网格应用研究现状

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1、网格应用研究现状清华大学计算机系高性能所网格研究组刘鹏pengliu@ieee.orghttp://www.gridhome.com按照IanFoster和Globus项目组的观点，网格应用领域目前主要有四类：分布式超级计算、分布式仪器系统、数据密集型计算和远程沉浸。下面主要介绍这些应用领域中有代表性的项目，另外，也介绍网格信息集成应用。1分布式超级计算分布式超级计算(DistributedSupercomputing)是指将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来，并用网格中间件软件“粘合”起来，形成比单台超级计算机强大得多的计算平台。事实上，网格的最初设计目标主要就

2、是要满足更大规模的计算需求，Globus正是从这类应用起家的。本节主要介绍两个典型的分布式超级计算应用：第一个是军事仿真项目SFExpress，它将大型军事仿真任务分解到分布式环境中运行，从而在规模上创下了该领域的世界纪录；第二个应用称作数字相对论，它利用网格求解爱因斯坦相对论方程并模拟出天体的运动规律。这个应用很有代表性，在2001年超级计算会议(Supercomputing2001)上获得了GordonBell奖。1.1军事仿真SFExpress全称为综合军力表示(SyntheticForcesExpress)，始于1996年，是由美国国防部下属的国防先进研究计划处DA

3、RPA(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)资助、由加利福尼亚理工学院负责完成的，其目标是进行规模尽可能大的作战模拟。DARPA一直对大规模的军事模拟感兴趣，因为它对于军事指挥、训练、演习和试验都有先验指导意义。1996年11月，SFExpress使用拥有1024个处理器的IntelParagon并行机，模拟了10,000个战斗单位。1997年，SFExpress扩展到横跨7个时区的6台超级计算机，共使用了1,094个处理器，模拟了50,000年战斗单位。这时，SFExpress已经初步具备网格特征，但它采用手工配置的方法管理资源，无

4、法适应网格的变化，不能动态容错，在演示过程中就暴露出许多问题。之后，SFExpress加强了与Globus的融合。在场景分发、资源配置、资源管理、信息服务、日志服务、监视和容错等方面都利用了Globus的动态管理功能。1998年3月16日，SFExpress集合13台并行计算机之力，使用了1,386个处理器，终于成功模拟了100,298个战斗实体，实现了历史上最大规模的战争模拟。此时的SFExpress已经能够适应网格的动态变化，能够自动选择资源，自动提交可执行代码和运行数据，自动调整运行状态，自动屏蔽网格中的出错情况。从SFExpress走过的历程看，由单台并行计算机转向

5、网格环境，将能够解决的问题规模扩大了一个数量级。而它与Globus的融合程度，决定了它对网格环境的适应能力。这对后来的大规模网格应用无疑是有借鉴意义的。1.2数字相对论数字相对论的应用是基于Cactus（仙人掌）平台的。为什么不是直接基于Globus的呢？因为Globus是网格基础设施，其作用相当于网格操作系统，担负管理网格资源的重任，但它离具体应用还比较远。直接基于Globus编写应用程序，就像直接使用底层API编写Windows程序一样麻烦。Cactus则弥补了这个缺陷，成为连接Globus和应用程序的桥梁。有了Cactus的支持，编写应用程序就不再需要考虑与网格相关的

6、问题，甚至以前在单台并行机上编写的应用程序可以直接拿来使用，而且有许多针对特定问题的现成解决方案可以直接调用。Cactus项目是在德国MaxPlanck引力物理研究所（即阿尔伯特．爱因斯坦研究所）的带领下，由德国和美国多个研究机构共同完成的。它经过多年积累，虽系统庞大但应用界面简单，因而受到普遍关注。对黑洞的模拟是Cactus项目的得意之作。这一个典型的网格问题：一方面，它需要很大的计算能力。例如，要模拟一大一小两个黑洞的碰撞，其计算量不是单台超级计算机所能完成的。为此，必须借助网格，把计算任务分解到多台超级计算机上；另一方面，模拟黑洞是一个系统工程，需要天文学家、物理学家

7、、数学家和计算机专家的共同参与，而网格平台能够使分布在各地的、不同专业背景的研究人员进行紧密协作。黑洞模拟项目在Supercomputing2001国际会议上作了现场演示。该系统一共使用了四台并行计算机，三台位于美国伊利诺斯州Champaign-Urbana的国家超级计算应用中心，分别是128、128和256个CPU的SGIOrigin2000机，另一台是具有1024个CPU的IBMPower-SP机，位于加州的圣地亚哥超级计算中心。两地之间使用OC-12专线连接。该项目采用了许多措施来优化整体性能。实验结果表明，