論網(wǎng)格技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應用與分析

郭　玉

摘要：網(wǎng)格是近年來出現(xiàn)的一種新的模式，網(wǎng)絡計算，并與傳統(tǒng)的Web計算模型的比較，以反映不同的特點。網(wǎng)格的優(yōu)點是有效和深遠的影響。用自己的手，以高效能運算資源，以實現(xiàn)校園網(wǎng)的網(wǎng)格可以提高自己的工作效率，教師可以迅速地尋找，定位媒體資源，和管理人員，可以更有效地分配IT資產(chǎn)，從現(xiàn)有的信息技術(shù)資金得到更多價值。它實現(xiàn)了全面連通的網(wǎng)絡資源，成本低，效率高，使用方便等優(yōu)點。這項技術(shù)的目的是教育事業(yè)帶來了機遇和挑戰(zhàn)！

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格；教育管理；信息服務

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-20ppp-0c

On the Grid in the Field of Education and Analysis of the Application

GUO YU

(Guangdong Vocational College of Posts & Telecom, Guangzhou 510630, China)

Abstract: Grid is the emergence of a new model of network computing in recent years.With the traditional Web computing model compared to reflect different characteristics. Grid advantage is effective and far-reaching. Use their hands to high-performance computing resources to achieve the campus network, grid can improve their work efficiency. Teachers can quickly find positioning media resources,Also,management staff can be more efficient allocation of IT assets.From the existing information technology, They can get more value. It implements the full connectivity of network resources, a low cost, high efficiency, ease to use. This technology to the cause of education has brought about opportunities and challenges.

Key words: Grid; Education Management; Information Grid services

1 引言

信息化的浪潮下，人類的應用需求正朝著高性能、多樣化、多功能方向發(fā)展，需要計算能力更強大的計算機。網(wǎng)格可以實現(xiàn)計算資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源等的全面共享。從而建立一個能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域或全球合作或協(xié)作的虛擬科研和實驗環(huán)境，支持以大規(guī)模計算和數(shù)據(jù)處理為特征的科學活動。網(wǎng)格系統(tǒng)的建立，有利于各計算機的資源共享，充分利用硬件和軟件資源，在節(jié)約成本的同時，還將使其在基礎研究、能源、金融、醫(yī)療、交通、教育、環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)揮空前的作用。

2 網(wǎng)格技術(shù)的相關(guān)概念

2.1網(wǎng)格計算的定義

“網(wǎng)格計算”這個詞是伊恩?福斯特(Ian Foster)博士于上世紀九十年代后期在美國Argonne國家實驗室提出的，他最初的意思是指把計算機的計算能力和電力供應相類比，如果需要某些計算只要通過電線傳輸即可獲得，如同電力供應一樣，并不需要知道它從哪里傳輸過來。

伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展起來的，是利用互聯(lián)網(wǎng)把分布在不同地理位置的計算機組織成一個“虛擬的超級計算機”。其中每臺參與計算的計算機就是一個“節(jié)點”，而整個計算是由成千上萬“節(jié)點”組成的“一張網(wǎng)格”，所以這種技術(shù)叫網(wǎng)格技術(shù)。

2.2網(wǎng)格技術(shù)沖破傳統(tǒng)網(wǎng)絡

隨著計算機網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展及其廣泛深入的應用，網(wǎng)絡計算模式亦呈現(xiàn)不同的發(fā)展趨勢。網(wǎng)格技術(shù)模式與傳統(tǒng)的的主流Web計算模式相比有所不同。它建立在Internet之上，總的趨勢是從集中計算模式向分布式計算模式方向延伸。

網(wǎng)格是建立在Internet基礎上的，不會替代它們。Internet的出現(xiàn)，將獨立的計算機個體連成網(wǎng)絡，計算機可以做包括電子商務在內(nèi)的更多事情。但是各行業(yè)在應用層面上的互聯(lián)互通遠遠沒有實現(xiàn)，而網(wǎng)格將能實現(xiàn)應用層面上的互聯(lián)互通，即用戶使用層面上的互聯(lián)互通。

網(wǎng)格比Internet具有更強的功能和性能，表現(xiàn)在四個方面：網(wǎng)格的互聯(lián)網(wǎng)絡比Internet具有更大的帶寬；網(wǎng)格上將有更多高性能計算機，計算速度、數(shù)據(jù)處理可以大幅度提高；網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)將比Internet更能有效地利用資源；網(wǎng)格將促進更多更大的網(wǎng)上社區(qū)的出現(xiàn)。

3 網(wǎng)格系統(tǒng)的特性

3.1 異構(gòu)性

網(wǎng)格環(huán)境由分布在廣域網(wǎng)上不同管理域的各種不同類型的計算資源組成，并且每類資源有不同的屬性。實現(xiàn)異構(gòu)機器間的合作和轉(zhuǎn)換是首要問題。

3.2 分布與共享

分布是網(wǎng)格硬件在物理上的特征，而共享是在網(wǎng)格軟件支持下實現(xiàn)的邏輯上的特征。網(wǎng)格資源雖然是分布的，但他們卻是可以充分共享的。解決分布資源的共享問題是網(wǎng)格的核心內(nèi)容。共享的含義不僅指一個地方的計算機可以用來完成其他地方的任務，還可以指中間結(jié)果、數(shù)據(jù)庫以及人才資源等各方面的內(nèi)容。

3.3 自相似性

網(wǎng)格的局部和整體之間存在著一定的相似性。局部往往在許多地方具有全局的某些特征，而全局的特征在局部中也有一定的體現(xiàn)。

3.4 動態(tài)多樣性

不僅網(wǎng)格環(huán)境下的一些資源本身具有動態(tài)性，在整個網(wǎng)格環(huán)境下，隨著計算資源、數(shù)據(jù)資源等的不斷加入和撤銷、故障等原因，網(wǎng)格系統(tǒng)下的局部環(huán)境也在動態(tài)的改變著。在網(wǎng)格的設計與實現(xiàn)時，必須考慮到新的資源能夠很自然加入到網(wǎng)格中來，并且可以和原來的資源融合在一起，共同發(fā)揮作用。

3.5 自治性與管理的多重性

網(wǎng)格環(huán)境下的局部資源既屬于個人或機構(gòu)，由個人對資源作相應的管理和維護，又要在網(wǎng)格系統(tǒng)作整體部署的時候，由網(wǎng)格管理員根據(jù)系統(tǒng)里任務的情況統(tǒng)一調(diào)度網(wǎng)格環(huán)境下的資源。

4 網(wǎng)格在教育領(lǐng)域中的應用

4.1 問題的提出

在學校的日常管理中，學籍管理工作瑣碎而繁雜。計算機與互聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域的應用，可以將學籍信息保存在數(shù)據(jù)庫中。以往的解決方案是這樣的：教育主管部門開設服務器，建立數(shù)據(jù)庫。各個學校通過Web形式遠程登錄，進行各自學校信息的更新，包括學生的錄取、轉(zhuǎn)學、休退、畢業(yè)、分班、師資、考核、成績等校內(nèi)事務。同時服務器向主管部門提供查詢和評價功能。

這種形式管理的好處是規(guī)格統(tǒng)一，使用方便，實時更新。但有兩大弊端：一是學籍管理中信息的變更非常頻繁，眾多客戶端蜂擁而至登錄一臺服務器，對數(shù)據(jù)庫進行操作，增加了服務器的負荷，往往造成效率下降；二是安全穩(wěn)定性存在隱患，如果服務器因病毒感染或黑客入侵等原因，而暫時無法使用，那么整個教育學籍管理被迫停滯，造成巨大損失。

4.2 原型設計

該系統(tǒng)的網(wǎng)格原型如圖1所示。

圖1 原型示意圖

用戶代理(User Agent)：用戶通過用戶代理連接連接互聯(lián)網(wǎng)。用戶代理向眾多信息服務端產(chǎn)生查詢請求，各該服務請求采用遠程過程調(diào)用的方式，直接調(diào)用遠程方法。

信息服務端(Information Server)：每個學校擁有自己的信息服務端作為網(wǎng)格系統(tǒng)的中間件，一邊與互聯(lián)網(wǎng)相連，一邊連接本地數(shù)據(jù)庫。安裝在地理位置不同的各個學校的計算機上，負責建立信息查詢服務。對于信息查詢服務必須有相對應的信息數(shù)據(jù)庫來滿足用戶代理需求，一旦出現(xiàn)需求不能完全滿足的情況下，就需要根據(jù)已有的數(shù)據(jù)和還差的數(shù)據(jù)選擇合適的其他的信息服務端，從而實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)查詢請求。作為該網(wǎng)格系統(tǒng)的中間件，它主要有以下幾個功能：

（1）維護數(shù)據(jù)。在統(tǒng)一的格式下對本地數(shù)據(jù)庫進行添加、刪除、修改等操作，這樣便于數(shù)據(jù)的匯總和傳遞。這是系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎。

（2）接受查詢。根據(jù)用戶代理提出的查詢請求，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行查詢，返回符合條件的信息。如果不能完全滿足請求，可以向其他信息服務端進行轉(zhuǎn)移。

（3）發(fā)布廣播。向Internet上的其他信息服務端發(fā)布負載狀況、更新進度等消息。

（4）下載更新。此功能與上一功能相對應，在計算機較空閑時，自動更新下載其他信息服務端的內(nèi)容。這是一種有益的冗余，當某個信息服務端負載過大時，把用戶代理的查詢請求轉(zhuǎn)移到其他信息服務端。因為其他信息服務端已經(jīng)事先下載了該端的內(nèi)容，從而實現(xiàn)同樣的查詢操作。此功能是這個系統(tǒng)的核心。

（5）安全保障。通過身份驗證、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)手段，確保系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩头€(wěn)定地工作。這是系統(tǒng)強有力的“保護傘”。

4.3 系統(tǒng)運行流程

首先，用戶（比如上級管理部門）通過用戶代理向信息服務端提出服務請求(Request)，信息服務端對請求進行預處理，看該請求是針對哪個或哪幾個學校數(shù)據(jù)庫的請求。信息服務端首先查看本地數(shù)據(jù)庫，看能否找到請求所需的所有信息，如果可以找到，則將所找到的信息返回給用戶代理；如果不能找到完整信息，則根據(jù)請求和本地所得數(shù)據(jù)以及其他信息服務端所能提供的信息產(chǎn)生服務轉(zhuǎn)移(Serve Transfer)，將所得數(shù)據(jù)同客戶信息以及查找所差數(shù)據(jù)內(nèi)容一起發(fā)送到其他信息服務端，由其他服務端根據(jù)服務轉(zhuǎn)移來的請求在該服務器上進行后繼數(shù)據(jù)查詢。如還不能完全滿足請求，繼續(xù)服務轉(zhuǎn)移，直到得到完整數(shù)據(jù)后，發(fā)送回用戶代理。

4.4 系統(tǒng)性能分析

在這個網(wǎng)格技術(shù)的應用中，不需要事先部署用戶應用程序，用戶只需提交新的查詢請求，然后得到結(jié)果。對于本系統(tǒng)而言，與傳統(tǒng)的C/S（客戶端/服務器）模型相比最大的區(qū)別在于如何處理本地無法查到的信息。本系統(tǒng)采用的是產(chǎn)生服務轉(zhuǎn)移到別的信息服務端進行信息查詢的處理方式，這是傳統(tǒng)方式?jīng)]有采用的。其透明性和處理系統(tǒng)變化的能力是由服務轉(zhuǎn)移的特點來決定的。由于使用了服務轉(zhuǎn)移，它可以實現(xiàn)跨組織的計算資源的動態(tài)共享，每次共享的計算資源都是動態(tài)實時的。網(wǎng)絡的具體分布對于用戶而言是完全透明的。對于動態(tài)變化的網(wǎng)絡環(huán)境，它可以動態(tài)地選擇目標資源，這使得整個系統(tǒng)就擁有了透明和動態(tài)適應的能力。

5 結(jié)束語

網(wǎng)格技術(shù)為教育帶來了機遇，同時也使教育面臨著巨大的挑戰(zhàn)。網(wǎng)格計算描述的美好未來，應該是人們將看不到計算機系統(tǒng)，看到的只是各種各樣的服務。本質(zhì)上的變化是高生產(chǎn)率服務。計算機要適應新的需求，更好地支持網(wǎng)格化的應用，從而提供高生產(chǎn)率服務。目前網(wǎng)格技術(shù)還沒有正式的標準和協(xié)議，還有網(wǎng)格安全和管理等問題也處于探索階段，因此還需要在這些方面進行深入的研究。隨著網(wǎng)格技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問題必將被解決，網(wǎng)格

技術(shù)也必將促進教育的新發(fā)展！

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收稿日期：2008-04-13