摘要：隨著校園網(wǎng)的飛速發(fā)展，一種所謂的“信息孤島”的現(xiàn)象也日益突出。而網(wǎng)格技術的發(fā)展正好可以解決這個問題。這篇論文依照本人所在的校園網(wǎng)為例，給出了一種將現(xiàn)有校園網(wǎng)改造成校園網(wǎng)格的最低成本的方案。這個方案包括資源的全面共享，校園網(wǎng)資源的統(tǒng)一管理。與其他的解決方案相比，這套解決方案最大的優(yōu)勢就是實現(xiàn)的成本低。

關鍵詞：網(wǎng)格；校園網(wǎng)格；計算能力；資源共享

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：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

互聯(lián)網(wǎng)從它誕生起就對人類的文明起了巨大的推動。但是就在互聯(lián)網(wǎng)給所有的人帶來方便的同時，它本身所不能克服的弱點也漸漸顯露出來。首先，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)所提供的信息巨大，但是卻不能有效的精簡。第二，現(xiàn)在信息的標準不統(tǒng)一。這就造成了現(xiàn)存在很多種的標準，他們之間不能有效的溝通，使得所謂的“信息孤島”隨處可見。第三，互聯(lián)網(wǎng)上的信息安全也不能得到有效的保證。垃圾郵件，計算機病毒，黑客，非法網(wǎng)站等等在互聯(lián)網(wǎng)上隨處可見。產(chǎn)生以上這些缺點的原因主要就是缺乏有效的管理。我們需要的是一種管理資源。

網(wǎng)格技術正是為解決這些問題而產(chǎn)生的。這項技術始于90年代中期。它把整個互聯(lián)網(wǎng)整合成一臺巨大的超級計算機，實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識資源、專家資源等各種資源的全面共享。網(wǎng)格計算雖然致力于高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、遠程設備等連通和“一體化”，但網(wǎng)格計算的根本特征是資源共享而不是規(guī)模巨大，可以根據(jù)需要建造企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)格、局域網(wǎng)網(wǎng)格、家庭網(wǎng)格甚至個人網(wǎng)格，因此網(wǎng)格計算的應用前景非常廣泛。

現(xiàn)在國內(nèi)的大學基本上都建設好了自己的校園網(wǎng)。但是問題同樣存在于我們的校園網(wǎng)中。一般而言，大學的校園網(wǎng)都是這樣的一個模型：每一個院系都是按照自己的方式和意愿來組建自己的局域網(wǎng)。然后各個院系之間再由校園網(wǎng)相連。這樣做的話就不能做到資源之間的共享和相互的控制。這樣每一個院系就是一個“信息孤島”。同時，如果一個院系增加了一些新的硬件，那其他的院系是沒有辦法使用到的。這就造成了相當?shù)偷馁Y源使用率。為了解決上面提到的問題，就必須將校園網(wǎng)絡轉變成校園網(wǎng)格。

2 網(wǎng)格技術的基本特征

網(wǎng)格作為一種新出現(xiàn)的重要的網(wǎng)絡基礎設施，和其他的系統(tǒng)相比有四個特性：分布與共享；自相似性；動態(tài)性與多樣性；自治性與管理的多重性。分布性指網(wǎng)格的資源是分布的。不同計算能力的計算機，各種類型的數(shù)據(jù)庫乃至電子圖書館，以及其他各種分布在不同地理位置的設備與資源，都是網(wǎng)格資源。網(wǎng)格資源的共享性是網(wǎng)格的目的，沒有共享便沒有網(wǎng)格。分布是網(wǎng)格在物理上的特征，而共享是在網(wǎng)格軟件支持下實現(xiàn)的邏輯上的特征。

自相似性是自然界的一種現(xiàn)象，網(wǎng)格的局部和整體之間存在著一定的相似性，如國家級網(wǎng)格是在省級網(wǎng)格基礎上建造的，全校的教學科研網(wǎng)格可以是各個實驗室的小規(guī)模的實驗網(wǎng)格的聯(lián)結，每個網(wǎng)格都有管理結點，只是功能強大程度、計算能力不同而已。當然不同級別網(wǎng)格之間必然有不同的地方。

網(wǎng)格是多種資源和服務的匯集，由于資源或服務的動態(tài)加入或減少，使得網(wǎng)格具有動態(tài)特性。在網(wǎng)格環(huán)境中，有不同體系結構的計算機系統(tǒng)和類別不同的資源，網(wǎng)格必須解決這些不同結構、不同資源之間的通信和互操作問題，這充分體現(xiàn)了網(wǎng)格的多樣性。

網(wǎng)格資源的擁有者對該資源具有最高管理權限，網(wǎng)格允許資源擁有者對它的資源有自主的管理能力，這就是它的自治性。同時，網(wǎng)格資源又是一個網(wǎng)格的局部，它必然要接受統(tǒng)一管理，否則，就無法實現(xiàn)共享和互操作。網(wǎng)格的多重性就體現(xiàn)在它的自主管理同時還要接受統(tǒng)一管理。

3 校園網(wǎng)現(xiàn)狀

本人所在學校的校園網(wǎng)體系結構如圖1所示。它同時也是現(xiàn)在高校校園網(wǎng)的一個典型結構。在每個教學樓和辦公樓都有一個交換機。不同的院系都有各自不同點局域網(wǎng)。然后他們用交換機將每個局域網(wǎng)相連。通過交換機它們可以連上學校網(wǎng)絡中心的路由器。這就是傳統(tǒng)的大學校園網(wǎng)體系結構。

實際上，這種典型的校園網(wǎng)體系已經(jīng)不能很好的滿足我們當前的需要了。原因如下：

(1)大部分時間我們需要的一些校園網(wǎng)上的資源由于它們處于不同的結構當中，造成我們無法搜索到，也無法使用；

(2)每個部門的IT資源都是通過各自的項目和課題經(jīng)費來采購的。這樣一來就十分的分散。因此盡管這些IT資源有共享的需求，卻沒有一個可行的方案。另外，大部分的PC和服務資源都是隨意使用的，不能得到高效的利用。

建立一個校園網(wǎng)格是解決上面提到的這些問題的有效途徑。網(wǎng)格是通過網(wǎng)絡提供綜合計算機資源和服務的基礎設施。它使得分布式資源的有效集成成為現(xiàn)實。它同時提供全方位的資源共享的互動界面。如此一來，資源的使用率得到提高，同時滿足了人們跨區(qū)域的共享資源的需求。因此，構建校園網(wǎng)格可以解決校園IT資源集中和分散的矛盾。它可以使物理上來說分散的資源在邏輯上集中起來。另外，共享變得可行。它能非常方便的轉化使用者和共享者的角色。

4 構建校園網(wǎng)格的方案

我們根據(jù)前面章節(jié)介紹的來概括構建校園網(wǎng)格的目標：

(1)提高計算能力來適應更大規(guī)模計算的需求。通過高速的互聯(lián)網(wǎng)來連接處于不同地方的計算機，然后用網(wǎng)格把他們整合成一個計算平臺。這樣的一個平臺的計算能力將超過單一計算機的計算能力；

(2)使得共享資源變得可行。現(xiàn)在，本文提出一個特殊的配置解決方案。如果你想用最低的開銷把校園網(wǎng)重新構建成網(wǎng)格，那么重要的一點就是盡量使用現(xiàn)有的資源而不要再去增加一些不必要的開銷。

重新配置解決方案如下：

4.1 將學校內(nèi)部已經(jīng)存在的硬件設備進行重新分割

在每一個部門的基礎上建立獨立的計算機群

實際上一個計算機群就是一個虛擬的超級計算機。將相同結構和不同結構的本地計算機組合到一起，根據(jù)系統(tǒng)管理員指定的工作序列來調(diào)整和自動擋管理?？茖W研究人員只需要將他們的工作交給計算機群組，然后這個群組可以根據(jù)用戶的需求來自動的執(zhí)行和返回所需的結果。這樣就真正實現(xiàn)了提交界面。這個組群主要負責倆個工作：作業(yè)管理和系統(tǒng)管理。作業(yè)管理包括：提交界面，管理界面和并行的工作管理；系統(tǒng)管理包括：系統(tǒng)監(jiān)控，資源分派策略，作業(yè)優(yōu)先級管理和SLA管理。

4.2 以計算機群為基礎構建校園網(wǎng)絡

這一個部分有一點復雜。它包括構造網(wǎng)格的中間件、管理和可共享的分布式資源的重建和整合。網(wǎng)格系統(tǒng)是處于分布式資源和用戶之間的。網(wǎng)格是資源和用戶之間的橋梁。它的主要作用是將用戶和資源關聯(lián)起來，使得用戶可以透明的使用資源。同時它支持全方位的資源共享。網(wǎng)格也能通過網(wǎng)絡提供計算資源的整合和服務。校園網(wǎng)格系統(tǒng)結構如圖2所示：

Globus 是當前關于網(wǎng)格計算最有影響力的國際項目。它是由Argonne國家實驗室還有其他的一些美國的科研單位所組成的。Globus Toolkit工具包來源于Globus項目．是一個開放源碼的網(wǎng)格的基礎平臺，基于開放結構、開放服務資源和軟件庫，并支持網(wǎng)格和網(wǎng)格應用，目的是為構建網(wǎng)格應用提供中間件服務和程序庫。Globus Toolkit具有較為統(tǒng)一的國際標準，有利于整合現(xiàn)有資源，也易于維護和升級換代。

我們使用Globus ToolKit 4.0和SGE6來開發(fā)網(wǎng)格服務層。用它來調(diào)整和管理在網(wǎng)格層中的所有的分布式資源。它起到了信息收集等作用。它能隱藏低層的不同結構的硬件資源。我們開發(fā)客戶服務層。這一層是用來給最終的用戶提供服務，例如：身份認證和任務管理等等。

我們在所有加入到網(wǎng)格的服務器上安裝上JDK，LINUX和SUN 網(wǎng)格引擎。采用GT4作為網(wǎng)格的中間件來打包所有互聯(lián)網(wǎng)應用，并給網(wǎng)格提供網(wǎng)格形式的服務通過普通的界面。因為網(wǎng)格的中間件是開源代碼的所以能很好的降低開銷。

4.3 設置門戶，讓用戶可以通過Web來使用系統(tǒng)的計算能力和信息資源

通過Web，不僅僅在校園里的教師和學生可以使用這個系統(tǒng)，同時他們在校園外的電腦上通過互聯(lián)網(wǎng)來登錄這個系統(tǒng)。

在重建之后，校園網(wǎng)技術結構圖如圖3。

在這個結構中，有許多方面都可以降低成本，例如：重用已經(jīng)存在的資源而不用去改變網(wǎng)絡的物理結構。使用Globus Toolkit這樣的開源代碼的軟件。我們盡可能的降低重構校園網(wǎng)的成本。

5 結束語

這篇論文根據(jù)本人學校的真實實例提出了如何盡可能少開銷的將校園網(wǎng)過渡到校園網(wǎng)格。在這個方案里我們沒有討論網(wǎng)格安全方面和具體的代碼指令。在未來的工作中，我們將要在這個方面下功夫。我們還要去發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)的瓶頸并且改善它。

由于一些非技術上的原因這個系統(tǒng)現(xiàn)在還沒有完成。在接下來的工作中我們將集中力量構造這個系統(tǒng)，詳細的記錄和分析試驗的結果。

參考文獻：

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