隨著更多的計算機技術(shù)滲透到因特網(wǎng)，網(wǎng)格繼Internet和Web之后在20世紀90年代末又成為研究熱點。
　　網(wǎng)格是構(gòu)筑在因特網(wǎng)上的一組新興技術(shù)，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算" title="高性能計算">高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設(shè)備等融為一體，為科技人員和普通百姓提供了更多的資源、功能和交互性。網(wǎng)格是從電力網(wǎng)的概念借鑒過來的，其最終目的是希望用戶在使用網(wǎng)格時就像使用電力那樣，方便地使用分布在網(wǎng)絡(luò)上強大而豐富的各種資源，如計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、軟件資源、通信資源、知識資源和專家資源等。網(wǎng)格具有高性能、一體化、資源共享、協(xié)同工作、知識生產(chǎn)等特點，是目前關(guān)系科研、經(jīng)濟、社會、國防的重要國家基礎(chǔ)設(shè)施，在國內(nèi)外己引起廣泛的關(guān)注。隨著網(wǎng)格體系和技術(shù)標(biāo)準的日趨成熟和完善，網(wǎng)格將會在更廣泛的領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用^[1]。
　　在美國，網(wǎng)格研究人員著重于計算網(wǎng)格和數(shù)據(jù)網(wǎng)格，即TeraGrid和GIG(全球信息網(wǎng)格)。在歐洲則著重于網(wǎng)格應(yīng)用，其網(wǎng)格工程包括數(shù)據(jù)網(wǎng)格、e-learning和e-culture^[4]。而在其他國家，如日本、新加坡、印度則側(cè)重于構(gòu)建網(wǎng)格程序。
　　中國也很重視網(wǎng)格研究，目前已有一些重點項目得到政府的支持，如863工程支持的國家網(wǎng)格，教育部支持的中國網(wǎng)格工程，上海市政支持的上海網(wǎng)格等^[5]。
1 網(wǎng)格技術(shù)
1.1 網(wǎng)格技術(shù)的概念及其特點
　　網(wǎng)格通過高速共享網(wǎng)絡(luò)連接地理上廣泛分布的異構(gòu)資源(包括超級計算系統(tǒng)、存儲器、數(shù)據(jù)庫、軟件、科學(xué)儀器和分布式文件系統(tǒng)等)，并在同一時間利用這些資源來協(xié)同解決那些通常需要許多CPU或存儲器處理和訪問的單個問題。在形成網(wǎng)格狀的高性能計算網(wǎng)中，各個資源就是網(wǎng)格的節(jié)點^[2]。
　　網(wǎng)格的特點是可以根據(jù)問題對資源的需求，動態(tài)地組織網(wǎng)絡(luò)上的資源，實現(xiàn)計算資源共享。這種資源的共享不僅僅是文件的交換共享，還可以是直接對計算機硬件資源、軟件資源、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)資源等直接訪問，并且這種共享是動態(tài)的且高度可控的，資源的提供者和消費者、共享內(nèi)容、共享發(fā)生的條件都是嚴格定義的。所有遵守這些共享規(guī)則的企業(yè)可以構(gòu)成一個虛擬組織，從而實現(xiàn)虛擬組織內(nèi)部的資源共享。
1.2 網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)
　　網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建是關(guān)于如何建造網(wǎng)格的技術(shù)，包括對網(wǎng)格基本組成部分和各部分功能的定義和描述，對網(wǎng)格各部分相互關(guān)系與集成方法的規(guī)定，以及對網(wǎng)格有效運行機制的刻畫。顯然，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格最核心的部分。只有建立合理的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)，才能夠設(shè)計和建造出好的網(wǎng)格，才能使網(wǎng)格有效地發(fā)揮作用。
　　迄今為止，比較重要且有影響的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是五層沙漏結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是基于美國國家實驗室的網(wǎng)格研發(fā)項目Globus提出來的，是一種以協(xié)議為中心的“協(xié)議結(jié)構(gòu)”^[3]。該結(jié)構(gòu)強調(diào)協(xié)議在網(wǎng)格的資源共享和互操作中的地位，通過協(xié)議實現(xiàn)一種機制，使虛擬組織的用戶與資源之間可以協(xié)商資源的使用，建立共享關(guān)系，并且還可以進一步地管理和開發(fā)新的共享關(guān)系。這一標(biāo)準化的開放結(jié)構(gòu)對網(wǎng)格的擴展性、互操作性、一致性以及代碼共享都很有好處。圖1所示為五層沙漏結(jié)構(gòu)的形狀圖。

　　這五層結(jié)構(gòu)由下而上分別是構(gòu)造層、連接層、資源層、匯聚層和應(yīng)用層，各層涵義如下：
　　(1)構(gòu)造層(Fabric)是物理實體或邏輯實體，實現(xiàn)局部資源的控制，并向上提供共享訪問資源，如高性能計算資源、大型數(shù)據(jù)庫存儲資源、高速網(wǎng)絡(luò)資源、傳感器和遠程設(shè)備等。本層提供的功能為更上層的使用提供了基礎(chǔ)，所提供的功能越豐富，更上層就越能構(gòu)造更復(fù)雜的應(yīng)用。
　　(2)連接層(Connectivity)定義網(wǎng)格中網(wǎng)絡(luò)事務(wù)的核心通信協(xié)議和安全協(xié)議。通信協(xié)議包括傳輸、路由、命名等；安全協(xié)議提供通信服務(wù)上的安全加密機制，用于識別用戶和資源，安全協(xié)議為建立用戶和資源之間的信任關(guān)系提供了技術(shù)支持。構(gòu)造層中提交的各種資源間的數(shù)據(jù)交換都在這一層的控制下實現(xiàn)，各資源間的認證、安全控制也在這里實現(xiàn)。
　　(3)資源層(Resource)在一個單獨的資源上定義提供共享操作的協(xié)議，該協(xié)議實現(xiàn)調(diào)用構(gòu)造層的功能以訪問和控制本地資源。它包含信息協(xié)議和管理協(xié)議兩個協(xié)議族。在資源層只關(guān)心單個的資源，不關(guān)心全局的狀態(tài)和跨域的交互行為。
　　(4)匯聚層(Collective)將資源層提交的受控資源匯聚在一起，供虛擬組織的應(yīng)用程序共享和調(diào)用。匯聚層不關(guān)心單個資源的管理，關(guān)心的是全局的狀態(tài)和跨域的交互行為。因此，該層提供的協(xié)議服務(wù)是很廣泛的，開發(fā)者可以根據(jù)自己的需要，在使用下層提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上進行再開發(fā)。匯聚層也提出了一些通用的協(xié)議和服務(wù)，如目錄服務(wù)、協(xié)同分配調(diào)度、經(jīng)紀人服務(wù)、數(shù)據(jù)復(fù)制服務(wù)、軟件發(fā)現(xiàn)服務(wù)、團體授權(quán)服務(wù)、團體記賬和支付服務(wù)等。
　　(5)應(yīng)用層(Application)是用戶利用下層提供的API 或SDK實現(xiàn)一些特定功能。
2 行業(yè)資源共享系統(tǒng)的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
　　當(dāng)今的經(jīng)濟發(fā)展趨于國際化，我國各行各業(yè)的企業(yè)所面臨的競爭壓力越來越大，而且這些競爭壓力主要由各個企業(yè)單獨承擔(dān)，而有些發(fā)達國家卻出現(xiàn)了企業(yè)聯(lián)合競標(biāo)、設(shè)計與制造的趨勢。以一個企業(yè)的能力來與一個行業(yè)的企業(yè)進行競爭，必定處于弱勢。為了在激烈的國際市場競爭中立于不敗之地，需要充分利用行業(yè)內(nèi)的資源，組建行業(yè)性的企業(yè)聯(lián)盟，以提高國際競爭力。這需要一個支持行業(yè)性的開放資源服務(wù)的平臺。 而網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展正好為行業(yè)資源共享提供一個很好的集成化的平臺環(huán)境。
2.1 行業(yè)資源共享系統(tǒng)的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)
　　行業(yè)資源共享系統(tǒng)的網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。此系統(tǒng)從下而上分別是網(wǎng)格資源域、網(wǎng)格中間件、開發(fā)規(guī)范和管理控制平臺和應(yīng)用層。

　　(1)網(wǎng)格資源域包括地理上分布的可以通過 Internet訪問到的所有分布式異構(gòu)資源，其中有運行不同操作系統(tǒng)的計算機、工作站、存儲設(shè)備、各種數(shù)據(jù)庫、儀器設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)" title="應(yīng)用系統(tǒng)">應(yīng)用系統(tǒng)等。它構(gòu)成整個網(wǎng)格系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。
　　(2)網(wǎng)格中間件能真正實現(xiàn)物理上連接、邏輯上孤立的網(wǎng)格資源的有效共享，屏蔽下層結(jié)構(gòu)的分布性和異構(gòu)性，向上層提供統(tǒng)一、透明的使用接口。網(wǎng)格中間件從下到上由資源網(wǎng)格、信息資源網(wǎng)格、服務(wù)網(wǎng)格組成。
　　①資源網(wǎng)格是行業(yè)資源共享系統(tǒng)基礎(chǔ)組成部分，負責(zé)本節(jié)點域的創(chuàng)建和屬性的收集，動態(tài)監(jiān)測和調(diào)度本地資源，及時地將本地網(wǎng)格資源的信息傳送給上層的信息服務(wù)" title="信息服務(wù)">信息服務(wù)模塊。此外，它還負責(zé)接收由網(wǎng)格請求代理提交的任務(wù)并負責(zé)運行相應(yīng)的資源，為行業(yè)資源應(yīng)用提供基本框架。相當(dāng)于網(wǎng)格的構(gòu)造層和連接層。
　?、谛畔①Y源網(wǎng)格基于資源網(wǎng)格創(chuàng)建，是行業(yè)資源共享系統(tǒng)的重要組成部分。為了能為整個行業(yè)聯(lián)盟中的企業(yè)提供有用的信息服務(wù)，就需要對資源網(wǎng)格提供的數(shù)據(jù)信息加以分析整理，并且通過信息網(wǎng)格，將企業(yè)所需的信息提供給服務(wù)網(wǎng)格。主要功能有信息服務(wù)、貿(mào)易服務(wù)等。信息服務(wù)動態(tài)收集各個資源節(jié)點的信息，并進行分析整理；貿(mào)易服務(wù)提供網(wǎng)格請求代理和資源域內(nèi)節(jié)點協(xié)商價格的功能，相當(dāng)于網(wǎng)格的資源層。
　?、鄯?wù)網(wǎng)格是行業(yè)資源共享系統(tǒng)的核心組成部分，對全局資源進行統(tǒng)一的管理和分配。服務(wù)網(wǎng)格提供資源共享系統(tǒng)所支持的各種服務(wù)，同時對各應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)支持，這種服務(wù)支持包括信息服務(wù)、計算服務(wù)和信息處理服務(wù)等。服務(wù)網(wǎng)格提供的服務(wù)包括建立虛擬企業(yè)聯(lián)盟、使不同企業(yè)的人和系統(tǒng)可以協(xié)同和交互等，即實現(xiàn)整個行業(yè)的資源共享。它既提供通用性的服務(wù)接口，也可以根據(jù)虛擬組織或應(yīng)用領(lǐng)域的需要提供特定服務(wù)接口。
　　(3)開發(fā)規(guī)范與管理控制平臺是整個系統(tǒng)的中央控制單元，通過該平臺的集中統(tǒng)一控制，使得服務(wù)網(wǎng)格、信息資源網(wǎng)格、資源網(wǎng)格的各個子系統(tǒng)符合統(tǒng)一的規(guī)范，利于實現(xiàn)各子系統(tǒng)間的互通、互聯(lián)和互操作，進而在管理控制平臺的統(tǒng)一控制、協(xié)調(diào)下發(fā)揮出系統(tǒng)的最大效用。
　　(4)應(yīng)用層通過調(diào)用網(wǎng)格中間件，共享網(wǎng)格上的資源完成任務(wù)。它應(yīng)該根據(jù)不同企業(yè)的具體要求，建立相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)來滿足各企業(yè)的不同要求。
2.2 行業(yè)資源共享系統(tǒng)的資源管理模式
　　行業(yè)資源共享系統(tǒng)采用圖3所示的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。企業(yè)內(nèi)部通過局域網(wǎng)實現(xiàn)資源的互聯(lián)、互通，其資源信息通過其所在的局域網(wǎng)內(nèi)的服務(wù)器統(tǒng)一管理。行業(yè)中各個企業(yè)通過接入廣域網(wǎng)集合海量網(wǎng)格計算所需的網(wǎng)格資源。通常，這些企業(yè)在地域上廣泛分布，難以集中管理。因此采用分布式的資源管理方法較為實際，即對于分布于不同局域網(wǎng)中的網(wǎng)格資源，各服務(wù)器通過分布式數(shù)據(jù)庫建立自己的資源信息庫，服務(wù)器之間通過分布式數(shù)據(jù)庫交互信息為資源分配和作業(yè)調(diào)度服務(wù)；對于一個具體的任務(wù)可以通過各個局域網(wǎng)服務(wù)器獲得各自的局域網(wǎng)資源信息，從而形成動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟。