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摘要：随着校园网的飞速发展，一种所谓的“信息孤岛”的现象也日益突出。而网格技术的发展正好可以解决这个问题。这篇论文依照本人所在的校园网为例，给出了一种将现有校园网改造成校园网格的最低成本的方案。这个方案包括资源的全面共享，校园网资源的统一管理。与其他的解决方案相比，这套解决方案最大的优势就是实现的成本低。
关键词：网格；校园网格；计算能力；资源共享
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：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
互联网从它诞生起就对人类的文明起了巨大的推动。但是就在互联网给所有的人带来方便的同时，它本身所不能克服的弱点也渐渐显露出来。首先，现在互联网所提供的信息巨大，但是却不能有效的精简。第二，现在信息的标准不统一。这就造成了现存在很多种的标准，他们之间不能有效的沟通，使得所谓的“信息孤岛”随处可见。第三，互联网上的信息安全也不能得到有效的保证。垃圾邮件，计算机病毒，黑客，非法网站等等在互联网上随处可见。产生以上这些缺点的原因主要就是缺乏有效的管理。我们需要的是一种管理资源。
网格技术正是为解决这些问题而产生的。这项技术始于90年代中期。它把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源等各种资源的全面共享。网格计算虽然致力于高速互联网、高性能计算机、大型数据库、远程设备等连通和“一体化”，但网格计算的根本特征是资源共享而不是规模巨大，可以根据需要建造企业内部网格、局域网网格、家庭网格甚至个人网格，因此网格计算的应用前景非常广泛。
现在国内的大学基本上都建设好了自己的校园网。但是问题同样存在于我们的校园网中。一般而言，大学的校园网都是这样的一个模型：每一个院系都是按照自己的方式和意愿来组建自己的局域网。然后各个院系之间再由校园网相连。这样做的话就不能做到资源之间的共享和相互的控制。这样每一个院系就是一个“信息孤岛”。同时，如果一个院系增加了一些新的硬件，那其他的院系是没有办法使用到的。这就造成了相当低的资源使用率。为了解决上面提到的问题，就必须将校园网络转变成校园网格。
2 网格技术的基本特征
网格作为一种新出现的重要的网络基础设施，和其他的系统相比有四个特性：分布与共享；自相似性；动态性与多样性；自治性与管理的多重性。分布性指网格的资源是分布的。不同计算能力的计算机，各种类型的数据库乃至电子图书馆，以及其他各种分布在不同地理位置的设备与资源，都是网格资源。网格资源的共享性是网格的目的，没有共享便没有网格。分布是网格在物理上的特征，而共享是在网格软件支持下实现的逻辑上的特征。
自相似性是自然界的一种现象，网格的局部和整体之间存在着一定的相似性，如国家级网格是在省级网格基础上建造的，全校的教学科研网格可以是各个实验室的小规模的实验网格的联结，每个网格都有管理结点，只是功能强大程度、计算能力不同而已。当然不同级别网格之间必然有不同的地方。
网格是多种资源和服务的汇集，由于资源或服务的动态加入或减少，使得网格具有动态特性。在网格环境中，有不同体系结构的计算机系统和类别不同的资源，网格必须解决这些不同结构、不同资源之间的通信和互操作问题，这充分体现了网格的多样性。
网格资源的拥有者对该资源具有最高管理权限，网格允许资源拥有者对它的资源有自主的管理能力，这就是它的自治性。同时，网格资源又是一个网格的局部，它必然要接受统一管理，否则，就无法实现共享和互操作。网格的多重性就体现在它的自主管理同时还要接受统一管理。
3 校园网现状
本人所在学校的校园网体系结构如图1所示。它同时也是现在高校校园网的一个典型结构。在每个教学楼和办公楼都有一个交换机。不同的院系都有各自不同点局域网。然后他们用交换机将每个局域网相连。通过交换机它们可以连上学校网络中心的路由器。这就是传统的大学校园网体系结构。
实际上，这种典型的校园网体系已经不能很好的满足我们当前的需要了。原因如下：
(1)大部分时间我们需要的一些校园网上的资源由于它们处于不同的结构当中，造成我们无法搜索到，也无法使用；
(2)每个部门的IT资源都是通过各自的项目和课题经费来采购的。这样一来就十分的分散。因此尽管这些IT资源有共享的需求，却没有一个可行的方案。另外，大部分的PC和服务资源都是随意使用的，不能得到高效的利用。
建立一个校园网格是解决上面提到的这些问题的有效途径。网格是通过网络提供综合计算机资源和服务的基础设施。它使得分布式资源的有效集成成为现实。它同时提供全方位的资源共享的互动界面。如此一来，资源的使用率得到提高，同时满足了人们跨区域的共享资源的需求。因此，构建校园网格可以解决校园IT资源集中和分散的矛盾。它可以使物理上来说分散的资源在逻辑上集中起来。另外，共享变得可行。它能非常方便的转化使用者和共享者的角色。
4 构建校园网格的方案
我们根据前面章节介绍的来概括构建校园网格的目标：
(1)提高计算能力来适应更大规模计算的需求。通过高速的互联网来连接处于不同地方的计算机，然后用网格把他们整合成一个计算平台。这样的一个平台的计算能力将超过单一计算机的计算能力；
(2)使得共享资源变得可行。现在，本文提出一个特殊的配置解决方案。如果你想用最低的开销把校园网重新构建成网格，那么重要的一点就是尽量使用现有的资源而不要再去增加一些不必要的开销。
重新配置解决方案如下：
4.1 将学校内部已经存在的硬件设备进行重新分割
在每一个部门的基础上建立独立的计算机群
实际上一个计算机群就是一个虚拟的超级计算机。将相同结构和不同结构的本地计算机组合到一起，根据系统管理员指定的工作序列来调整和自动挡管理。科学研究人员只需要将他们的工作交给计算机群组，然后这个群组可以根据用户的需求来自动的执行和返回所需的结果。这样就真正实现了提交界面。这个组群主要负责俩个工作：作业管理和系统管理。作业管理包括：提交界面，管理界面和并行的工作管理；系统管理包括：系统监控，资源分派策略，作业优先级管理和SLA管理。
4.2 以计算机群为基础构建校园网络
这一个部分有一点复杂。它包括构造网格的中间件、管理和可共享的分布式资源的重建和整合。网格系统是处于分布式资源和用户之间的。网格是资源和用户之间的桥梁。它的主要作用是将用户和资源关联起来，使得用户可以透明的使用资源。同时它支持全方位的资源共享。网格也能通过网络提供计算资源的整合和服务。校园网格系统结构如图2所示：
在这个结构中，有许多方面都可以降低成本，例如：重用已经存在的资源而不用去改变网络的物理结构。使用Globus Toolkit这样的开源代码的软件。我们尽可能的降低重构校园网的成本。
5 结束语
这篇论文根据本人学校的真实实例提出了如何尽可能少开销的将校园网过渡到校园网格。在这个方案里我们没有讨论网格安全方面和具体的代码指令。在未来的工作中，我们将要在这个方面下功夫。我们还要去发现这个系统的瓶颈并且改善它。
由于一些非技术上的原因这个系统现在还没有完成。在接下来的工作中我们将集中力量构造这个系统，详细的记录和分析试验的结果。
参考文献：
[1] 郁志辉,陈渝,刘鹏编.网格计算[M].北京:清华大学出版社,2002,10.
[2] 开放网格服务架构之旅[EB/OL].http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/grid/gr-vi2sual/index.shtml#2,2003.
[3] Globus Toolkit [ EB/ OL ] . http :/ / www - unix. globus. org/ toolkit,2003.
[4] "Campus Grid Solution".http://h50237.www5.hp.com/event/UploadFiles/856b6dbc-f4da-41cd-9300-70ea0e3840f4/Platform_solution_hp.pd f.
[5] Lee Liming,"A Globus Primer: What is the Grid and How Do I Use It?", U. of Chicago and Argonne National Laboratory.
关键词：网格；校园网格；计算能力；资源共享
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：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
互联网从它诞生起就对人类的文明起了巨大的推动。但是就在互联网给所有的人带来方便的同时，它本身所不能克服的弱点也渐渐显露出来。首先，现在互联网所提供的信息巨大，但是却不能有效的精简。第二，现在信息的标准不统一。这就造成了现存在很多种的标准，他们之间不能有效的沟通，使得所谓的“信息孤岛”随处可见。第三，互联网上的信息安全也不能得到有效的保证。垃圾邮件，计算机病毒，黑客，非法网站等等在互联网上随处可见。产生以上这些缺点的原因主要就是缺乏有效的管理。我们需要的是一种管理资源。
网格技术正是为解决这些问题而产生的。这项技术始于90年代中期。它把整个互联网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源等各种资源的全面共享。网格计算虽然致力于高速互联网、高性能计算机、大型数据库、远程设备等连通和“一体化”，但网格计算的根本特征是资源共享而不是规模巨大，可以根据需要建造企业内部网格、局域网网格、家庭网格甚至个人网格，因此网格计算的应用前景非常广泛。
现在国内的大学基本上都建设好了自己的校园网。但是问题同样存在于我们的校园网中。一般而言，大学的校园网都是这样的一个模型：每一个院系都是按照自己的方式和意愿来组建自己的局域网。然后各个院系之间再由校园网相连。这样做的话就不能做到资源之间的共享和相互的控制。这样每一个院系就是一个“信息孤岛”。同时，如果一个院系增加了一些新的硬件，那其他的院系是没有办法使用到的。这就造成了相当低的资源使用率。为了解决上面提到的问题，就必须将校园网络转变成校园网格。
2 网格技术的基本特征
网格作为一种新出现的重要的网络基础设施，和其他的系统相比有四个特性：分布与共享；自相似性；动态性与多样性；自治性与管理的多重性。分布性指网格的资源是分布的。不同计算能力的计算机，各种类型的数据库乃至电子图书馆，以及其他各种分布在不同地理位置的设备与资源，都是网格资源。网格资源的共享性是网格的目的，没有共享便没有网格。分布是网格在物理上的特征，而共享是在网格软件支持下实现的逻辑上的特征。
自相似性是自然界的一种现象，网格的局部和整体之间存在着一定的相似性，如国家级网格是在省级网格基础上建造的，全校的教学科研网格可以是各个实验室的小规模的实验网格的联结，每个网格都有管理结点，只是功能强大程度、计算能力不同而已。当然不同级别网格之间必然有不同的地方。
网格是多种资源和服务的汇集，由于资源或服务的动态加入或减少，使得网格具有动态特性。在网格环境中，有不同体系结构的计算机系统和类别不同的资源，网格必须解决这些不同结构、不同资源之间的通信和互操作问题，这充分体现了网格的多样性。
网格资源的拥有者对该资源具有最高管理权限，网格允许资源拥有者对它的资源有自主的管理能力，这就是它的自治性。同时，网格资源又是一个网格的局部，它必然要接受统一管理，否则，就无法实现共享和互操作。网格的多重性就体现在它的自主管理同时还要接受统一管理。
3 校园网现状
本人所在学校的校园网体系结构如图1所示。它同时也是现在高校校园网的一个典型结构。在每个教学楼和办公楼都有一个交换机。不同的院系都有各自不同点局域网。然后他们用交换机将每个局域网相连。通过交换机它们可以连上学校网络中心的路由器。这就是传统的大学校园网体系结构。
实际上，这种典型的校园网体系已经不能很好的满足我们当前的需要了。原因如下：
(1)大部分时间我们需要的一些校园网上的资源由于它们处于不同的结构当中，造成我们无法搜索到，也无法使用；
(2)每个部门的IT资源都是通过各自的项目和课题经费来采购的。这样一来就十分的分散。因此尽管这些IT资源有共享的需求，却没有一个可行的方案。另外，大部分的PC和服务资源都是随意使用的，不能得到高效的利用。
建立一个校园网格是解决上面提到的这些问题的有效途径。网格是通过网络提供综合计算机资源和服务的基础设施。它使得分布式资源的有效集成成为现实。它同时提供全方位的资源共享的互动界面。如此一来，资源的使用率得到提高，同时满足了人们跨区域的共享资源的需求。因此，构建校园网格可以解决校园IT资源集中和分散的矛盾。它可以使物理上来说分散的资源在逻辑上集中起来。另外，共享变得可行。它能非常方便的转化使用者和共享者的角色。
4 构建校园网格的方案
我们根据前面章节介绍的来概括构建校园网格的目标：
(1)提高计算能力来适应更大规模计算的需求。通过高速的互联网来连接处于不同地方的计算机，然后用网格把他们整合成一个计算平台。这样的一个平台的计算能力将超过单一计算机的计算能力；
(2)使得共享资源变得可行。现在，本文提出一个特殊的配置解决方案。如果你想用最低的开销把校园网重新构建成网格，那么重要的一点就是尽量使用现有的资源而不要再去增加一些不必要的开销。
重新配置解决方案如下：
4.1 将学校内部已经存在的硬件设备进行重新分割
在每一个部门的基础上建立独立的计算机群
实际上一个计算机群就是一个虚拟的超级计算机。将相同结构和不同结构的本地计算机组合到一起，根据系统管理员指定的工作序列来调整和自动挡管理。科学研究人员只需要将他们的工作交给计算机群组，然后这个群组可以根据用户的需求来自动的执行和返回所需的结果。这样就真正实现了提交界面。这个组群主要负责俩个工作：作业管理和系统管理。作业管理包括：提交界面，管理界面和并行的工作管理；系统管理包括：系统监控，资源分派策略，作业优先级管理和SLA管理。
4.2 以计算机群为基础构建校园网络
这一个部分有一点复杂。它包括构造网格的中间件、管理和可共享的分布式资源的重建和整合。网格系统是处于分布式资源和用户之间的。网格是资源和用户之间的桥梁。它的主要作用是将用户和资源关联起来，使得用户可以透明的使用资源。同时它支持全方位的资源共享。网格也能通过网络提供计算资源的整合和服务。校园网格系统结构如图2所示：
在这个结构中，有许多方面都可以降低成本，例如：重用已经存在的资源而不用去改变网络的物理结构。使用Globus Toolkit这样的开源代码的软件。我们尽可能的降低重构校园网的成本。
5 结束语
这篇论文根据本人学校的真实实例提出了如何尽可能少开销的将校园网过渡到校园网格。在这个方案里我们没有讨论网格安全方面和具体的代码指令。在未来的工作中，我们将要在这个方面下功夫。我们还要去发现这个系统的瓶颈并且改善它。
由于一些非技术上的原因这个系统现在还没有完成。在接下来的工作中我们将集中力量构造这个系统，详细的记录和分析试验的结果。
参考文献：
[1] 郁志辉,陈渝,刘鹏编.网格计算[M].北京:清华大学出版社,2002,10.
[2] 开放网格服务架构之旅[EB/OL].http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/grid/gr-vi2sual/index.shtml#2,2003.
[3] Globus Toolkit [ EB/ OL ] . http :/ / www - unix. globus. org/ toolkit,2003.
[4] "Campus Grid Solution".http://h50237.www5.hp.com/event/UploadFiles/856b6dbc-f4da-41cd-9300-70ea0e3840f4/Platform_solution_hp.pd f.
[5] Lee Liming,"A Globus Primer: What is the Grid and How Do I Use It?", U. of Chicago and Argonne National Laboratory.