第２５卷第４期 黑龙江工程学院学报（自然科学版） ＶｏＬ ２５№．４ ２０１１年１２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊ ｉａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｃ．，２０１１ 论网格计算与云计算的关系 龚 强 （１．中国地震局工程力学研究所，黑龙江哈尔滨１５００８０；２．黑龙江省有色金属地质勘查局，黑龙江哈尔滨１５００９０） 摘要：网格是继互联网之后出现的一种新型网络计算平台，其目的是为用户提供一种全面共享，包括软件、硬件、 数据以及网页在内的各种资源的基础设施。云计算作为一种全新的网络服务方式，将传统的以桌面为核心的任务 处理转变为以网格为核心的任务处理，充分利用互联网以满足预先设定的处理任务。二者有相似之处，如计算的并 行与合作的特点，但在资源聚合、资源共享、任务执行、对待异构服务侧重等方面存在差别。 关键词：网格计算；云计算；资源；服务 中图分类号：ＴＰ３１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—４６７９（２０１１）０４—０００９ ０４ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｇｒｉｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ＧＯＮＧ Ｑｉａｎｇ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ．Ｃｈｉｎａ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｈａｒｂｉｎ １５００８０ Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｓｕｒｖｅｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ Ｇｅｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００９０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｉｄ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｇｒｉｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，ａｎｄ ｉｔｓ ｐｕｒｐｏｓｅ ｉｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｕｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ａ ｔｏｔａ１ ｓｈａｒｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｈａｒｄｗａｒｅ，ｄａｔａ ａｎｄ ａｌ１ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎ— ｔａｉｎｓ ｗｅｂ ｐａｇｅ．Ａｓ ａ ｂｒａｎｄ ｎｅｗ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｅｒｖｉｃｅ ｗａｙ，ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｃｈａｎｇｅｓ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔａｓｋ ｐｒｏ— ｃｅｓｓｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｄｅｓｋｔｏｐ ｔｏ ｔｈｅ ｔａｓｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｇｒｉｄ，ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｆｕｌｌ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｔ ｔａｓｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔＷＯ ａｒｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ— ｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｂｕｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｓｈａｒｅ，ｔｈｅ ｔａｓｋｓ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ， ｔｒｅａｔ ｏｎ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｒｖｉｃｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒｉｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ；ｓｅｒｖｉｃｅｓ １ 关于网格计算 源转化成一种随处可得的、可靠的、标准的、经济的 计算能力。除了各种类型的计算机外，还包括各种 网格（Ｇｒｉｄ）是继互联网之后出现的一种新型网 计算资源以及网络通信能力，数据资料、仪器设备以 络计算平台，其目的是为用户提供一种全面共享，包 及人（智能）等各种相关资源。 括软件、硬件、数据以及网页在内的各种资源的基础 网格是借鉴电力网（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ）的 设施。网格技术起源于２０世纪９０年代由美国 概念提出来的。现在，人们非常习惯打开电源开关 资助的分布式超级计算（Ｄｉｓｔｒｂｕｔｅｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｍｐｕｔ— 就获得照明或其它用电服务，既不考虑电是怎么发 ｉｎｇ）项目Ｉ－ＷＡＹ。从１９９３年开始，高性能计算技 出来的，也不必考虑电是怎么接入的，电只是在人们 术和互联网技术进一步融合，酝酿产生了继互联网、 需要的时候自然地出现在人们身边。于是，人们联 ｗｅｂ之后的计算机技术第三次大的浪潮——网格。 想到能否用同样的方法获得和使用复杂的网络资 网格是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个 源。网格技术的出现使得人们的这一设想成为可 计算池，它能够充分吸纳各种计算资源，并将这些资 能。网格思想一经提出，就以构建如同公共设施一 样的共享、可靠的计算系统为最终目的。网格设计 收稿日期：２０１卜Ｏ６—１３ 的初衷就是让用户摆脱高科技产物高深莫测的角 基金项目：级公益性研究所基金科研业务专项——地震工程远 程协同实验系统（０６０８１） 色，他们无需考虑如何保证系统正常运行，只是使用 作者简介：龚强（１９５８一），男，教授，研究员级高级工程师，博士生 即可。网格技术可以让人们体验、使用、享受到真正 导师，研究方向：测绘技术；现代经济与管理． 意义的共享，例如：人们可以通过网格来共享应用程 黑龙江工程学院学报（自然科学版） 第２５卷 序、共享数据信息、共享处理能力，通过网格直接或 间接地接受各类服务等。 ２００１年，网格研究先驱ｌａｎ Ｆｏｓｔｅｒ、Ｃａｒｌ Ｋｅｓ－ ｓｅｌｍａｎ和Ｔｕｅｃｋｅ将网格定义为：协作资源共享，在 动态的多机构的虚拟结构中解决问题。这是今天普 遍认可的对网格的抽象定义。而从商业观点出发， ＩＢＭ把网格定义为：基于标准的应用／资源共享，使 得它能够透明地为已购系统和应用去共享、计算和 存储资源。 广义的网格计算指的是“基于网格对问题的求 解”。网格计算的目标是资源共享和分布协同工作。 网格计算作为技术，为达到多种类型的分布资源共 享和协作，必须解决多个层次的资源共享和合作问 题，制定网格的标准，将Ｉｎｔｅｒｎｅｔ从通信和信息交互 的平台提升到资源共享平台。网格是重要的基础设 施，它通过各种网络综合计算机、数据、设备和服务 等资源的基础设施。随着研究的进展，网格建设的 目的更加清晰，即建立遍布广泛地理区域的大型资 源节点，集成网络上的多种资源，联合向全社会提供 满足多方需求的全方位的信 ｇ／Ｒ务。 ２关于云计算 云计算如同近年兴起的“拼车族”。“拼车族”拼 的是车，云计算拼的是服务器。“月光族”没车，几个 人会与有车族一起拼车上下班，从小处说自己上下 班更快捷，往大处讲可以节约能源、减轻污染、缓解 道路拥挤。而云计算拼的是服务器和资源，“小”是 为了减少企业在硬件和服务方面的支出费用，“大” 也是节约资源，缩减不必要的浪费，缓减带宽拥挤问 题。所以，云计算是一种资源的合理共享。１００多 年以前，人们用电是从自家的地下室发电，到今天只 需建立几个大发电厂；许多年前用水家家打井，今天 有若干水厂即可。大家用电、用水根本无需考虑它 是从哪里来的，怎么来的。所谓云计算指的是由许 多台计算机和服务器组成的通过互联网实现的网络 服务。云计算的核心思想是将大量用网络连接的计 算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用 户按需服务。 现代计算机技术在经历了很长一段时间的串 行计算后，人们发现有许多问题仅靠串行计算是 无法解决的。为了解决那些数据量更大，运算更 为复杂的计算问题，在串行计算的基础上，演变出 了并行计算。并行计算的基本思想是：在同一时 间内由多台参与计算的计算机利用服务器来协调 共同解决问题。再具体一点说就是针对同一问 题，在同一时间段内由多台机器进行分块操作，实 现了时间与空间上的并行，从而解决问题。继并 行计算之后出现了分布式计算。分布式计算与并 行计算解决问题的理念基本一致，原理也近似。 并行计算是云计算的初始阶段或者说是萌芽期， 它为云计算的发展提供了实际而朴素的思想和基 本思路。 云计算方法产生于２０００年以后，此时的 Ｇｏｏｇｌｅ搜索引擎已经被人们所认可并得到了广泛 的应用。随着需求的迅速扩大，搜索量剧增，对原有 的服务器架构提出了严峻的挑战。在这样的背景之 下，美国工程院院士Ｄｅａｍ经过认真思考和深入研 究，设计并实现了全新的Ｇｏｏｇｌｅ服务器计算架构。 经过实践检验，Ｄｅａｍ提出的这个新架构“具有超乎 想象的可延展性”，它可以将几十万台计算机连接成 为一个超级计算云，而其内部的运行及变化可以实 现对外界的完全透明。云计算及云计算的概念由此 产生。云计算作为一种全新的网络服务方式，将传 统的以桌面为核心的任务处理转变为以网格为核心 的任务处理，充分利用互联网以满足预先设定的处 理任务。令互联网成为一种综合与媒介，从而完成 传递服务，提高计算能力和信息处理能力，实现多终 端、多人协作环境下的按需计算和处理，以满足设定 需求。 云计算（Ｃｌｏｕｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）是网格计算（Ｇｒｉｄ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）以及分布式计算（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｍｐｕ— ｔｉｎｇ）、并行计算（Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）、虚拟化（Ｖｉｒ— ｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）、效用计算（Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）、网络存 储（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、负载均衡 （Ｌｏａｄ Ｂａｌａｎｃｅ）等传统计算机技术和网络技术发展 融合的产物。它旨在通过网络把多个成本相对较低 的计算实体整合成一个具有强大计算能力的系统， 并借助ＩａａＳ（基础设施即服务）、ＰａａＳ（平台即服 务）、ＳａａＳ（软件即服务）等先进的商业模式把这一强 大的计算能力分布到终端用户手中。云计算的核心 理念就是通过不断提高“云”的处理能力，减少用户 终端的处理负担，最终使用户终端简化成一个单纯 的输入输出设备，并能按需享受“云”的强大计算处 理能力。 当并行计算（并行处理）、分布式计算（分布式处 理）以及网格计算发展到一定阶段和程度时出现了 云计算，这是历史发展的必然。其实，当计算机科学 发展到一定程度后，一定要走向社会，必然要服务于 各种商业应用，因此，许多学者达成了基本共识，云 计算是上述各种计算方法的商业实现。 第４期 龚强：论网格计算与云计算的关系 ３ 网格计算与云计算的异同 互联网技术迅速发展促进了并行计算和分布式 计算的发展和进步，分布式计算的发展又衍生出了 网格技术。当然，无论是并行计算、分布式计算还是 网格计算，其核心思想都是将复杂问题转化为相对 单一的简单问题，将大任务转化为小任务来处理。 网格计算的理念是将许多台计算机、设备整合成１ 台大型的计算机，亦即将网格计算环境中的所有计 算资源组成一个超级处理器，提供给特定用户使用， 或接受用户任务，满足用户需求。人们为了网格计 算环境的形成也付出了各种各样的努力，诸如接口 问题、异构数据问题、协议问题、高性能调度问题、各 类中间件问题、资源管理问题等一一被解决，但网格 计算的商业应用仍存在着“瓶颈”，或者说存在着一 定的不适应性。针对这些问题，刘鹏等人在２００２年 提出了计算池的概念：将分散的高性能计算机通过 网络连接起来，用专门设计的中间件将这些计算能 力黏合在一起，利用Ｗｅｂ界面接受各个节点的请 求，再将这些请求作为任务分配到相应合适的节点 上运行。应该说，这一概念已经很接近今天的云计 算了。 云计算是一种宽泛的概念，它允许用户通过互 联网访问各种基于ＩＴ资源的服务，这种服务允许 用户不一定了解底层ＩＴ基础设施架构就能够享受 到作为服务的“ＩＴ相关资源”。无论是网格还是云 计算都试图将各种ＩＴ资源看成一个虚拟的资源 池，然后向外提供相应的服务。云计算试图让“用户 透明地使用资源”，而网格计算当初的口号就是让 “使用ＩＴ资源像用水用电一样简单”。 网格的内涵主要有两个方面，在效用计算或随 需计算方面与云计算很相似，即通过一个资源池或 者分布式的计算资源提供在线计算及存储等服务； 另一方面就是所谓的“虚拟超级计算机”，以松耦合 的方式将大量的计算资源连接在一起提供单个计算 资源所无法完成的超级计算能力，这也是狭义上的 网格计算跟云计算概念上的差别： １）网格计算主要是聚合分布资源，支持虚拟组 织，满足高端服务。例如生物网格、地理空间信息网 格、国家教育网格等以及分布协同科研。它通过互 联网将所有计算资源集合在一起，形成一个计算池。 而后利用任务调度技术和特定的网格软件，将用户 提交的任务分解开，形成许多个相互之间相对 的子任务，由网格系统将这些子任务分配到各个计 算节点，进行解析处理或完成计算，再提交回网格系 统，经过整合完成计算目标，满足用户需求。云计算 的资源相对集中，主要是以数据中心的形式提供底 层资源服务。它通过虚拟技术形成的云，云是 由许多资源构成的庞大计算池。但云计算提出的某 些资源是针对某项特定的任务，即接收到用户提出 的任务后，利用“云”来完成计算，然后返给用户计算 目标，从而满足用户需求。从用户的角度感觉网格 与云计算的区别不大，但在后台计算方式上存在不 同。 ２）网格计算强调资源共享，谁都可以做为请求 者使用其它节点的资源，但也需要贡献一定资源给 其他节点。网格计算强调将工作量转移到远程的可 用计算资源上。云计算强调专有，谁都可以获取自 己的专有资源，并且这些资源是由少数团体提供的， 资源被转换形式去适应工作负载，它支持网格类型 ｗｅｂ２．０三层网络架构。网格计算侧重并行的计算 用，大量的单独请求可以实现自动或半自动的扩展。 ３）网格计算的服务形式是执行作业，当接收到 网格高性能调度系统分配给的任务后，在一个阶段 内完成作业，产生数据返给用户；而云计算支持持久 服务，用户可以利用云计算作为部分ｌＴ基础设施， 实现业务的托管或外包。 ４）网格与云计算对异构问题的处理，基本理念 不同。网格系统中是利用中间件屏蔽异构系统，希 问题为用户提供服务机制，或是用专用内部平台（如 ｇｏｏｇｌｅ），或用镜像执行来解决异构问题。 ５）网格主要是满足高端应用，近年来才逐渐强 用、ｗｅｂ应用，普适性更强。与更多面向科研等高 端应用的网格相比，云计算面向商业、企业应用，其 商业模式更加清晰。 ６）云计算以相对集中的资源运行分散的应用 （大量的分散应用在几个大的中心执行），它通过虚 拟化将物理机的资源进行切割，从而实现资源的随 的ＩＴ资源看成是一个资源池，但是不同芯片的物 分散资源支持大型集中式应用（一个大的应用分到 多处执行）。提交任务的用户并不知道自己的任务 的格式，将作业任务提交给网格系统，然后等待网格 使用者不需要贡献自己的资源。在云计算中，计算 应用，也支持非网格环境，例如运行或应用传统的 集中性需求，难以自动扩展。云计算侧重事务性应 望用户面对的是同构环境，而云计算系统面对异构 调普及应用。而云计算从开始就支持广泛的企业应 需分配和自动增长。从控制端来看，云计算将所有 理机会被归类到不同的资源池中。网格计算是聚合 将会在哪些网格的物理节点上运行，他是按照特定 黑龙江工程学院学报（自然科学版） 第２５卷 返回结果。而网格作业调度系统自动找寻与该任务 相匹配的资源，并寻找出空闲的物理节点，将任务分 配过去直至完成。虽然网格能够实现跨物理机进行 Ｃｌｏｕｄ）。 参考文献 ［１］龚强．网格计算与地理空间信息网格［Ｍ］．哈尔滨：哈尔 滨工业大学出版社，２００９． 并行作业处理，但需要用户先将并行算法写好，并且 通过调度系统将作业分解到各个不同的物理节点进 行。 ，［２］ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．５１ＣＴＣ）＿ｃｏｍ／Ｖｉｓｉｔｓ一９３０９８．ｈｔｍ． ［－３］ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａｃｅｎｔｅｒ．ｃｈｉｎａｂｙｔｅ．ｃｏｍ／３６７／１１９８０３６７．ｓｈｔｍ１． ［４］刘宴兵、尚明生、肖云鹏．网格高性能调度及资源管理技 术［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１０． ［５］龚强．网格编程模型及地理空间信息网格技术研究综述 尽管如此，网格计算与云计算的确有很多相似 之处，可以认为两者都是分布式计算所衍生出来的 概念，都是为了让ＩＴ资源能够对用户透明，都力争 让ＩＴ资源能够达到更好的使用率等。最近，刘鹏 提出了新的设想：云计算将与网格计算融为一体，实 现云计算平台之间的互操作和资源共享，实现紧耦 ［Ｊ］．测绘科学，２０１１，３６（２）：７８—８Ｏ． ［６］龚强．异构环境下地理空间信息网格计算模式及体系结 构研究［Ｊ］．测绘科学，２０１０，３５（４）：５９—６１． 合高性能科学计算与松耦合高吞吐量商业计算的融 合，使互联网上的主要计算设施融为一个有机整 体——并将其称之为云格（Ｇｌｏｕｄ，即Ｇｒｉｄ＋ （上接第８页） ［责任编辑：刘文霞］ ２）当载荷一定时提高轮胎胎压，可以减少径向 变形，缩短弹性恢复时间，从而提高临界速度； ３）在充气压力一定的情况下，减小载荷有利于 提高临界速度，速度与驻波发生无线性关系。 参考文献 ［１３庄继德．计算汽车地面力学［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００５． ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，５（２）． ［４］Ｊ．Ｒ Ｃｈｏａ，Ｋ．Ｗ．Ｋｉｍｂ，Ｈ．Ｓ．Ｊｅｏｎｇｂ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｉｎｖｅｓｔｉ— ｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｒｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅ ｕｓｉｎｇ ３－Ｄ ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｔｉｒｅ ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ，２００７（６）． ［５］Ａｎｉｎｄａ Ｃｈａｔｔｅｒｊｅｅ，Ｊｏｓｅｐｈ Ｐ．Ｃｕｓｕｍａｎｏ，Ｊｏｈｎ Ｄ＿ Ｚｏｌｏｃｋ． Ｏｎ ｃｏｎｔａｃｔ＿ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅｓ ｉｎ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｉｒｅｓ：ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｙ［，Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｎｄ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，１９９９（５）． ［２］庄继德．现代汽车轮胎技术［Ｍ］．北京：北京理工大学出 版社，２００１． ［６］洪宗跃，吴桂忠．子午线轮胎的有限元分析［Ｊ］．北京橡胶 工业研究设计院，２００６（３）． ，［３］Ｐａｄｏｖａｎ Ｊ．Ｏｎ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｗａｖｅｓ ｉｎ ｔｉｒｅｓ［Ｊ］．Ｔｉｒｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ［责任编辑：郝丽英］
