題。從程序和算法設(shè)計(jì)人員的

角度來看，并行計(jì)算又可分為數(shù)據(jù)并行和任務(wù)并行。一般來說，因?yàn)?/p>

數(shù)據(jù)并行主要是將一個(gè)大任務(wù)化解成相同的各個(gè)子任務(wù)，比任務(wù)并行

要容易處理。

空間上的并行導(dǎo)致了兩類并行機(jī)的產(chǎn)生，按照Flynn的說法分

為：單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)和多指令流多數(shù)據(jù)流(MIMD)o我們

常用的串行機(jī)也叫做單指令流單數(shù)據(jù)流(SISD)oMIMD類的機(jī)器又

可分為以下常見的五類：并行向量處理機(jī)(PVP)、對稱多處理機(jī)(S

MP)、大規(guī)模并行處理機(jī)(MPP)、工作站機(jī)群(COW)、分布式共享

存儲處理機(jī)（DSM）。并行計(jì)算機(jī)有以下五種訪存模型：均勻訪存模

型（UMA）、非均勻訪存模型（NUMA）、全高速緩存訪存模型（COMA）、

一致性高速緩存非均勻存儲訪問模型（CC-NUMA）和非遠(yuǎn)程存儲訪問

模型（NORMA）□

并行計(jì)算機(jī)是靠網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)處理機(jī)或處理器連接起來的，一般來

說有以下幾種方式：

靜態(tài)連接：處理單元間有著固定連接的一類網(wǎng)絡(luò)，在程序執(zhí)行期間，

這種點(diǎn)到點(diǎn)的鏈接保持不變；典型的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)有一維線性陣列、二維

網(wǎng)孔、樹連接、超立方網(wǎng)絡(luò)、立方環(huán)、洗牌交換網(wǎng)、蝶形網(wǎng)絡(luò)等。

動態(tài)連接：用交換開關(guān)構(gòu)成的，可按應(yīng)用程序的要求動態(tài)地改變連接

組態(tài)；典型的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)包括總線、交叉開關(guān)和多級互連網(wǎng)絡(luò)等。

節(jié)點(diǎn)度:射入或射出一個(gè)節(jié)點(diǎn)的邊數(shù)。在單向網(wǎng)絡(luò)中，入射和出射邊

之和稱為節(jié)點(diǎn)度。

網(wǎng)絡(luò)直徑：網(wǎng)絡(luò)中任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最長距離，即最大路徑數(shù)。

對剖寬度:對分網(wǎng)絡(luò)各半所必須移去的最少邊數(shù)。

對剖寬度:每秒鐘內(nèi)，在最小的對剖平面上通過所有連線的最大信息

位（或字節(jié)）。

所謂分布式計(jì)算是一門計(jì)算機(jī)科學(xué)，它研究如何把一個(gè)需要非常

巨大的計(jì)算能力才能解決的問題分成許多小的部分，然后把這些部分

分配給許多計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后把這些計(jì)算結(jié)果綜合起來得到最終

的結(jié)果。最近的分布式計(jì)算項(xiàng)目已經(jīng)被用于使用世界各地成千上萬

位志愿者的計(jì)算機(jī)的閑置計(jì)算能力。分布式要解決的項(xiàng)目都很龐大，

需要驚人的計(jì)算量，僅僅由單個(gè)的電腦或是個(gè)人在一個(gè)能讓人接受的

時(shí)間內(nèi)計(jì)算完成是決不可能的。在以前，這些問題都應(yīng)該由超級計(jì)算

機(jī)來解決。但是，超級計(jì)算機(jī)的造價(jià)和維護(hù)非常的昂貴，這不是一個(gè)

普通的科研組織所能承受的。隨著科學(xué)的發(fā)展，一種廉價(jià)的、高效的、

維護(hù)方便的計(jì)算方法應(yīng)運(yùn)而生一一分布式計(jì)算！

分布式計(jì)算是近年提出的一種新的計(jì)算方式。所謂分布式計(jì)算就

是在兩個(gè)或多個(gè)軟件互相共享信息，這些軟件既可以在同一臺計(jì)算機(jī)

上運(yùn)行，也可以在通過網(wǎng)絡(luò)連接起來的多臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。分布式計(jì)

算比起其它算法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、稀有資源可以共享，

2、通過分布式計(jì)算可以在多臺計(jì)算機(jī)上平衡計(jì)算負(fù)載，

3、可以把程序放在最適合運(yùn)行它的計(jì)算機(jī)上，

其中，共享稀有資源和平衡負(fù)載是計(jì)算機(jī)分布式計(jì)算的核心思想之

一。實(shí)際上，網(wǎng)格計(jì)算就是分布式計(jì)算的一種。如果我們說某項(xiàng)工作

是分布式的，那么，參與這項(xiàng)工作的一定不只是一臺計(jì)算機(jī)，而是一

個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，顯然這種“螞蟻搬山”的方式將具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理

能力。網(wǎng)格計(jì)算的實(shí)質(zhì)就是組合與共享資源并確保系統(tǒng)安全。

分布式計(jì)算使用的操作系統(tǒng)包括分布式操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，基

于中間件的操作系統(tǒng)

其中分布式操作系統(tǒng)又包括多處理器系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)，這個(gè)應(yīng)該

很好理解，多處理器系統(tǒng)肯定只有一個(gè)操作系統(tǒng)，多機(jī)系統(tǒng)的分布式

也是只有一個(gè)操作系統(tǒng)分配機(jī)器資源，這樣的分布式系統(tǒng)機(jī)器與機(jī)器

之間具有非常高的透明性，而網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，基于中間件的操作系統(tǒng),

都是由多個(gè)計(jì)算機(jī)組成，每個(gè)計(jì)算機(jī)有獨(dú)立的操作系統(tǒng)。

這些分布式計(jì)算的區(qū)分還有通信方式，資源管理方式等不同，這

里就先不說了，大家有興趣可以查一下。另附上面一段是根據(jù)我的分

布式課的課件寫的，很感謝這位對自己要求嚴(yán)格，卻很懂變通的老師。

上面已經(jīng)說了，網(wǎng)格計(jì)算是分布式計(jì)算的一種，依照我現(xiàn)在的判斷以

上分布式操作系統(tǒng)除了多處理器分布式計(jì)算不是網(wǎng)格計(jì)算以外，其他

的都可以稱為網(wǎng)格計(jì)算。網(wǎng)格計(jì)算是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)而迅速發(fā)展起來

的，專門針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型計(jì)算模式。這種計(jì)算模式是利用互

聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個(gè)“虛擬的超級計(jì)算機(jī)”,

其中每一臺參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，而整個(gè)計(jì)算是由成

千上萬個(gè)“節(jié)點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”，所以這種計(jì)算方式叫網(wǎng)格計(jì)

算。這樣組織起來的“虛擬的超級計(jì)算機(jī)”有兩個(gè)優(yōu)勢，一個(gè)是數(shù)據(jù)

處理能力超強(qiáng)；另一個(gè)是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。

下面終于輪到我們的主角云計(jì)算登場了。

云計(jì)算(Cloudcomputing),是一種新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方

法，可以將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT服務(wù)。很多因素

推動了對這類環(huán)境的需求，其中包括連接設(shè)備、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流、SOA的

采用以及搜索、開放協(xié)作、社會網(wǎng)絡(luò)和移動商務(wù)等這樣的Web2.0應(yīng)

用的急劇增長。另外，數(shù)字元器件性能的提升也使IT環(huán)境的規(guī)模大

幅度提高，從而進(jìn)一步加強(qiáng)了對一個(gè)由統(tǒng)一的云進(jìn)行管理的需求。云

計(jì)算被它的吹捧者視為“革命性的計(jì)算模型”，因?yàn)樗沟贸売?jì)算

能力通過互聯(lián)網(wǎng)自由流通成為了可能。企業(yè)與個(gè)人用戶無需再投入昂

貴的硬件購置成本，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)來購買租賃計(jì)算力，“把你的

計(jì)算機(jī)當(dāng)做接入口，一切都交給互聯(lián)網(wǎng)吧”。

狹義云計(jì)算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以

按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源(硬件、平臺、軟件)。提供

資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在使用者看來是可以無限

擴(kuò)展的，并且可以隨時(shí)獲取，按需使用，隨時(shí)擴(kuò)展，按使用付費(fèi)。這

種特性經(jīng)常被稱為像水電一樣使用IT基礎(chǔ)設(shè)施。

廣義云計(jì)算是指服務(wù)的交付和使用模式，指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易

擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。這種服務(wù)可以是IT和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相

關(guān)的，也可以使任意其他的服務(wù)。

云計(jì)算的特點(diǎn)

(1)超大規(guī)模。“云”具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，Google云計(jì)算已經(jīng)擁有10

。多萬臺服務(wù)器，Amazon、IBM、微軟、Yahoo等的“云”均擁有幾

十萬臺服務(wù)器。企業(yè)私有云一般擁有數(shù)百上千臺服務(wù)器?！霸啤蹦苜x

予用戶前所未有的計(jì)算能力。

(2)虛擬化。云計(jì)算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服

務(wù)。所請求的資源來自“云”，而不是固定的有形的實(shí)體。應(yīng)用在“云”

中某處運(yùn)行，但實(shí)際上用戶無需了解、也不用擔(dān)心應(yīng)用運(yùn)行的具體位

置。只需要一臺筆記本或者一個(gè)手機(jī)，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)我

們需要的一切，甚至包括超級計(jì)算這樣的任務(wù)。

(3)高可靠性。“云”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換

等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)可靠。

(4)通用性。云計(jì)算不針對特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以構(gòu)造

出千變?nèi)f化的應(yīng)用，同一個(gè)“云”可以同時(shí)支撐不同的應(yīng)用運(yùn)行。

(5)高可擴(kuò)展性?！霸啤钡囊?guī)?？梢詣討B(tài)伸縮，滿足應(yīng)用和用戶規(guī)模

增長的需要。

(6)按需服務(wù)?！霸啤笔且粋€(gè)龐大的資源池，你按需購買；云可以象

自來水，電，煤氣那樣計(jì)費(fèi)。

(7)極其廉價(jià)。由于“云”的特殊容錯措施可以采用極其廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)

來構(gòu)成云，“云”的自動化集中式管理使大量企業(yè)無需負(fù)擔(dān)日益高昂

的數(shù)據(jù)中心管理成本，“云”的通用性使資源的利用率較之傳統(tǒng)系統(tǒng)

大幅提升，因此用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢，經(jīng)常只要花

費(fèi)幾百美元、幾天時(shí)間就能完成以前需要數(shù)萬美元、數(shù)月時(shí)間才能完

成的任務(wù)。

以上都摘自一個(gè)叫互動的wiki里，現(xiàn)在web2.0的東西越來越多

了，我們可以自己發(fā)布學(xué)習(xí)資料，很方便。然而所謂的高深的云計(jì)算

不過是分布式計(jì)算，和web2.0技術(shù)的結(jié)合，當(dāng)然還有發(fā)展了。它的

技術(shù)成熟必將給我們帶來很大的方便。

GoogleMap就是一個(gè)云計(jì)算服務(wù)，Google里有很多服務(wù)，用戶如

果想使用GoogleMap,只要上網(wǎng)找到它，Google公司的后臺服務(wù)器便

開始竭盡所能為你提供你所申請的map

并且非?？?，這么快捷的服務(wù)，當(dāng)然依賴于各種資源分配算法和分布

式技術(shù)等等。有報(bào)道說GoogleMap有一天會變成收費(fèi)的，雖然目前它

是免費(fèi)的。

云計(jì)算就是給我們承諾了一個(gè)這樣的未來，我們可以不用在本地

機(jī)器上安裝軟件，直接去網(wǎng)上就可以使用它。這樣的好處當(dāng)然是本地

機(jī)器的處理能力不用很高，存儲容量也不用很大就可以完成各種高難

度的任務(wù)，如果你需要的話。比如不用安裝環(huán)境，就可以在網(wǎng)上編程,

然后把編的程序存在網(wǎng)上，客戶端就得到了很大程度的解放。而且我

們中國的公司也不用擔(dān)心微軟再向我們討要什么版權(quán)費(fèi)啥的。目前網(wǎng)

上已經(jīng)有了各種office工具，打擊盜版的日子將隨著云計(jì)算的普及

消失。

集群（Cluster），是由一群同時(shí)運(yùn)行同一個(gè)應(yīng)用的服務(wù)器組成

的服務(wù)器組，形成一個(gè)虛擬的服務(wù)器，為客戶端用戶提供統(tǒng)一的服

務(wù)。為了均衡集群服務(wù)器的負(fù)載，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的，集群

服務(wù)器將眾多的訪問請求，分散到系統(tǒng)中的不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。從而

實(shí)現(xiàn)了更高的有效性和穩(wěn)定性。早在幾年前，集群技術(shù)就被應(yīng)用于數(shù)

據(jù)中心的服務(wù)器設(shè)備上，效果顯著。與分布式文件系統(tǒng)相比，集群存

儲系統(tǒng)有幾大優(yōu)勢：因?yàn)閿?shù)據(jù)不需要從一個(gè)文件系統(tǒng)拷貝或復(fù)制到

另一個(gè)文件系統(tǒng),通過集群系統(tǒng)共享應(yīng)用和數(shù)據(jù)的任務(wù)執(zhí)行起來要比

在單獨(dú)的設(shè)備上執(zhí)行快得多;集群可以為文件和文件系統(tǒng)提供更多的

空間；如果集群內(nèi)的某臺服務(wù)器出現(xiàn)了故障，另一臺服務(wù)器就可以把

它的工作接手過來，故障恢復(fù)也成為了現(xiàn)實(shí)；用戶也可以同時(shí)對位

于其網(wǎng)絡(luò)上的存儲設(shè)備里的所有文件進(jìn)行訪問。

集群中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠訪問集群中所有節(jié)點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)、重做

日志文件、控制文件和參數(shù)文件。數(shù)據(jù)磁盤由于在全局范圍內(nèi)可用，

允許所有節(jié)點(diǎn)訪問數(shù)據(jù)庫。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的重做日志和控制文

件，但其他節(jié)點(diǎn)必須能夠訪問這些文件，以便在系統(tǒng)故障時(shí)恢復(fù)該節(jié)

點(diǎn)。通過應(yīng)用集群技術(shù)，不僅可有效提升數(shù)據(jù)中心服務(wù)器系統(tǒng)的穩(wěn)

定性、可用性及可管理性，同時(shí)一，允許用戶使用價(jià)格相對低廉的配

置（如刀片）捆綁來替代昂貴的單塊集成電路的高端服務(wù)器，在不

影響性能的情況下節(jié)約了存儲成本。

集群存儲常見的兩種模式是鏡像服務(wù)器雙機(jī)和雙機(jī)與磁盤陣列

柜。集群中鏡像服務(wù)器雙機(jī)系統(tǒng)是硬件配置最簡單和價(jià)格最低廉的

解決方案，通常鏡像服務(wù)的硬件配置需要兩臺服務(wù)器,在每臺服務(wù)器

有獨(dú)立操作系統(tǒng)硬盤和數(shù)據(jù)存儲硬盤，每臺服務(wù)器有與客戶端相連網(wǎng)

卡,另有一對鏡像卡或完成鏡像功能的網(wǎng)卡。

鏡像服務(wù)器具有配置簡單，使用方便，價(jià)格低廉諸多優(yōu)點(diǎn)，但由

于鏡像服務(wù)器需要采用網(wǎng)絡(luò)方式鏡像數(shù)據(jù)，通過鏡軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)的同步,

因此需要占用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的CPU及內(nèi)存資源,鏡像服務(wù)器的性能比

單一服務(wù)器的性能要低一些。

有一些鏡像服務(wù)器集群系統(tǒng)采用內(nèi)存鏡像的技術(shù),這個(gè)技術(shù)的優(yōu)

點(diǎn)是所有的應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在兩臺服務(wù)器上鏡像同步，當(dāng)主

機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備份機(jī)可以在幾乎沒有感覺的情況下接管所有應(yīng)用程

序。但是因?yàn)閮蓚€(gè)服務(wù)器的內(nèi)存完全一致，當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用程序帶有缺陷

從而導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)時(shí)，兩臺服務(wù)器會同步死機(jī)。同時(shí),在大數(shù)據(jù)量讀

寫過程中兩臺服務(wù)器在某些狀態(tài)下會產(chǎn)生數(shù)據(jù)不同步，因此鏡像服務(wù)

器適合那些預(yù)算較少、對集群系統(tǒng)要求不高的用戶。

與鏡像服務(wù)器雙機(jī)系統(tǒng)相比，雙機(jī)與磁盤陣列柜互聯(lián)結(jié)構(gòu)多出了

第三方生產(chǎn)的磁盤陣列柜，目前，豪威公司、精業(yè)公司等許多公司都

生產(chǎn)有磁盤陣列柜，在磁盤陣列柜中安裝有磁盤陣列控制卡，陣列

柜可以直接將柜中的硬盤配置成為邏輯盤陣。磁盤陣列柜通過SCSI

電纜與服務(wù)器上普通SCSI卡相連，系統(tǒng)管理員需直接在磁盤柜上配

置磁盤陣列。

雙機(jī)與磁盤陣列柜互聯(lián)結(jié)構(gòu)不采用內(nèi)存鏡像技術(shù)，因此需要有一

定的切換時(shí)間（通常為60-180秒），它可以有效的避免由于應(yīng)用

程序自身的缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)全部死機(jī)，同時(shí)由于所有的數(shù)據(jù)全部存儲

在磁盤陣列柜中，當(dāng)工作機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備份機(jī)接替工作機(jī)，從磁盤

陣列中讀取數(shù)據(jù),所以不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)不同步的問題，由于這種方案不

需要網(wǎng)絡(luò)鏡像同步，因此這種集群方案服務(wù)器的性能要比鏡像服務(wù)

器結(jié)構(gòu)高出很多。

雙機(jī)與磁盤陣列柜互聯(lián)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是在系統(tǒng)當(dāng)中存在單點(diǎn)錯的

缺陷，所謂單點(diǎn)錯是指當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)部件或某個(gè)應(yīng)用程序出現(xiàn)故障

時(shí)，導(dǎo)致所有系統(tǒng)全部死機(jī)。在這個(gè)系統(tǒng)中磁盤陣列柜是會導(dǎo)致單

點(diǎn)錯，當(dāng)磁盤陣列柜出現(xiàn)邏輯或物理故障時(shí)，所有存儲的數(shù)據(jù)會全

部丟失，因此,在選配這種方案時(shí)，需要選用一個(gè)品質(zhì)與售后服務(wù)較

好的產(chǎn)品。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要有相同的內(nèi)容，雙機(jī)與磁盤陣列柜互聯(lián)結(jié)構(gòu)是

很好的選擇,否則每臺服務(wù)器需要將相同的內(nèi)容復(fù)制到本地硬盤上。

當(dāng)系統(tǒng)存儲的內(nèi)容越多，這種鏡像服務(wù)器雙機(jī)的代價(jià)越大，因?yàn)槊?/p>

臺服務(wù)器需要一樣大的存儲空間，任何的更新需要涉及到每臺服務(wù)

器，系統(tǒng)的維護(hù)代價(jià)會非常高。

由于雙機(jī)與磁盤陣列柜互聯(lián)結(jié)構(gòu)為服務(wù)器組提供統(tǒng)一的存儲空

間，這使得系統(tǒng)的內(nèi)容維護(hù)工作比較輕松，如Webmas-ter只需要

更新共享存儲中的頁面,對所有的服務(wù)器都有效。當(dāng)文件系統(tǒng)的存儲

空間增加時(shí)，所有服務(wù)器的存儲空間也隨之增大。對于大多數(shù)Inter

net服務(wù)來說，它們都是讀密集型(Read-intensive)的應(yīng)用，文件

系統(tǒng)在每臺服務(wù)器使用本地硬盤作Cache(如2GB的空間)，可使

得訪問文件系統(tǒng)本地的速度接近于訪問本地硬盤。

此外，存儲硬件技術(shù)的發(fā)展也促使從無共享的鏡像服務(wù)器雙機(jī)

集群向雙機(jī)與磁盤陣列柜互聯(lián)結(jié)構(gòu)的集群遷移。存儲區(qū)域網(wǎng)(SNA,

StorageAreaNetworks)技術(shù)解決了集群的每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以直接連

接/共享一個(gè)龐大的硬盤陣列，硬件廠商也提供多種硬盤共享技術(shù),

如光纖通道(FiberChannel)>共享SCSI(SharedSCSI)。I

nfiniBand是一個(gè)通用的高性能1/0規(guī)范，使得存儲區(qū)域網(wǎng)中以

更低的延時(shí)傳輸I/0消息和集群通訊消息，并且提供很好的伸縮

性。InfiniBand得到絕大多數(shù)的大廠商的支持，如Compaq>Dell、

Hewlett-Packard>IBM、In-tel>Microsoft和SUNMicro

systems等，它正在成為一個(gè)業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。這些技術(shù)的發(fā)展使得共

享存儲變得容易，規(guī)模生產(chǎn)也會使得成本逐步降低。

通過Linux集群存儲系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)中的所有文件、設(shè)備

和網(wǎng)絡(luò)資源的全局訪問。這樣，無論應(yīng)用程序在集群中的哪臺服務(wù)器

上，集群文件系統(tǒng)允許任何用戶都可以對這個(gè)軟件進(jìn)行訪問。甚至在

應(yīng)用程序從一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況下，無需任何改動，應(yīng)

用程序就可以訪問系統(tǒng)上的文件。Linux集群技術(shù)最大的發(fā)揮了PC

機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，可以帶來可觀的性能，是一種大有前途的技術(shù)。

現(xiàn)代社會由于大規(guī)模的科學(xué)和工程計(jì)算的需求，迫使計(jì)算機(jī)必須不斷

地提高其運(yùn)算速度和存儲容量。計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史表明，為了達(dá)到更

好的處理性能，除了必須提高系統(tǒng)的硬件的速度外，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也必

須不斷改進(jìn)，特別是當(dāng)元器件的速度達(dá)到極限時(shí)，后者將變成焦點(diǎn)問

題。于是，超級并行機(jī)已經(jīng)成為復(fù)雜科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的主宰。但以超級

計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算模式存在明顯的不足，而且目前正在經(jīng)受挑戰(zhàn)。

超級計(jì)算機(jī)雖然是一臺處理能力強(qiáng)大的“巨無霸”，但它的造價(jià)極其昂

貴，通常只有一些國家級的部門，如航天、軍事、氣象等部門才有能

力配置這樣的設(shè)備。而隨著人們在日常工作遇到的商業(yè)計(jì)算越來越復(fù)

雜，人們迫切需要數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，而超級計(jì)算機(jī)的價(jià)

格顯然阻止了它進(jìn)入普通人的工作領(lǐng)域。于是，人們開始尋找一種造

價(jià)低廉而數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)的計(jì)算模式，最終科學(xué)家們經(jīng)過努力找到

了答案---GridComputing（網(wǎng)格計(jì)算）。

網(wǎng)格（grid）是一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境，或者說是一個(gè)計(jì)算資

源池。網(wǎng)格也是一種先進(jìn)的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施（AdvancedComputational

Infrastructure,簡稱ACI）,用于研究與工程應(yīng)用相結(jié)合的項(xiàng)目，學(xué)科

領(lǐng)域涉及超級計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)、并行

算法和各種計(jì)算科學(xué)研究與應(yīng)用技術(shù)，是一個(gè)綜合性的跨學(xué)科高技術(shù)

研究課題。網(wǎng)格計(jì)算（GridComputing）是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速

發(fā)展起來的，是將地理上分布的計(jì)算資源（包括數(shù)據(jù)庫、貴重儀器等

各種資源）充分利用起來，協(xié)同解決復(fù)雜的大規(guī)模問題，特別是解決

僅靠本地資源無法解決的復(fù)雜問題，是專門針對復(fù)雜科學(xué)計(jì)算的新型

計(jì)算模式。這種計(jì)算模式是利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦

組織成一個(gè)“虛擬的超級計(jì)算機(jī)”，其中每一臺參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是

一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬個(gè)“節(jié)點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”，

所以這種計(jì)算方式叫網(wǎng)格計(jì)算。這樣組織起來的“虛擬的超級計(jì)算機(jī)”

有兩個(gè)優(yōu)勢，一個(gè)是數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)；另一個(gè)是能充分利用網(wǎng)上的

閑置處理能力。簡單地講，網(wǎng)格是把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)整合成一臺巨大的超級

計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、

專家資源的全面共享。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的迅速增長，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的普及和高

速網(wǎng)絡(luò)成本的大幅度降低以及傳統(tǒng)計(jì)算方式和計(jì)算機(jī)的使用方式的

改變，網(wǎng)格計(jì)算已經(jīng)逐漸成為超級計(jì)算發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。網(wǎng)格計(jì)

算是一個(gè)嶄新而重要的研究領(lǐng)域，它以大粒度資源共享，高性能計(jì)算

和創(chuàng)新性應(yīng)用為主要特征，必將成為21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動力。

二十世紀(jì)九十年代以來，世界各個(gè)國家，尤其是發(fā)達(dá)國家，建立了很

多超級計(jì)算應(yīng)用中心（NCSA）和工程研究中心，美國還制定了新一

輪規(guī)劃的先進(jìn)計(jì)算框架計(jì)劃(ACIP),發(fā)展面向21世紀(jì)的先進(jìn)計(jì)算技術(shù).

我國在科技部的領(lǐng)導(dǎo)和主持下，經(jīng)過306主題專家組及相關(guān)單位的努

力，作為我國高性能計(jì)算和信息服務(wù)的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施的國家高性能

計(jì)算環(huán)境發(fā)展很快。在已建成的5個(gè)國家級高性能計(jì)算中心基礎(chǔ)上，

又于中南、西北等地建立了新的國家高性能計(jì)算中心，科技部并加強(qiáng)

了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的建設(shè)，形成以科學(xué)院為主體的計(jì)算網(wǎng)格。教育部也啟動

了網(wǎng)格計(jì)算工程，第一批12個(gè)網(wǎng)點(diǎn)正在建設(shè)中，國家基金委也列出

專向基金資助網(wǎng)格計(jì)算。

網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)(electricpowergrid)的概念出來的，網(wǎng)格的最終

目的是希望用戶在使用網(wǎng)格的計(jì)算能力時(shí)一，就如同現(xiàn)在使用電力一樣

方便簡單。

在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，網(wǎng)格計(jì)算可以在以下幾個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用：

1.分布式超級計(jì)算。網(wǎng)格計(jì)算可以把分布式的超級計(jì)算機(jī)集中起來，

協(xié)同解決復(fù)雜的大規(guī)模的問題。使大量閑置的計(jì)算機(jī)資源得到有效的

組織，提高了資源的利用效率，節(jié)省了大量的重復(fù)投資，使用戶的需

求能夠得到及時(shí)滿足。

2.高吞吐率計(jì)算。網(wǎng)格技術(shù)能夠十分有效地提高計(jì)算的吞吐率，它利

用CPU的周期竊取技術(shù)，將大量空閑的計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源集中起來，

提供給對時(shí)間不太敏感的問題，作為計(jì)算資源的重要來源。

3.數(shù)據(jù)密集型計(jì)算。數(shù)據(jù)密集型的問題的求解往往同時(shí)產(chǎn)生很大的通

訊和計(jì)算需求，需要網(wǎng)格能力才可以解決。網(wǎng)格可以藥物分子設(shè)計(jì)、

計(jì)算力學(xué)、計(jì)算材料、電子學(xué)、生物學(xué)、核物理反應(yīng)、航空航天等眾

多的領(lǐng)域得到廣泛的需求。

4.基于廣泛信息共享的人與人交互。網(wǎng)格的出現(xiàn)更加突破了人與人之

間地理界線的限制，使得科技工作者之間的交流更加的方便，從某種

程度上可以說實(shí)現(xiàn)人與人之間的智慧共享。

5.更廣泛的資源貿(mào)易。隨著大型機(jī)的性能的提高和微機(jī)的更加普及，

及其資源的閑置的問題也越來越突出，網(wǎng)格技術(shù)能夠有效地組織這些

閑置的資源，使得有大量的計(jì)算需求的用戶能夠獲得這些資源，資源

的提供者的應(yīng)用也不會受到太大的干擾。需要計(jì)算能力的人可以不必

購買大的計(jì)算機(jī)，只要根據(jù)自己的任務(wù)的需求，向網(wǎng)格購買計(jì)算能力

就可以滿足計(jì)算需求。早期的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是五層沙漏結(jié)構(gòu)。在五層

沙漏結(jié)構(gòu)中，最重要的思想是以“協(xié)議”為中心，它側(cè)重于外部的行為

而不是內(nèi)部的特征，通過協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)一種機(jī)制，使得虛擬組織的擁

護(hù)與資源之間可以進(jìn)行資源使用的協(xié)商，建立共享關(guān)系，并且可以進(jìn)

一步管理和開發(fā)新的共享關(guān)系。這一標(biāo)準(zhǔn)化的開放結(jié)構(gòu)對網(wǎng)格的擴(kuò)展

性、互操作性、一致性以及代碼的共享都有好處。

五層沙漏模型中，強(qiáng)調(diào)的是被共享的物理資源（或者是這些資源

所支持的服務(wù)）在OGSA中，服務(wù)所指的概念更廣，包括各種計(jì)算

資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)、程序、數(shù)據(jù)庫等等，一切都是服務(wù)。五層模

型實(shí)現(xiàn)的是對資源的共享，而在OGSA中，實(shí)現(xiàn)的對服務(wù)的共享。

在OGSA中一切都看作是網(wǎng)格服務(wù)，網(wǎng)格是可擴(kuò)展的網(wǎng)格服務(wù)的集

合，即網(wǎng)格=｛網(wǎng)格服務(wù)｝。

以網(wǎng)格服務(wù)為中心的模型的好處有以下幾點(diǎn)：網(wǎng)格中所有組建都

是虛擬的，通過提供一組相對統(tǒng)一的核心接口，所有的網(wǎng)格服務(wù)都基

于這些接口的實(shí)現(xiàn)，就可以很容易地構(gòu)造出具有層次結(jié)構(gòu)的、更高級

別的服務(wù)，這些服務(wù)可以跨越不同的抽象層次，以一種統(tǒng)一的方式來

看待。虛擬化也使得將多個(gè)邏輯資源實(shí)例映射到相同的物理資源上

成為可能，在對服務(wù)進(jìn)行組合時(shí)不必考慮具體的實(shí)現(xiàn)，可以以底層資

源組成為基礎(chǔ)，在虛擬組織中進(jìn)行資源管理。通過網(wǎng)格服務(wù)的虛擬化,

可以將通過的服務(wù)語義和行為，無縫地映射到本地平臺的基礎(chǔ)設(shè)施之

上。

一：云計(jì)算的概念：

云計(jì)算是一個(gè)囊括了開發(fā)，負(fù)載平衡，商業(yè)模式，以及架構(gòu)的時(shí)

髦詞，是軟件業(yè)的未來模式，簡單地講，云計(jì)算就是以Internet為中

心的軟件，是一個(gè)基于internet的數(shù)據(jù)中心、服務(wù)中心、以及計(jì)算中

心。

云計(jì)算是基與互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算，它能像電網(wǎng)供電一樣，把需要共享

的資源、軟件和信息提供給終端用戶。

云計(jì)算的表現(xiàn)形式多種多樣，簡單的云計(jì)算在人們?nèi)粘＞W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

中隨處可見，如騰訊QQ空間提供在線制作Flash圖片，彩字秀提供

的個(gè)性文字圖片的處理，GoogleDoc和GoogleApps、zoho、用遠(yuǎn)程

軟件進(jìn)行Office處理。

1：云計(jì)算強(qiáng)調(diào)資源的共享，而不是獨(dú)占

2：云計(jì)算強(qiáng)調(diào)資源的集中，而不是分散

3：云計(jì)算強(qiáng)調(diào)的是服務(wù)，而不是技術(shù)

4：云計(jì)算強(qiáng)調(diào)動態(tài)資源配置，而不是靜態(tài)分配

5：云計(jì)算強(qiáng)調(diào)專業(yè)分工，而不是事必躬親

二：云計(jì)算的原理：

云計(jì)算是分布式處理并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，或者說是這些

計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。

云計(jì)算的基本原理是，通過使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)

上，而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行將更與互

聯(lián)網(wǎng)相似。這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪

問計(jì)算機(jī)和存儲系統(tǒng)。

這可是一種革命性的舉措，打個(gè)比方，這就好比是從古老的單臺

發(fā)電機(jī)模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式。它意味著計(jì)算能力也可以作

為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉。

最大的不同在于，它是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

云計(jì)算的藍(lán)圖已經(jīng)呼之欲出：在未來，只需要一臺筆記本或者一

個(gè)手機(jī)，就可以通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)我們需要的一切，甚至包括超級

計(jì)算這樣的任務(wù)。從這個(gè)角度而言，最終用戶才是云計(jì)算的真正擁有

者。

云計(jì)算的應(yīng)用包含這樣的一種思想，把力量聯(lián)合起來，給其中的

每一個(gè)成員使用。

三：云計(jì)算的特點(diǎn)：

1：云計(jì)算安全可靠

首先，云計(jì)算提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲中心，用戶不

用再擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩。

很多人覺得數(shù)據(jù)只有保存在自己看得見、摸得著的電腦里才最

安全，其實(shí)不然。你的電腦可能會因?yàn)樽约翰恍⌒亩粨p壞，或者

被病毒攻擊，導(dǎo)致硬盤上的數(shù)據(jù)無法恢復(fù)，而有機(jī)會接觸你的電腦的

不法之徒則可