《電子技術(shù)應(yīng)用》
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P2P和Grid從構(gòu)建到應(yīng)用全歷程對(duì)比

2008-05-06
作者:葉從歡

  摘 要: 網(wǎng)格和P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均是當(dāng)今高性能分布式計(jì)算領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從體系結(jié)構(gòu),、資源管理" title="資源管理">資源管理、安全和應(yīng)用等方面對(duì)這兩種新興技術(shù)進(jìn)行了全方位的比較,,發(fā)現(xiàn)了由于P2P和Grid的側(cè)重點(diǎn)不同,P2P和Grid從構(gòu)建到投入應(yīng)用都有不同程度的互補(bǔ)性,。這使得糅合P2P與Grid可以構(gòu)建一個(gè)兼具P2P和Grid特性的新型P2P-Grid系統(tǒng)。
  關(guān)鍵詞: 對(duì)等計(jì)算 網(wǎng)格計(jì)算 P2P-Grid


  P2P和Grid都引起了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注,,二者都是高性能計(jì)算領(lǐng)域里的新興技術(shù),。它們的主要目標(biāo)都是充分利用遍布全球的互聯(lián)網(wǎng)上的個(gè)人閑置資源,完成單臺(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法高效完成的任務(wù),。P2P系統(tǒng)主要由一些地位相等的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,,節(jié)點(diǎn)之間可以直接通信,無(wú)需經(jīng)過(guò)第三個(gè)節(jié)點(diǎn)。近年來(lái)對(duì)于P2P技術(shù)中各方面存在的缺陷做了相應(yīng)的改善,,例如,,推出了超級(jí)節(jié)點(diǎn)的混合式P2P模式,從而使其效率大為改善,。與網(wǎng)格一樣,,P2P技術(shù)的目標(biāo)也是對(duì)網(wǎng)上所有的資源:計(jì)算資源,存儲(chǔ)資源,,信息資源,,數(shù)據(jù)資源,網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)全方位共享,,相對(duì)于網(wǎng)格技術(shù)" title="網(wǎng)格技術(shù)">網(wǎng)格技術(shù)最初只是面向?qū)iT(mén)的高性能計(jì)算領(lǐng)域中的專(zhuān)業(yè)人員而言,,P2P技術(shù)更加側(cè)重于為普通的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)構(gòu)建一個(gè)使用網(wǎng)絡(luò)資源的友好環(huán)境,從而對(duì)網(wǎng)上個(gè)人閑置資源實(shí)現(xiàn)有效利用,,并向用戶(hù)提供各種計(jì)算服務(wù),。
  網(wǎng)格可為各行各業(yè)提供海量信息處理,為高科技領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新提供高性能計(jì)算服務(wù),,還能夠?yàn)榻徊鎸W(xué)科的研究提供一種實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái),,使得全球性的跨學(xué)科的大規(guī)模科研合作,,跨越時(shí)間,、空間、物理障礙,,實(shí)現(xiàn)資源共享與協(xié)同工作,,并在全國(guó),甚至全世界范圍內(nèi)共享研究成果,。從這一目標(biāo)來(lái)看,,網(wǎng)格技術(shù)更加傾向于將一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的大型超級(jí)計(jì)算機(jī)整合為一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算平臺(tái),完成大規(guī)模的科學(xué)計(jì)算,、大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析等密集型的任務(wù),。相對(duì)于P2P而言,其基本模型仍舊是以一種客戶(hù)/服務(wù)器的模式來(lái)操控整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的資源,,從而對(duì)它們實(shí)現(xiàn)高效利用,。
  網(wǎng)格技術(shù)的開(kāi)發(fā)與部署是在需要訪(fǎng)問(wèn)遠(yuǎn)程資源(如聯(lián)合數(shù)據(jù)集)時(shí),為了進(jìn)行大規(guī)模模擬和數(shù)據(jù)分析而需要大量計(jì)算機(jī)協(xié)同工作的背景下產(chǎn)生的,,P2P技術(shù)則主要連接許多PC機(jī),,并經(jīng)過(guò)公眾的使用而流行起來(lái)。
  網(wǎng)格和P2P的互補(bǔ)性,,使得在某些層面上可以相互借鑒,。例如,,許多研究人員把P2P的思想用到網(wǎng)格技術(shù)中或者把兩者結(jié)合起來(lái)應(yīng)用:參考文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了UPDF (Unified Peer-to-Peer Database Framework)用以查詢(xún)Grid環(huán)境下的資源;參考文獻(xiàn)[6]中用P2P方法定位Grid環(huán)境下的資源,;參考文獻(xiàn)[7]中的NaradaBrokering正是為研究Peer-to-Peer Grids結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的,,該P(yáng)eer-to-Peer Grids集成了計(jì)算網(wǎng)格、分布式對(duì)象,、Web Services和P2P網(wǎng)絡(luò)等一些思想,。任何一個(gè)系統(tǒng)效率的高低跟其中資源的利用效率是密不可分的,而資源的利用效率取決于如何快速地發(fā)現(xiàn)能夠分配給作業(yè)的資源集,。眾所周知,,資源發(fā)現(xiàn)策略歸根揭底取決于系統(tǒng)中資源的組織模式。由于互聯(lián)網(wǎng)上的資源屬性紛繁復(fù)雜,,如果不能針對(duì)性地對(duì)這些資源加以合理的組織,,要真正查找到最優(yōu)或近似最優(yōu)的資源集分派給作業(yè)將是非常困難的。為了解決這個(gè)難題,,目前已開(kāi)始出現(xiàn)結(jié)合P2P和Grid構(gòu)建具有P2P和Grid特征的新型網(wǎng)絡(luò)模型,。
1 P2P與Grid的體系結(jié)構(gòu)
  體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框架,就如同人的骨架,。在P2P與Grid系統(tǒng)中,,體系結(jié)構(gòu)是對(duì)P2P與Grid系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行布局規(guī)劃,并在該規(guī)劃的基礎(chǔ)之上決定如何構(gòu)建P2P與Grid的體系結(jié)構(gòu),,將決定著整個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo),。P2P與Grid都是在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上,建立一種能夠滿(mǎn)足人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)上各種資源的共享需求的高性能分布式計(jì)算平臺(tái),。由于P2P與網(wǎng)格系統(tǒng)" title="網(wǎng)格系統(tǒng)">網(wǎng)格系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源共享的側(cè)重點(diǎn)不一致,,所以P2P與Grid的體系結(jié)構(gòu)有許多區(qū)別。最顯著的區(qū)別,,就是P2P的純分布式P2P結(jié)構(gòu),、集中式" title="集中式">集中式P2P結(jié)構(gòu)和混合式P2P結(jié)構(gòu),相對(duì)于網(wǎng)格系統(tǒng)的比較流行的五層沙漏結(jié)構(gòu)和開(kāi)放服務(wù)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)而言,,實(shí)現(xiàn)P2P體系結(jié)構(gòu)的協(xié)議要簡(jiǎn)單得多,。用戶(hù)如果要加入到P2P社區(qū),實(shí)現(xiàn)某個(gè)文件資源的共享,,只需要安裝一個(gè)相應(yīng)的下載軟件即可,,而Grid則不然。從對(duì)資源具體實(shí)施共享及協(xié)同工作的層面上來(lái)看,,P2P主要是采用全分布式的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),,而Grid則采用一種層次式的集中模式來(lái)聚集資源,使它們協(xié)同工作完成某個(gè)任務(wù)的計(jì)算,。關(guān)于P2P和Grid網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),,目前均沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),但是P2P與Grid又都有各自比較流行的幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。
1.1 P2P的體系結(jié)構(gòu)
  常見(jiàn)的P2P結(jié)構(gòu)包括:分布式P2P結(jié)構(gòu),、集中式P2P結(jié)構(gòu)和混合式P2P結(jié)構(gòu)[4]。分布式P2P結(jié)構(gòu)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有一臺(tái)服務(wù)器,,網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接其他一些節(jié)點(diǎn),。所有節(jié)點(diǎn)完全平等,既可以作為客戶(hù)機(jī)又可以作為服務(wù)器,,又與相鄰的節(jié)點(diǎn)有相同的能力,,具有自治功能。節(jié)點(diǎn)間可以直接通信,,通過(guò)鄰居進(jìn)行路由和資源訪(fǎng)問(wèn),,這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性和可擴(kuò)展性。集中式P2P結(jié)構(gòu)有一個(gè)或多個(gè)中心服務(wù)器,,負(fù)責(zé)記錄共享信息以及對(duì)這些信息的查詢(xún)進(jìn)行回答,。這樣的服務(wù)器必須能夠處理大量的用戶(hù)連接,擁有足夠的內(nèi)存和磁盤(pán)空間來(lái)維護(hù)和搜索文件列表。每一個(gè)對(duì)等實(shí)體要對(duì)它將要共享的信息以及進(jìn)行的通信負(fù)責(zé),,根據(jù)需要下載它所需要的其他對(duì)等實(shí)體上的信息,。混合式P2P結(jié)構(gòu)是分布式P2P結(jié)構(gòu)與集中式P2P結(jié)構(gòu)的一種結(jié)合模式,,可盡量減少系統(tǒng)中需要遠(yuǎn)距離交互的對(duì)等點(diǎn)數(shù)目,。做到檢索盡可能少的對(duì)等點(diǎn)就能夠滿(mǎn)足盡可能多的請(qǐng)求,以降低每一檢索過(guò)程在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的總負(fù)載量。這種模式中把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的對(duì)等點(diǎn)劃分為超級(jí)節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)兩級(jí)雙層P2P結(jié)構(gòu),,如圖1所示,。


  從P2P的三種主流的體系結(jié)構(gòu)可知,P2P的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在具體構(gòu)建時(shí)是以一種基于非傳統(tǒng)的客戶(hù)/服務(wù)器模式的全分布式的思維,,對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的在線(xiàn)資源進(jìn)行聚合,,在P2P系統(tǒng)中每個(gè)資源實(shí)現(xiàn)的功能可能完全不同。這種體系結(jié)構(gòu)在構(gòu)建P2P系統(tǒng)時(shí)的顯著優(yōu)勢(shì)就是可對(duì)P2P系統(tǒng)進(jìn)行靈活的擴(kuò)充,,如P2P系統(tǒng)中的資源可隨意地加入或退出P2P系統(tǒng),。這是一種完全以網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)為主的P2P系統(tǒng)的構(gòu)建方式,整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有可以依賴(lài)的中心服務(wù)器,,從而可以避免系統(tǒng)瓶頸的產(chǎn)生,,充分實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的均衡。此外,,由于P2P社區(qū)內(nèi)的用戶(hù)加入到P2P社區(qū)有很大的隨意性和自主性,,在使用P2P體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建P2P系統(tǒng)時(shí),并沒(méi)有對(duì)原來(lái)傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行大范圍內(nèi)的改造,。也就是說(shuō),,P2P網(wǎng)絡(luò)還保留了傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)拓?fù)涮匦?,?gòu)建一個(gè)P2P系統(tǒng)社區(qū)比較容易實(shí)現(xiàn),而Grid則不然,。
1.2 網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)
  網(wǎng)格作為一種龐大的信息基礎(chǔ)設(shè)施,,必須設(shè)計(jì)一個(gè)堅(jiān)實(shí)可靠的體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是支撐網(wǎng)格正常有效運(yùn)轉(zhuǎn)的基石,。因此必須加大力度,,首先要解決網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)所面臨的種種問(wèn)題,為構(gòu)建資源無(wú)縫共享的網(wǎng)格系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持,。
  當(dāng)前討論得最多的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)有五層沙漏結(jié)構(gòu)和開(kāi)放服務(wù)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)[3],。五層沙漏結(jié)構(gòu)是一種以協(xié)議為中心的體系結(jié)構(gòu)。按照沙漏模型的原理,,少量的核心協(xié)議形成了協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中的一個(gè)瓶頸,。在五層結(jié)構(gòu)中,資源層和連接層共同組成這一瓶頸部分,,促進(jìn)了單獨(dú)資源的共享[1],。五層沙漏結(jié)構(gòu)是一種分層結(jié)構(gòu),如圖2所示,。


  網(wǎng)格的OGSA是一種以服務(wù)為中心的結(jié)構(gòu),,一切都是服務(wù)。一個(gè)服務(wù)[2]就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)并提供某些能力的實(shí)體,,如計(jì)算資源,、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò),、程序,、數(shù)據(jù)庫(kù)及其他類(lèi)似的資源。服務(wù)遵循一套規(guī)范,,使用WSDL表示,。OGSA被稱(chēng)為下一代網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu),是在Globus基礎(chǔ)上,,結(jié)合最新的Web Service 技術(shù)提出來(lái)的,,現(xiàn)已成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。OGSA包括兩大關(guān)鍵技術(shù),,即網(wǎng)格技術(shù)和Web Service技術(shù),。基于網(wǎng)格環(huán)境,,OGSA 在原來(lái)Web Service服務(wù)概念的基礎(chǔ)上,,提出了“網(wǎng)格服務(wù)(Grid Service)”的概念,用于解決服務(wù)發(fā)現(xiàn),、服務(wù)創(chuàng)建和服務(wù)生命周期管理等一些臨時(shí)服務(wù)的問(wèn)題,。
  不論是五層沙漏結(jié)構(gòu)還是OGSA,,在構(gòu)建網(wǎng)格系統(tǒng)并對(duì)Grid進(jìn)行拓?fù)湟?guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),在整體上都是以分布式模式為主,,然而在具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上都沒(méi)有脫離集中式的思維,,其中一個(gè)顯著的特征就是,,網(wǎng)格系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用層次式的集中模式來(lái)組織模型,,這樣可高效地對(duì)網(wǎng)格資源實(shí)現(xiàn)控制,為快速發(fā)現(xiàn)資源提供保障,,因此是一種充分考慮到QoS的方式,。但是一旦系統(tǒng)規(guī)模過(guò)大,這種層次式的集中模式會(huì)因?yàn)槠款i的緣故而成為Grid的弊端,。
2 P2P與Grid的資源組織" title="資源組織">資源組織與管理
  若將P2P與Grid的體系結(jié)構(gòu)比作人的骨架,,則它們的資源組織與管理就如同人的肌肉。與其他分布式計(jì)算一樣,,資源管理提供了管理的功能和概念,,是利用P2P與Grid對(duì)資源實(shí)現(xiàn)高效利用這一功能的最核心模塊之一。P2P與Grid的主要目標(biāo)都是要把互聯(lián)網(wǎng)中的閑置資源(計(jì)算資源,、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源)整合起來(lái),,使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)成為一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算平臺(tái)。P2P和Grid系統(tǒng)最主要的特征就是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境,,資源會(huì)頻繁地加入和退出,,這種動(dòng)態(tài)特性使得其對(duì)資源的高效利用很難實(shí)現(xiàn)。因此,,需要對(duì)資源進(jìn)行組織并對(duì)其實(shí)施合理管理,。
2.1 P2P的資源組織與管理
  通過(guò)聚集位于互聯(lián)網(wǎng)邊緣的數(shù)量龐大的普通計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源,,實(shí)現(xiàn)這些資源之間的相互共享,,而且不必管理以集中方式構(gòu)建的虛擬的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),就可以為互聯(lián)網(wǎng)邊緣的普通的計(jì)算機(jī)用戶(hù)提供有價(jià)值的服務(wù),。這樣可以減少對(duì)核心服務(wù)器資源的長(zhǎng)時(shí)間的占用,,可以減少整個(gè)P2P系統(tǒng)的瓶頸的產(chǎn)生,有效地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載均衡,。P2P現(xiàn)階段的主要優(yōu)勢(shì)在于充分利用互聯(lián)網(wǎng)邊緣的一些廉價(jià)的資源以實(shí)現(xiàn)文件的共享(如Napster和Gnutella的音樂(lè)和視頻文件在P2P社區(qū)內(nèi)的共享),,這樣就從很大程度上強(qiáng)調(diào)了普通用戶(hù)的自主性。
  與網(wǎng)格資源組織方式不同,,P2P并不急切地需要功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)加入到P2P社區(qū)來(lái)從事大型科學(xué)計(jì)算,。相反,P2P目前所聚集的計(jì)算機(jī)通常為位于互聯(lián)網(wǎng)邊緣的極普通的個(gè)人電腦,。P2P利用聚集數(shù)量很多的微小計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的資源共享,,也就是說(shuō),,P2P相對(duì)于Grid而言是從數(shù)量上取勝,而Grid則強(qiáng)調(diào)其社區(qū)內(nèi)的計(jì)算機(jī)的質(zhì)量,。網(wǎng)格強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)健壯性,,不允許其失敗,;而P2P由于所整合的計(jì)算機(jī)的性能低且大部分位于互聯(lián)網(wǎng)邊緣則恰好相反,。
  相對(duì)于Grid而言,P2P資源組織和管理方式不強(qiáng)調(diào)對(duì)資源的絕對(duì)控制,,所有資源采用自愿的方式自動(dòng)加入到P2P社區(qū),,提供自己的服務(wù),共享社區(qū)內(nèi)的其他成果,。目前的網(wǎng)格技術(shù)向一些中等規(guī)模的社區(qū)提供許多服務(wù),,并對(duì)能夠提供優(yōu)良QoS服務(wù)的重要資源強(qiáng)調(diào)集成,而P2P技術(shù)則處理許多參與者,,很少注重服務(wù)的QoS,。
  由于P2P是一個(gè)極具動(dòng)態(tài)特征的環(huán)境,所以P2P提供一種“在線(xiàn)”的方式來(lái)發(fā)現(xiàn)P2P社區(qū)內(nèi)的活動(dòng)資源,,“在線(xiàn)”管理是其提供的主要功能之一:每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地告訴系統(tǒng)“在線(xiàn)”,,同時(shí)發(fā)現(xiàn)其鄰居節(jié)點(diǎn)。這種動(dòng)態(tài)特征也要求P2P系統(tǒng)對(duì)資源以一種松耦合的方式進(jìn)行管理,,并實(shí)現(xiàn)資源之間的互操作,,即只有資源“在線(xiàn)”,系統(tǒng)才會(huì)有該資源的記錄,,也才會(huì)有其他資源與該資源進(jìn)行直接通信,,實(shí)現(xiàn)信息共享。一旦該資源“離線(xiàn)”,,原先與之交互的資源馬上會(huì)與其他資源進(jìn)行信息交互,。
  目前P2P中的資源發(fā)現(xiàn)方式有兩種:集中式與泛洪式,或者是兩種的結(jié)合,。集中式與Grid有些類(lèi)似,,但在該模式中,由于P2P的索引服務(wù)器只提供資源的索引,,當(dāng)在索引服務(wù)器中查找到了資源時(shí),,將其定位到網(wǎng)絡(luò)中的合適位置后,信息就可以在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間直接進(jìn)行傳輸,,這也是P2P系統(tǒng)中服務(wù)器與Grid系統(tǒng)中服務(wù)器工作模式的不同之處,;泛洪式則以一種全分布的模式在網(wǎng)絡(luò)中以某一節(jié)點(diǎn)為中心一直“向前”發(fā)送查找請(qǐng)求,直至其生命周期結(jié)束;而集中式與泛洪式相結(jié)合的P2P系統(tǒng),,資源的發(fā)現(xiàn)方式是這兩種方式的折中,。
2.2 Grid中資源組織與管理
  相對(duì)于P2P系統(tǒng)而言,網(wǎng)格系統(tǒng)常組織并整合一些高性能計(jì)算機(jī),,并利用聚合起來(lái)的計(jì)算能力從事密集型的科學(xué)計(jì)算,。因此,網(wǎng)格系統(tǒng)整合的資源比典型的P2P資源功能更加強(qiáng)大,,資源的類(lèi)型也更加多樣化,,同時(shí)還會(huì)以更寬的帶寬資源來(lái)連接那些資源(一般通過(guò)高性能網(wǎng)絡(luò)技術(shù))。
  網(wǎng)格環(huán)境下的資源組織與管理主要是基于集中式或?qū)哟问降哪P?,如在Globus Toolkit中,,用戶(hù)或應(yīng)用系統(tǒng)可能通過(guò)資源信息服務(wù)器查詢(xún)并直接獲得給定節(jié)點(diǎn)的信息。該信息系統(tǒng)是通過(guò)預(yù)先組織資源信息而建立起來(lái)的,,在處理動(dòng)態(tài)的大規(guī)模分布式環(huán)境下的資源時(shí),其效率和服務(wù)質(zhì)量會(huì)因?yàn)槠款i的緣故大大降低,。
  由于網(wǎng)格在邏輯上連接了屬于不同所有者或組織的多重資源,,因而選擇合適的資源管理體系結(jié)構(gòu)模型有助于提高網(wǎng)格系統(tǒng)的性能。由于資源屬性值紛繁復(fù)雜,,所以需要一種統(tǒng)一資源描述機(jī)制來(lái)對(duì)資源進(jìn)行惟一的命名并說(shuō)明該資源能夠提供的服務(wù),,以有利于資源共享以及資源和任務(wù)的正確匹配,從而避免任務(wù)隨便占用資源,,影響其他任務(wù)的資源分配,。目前網(wǎng)格中所使用的資源描述語(yǔ)言有資源規(guī)范語(yǔ)言RSL、基于XML的WSDL(萬(wàn)維網(wǎng)網(wǎng)服務(wù)描述語(yǔ)言),、資源描述框架RDF,、統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符URI以及基于屬性對(duì)的資源描述方式[1]
  Grid所組織的的資源紛繁復(fù)雜,、種類(lèi)多,、信息量大,分散在各個(gè)不同的地域和管理域中,,由不同的組織擁有和操作,,并且在使用策略和安全機(jī)制上各不相同,即不同站點(diǎn)可能會(huì)使用不同的局部資源管理系統(tǒng),。同時(shí),,很多應(yīng)用系統(tǒng)需要同時(shí)使用多個(gè)站點(diǎn)上的資源,站點(diǎn)自治和分配資源時(shí)可能出現(xiàn)的故障需要一種特殊機(jī)制來(lái)同時(shí)分配位于多個(gè)站點(diǎn)上的資源,。在這種環(huán)境下,,如何有效地以一種緊耦合的方式管理網(wǎng)格中的各種資源并對(duì)資源實(shí)現(xiàn)無(wú)縫訪(fǎng)問(wèn),相對(duì)P2P系統(tǒng)的管理方式而言是一項(xiàng)十分繁雜的工作。
  要實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算和共享異構(gòu)網(wǎng)格資源,,必須提供統(tǒng)一的資源管理機(jī)制,。該機(jī)制負(fù)責(zé)用戶(hù)與網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的交互,提供與網(wǎng)格計(jì)算系統(tǒng)的統(tǒng)一出入口,。圖3為一種通用的網(wǎng)格資源管理結(jié)構(gòu)[2],,其中的基本資源管理操作(請(qǐng)求、提交和綁定)可應(yīng)用于任何資源類(lèi)型,。


  圖3中,,通過(guò)執(zhí)行符合應(yīng)用需求的調(diào)度,執(zhí)行提交操作以便任務(wù)等待資源綁定,;發(fā)現(xiàn)可用資源,,并通過(guò)獲取操作獲得資源能力;最后通過(guò)綁定操作,,將所獲取的資源與相關(guān)的提交任務(wù)相綁定,,資源得到了使用。
  資源管理行為是自下而上流動(dòng)的,,圖頂端代表資源管理的最終目標(biāo),,表示請(qǐng)求者執(zhí)行任務(wù)的資源。流向圖頂端的兩條路徑,,左邊路徑從任務(wù)(資源消費(fèi)者)的角度表達(dá)了資源管理過(guò)程,,右邊路徑表達(dá)由資源提供者提供的資源能力。
  目前網(wǎng)格資源管理系統(tǒng)模型按照體系結(jié)構(gòu)主要分為三類(lèi)[5]:層次模型,、抽象所有者模型和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)模型,。這三類(lèi)模型分別體現(xiàn)了三種不同的技術(shù)思想,從不同程度上適應(yīng)網(wǎng)格環(huán)境下的資源特性,,實(shí)際的網(wǎng)格資源管理系統(tǒng)往往是這三類(lèi)模型的不同程度的混合,。
  資源發(fā)現(xiàn)根據(jù)其資源組織形式通常以集中模式或?qū)哟文J降姆绞絹?lái)發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)可用資源。由于網(wǎng)格資源的注冊(cè)是一種靜態(tài)的模式,,所以網(wǎng)格資源管理服務(wù)器所發(fā)現(xiàn)的資源有可能不能使用,,需要通過(guò)資源監(jiān)控器來(lái)掌握即時(shí)的資源狀態(tài)信息。所以,,相對(duì)P2P系統(tǒng)中的“在線(xiàn)”發(fā)現(xiàn)方式,,網(wǎng)格資源管理服務(wù)器還不能管理動(dòng)態(tài)的、全局范圍內(nèi)的資源的實(shí)時(shí)信息,。
3 P2P與Grid的安全機(jī)制
  P2P與Grid的安全機(jī)制就好比人的免疫力,,要求能夠抵御各種有害的威脅。在Grid中所面臨的有惟一驗(yàn)證,、授權(quán)等安全問(wèn)題,,包括訪(fǎng)問(wèn)控制,、保護(hù)資源不被非法占用、通信安全,、提供認(rèn)證,、數(shù)據(jù)保密性與完整性和各通信端的不可否認(rèn)性服務(wù)。
  安全是網(wǎng)格的核心技術(shù)之一,,參與網(wǎng)格社區(qū)的用戶(hù)需要進(jìn)行安全認(rèn)證及身份相互鑒別,,通信時(shí)需要實(shí)現(xiàn)信息的加密、私鑰對(duì)信息的保護(hù),、安全委托與單點(diǎn)登錄等機(jī)制來(lái)鞏固網(wǎng)格自身的免疫力[3],。
  P2P系統(tǒng)起源于“匿名形式”的資源共享,用戶(hù)可以匿名共享一些資源或在互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)P2P技術(shù)搜索一些P2P資源,,并直接下載,,整個(gè)過(guò)程不需要任何的身份驗(yàn)證。
  網(wǎng)格動(dòng)態(tài)性的本質(zhì)需要容錯(cuò)機(jī)制,,在執(zhí)行高度分布的程序時(shí),,需要一種可靠性和容錯(cuò)機(jī)制保證程序的正確運(yùn)行,P2P系統(tǒng)的廣泛分布性可能會(huì)避免一些關(guān)鍵性的失敗,。
4 P2P與Grid的應(yīng)用
  P2P與Grid的應(yīng)用各有所長(zhǎng),,并在各自適合的領(lǐng)域發(fā)揮自己的最大潛力。網(wǎng)格應(yīng)用范圍非常廣泛,,而P2P系統(tǒng)則傾向于支持解決專(zhuān)門(mén)的資源共享問(wèn)題。它們的應(yīng)用有一個(gè)顯著的區(qū)別,,就是前者在處理數(shù)據(jù)密集性的計(jì)算方面能夠提供很好的服務(wù)質(zhì)量,,而由于分布性以及整合計(jì)算機(jī)的性能特點(diǎn),P2P系統(tǒng)處理這方面的問(wèn)題則需要消耗很多時(shí)間,。網(wǎng)格社區(qū)的建立意味著需要一定數(shù)量的參與者,,但由于訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)格資源的嚴(yán)格授權(quán)機(jī)制,某個(gè)時(shí)間段的參與者可能比較少,,而P2P沒(méi)有這方面的限制,,允許有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的用戶(hù)同時(shí)參與到比網(wǎng)格社區(qū)更大的P2P社區(qū)。P2P側(cè)重于文件共享,,比較受歡迎的應(yīng)用產(chǎn)品有FreeNet,、Gnutella、Tapestry,、Pastry,、Bittorrent、eDonkey,、eMule,、Groove、Chord、CAN等,。而網(wǎng)格側(cè)重于大規(guī)模計(jì)算,,如生物基因、天文,、高能物理,、戰(zhàn)場(chǎng)仿真、核模擬,、數(shù)字地球,、大規(guī)模的信息和決策支持系統(tǒng)等領(lǐng)域,非常龐大數(shù)據(jù)量需要處理,,數(shù)據(jù)網(wǎng)格就是面向這些數(shù)據(jù)密集性計(jì)算的網(wǎng)格應(yīng)用,。美國(guó)費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合全球科學(xué)家一起正全力打造“國(guó)際數(shù)據(jù)網(wǎng)格”系統(tǒng)。各領(lǐng)域的各種研究資料零碎地分散于各處,,難以共享,。若將此類(lèi)資料通過(guò)網(wǎng)格共用,就可以發(fā)揮最大的綜合效果,。美國(guó)軍方就是在此基礎(chǔ)上規(guī)劃實(shí)施一巨型網(wǎng)格計(jì)劃,,名為“全球信息網(wǎng)格”(Global Information Grid)。知識(shí)網(wǎng)格使用通信,、授權(quán),、信息和資源管理等基本網(wǎng)格服務(wù)建立非常明確的PDKD(Parallel and Distributed Knowledge Discovery)工具和服務(wù)。上海將啟動(dòng)“城市網(wǎng)格”建設(shè),,以消除目前存在的信息分散,、標(biāo)準(zhǔn)不一、系統(tǒng)異構(gòu)等現(xiàn)象,,整合上海市的信息資源,,形成跨部門(mén)的信息共享和利用機(jī)制。
  通過(guò)分析P2P和Grid體系結(jié)構(gòu),、資源組織與管理,、安全和應(yīng)用等方面的異同點(diǎn)發(fā)現(xiàn),P2P與Grid在各個(gè)模塊都有不同程度的互補(bǔ)性,,如在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí),,P2P實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,而構(gòu)建Grid平臺(tái)就比較復(fù)雜,;P2P搜索資源強(qiáng)調(diào)健壯性,,Grid強(qiáng)調(diào)搜索的高效性,P2P為了方便普通用戶(hù)的匿名訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制及資源的高度冗余性使其安全措施沒(méi)有Grid嚴(yán)密,,P2P的應(yīng)用面向互聯(lián)網(wǎng)邊緣的普通用戶(hù),,而Grid則側(cè)重于解決復(fù)雜的問(wèn)題,,為某個(gè)研究領(lǐng)域提供一個(gè)的取之不盡的計(jì)算能力。網(wǎng)格和P2P從構(gòu)建到應(yīng)用的整個(gè)流程中具有互補(bǔ)性,,使得可對(duì)它們的實(shí)現(xiàn)方式取長(zhǎng)補(bǔ)短,,把P2P和Grid融合成為一個(gè)既具有P2P特點(diǎn),能夠滿(mǎn)足最普通計(jì)算機(jī)用戶(hù)需求,,又具有Grid特點(diǎn),,能滿(mǎn)足各個(gè)行業(yè)的科研工作人員需求的P2P-Grid系統(tǒng)。這樣便可共用目前的互聯(lián)網(wǎng)的一些基礎(chǔ)設(shè)施,,真正達(dá)到資源的高效合理利用,。
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