网格计算 (2008 年度畅销榜NO.3725 )

本书分三篇，第一篇网格原理，介绍了网格的基本概念、特点和相关知识，叙述了网格的结构组成原则以及当前最重要的网格体系结构实例，最后是网格技术所研究的主要方面和内容。第二篇网格实现，以当前最重要的网格计算工具包Globus Toolkit为基础，介绍了如何在网格基本原理的指导下，去实现一个具体的网格支撑平台。内容涉及网格资源管理、网格数据管理、网格信息服务以及网格安全等多个方面的网格技术。第三篇网格应用，通过具体的应用实例，展示了网格广泛的应用领域和应用前景。内容包括分布式超级计算、分布式仪器系统、数据密集型计算以及远程沉浸等几个主要的领域。\r\n\r\n 本书既可以作为高等院校理工科高年级本科生以及研究生教材和教学参考书，又可以作为网格计算领域科研人员的参考书，还可以作为相关领域人员了解网格计算知识的参考材料。\r\n
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第一篇 网格原理 \r\n\r\n 第1章 网格基础 \r\n\r\n 1. 1 网格内涵 \r\n\r\n 1. 1. 1 网格的概念 \r\n\r\n 1. 1. 2 网格的目的 \r\n\r\n 1. 1. 3 网格的基本要求 \r\n\r\n 1. 1. 4 网格的意义 \r\n\r\n 1. 1. 5 网格概念的分歧 \r\n\r\n 1. 2 网格需求 \r\n\r\n 1. 2. 1 计算的重要性 \r\n\r\n 1. 2. 2 问题的需求 \r\n\r\n 1. 2. 3 相关技术的发展 \r\n\r\n 1. 2. 4 网格的应用领域 \r\n\r\n 1. 2. 5 网格的用户群 \r\n\r\n 1. 3 网格特点 \r\n\r\n 1. 3. 1 分布与共享 \r\n\r\n 1. 3. 2 自相似性 \r\n\r\n 1. 3. 3 动态性与多样性 \r\n\r\n 1. 3. 4 自治性与管理的多重性 \r\n\r\n 1. 4 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第2章 网格体系结构 \r\n\r\n 2. 1 网格体系结构的概念 \r\n\r\n 2. 1. 1 定义 \r\n\r\n 2. 1. 2 讨论 \r\n\r\n 2. 2 五层沙漏结构 \r\n\r\n 2. 2. 1 基本思想与概念 \r\n\r\n 2. 2. 2 结构描述 \r\n\r\n 2. 2. 3 与Globus的对应关系 \r\n\r\n 2. 2. 4 基于五层结构的应用例子 \r\n\r\n 2. 3 开放网格服务体系结构 \r\n\r\n 2. 3. 1 基本思想 \r\n\r\n 2. 3. 2 OGSA的两大支撑技术 \r\n\r\n 2. 3. 3 服务接口与功能机制 \r\n\r\n 2. 3. 4 网络协议绑定 \r\n\r\n 2. 3. 5 高级服务 \r\n\r\n 2. 3. 6 运行环境的作用 \r\n\r\n 2. 3. 7 基于OGSA建立虚拟组织 \r\n\r\n 2. 3. 8 基于OGSA的应用例子 \r\n\r\n 2. 4 建造网格的几点建议 \r\n\r\n 2. 4. 1 国家行为 \r\n\r\n 2. 4. 2 从局部到整体 \r\n\r\n 2. 4. 3 利用市场与经济杠杆 \r\n\r\n 2. 5 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第3章 网格技术 \r\n\r\n 3. 1 网格技术分类 \r\n\r\n 3. 2 网格应用技术 \r\n\r\n 3. 3 网格编程技术 \r\n\r\n 3. 3. 1 编程支持系统 \r\n\r\n 3. 3. 2 面向对象技术及Legion \r\n\r\n 3. 3. 3 基于商品化技术集成的网格编程 \r\n\r\n 3. 3. 4 数值计算编程环境NetSolve \r\n\r\n 3. 4 网格核心服务技术 \r\n\r\n 3. 4. 1 高性能调度技术 \r\n\r\n 3. 4. 2 高吞吐率资源管理技术 \r\n\r\n 3. 4. 3 性能数据收集. 分析与可视化技术 \r\n\r\n 3. 4. 4 安全技术 \r\n\r\n 3. 5 网格底层支撑技术 \r\n\r\n 3. 6 网格技术发展 \r\n\r\n 3. 7 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第二篇 网格实现 \r\n\r\n 第4章 Globus项目介绍 \r\n\r\n 4. 1 Globus的起源和发展 \r\n\r\n 4. 1. 1 Globus项目与Globus工具包 \r\n\r\n 4. 1. 2 Globus对网格计算的理解 \r\n\r\n 4. 2 Globus系统结构 \r\n\r\n 4. 3 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第5章 网格安全基础设施 \r\n\r\n 5. 1 分布式安全技术 \r\n\r\n 5. 2 网格计算环境的安全需求和Globus的安全目标 \r\n\r\n 5. 3 网格安全基础设施的安全技术 \r\n\r\n 5. 3. 1 安全认证 \r\n\r\n 5. 3. 2 安全身份相互鉴别 \r\n\r\n 5. 3. 3 通信加密 \r\n\r\n 5. 3. 4 私钥保护 \r\n\r\n 5. 3. 5 安全委托与单点登录 \r\n\r\n 5. 4 基于GSI的任务提交与执行过程描述 \r\n\r\n 5. 5 GSI的安全策略设计思想 \r\n\r\n 5. 5. 1 相关术语和安全策略介绍 \r\n\r\n 5. 5. 2 用户与用户代理之间的安全关系 \r\n\r\n 5. 5. 3 Golbus主体与本地资源主体的映射 \r\n\r\n 5. 5. 4 资源代理与资源分配安全 \r\n\r\n 5. 5. 5 进程与用户代理之间的安全鉴别身份转移 \r\n\r\n 5. 5. 6 网格信息服务的安全保证 \r\n\r\n 5. 6 GSI的安全策略实现 \r\n\r\n 5. 6. 1 通用安全服务编程接口 \r\n\r\n 5. 7, 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第6章 元计算目录服务 \r\n\r\n 6. 1 元计算目录服务介绍 \r\n\r\n 6. 2 元计算目录服务的特点 \r\n\r\n 6. 3 信息提供者和提供的信息类型 \r\n\r\n 6. 4 元计算目录服务的信息模型和目录信息树 \r\n\r\n 6. 4. 1 LDAP介绍 \r\n\r\n 6. 4. 2 LDAP目录信息树 \r\n\r\n 6. 4. 3 MDS的信息模型 \r\n\r\n 6. 4. 4 MDS信息层次 \r\n\r\n 6. 5 GRIS和GIIS介绍 \r\n\r\n 6. 5. 1 网格资源信息服务GRlS \r\n\r\n 6. 5. 2 网格目录信息服务GIIS \r\n\r\n 6. 6 使用MDS \r\n\r\n 6. 7 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第7章 资源分配管理 \r\n\r\n 7. 1 资源分配管理者GRAM \r\n\r\n 7. 1. 1 GRAM的组成和执行流程 \r\n\r\n 7. 1. 2 GRAM—APl \r\n\r\n 7. 2 动态协同分配代理DUROC \r\n\r\n 7. 2. 1 DUROC的管理结构 \r\n\r\n 7. 2. 2 DUROC—APl \r\n\r\n 7. 3 资源描述语言RSL \r\n\r\n 7. 3. 1 RSL语法. 标记和属性 \r\n\r\n 7. 3. 2 RSL语法和标记规则 \r\n\r\n 7. 3. 3 GRAM RSL参数 \r\n\r\n 7. 4 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第8章 数据管理 \r\n\r\n 8. 1 全局二级存储服务GASS \r\n\r\n 8. 1. 1 GASS简介 \r\n\r\n 8. 1. 2 GASS缺省的数据移动策略 \r\n\r\n 8. 1. 3 GASS特殊的数据传输策略 \r\n\r\n 8. 1. 4 与Glohus工具包其他服务的集成 \r\n\r\n 8. 1. 5 GASS—APl \r\n\r\n 8. 2 Grid FTP \r\n\r\n 8. 2. 1 GridFTP协议功能和实现 \r\n\r\n 8. 2. 2 GridFTP‘性能 \r\n\r\n 8. 3 复制管理服务 \r\n\r\n 8. 3. 1 复制管理服务简介 \r\n\r\n 8. 3. 2 复制管理服务的特点 \r\n\r\n 8. 3. 3 复制管理服务的功能 \r\n\r\n 8. 3. 4 复制目录服务简介 \r\n\r\n 8. 3. 5 复制管理服务API \r\n\r\n 8. 3. 6 复制管理服务的处理流程 \r\n\r\n 8. 4 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第9章 网格应用程序开发工具 \r\n\r\n 9. 1 CoG Kits简介 \r\n\r\n 9. 2 基于CoG Kits的应用 \r\n\r\n 9. 3 Java CoG Kit设计与实现 \r\n\r\n 9. 4 MPICH—G2简介 \r\n\r\n 9. 5 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 参考文献 \r\n\r\n \r\n\r\n 第三篇 网格应用 \r\n\r\n 第10章 分布式超级计算 \r\n\r\n 10. 1 背景 \r\n\r\n 10. 2 应用程序在网格上的分解 \r\n\r\n 10. 3 分布式超级计算的核心技术 \r\n\r\n 10. 3. 1 适应性算法 \r\n\r\n 10. 3. 2 资源调度策略 \r\n\r\n 10. 3. 3 容错 \r\n\r\n 10. 4 SF Express——大规模军事仿真 \r\n\r\n 10. 4. 1 背景 \r\n\r\n 10. 4. 2 任务的分解 \r\n\r\n 10. 4. 3 与Globus的融合 \r\n\r\n 10. 5 分布式异构计算环境Cactus及其应用 \r\n\r\n 10. 5. 1 Cactus的思想 \r\n\r\n 10. 5. 2 Cactus体系结构 \r\n\r\n 10. 5. 3 Cactus应用举例——模拟黑洞 \r\n\r\n 10. 6 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第11章 分布式仪器系统 \r\n\r\n 11. 1 背景 \r\n\r\n 11. 2 分布式仪器系统的核心技术 \r\n\r\n 11. 2. 1 基于网络的海量存储系统HPSS \r\n\r\n 11. 2. 2 分布式监控 \r\n\r\n 11. 2. 3 基于策略的访问控制 \r\n\r\n 11. 3 XPort——X射线设备的科学门户 \r\n\r\n 11. 3. 1 背景 \r\n\r\n 11. 3. 2 XPort试验流程 \r\n\r\n 11. 3. 3 XPort的实现 \r\n\r\n 11. 4 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第12章 数据密集型计算 \r\n\r\n 12. 1 背景 \r\n\r\n 12. 1. 1 生物和医学 \r\n\r\n 12. 1. 2 地球观察 \r\n\r\n 12. 1. 3 数字天空 \r\n\r\n 12. 1. 4 大脑映射 \r\n\r\n 12. 2 CERN与DataGrid \r\n\r\n 12. 2. 1 欧洲原于能研究机构CERN \r\n\r\n 12. 2. 2 大型强子对撞机LHC \r\n\r\n 12. 2. 3 DataGrid \r\n\r\n 12. 3 DataGrid的设计 \r\n\r\n 12. 4 DataGrid的项目管理 \r\n\r\n 12. 5 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第13章 远程沉浸 \r\n\r\n 13. 1 背景 \r\n\r\n 13. 2 应用举例 \r\n\r\n 13. 2. 1 虚拟历史博物馆 \r\n\r\n 13. 2. 2 协同学习环境NICE \r\n\r\n 13. 2. 3 数据可视化协同分析环境CAVE6D \r\n\r\n 13. 3 远程沉浸与网格的结合 \r\n\r\n 13. 4 小结 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 参考文献 \r\n
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首先感谢李三立院士最早将我们带到网格计算这一研究领域.

如果说Internet提供的是四通八达的信息高速公路, 而网络提供的则是Internet上琳琅满目的资源与服务超市. 网格作为一种建立在互联网之上的新一代基础设施, 在国内外的学术界和工业界都引起了广泛的关注. 国外的网格计算研究最早从20世纪90年代初开始, 而国内大概在2000年左右开始这方面的研究.

李三立院士在国内很早就指出网格计算是一个重要的研究方向, 并多方呼吁对这一研究领域加强支持. 教育部在2000年6月决定启动教育部重点项目“先进计算基础设施北京上海试点工程”来支持这一研究领域. 作者很幸运地成为这一项目的研究成员. 在李三立院士的领导下, 经过近一年的紧张工作, 我们成功地完成了这一项目, 并在2001年通过了教育部的验收和鉴定, 这是国内第一个通过鉴定的网格计算项目. 之后我们在该项目研究成果的基础上, 继续在网格计算领域开展多方面的深入研究, 并且密切关注国内外的最新发展动态.

“信息技术专题”是作者为清华大学计算机系高年级本科生讲授的一门课程, 根据我们研究的成果, 作者将网格计算这一前沿的研究内容在课堂上向同学们进行介绍, 引起了同学们很大的兴趣, 取得了较好的效果. 同时在研究生的课堂上, 作者对这一研究方向也进行了介绍, 和研究生共同进行深入探讨, 讨论也非常热烈. 在我们研究组的内部也经常就这一领域的不同问题进行交流, 这一切都是我们在这一研究领域的宝贵积累, 有助于更全面. 准确. 深入地把握这一研究方向.

网格计算权威Ian Foster博士的热心帮助是本书问世最直接的原因. 由于作者在给同学们上课时需要更丰富的网格计算材料, 而关于网格计算的经典著作就是Ian Foster和Carl Kesselman共同编著的“The Grid：Blueprint for a New Computing Infrastructure”, 当时在国内很难找到, Ian Foster热心地将他的这一著作寄给了作者, 通过阅读这一经典著作, 我们觉得有义务尽快将这一重要的研究方向以图书的形式, 向国内学术界进行介绍, 为国内这一领域的研究作出我们的一点贡献.

感谢和我们共同探讨与交流的老师和同学们, 感谢Ian Foster的热心帮助, 感谢清华大学出版社的大力支持. 没有他们, 就没有这本书.

本书第一篇由都志辉撰写, 第二篇由陈渝撰写, 第三篇由刘鹏撰写.

“抛砖引玉”是本书的目的, 网格计算是一个崭新的研究领域, 欢迎对这一领域有兴趣的朋友和同行为我们多提意见, 相互切磋, 共同促进国内的网格计算研究.

作 者

2002年8月17日于清华大学