一、概述
网格（Grid）组成的构想源于电力供应网，其基本思路是使用户在应用网格计算时，就像日常生活中从电网中获取电能那样，可以方便地获取高性能的计算能力。下图1给出了电力网和网格组成的示意比较。通常人们在使用电力时，并不知道电是从哪个发电站送来的，也无需知道电是通过什么型号的发电设备产生的，不论是采用火力发电，还是水力发电或核反应发电，表现的形式为无形的电能。网格也希望如此，最终使人们可以从有形的计算机系统向使用者提供无形的计算能力。
图 1：电力网和网格组成的比较
1、网格和网格计算的概念
网格是一个集成的计算与资源环境，也就是说网格是一个计算资源池。除了必要的各种类型的计算机、网络通信平台之外，计算资源池涵盖了计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等，甚至还包括与人文相关的专家资源的集合。网格计算（Grid Computing）广义的定义就是基于网格对问题求解的过程。显然，上述所给出的网格和网格计算概念相对是抽象的。狭义定义中的网格资源主要是指分布的计算机资源，而网格计算是指将分布的计算机组织起来协同解决复杂的科学与工程计算问题。
可见从工程实施意义上，网格是继传统因特网（Internet）、万维网（WWW）之后的新一代因特网环境集成及应用。传统因特网实现了计算机硬件的连通，Web 实现了网页的连通，而网格则试图实现因特网上所有资源的全面连通，形成对用户相对透明的虚拟的高性能计算环境，最终实现网络虚拟环境上的资源共享和协同工作，消除信息孤岛和资源孤岛。因此，网格是信息社会的网络基础设施，是把整个因特网整合成一台无形的超级虚拟计算机，实现因特网上所有资源的互联、互通，完成各类资源智能共享的一种新型的分布式计算技术。
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2、网格的现实意义
网格技术的起源可以追溯到20世纪90年代初。当时，欧洲的一批科学家将分布在法国和瑞士等国不同地理位置的计算资源，包括CPU、存储器、数据库等通过高速的因特网组成充分的资源集成，使其具有一种更高性能计算、管理及服务的资源能力，来解决高能物理研究中的计算难题。其结果是，位于瑞士的科技人员可以通过网格将巨大的计算任务提交到位于法国的高性能计算机集群上完成，这预示着：世界上计算机不管是大型、小型，还是个人的，都可以连在一个共有的开放式的因特网上，将因特网上所有的计算机设备集成起来形成一个虚拟的超级计算机系统不再是一种梦想，这就是网格技术产生的背景。促使网格技术产生的因素主要体现在下表1-2所述的三点。
表 1-2：促使网格技术产生的主要因素
网格概念的提出从根本上突破了以往计算资源利用的种种限制（如地理位置），使之成为以共享和协作方式迅速、方便解决复杂问题的基本工具。
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二、网格的构成框架
1、网格的组成
网格计算系统主要包括网格节点、网格系统软件、网格应用，如下图2-1所示。网格节点是地理上独立的计算和信息中心。网格系统软件对网格计算系统的组成起着关键的作用，软件统一管理计算网格（Computational Grid），将各个节点集成起来，组成一个虚拟协同高性能计算环境，向社会大众和各领域的科研机构统一提供高性能计算和海量信息处理服务。网格应用是以生物、气象、能源、石油、水利、军事等行业的重大应用为背景建立的应用。
图 2-1：网格计算系统的基本组成
2、网格的体系结构
网格体系结构是对网格基本组成部分和各部分功能的定义和描述，对网格各部分相互关系与集成方法的规定，以及对网格有效运行机制的定义。网格体系结构是网格最核心的技术，是网格的架构和灵魂，只有建立合理的网格体系结构，才能够设计和构建网格，才能够使网格的效能发挥得最好。目前最重要最有影响的网格体系结构有两个：一个是5层沙漏体系结构；另一个是基于Web服务的开放网格服务体系结构（OGSA）。
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三、网格技术的特征与特点
1、特征
网格计算系统具有资源分布性、管理多重性、动态多样性、结构可扩展性等特征，具体详见下表3-1的描述。其节点及各种资源分布于不同的地方，隶属于不同的所有者，具有多层管理的特点。为了完成特定的工作，各种各样的异构资源可动态组合，规模可不断加大。
表 3-1：网格计算系统的主要特征描述
2、特点
以WWW为代表的因特网技术在给人们带来了很多方便的同时，其固有的缺陷也暴露无疑。人们常用信息垃圾山来形容Internet的现状，这是由Internet自身特性所决定的：Internet是一个开放性的系统，人们在网上发布信息时，几乎没有任何限制；Internet实行的所谓域管理及分散管理机制，缺乏一个统一的网络管理神经中枢，所以导致整个网络体系处于无序的状态。
相比之下，网格是高性能计算机、信息源、因特网3种技术的有机组合，具有更高性能的知识生产、一体化和资源共享功能。具体包括：一是网格比WWW具有更大的带宽和更高的信息传输速度。二是可提供高级数据处理能力。三是可提供有效的广域缓存技术支持。四是拥有更大的网上社区。
除此之外，网格在处理信息方面与WWW质的区别还在于：因特网本身主要起信息载体的功能，并不创造和生产知识，而网格却能根据用户的要求自动地生产知识与信息。在知识生产过程中，网格的高性能计算机能将数据源(传感器、贵重设备、数据库、信息库)中得到原始数据通过特定网格程序软件加工成信息知识。而且这一功能是完全由网格本身完成，不需要人为干预。另外与WWW的信息孤岛效应不同，在逻辑上，整个网格就像一台计算机在运作，充分体现了它的一体化和高度综合性功能，而不像WWW那样从成千上万个网址中漫无边际地查找。
综上，网格技术与网格计算是一项具有远见的技术，它开启了大规模、跨地域资源共享的先河。虽然其最初的宏大愿景由更商业化的云计算部分实现，但网格计算的核心思想和技术在科学计算等特定领域依然至关重要，并正在通过与云计算、边缘计算和AI的融合，以及在新兴领域的应用，展现出新的生命力。
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