低成本構建校園網格

摘要：隨著校園網的飛速發展，一種所謂的“信息孤島”的現象也日益突出。而網格技術的發展正好可以解決這個問題。這篇論文依照本人所在的校園網為例，給出了一種將現有校園網改造成校園網格的最低成本的方案。這個方案包括資源的全面共享，校園網資源的統一管理。與其他的解決方案相比，這套解決方案最大的優勢就是實現的成本低。

關鍵詞：網格；校園網格；計算能力；資源共享

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)09-11595-03

Construction the Campus Grid with Low-Cost

YANG Le， LU Ji-guang

(South-Central University for Nationalities， Wuhan 430074， China)

Abstract: With the increasing of the campus network， the phenomenon of \"isolated island of information\" has become seriously. But the appearance of Grid technique has resolved this problem. According to the campus network of author's university， this paper proposes a solution that can reform the network into Grid by minimum cost. The solution has made the real share and unification management of the campus network resources and computing resources realized. Compared to other solutions， our solution embodied the minimum cost.

Key words: Grid; Campus grid; Computing capability; Resources sharing

1 引言

互聯網從它誕生起就對人類的文明起了巨大的推動。但是就在互聯網給所有的人帶來方便的同時，它本身所不能克服的弱點也漸漸顯露出來。首先，現在互聯網所提供的信息巨大，但是卻不能有效的精簡。第二，現在信息的標準不統一。這就造成了現存在很多種的標準，他們之間不能有效的溝通，使得所謂的“信息孤島”隨處可見。第三，互聯網上的信息安全也不能得到有效的保證。垃圾郵件，計算機病毒，黑客，非法網站等等在互聯網上隨處可見。產生以上這些缺點的原因主要就是缺乏有效的管理。我們需要的是一種管理資源。

網格技術正是為解決這些問題而產生的。這項技術始于90年代中期。它把整個互聯網整合成一臺巨大的超級計算機，實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源等各種資源的全面共享。網格計算雖然致力于高速互聯網、高性能計算機、大型數據庫、遠程設備等連通和“一體化”，但網格計算的根本特征是資源共享而不是規模巨大，可以根據需要建造企業內部網格、局域網網格、家庭網格甚至個人網格，因此網格計算的應用前景非常廣泛。

現在國內的大學基本上都建設好了自己的校園網。但是問題同樣存在于我們的校園網中。一般而言，大學的校園網都是這樣的一個模型：每一個院系都是按照自己的方式和意愿來組建自己的局域網。然后各個院系之間再由校園網相連。這樣做的話就不能做到資源之間的共享和相互的控制。這樣每一個院系就是一個“信息孤島”。同時，如果一個院系增加了一些新的硬件，那其他的院系是沒有辦法使用到的。這就造成了相當低的資源使用率。為了解決上面提到的問題，就必須將校園網絡轉變成校園網格。

2 網格技術的基本特征

網格作為一種新出現的重要的網絡基礎設施，和其他的系統相比有四個特性：分布與共享；自相似性；動態性與多樣性；自治性與管理的多重性。分布性指網格的資源是分布的。不同計算能力的計算機，各種類型的數據庫乃至電子圖書館，以及其他各種分布在不同地理位置的設備與資源，都是網格資源。網格資源的共享性是網格的目的，沒有共享便沒有網格。分布是網格在物理上的特征，而共享是在網格軟件支持下實現的邏輯上的特征。

自相似性是自然界的一種現象，網格的局部和整體之間存在著一定的相似性，如國家級網格是在省級網格基礎上建造的，全校的教學科研網格可以是各個實驗室的小規模的實驗網格的聯結，每個網格都有管理結點，只是功能強大程度、計算能力不同而已。當然不同級別網格之間必然有不同的地方。

網格是多種資源和服務的匯集，由于資源或服務的動態加入或減少，使得網格具有動態特性。在網格環境中，有不同體系結構的計算機系統和類別不同的資源，網格必須解決這些不同結構、不同資源之間的通信和互操作問題，這充分體現了網格的多樣性。

網格資源的擁有者對該資源具有最高管理權限，網格允許資源擁有者對它的資源有自主的管理能力，這就是它的自治性。同時，網格資源又是一個網格的局部，它必然要接受統一管理，否則，就無法實現共享和互操作。網格的多重性就體現在它的自主管理同時還要接受統一管理。

3 校園網現狀

本人所在學校的校園網體系結構如圖1所示。它同時也是現在高校校園網的一個典型結構。在每個教學樓和辦公樓都有一個交換機。不同的院系都有各自不同點局域網。然后他們用交換機將每個局域網相連。通過交換機它們可以連上學校網絡中心的路由器。這就是傳統的大學校園網體系結構。

實際上，這種典型的校園網體系已經不能很好的滿足我們當前的需要了。原因如下：

(1)大部分時間我們需要的一些校園網上的資源由于它們處于不同的結構當中，造成我們無法搜索到，也無法使用；

(2)每個部門的IT資源都是通過各自的項目和課題經費來采購的。這樣一來就十分的分散。因此盡管這些IT資源有共享的需求，卻沒有一個可行的方案。另外，大部分的PC和服務資源都是隨意使用的，不能得到高效的利用。

建立一個校園網格是解決上面提到的這些問題的有效途徑。網格是通過網絡提供綜合計算機資源和服務的基礎設施。它使得分布式資源的有效集成成為現實。它同時提供全方位的資源共享的互動界面。如此一來，資源的使用率得到提高，同時滿足了人們跨區域的共享資源的需求。因此，構建校園網格可以解決校園IT資源集中和分散的矛盾。它可以使物理上來說分散的資源在邏輯上集中起來。另外，共享變得可行。它能非常方便的轉化使用者和共享者的角色。

4 構建校園網格的方案

我們根據前面章節介紹的來概括構建校園網格的目標：

(1)提高計算能力來適應更大規模計算的需求。通過高速的互聯網來連接處于不同地方的計算機，然后用網格把他們整合成一個計算平臺。這樣的一個平臺的計算能力將超過單一計算機的計算能力；

(2)使得共享資源變得可行。現在，本文提出一個特殊的配置解決方案。如果你想用最低的開銷把校園網重新構建成網格，那么重要的一點就是盡量使用現有的資源而不要再去增加一些不必要的開銷。

重新配置解決方案如下：

4.1 將學校內部已經存在的硬件設備進行重新分割

在每一個部門的基礎上建立獨立的計算機群

實際上一個計算機群就是一個虛擬的超級計算機。將相同結構和不同結構的本地計算機組合到一起，根據系統管理員指定的工作序列來調整和自動擋管理。科學研究人員只需要將他們的工作交給計算機群組，然后這個群組可以根據用戶的需求來自動的執行和返回所需的結果。這樣就真正實現了提交界面。這個組群主要負責倆個工作：作業管理和系統管理。作業管理包括：提交界面，管理界面和并行的工作管理；系統管理包括：系統監控，資源分派策略，作業優先級管理和SLA管理。

4.2 以計算機群為基礎構建校園網絡

這一個部分有一點復雜。它包括構造網格的中間件、管理和可共享的分布式資源的重建和整合。網格系統是處于分布式資源和用戶之間的。網格是資源和用戶之間的橋梁。它的主要作用是將用戶和資源關聯起來，使得用戶可以透明的使用資源。同時它支持全方位的資源共享。網格也能通過網絡提供計算資源的整合和服務。校園網格系統結構如圖2所示：

Globus 是當前關于網格計算最有影響力的國際項目。它是由Argonne國家實驗室還有其他的一些美國的科研單位所組成的。Globus Toolkit工具包來源于Globus項目．是一個開放源碼的網格的基礎平臺，基于開放結構、開放服務資源和軟件庫，并支持網格和網格應用，目的是為構建網格應用提供中間件服務和程序庫。Globus Toolkit具有較為統一的國際標準，有利于整合現有資源，也易于維護和升級換代。

我們使用Globus ToolKit 4.0和SGE6來開發網格服務層。用它來調整和管理在網格層中的所有的分布式資源。它起到了信息收集等作用。它能隱藏低層的不同結構的硬件資源。我們開發客戶服務層。這一層是用來給最終的用戶提供服務，例如：身份認證和任務管理等等。

我們在所有加入到網格的服務器上安裝上JDK，LINUX和SUN 網格引擎。采用GT4作為網格的中間件來打包所有互聯網應用，并給網格提供網格形式的服務通過普通的界面。因為網格的中間件是開源代碼的所以能很好的降低開銷。

4.3 設置門戶，讓用戶可以通過Web來使用系統的計算能力和信息資源

通過Web，不僅僅在校園里的教師和學生可以使用這個系統，同時他們在校園外的電腦上通過互聯網來登錄這個系統。

在重建之后，校園網技術結構圖如圖3。

在這個結構中，有許多方面都可以降低成本，例如：重用已經存在的資源而不用去改變網絡的物理結構。使用Globus Toolkit這樣的開源代碼的軟件。我們盡可能的降低重構校園網的成本。

5 結束語

這篇論文根據本人學校的真實實例提出了如何盡可能少開銷的將校園網過渡到校園網格。在這個方案里我們沒有討論網格安全方面和具體的代碼指令。在未來的工作中，我們將要在這個方面下功夫。我們還要去發現這個系統的瓶頸并且改善它。

由于一些非技術上的原因這個系統現在還沒有完成。在接下來的工作中我們將集中力量構造這個系統，詳細的記錄和分析試驗的結果。

參考文獻：

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