郭　玉

摘要：網(wǎng)格是近年來出現(xiàn)的一種新的模式，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，并與傳統(tǒng)的Web計(jì)算模型的比較，以反映不同的特點(diǎn)。網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)是有效和深遠(yuǎn)的影響。用自己的手，以高效能運(yùn)算資源，以實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)的網(wǎng)格可以提高自己的工作效率，教師可以迅速地尋找，定位媒體資源，和管理人員，可以更有效地分配IT資產(chǎn)，從現(xiàn)有的信息技術(shù)資金得到更多價(jià)值。它實(shí)現(xiàn)了全面連通的網(wǎng)絡(luò)資源，成本低，效率高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)的目的是教育事業(yè)帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)！

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格；教育管理；信息服務(wù)

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1009-3044(2008)18-20ppp-0c

On the Grid in the Field of Education and Analysis of the Application

GUO YU

(Guangdong Vocational College of Posts & Telecom, Guangzhou 510630, China)

Abstract: Grid is the emergence of a new model of network computing in recent years.With the traditional Web computing model compared to reflect different characteristics. Grid advantage is effective and far-reaching. Use their hands to high-performance computing resources to achieve the campus network, grid can improve their work efficiency. Teachers can quickly find positioning media resources,Also,management staff can be more efficient allocation of IT assets.From the existing information technology, They can get more value. It implements the full connectivity of network resources, a low cost, high efficiency, ease to use. This technology to the cause of education has brought about opportunities and challenges.

Key words: Grid; Education Management; Information Grid services

1 引言

信息化的浪潮下，人類的應(yīng)用需求正朝著高性能、多樣化、多功能方向發(fā)展，需要計(jì)算能力更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)格可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源等的全面共享。從而建立一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域或全球合作或協(xié)作的虛擬科研和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，支持以大規(guī)模計(jì)算和數(shù)據(jù)處理為特征的科學(xué)活動(dòng)。網(wǎng)格系統(tǒng)的建立，有利于各計(jì)算機(jī)的資源共享，充分利用硬件和軟件資源，在節(jié)約成本的同時(shí)，還將使其在基礎(chǔ)研究、能源、金融、醫(yī)療、交通、教育、環(huán)保等領(lǐng)域發(fā)揮空前的作用。

2 網(wǎng)格技術(shù)的相關(guān)概念

2.1網(wǎng)格計(jì)算的定義

“網(wǎng)格計(jì)算”這個(gè)詞是伊恩?福斯特(Ian Foster)博士于上世紀(jì)九十年代后期在美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室提出的，他最初的意思是指把計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和電力供應(yīng)相類比，如果需要某些計(jì)算只要通過電線傳輸即可獲得，如同電力供應(yīng)一樣，并不需要知道它從哪里傳輸過來。

伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展起來的，是利用互聯(lián)網(wǎng)把分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)組織成一個(gè)“虛擬的超級計(jì)算機(jī)”。其中每臺(tái)參與計(jì)算的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬“節(jié)點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”，所以這種技術(shù)叫網(wǎng)格技術(shù)。

2.2網(wǎng)格技術(shù)沖破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及其廣泛深入的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式亦呈現(xiàn)不同的發(fā)展趨勢。網(wǎng)格技術(shù)模式與傳統(tǒng)的的主流Web計(jì)算模式相比有所不同。它建立在Internet之上，總的趨勢是從集中計(jì)算模式向分布式計(jì)算模式方向延伸。

網(wǎng)格是建立在Internet基礎(chǔ)上的，不會(huì)替代它們。Internet的出現(xiàn)，將獨(dú)立的計(jì)算機(jī)個(gè)體連成網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)可以做包括電子商務(wù)在內(nèi)的更多事情。但是各行業(yè)在應(yīng)用層面上的互聯(lián)互通遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有實(shí)現(xiàn)，而網(wǎng)格將能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面上的互聯(lián)互通，即用戶使用層面上的互聯(lián)互通。

網(wǎng)格比Internet具有更強(qiáng)的功能和性能，表現(xiàn)在四個(gè)方面：網(wǎng)格的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)比Internet具有更大的帶寬；網(wǎng)格上將有更多高性能計(jì)算機(jī)，計(jì)算速度、數(shù)據(jù)處理可以大幅度提高；網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)將比Internet更能有效地利用資源；網(wǎng)格將促進(jìn)更多更大的網(wǎng)上社區(qū)的出現(xiàn)。

3 網(wǎng)格系統(tǒng)的特性

3.1 異構(gòu)性

網(wǎng)格環(huán)境由分布在廣域網(wǎng)上不同管理域的各種不同類型的計(jì)算資源組成，并且每類資源有不同的屬性。實(shí)現(xiàn)異構(gòu)機(jī)器間的合作和轉(zhuǎn)換是首要問題。

3.2 分布與共享

分布是網(wǎng)格硬件在物理上的特征，而共享是在網(wǎng)格軟件支持下實(shí)現(xiàn)的邏輯上的特征。網(wǎng)格資源雖然是分布的，但他們卻是可以充分共享的。解決分布資源的共享問題是網(wǎng)格的核心內(nèi)容。共享的含義不僅指一個(gè)地方的計(jì)算機(jī)可以用來完成其他地方的任務(wù)，還可以指中間結(jié)果、數(shù)據(jù)庫以及人才資源等各方面的內(nèi)容。

3.3 自相似性

網(wǎng)格的局部和整體之間存在著一定的相似性。局部往往在許多地方具有全局的某些特征，而全局的特征在局部中也有一定的體現(xiàn)。

3.4 動(dòng)態(tài)多樣性

不僅網(wǎng)格環(huán)境下的一些資源本身具有動(dòng)態(tài)性，在整個(gè)網(wǎng)格環(huán)境下，隨著計(jì)算資源、數(shù)據(jù)資源等的不斷加入和撤銷、故障等原因，網(wǎng)格系統(tǒng)下的局部環(huán)境也在動(dòng)態(tài)的改變著。在網(wǎng)格的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須考慮到新的資源能夠很自然加入到網(wǎng)格中來，并且可以和原來的資源融合在一起，共同發(fā)揮作用。

3.5 自治性與管理的多重性

網(wǎng)格環(huán)境下的局部資源既屬于個(gè)人或機(jī)構(gòu)，由個(gè)人對資源作相應(yīng)的管理和維護(hù)，又要在網(wǎng)格系統(tǒng)作整體部署的時(shí)候，由網(wǎng)格管理員根據(jù)系統(tǒng)里任務(wù)的情況統(tǒng)一調(diào)度網(wǎng)格環(huán)境下的資源。

4 網(wǎng)格在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用

4.1 問題的提出

在學(xué)校的日常管理中，學(xué)籍管理工作瑣碎而繁雜。計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，可以將學(xué)籍信息保存在數(shù)據(jù)庫中。以往的解決方案是這樣的：教育主管部門開設(shè)服務(wù)器，建立數(shù)據(jù)庫。各個(gè)學(xué)校通過Web形式遠(yuǎn)程登錄，進(jìn)行各自學(xué)校信息的更新，包括學(xué)生的錄取、轉(zhuǎn)學(xué)、休退、畢業(yè)、分班、師資、考核、成績等校內(nèi)事務(wù)。同時(shí)服務(wù)器向主管部門提供查詢和評價(jià)功能。

這種形式管理的好處是規(guī)格統(tǒng)一，使用方便，實(shí)時(shí)更新。但有兩大弊端：一是學(xué)籍管理中信息的變更非常頻繁，眾多客戶端蜂擁而至登錄一臺(tái)服務(wù)器，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，增加了服務(wù)器的負(fù)荷，往往造成效率下降；二是安全穩(wěn)定性存在隱患，如果服務(wù)器因病毒感染或黑客入侵等原因，而暫時(shí)無法使用，那么整個(gè)教育學(xué)籍管理被迫停滯，造成巨大損失。

4.2 原型設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的網(wǎng)格原型如圖1所示。

圖1 原型示意圖

用戶代理(User Agent)：用戶通過用戶代理連接連接互聯(lián)網(wǎng)。用戶代理向眾多信息服務(wù)端產(chǎn)生查詢請求，各該服務(wù)請求采用遠(yuǎn)程過程調(diào)用的方式，直接調(diào)用遠(yuǎn)程方法。

信息服務(wù)端(Information Server)：每個(gè)學(xué)校擁有自己的信息服務(wù)端作為網(wǎng)格系統(tǒng)的中間件，一邊與互聯(lián)網(wǎng)相連，一邊連接本地?cái)?shù)據(jù)庫。安裝在地理位置不同的各個(gè)學(xué)校的計(jì)算機(jī)上，負(fù)責(zé)建立信息查詢服務(wù)。對于信息查詢服務(wù)必須有相對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫來滿足用戶代理需求，一旦出現(xiàn)需求不能完全滿足的情況下，就需要根據(jù)已有的數(shù)據(jù)和還差的數(shù)據(jù)選擇合適的其他的信息服務(wù)端，從而實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)查詢請求。作為該網(wǎng)格系統(tǒng)的中間件，它主要有以下幾個(gè)功能：

（1）維護(hù)數(shù)據(jù)。在統(tǒng)一的格式下對本地?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行添加、刪除、修改等操作，這樣便于數(shù)據(jù)的匯總和傳遞。這是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

（2）接受查詢。根據(jù)用戶代理提出的查詢請求，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，返回符合條件的信息。如果不能完全滿足請求，可以向其他信息服務(wù)端進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

（3）發(fā)布廣播。向Internet上的其他信息服務(wù)端發(fā)布負(fù)載狀況、更新進(jìn)度等消息。

（4）下載更新。此功能與上一功能相對應(yīng)，在計(jì)算機(jī)較空閑時(shí)，自動(dòng)更新下載其他信息服務(wù)端的內(nèi)容。這是一種有益的冗余，當(dāng)某個(gè)信息服務(wù)端負(fù)載過大時(shí)，把用戶代理的查詢請求轉(zhuǎn)移到其他信息服務(wù)端。因?yàn)槠渌畔⒎?wù)端已經(jīng)事先下載了該端的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)同樣的查詢操作。此功能是這個(gè)系統(tǒng)的核心。

（5）安全保障。通過身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)手段，確保系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩头€(wěn)定地工作。這是系統(tǒng)強(qiáng)有力的“保護(hù)傘”。

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行流程

首先，用戶（比如上級管理部門）通過用戶代理向信息服務(wù)端提出服務(wù)請求(Request)，信息服務(wù)端對請求進(jìn)行預(yù)處理，看該請求是針對哪個(gè)或哪幾個(gè)學(xué)校數(shù)據(jù)庫的請求。信息服務(wù)端首先查看本地?cái)?shù)據(jù)庫，看能否找到請求所需的所有信息，如果可以找到，則將所找到的信息返回給用戶代理；如果不能找到完整信息，則根據(jù)請求和本地所得數(shù)據(jù)以及其他信息服務(wù)端所能提供的信息產(chǎn)生服務(wù)轉(zhuǎn)移(Serve Transfer)，將所得數(shù)據(jù)同客戶信息以及查找所差數(shù)據(jù)內(nèi)容一起發(fā)送到其他信息服務(wù)端，由其他服務(wù)端根據(jù)服務(wù)轉(zhuǎn)移來的請求在該服務(wù)器上進(jìn)行后繼數(shù)據(jù)查詢。如還不能完全滿足請求，繼續(xù)服務(wù)轉(zhuǎn)移，直到得到完整數(shù)據(jù)后，發(fā)送回用戶代理。

4.4 系統(tǒng)性能分析

在這個(gè)網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用中，不需要事先部署用戶應(yīng)用程序，用戶只需提交新的查詢請求，然后得到結(jié)果。對于本系統(tǒng)而言，與傳統(tǒng)的C/S（客戶端/服務(wù)器）模型相比最大的區(qū)別在于如何處理本地?zé)o法查到的信息。本系統(tǒng)采用的是產(chǎn)生服務(wù)轉(zhuǎn)移到別的信息服務(wù)端進(jìn)行信息查詢的處理方式，這是傳統(tǒng)方式?jīng)]有采用的。其透明性和處理系統(tǒng)變化的能力是由服務(wù)轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)來決定的。由于使用了服務(wù)轉(zhuǎn)移，它可以實(shí)現(xiàn)跨組織的計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)共享，每次共享的計(jì)算資源都是動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的。網(wǎng)絡(luò)的具體分布對于用戶而言是完全透明的。對于動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，它可以動(dòng)態(tài)地選擇目標(biāo)資源，這使得整個(gè)系統(tǒng)就擁有了透明和動(dòng)態(tài)適應(yīng)的能力。

5 結(jié)束語

網(wǎng)格技術(shù)為教育帶來了機(jī)遇，同時(shí)也使教育面臨著巨大的挑戰(zhàn)。網(wǎng)格計(jì)算描述的美好未來，應(yīng)該是人們將看不到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，看到的只是各種各樣的服務(wù)。本質(zhì)上的變化是高生產(chǎn)率服務(wù)。計(jì)算機(jī)要適應(yīng)新的需求，更好地支持網(wǎng)格化的應(yīng)用，從而提供高生產(chǎn)率服務(wù)。目前網(wǎng)格技術(shù)還沒有正式的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，還有網(wǎng)格安全和管理等問題也處于探索階段，因此還需要在這些方面進(jìn)行深入的研究。隨著網(wǎng)格技術(shù)的不斷發(fā)展，這些問題必將被解決，網(wǎng)格

技術(shù)也必將促進(jìn)教育的新發(fā)展！

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收稿日期：2008-04-13