摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了網(wǎng)格及其體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，就基于網(wǎng)格技術(shù)的分布式教育資源建設(shè)進(jìn)行了理論研究，并從資源的存儲(chǔ)、檢索、計(jì)算等方面進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格 分布式 教育資源建設(shè)

中圖分類號(hào)：G203 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2008）23-0051-02

網(wǎng)格是一種新興的技術(shù)，正處在不斷的變化和發(fā)展中，它是借鑒于電力網(wǎng)（Power Grid）的相關(guān)概念提出的，將實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的互聯(lián)互通，連通一個(gè)個(gè)信息和資源孤島，提供人們與地理位置、具體資源無(wú)關(guān)的透明服務(wù)。網(wǎng)格是繼因特網(wǎng)、萬(wàn)維網(wǎng)之后互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的第三個(gè)里程碑。

一、網(wǎng)格概述

1.網(wǎng)格及其特點(diǎn)

網(wǎng)格又稱為虛擬計(jì)算環(huán)境，即是一種分布的高性能計(jì)算與數(shù)據(jù)處理的底層支持框架，能夠管理眾多地理上、組織上分布的異構(gòu)資源，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、帶寬資源、軟件資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源等。它利用互聯(lián)網(wǎng)把各種資源連成一個(gè)邏輯整體，超越了計(jì)算機(jī)之間簡(jiǎn)單的通信，實(shí)現(xiàn)任何資源的全面共享。

網(wǎng)格計(jì)算就是基于網(wǎng)格的問(wèn)題求解，它撇開各種計(jì)算資源的外部形態(tài)，而將其內(nèi)在的計(jì)算功能提取出來(lái)，形成一種分布在網(wǎng)上的統(tǒng)一的計(jì)算能力。由于網(wǎng)格采用了對(duì)等計(jì)算體系結(jié)構(gòu)和一組開放的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議，使得整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)整合成一臺(tái)巨大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，這樣組織起來(lái)的虛擬超級(jí)計(jì)算機(jī)有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一個(gè)是數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)；另一個(gè)是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。它是一個(gè)集成的計(jì)算與資源環(huán)境，能夠吸納各種計(jì)算資源，并把它們轉(zhuǎn)換成一種隨處可得的、可靠的、標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算能力。

網(wǎng)格是高性能計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)源、因特網(wǎng)等幾種技術(shù)的有機(jī)組合和發(fā)展，具有分布性、共享性、動(dòng)態(tài)性、異構(gòu)性與管理的多重性等特點(diǎn)。其分布性是其硬件在物理上的主要特點(diǎn)，涉及的資源類型多樣，規(guī)模較大，分布在不同的地理位置。它的根本特征就是分布資源的共享問(wèn)題，通過(guò)互連、組合、協(xié)作來(lái)解決用戶遇到的問(wèn)題。

2.網(wǎng)格的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)格系統(tǒng)可分為三個(gè)基本層次：資源層、中間件層和應(yīng)用層。資源層是構(gòu)成網(wǎng)格系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，其資源是一種用來(lái)滿足用戶需求的可用實(shí)體，包括處理元素、網(wǎng)絡(luò)元素和存儲(chǔ)元素等網(wǎng)格的基本元素，可以是一臺(tái)機(jī)器、網(wǎng)絡(luò)、軟件，或者由三者聯(lián)合起來(lái)的某種服務(wù)。網(wǎng)格資源層僅僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源在物理上的連通，而這些資源仍然是孤立的，必須通過(guò)中間件層來(lái)完成廣域計(jì)算資源的有效共享。中間件層是指一系列工具和協(xié)議軟件，其功能是屏蔽網(wǎng)格資源層中計(jì)算資源的分布、異構(gòu)特性，向網(wǎng)格應(yīng)用層提供透明、一致的使用接口。應(yīng)用層是用戶需求的具體體現(xiàn)，在中間件層的支持下，網(wǎng)格用戶可以使用其提供的工具或環(huán)境開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)。

3.研究現(xiàn)狀

雖然網(wǎng)格計(jì)算還沒有正式的標(biāo)準(zhǔn)，但在核心技術(shù)上已達(dá)成一致：由美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院（ＩＳＩ）合作開發(fā)的Globus Toolkit已成為網(wǎng)格計(jì)算事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。Globus Toolkit提供了構(gòu)建網(wǎng)格應(yīng)用所需的很多基本服務(wù)，如資源發(fā)現(xiàn)、資源管理、數(shù)據(jù)訪問(wèn)等。正在開發(fā)的網(wǎng)格服務(wù)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)還有：網(wǎng)格公共信息協(xié)議（ＧＰＩＰ）、網(wǎng)格系統(tǒng)信息協(xié)議（ＧＳＩＰ）和網(wǎng)格計(jì)算協(xié)議（GCP）。

目前網(wǎng)格應(yīng)用領(lǐng)域主要有分布式超級(jí)計(jì)算、分布式儀器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)密集型計(jì)算和遠(yuǎn)程沉浸四類。在我國(guó)，已經(jīng)完成的網(wǎng)格研究項(xiàng)目主要有清華大學(xué)的先進(jìn)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施ACI和以中科院計(jì)算為主的國(guó)家高性能計(jì)算環(huán)境NHPCE。

二、分布式教育資源建設(shè)現(xiàn)狀及問(wèn)題所在

教育資源建設(shè)是教育信息化的核心，大力推進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源的共建共享和應(yīng)用是教育信息化的重要內(nèi)容。分布式教育資源管理的主要目的是使教育資源在更大的范圍內(nèi)共享，這種范圍不僅僅包括地理位置，還包括系統(tǒng)的差距、平臺(tái)的差距等。資源的建設(shè)和維護(hù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，為了實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)增長(zhǎng)，必須遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前教育資源的建設(shè)還存在著幾個(gè)問(wèn)題：（1）資源孤島現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，各教育資源系統(tǒng)之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)相互操作。（2）資源內(nèi)容缺乏針對(duì)性和系統(tǒng)性，對(duì)教學(xué)缺乏支持，難以滿足應(yīng)用需求。（3）重復(fù)建設(shè)，缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，致使內(nèi)容陳舊雷同，各資源庫(kù)無(wú)法整合。（4）分類不規(guī)范，隨意性強(qiáng)，不利于資源的共享，缺乏分布存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理的理念。

在教育資源的管理上，由于管理技術(shù)與手段的不完善，各站點(diǎn)的資源得不到全面共享，造成很大的浪費(fèi)。首先，資源制作方法和技術(shù)的不統(tǒng)一，使成品的運(yùn)行環(huán)境各異，對(duì)機(jī)器有特定要求，從而交互困難。其次，整個(gè)教育資源建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)體系組建不完善，沒有從整體上適應(yīng)資源分布式建設(shè)和使用的特點(diǎn)。第三，缺少個(gè)性化服務(wù)和管理，不利于教學(xué)應(yīng)用和為學(xué)生學(xué)習(xí)服務(wù)。

三、基于網(wǎng)格的分布式教育資源建設(shè)

網(wǎng)格系統(tǒng)具有特殊的結(jié)構(gòu)和資源共享機(jī)制，網(wǎng)格資源具有結(jié)構(gòu)上的異構(gòu)性、規(guī)模上的可擴(kuò)展性、資源管理策略的可適應(yīng)性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不可預(yù)測(cè)性等特點(diǎn)。網(wǎng)格提供了一個(gè)巨大的教育平臺(tái)和良好的共建共享環(huán)境，放在各地的資源原先是零散的，一旦通過(guò)網(wǎng)格連在一起，就成了一個(gè)巨大的資源庫(kù)。這樣所建立的分布式資源管理系統(tǒng)中，資源是分布式存儲(chǔ)的，每一個(gè)資源站點(diǎn)都是一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格技術(shù)將異構(gòu)數(shù)據(jù)互換，實(shí)行節(jié)點(diǎn)之間優(yōu)質(zhì)資源的互訪和共享。

1.分布式教育資源的存儲(chǔ)

目前教育資源網(wǎng)站類別多、內(nèi)容雜，通過(guò)網(wǎng)格技術(shù)將多個(gè)教育資源站點(diǎn)進(jìn)行集成，抽象各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，就可以解決單個(gè)資源網(wǎng)站存儲(chǔ)能力有限的缺點(diǎn)。網(wǎng)格系統(tǒng)的存儲(chǔ)策略主要有兩種：（1）CPU空閑存儲(chǔ)優(yōu)先；（2）存儲(chǔ)空間空閑優(yōu)先。這樣，用戶將各類數(shù)據(jù)資源通過(guò)網(wǎng)格終端軟件輸入，新輸入的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到CPU較空閑的節(jié)點(diǎn)或空閑空間較大的節(jié)點(diǎn)，可能會(huì)在網(wǎng)格的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種存儲(chǔ)方式大大擴(kuò)展了用戶的虛擬存儲(chǔ)空間，為分布式教育資源的建設(shè)創(chuàng)造條件。

2.分布式教育資源的檢索

在網(wǎng)格環(huán)境下，運(yùn)用虛擬化的元數(shù)據(jù)模型對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的元數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理，進(jìn)而提出單一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，可實(shí)現(xiàn)分布式異構(gòu)信息的檢索。對(duì)于存儲(chǔ)在網(wǎng)格中的資源，用戶通過(guò)網(wǎng)格終端向網(wǎng)格中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出檢索請(qǐng)求，該命令以廣播的方式或者逐級(jí)傳遞的方式被發(fā)送到每個(gè)節(jié)點(diǎn)，其檢索結(jié)果被處理后匯總到上一級(jí)節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)再次排序后，將最終結(jié)果發(fā)送給用戶。這樣的分布式檢索是最有效的檢索方式。另外，將計(jì)算機(jī)對(duì)等聯(lián)網(wǎng)（P2P）等分布式計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)格資源檢索，可以提高網(wǎng)格資源的利用效率，提高資源搜索的準(zhǔn)確率。

3.分布式教育資源的計(jì)算

分布式計(jì)算是研究如何把一個(gè)需要非常巨大的計(jì)算能力才能解決的問(wèn)題分成許多小的部分，然后把這些部分分配給許多計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后把計(jì)算結(jié)果綜合起來(lái)得到最終的結(jié)果?；诰W(wǎng)格的問(wèn)題求解就是網(wǎng)格計(jì)算，其目標(biāo)是資源共享和分布協(xié)同工作，給最終使用者提供的是與地理位置無(wú)關(guān)、與具體的計(jì)算設(shè)施無(wú)關(guān)的計(jì)算能力。為了充分利用網(wǎng)格的計(jì)算能力，利用分布式計(jì)算技術(shù)，將整個(gè)網(wǎng)格整合成一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)，用戶可以將計(jì)算課題提交給網(wǎng)格中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)，由該節(jié)點(diǎn)將計(jì)算任務(wù)分配后再提交給其他空閑節(jié)點(diǎn)，這樣逐層類推，最后將計(jì)算結(jié)果匯總再反饋給用戶，為其完成各種計(jì)算任務(wù)。

四、結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)為分布式教育資源的建設(shè)提供了技術(shù)上的支持，一方面為解決分布式、動(dòng)態(tài)的、海量的信息處理提供了面貌一新的解決方案，另一方面可以使現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源得到更充分的利用?；诰W(wǎng)格環(huán)境的教育資源的開發(fā)，極大地推進(jìn)了教育信息化的發(fā)展，但其應(yīng)用還處于初級(jí)階段，還需要更為深入的研究，才能使它得到更好的推廣和利用。

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