2、计算网格：概念、架构与编程范式

计算网格：概念、架构与编程范式

1. 计算网格简介

计算网格起源于高性能计算（HPC）领域，其主要目标是连接超级计算站点，并通过广域多域网络连接优化利用可用的 CPU 时间。在实际情况中，常常会出现某个节点在特定时刻需要承担大量计算任务，而远程站点却有大量 CPU 时间闲置的情况。计算网格就像一种无处不在的智能，能够监控每个处理器的状态，将 CPU 资源合理分配到需要的地方，从而最大程度减少 CPU 闲置时间，并允许用户有控制地访问大规模 CPU 设施。

随着高性能计算目标的逐步实现，网格自然地发展起来。对分布式 CPU 功率的可控和优化管理理念被扩展到更广泛的资源管理概念中。用户不仅在某些时候需要 CPU 时间，还可能希望访问远程数据库、在远程存储系统上存储大量数据，以及使用软件服务和电子仪器，而网格能够帮助用户实现这些需求。

在互联网革命及其 Web 设施的推动下，网格的发展远远超出了其最初的概念，成为分布式系统、网络、安全、并行计算和 Web 工具的自然融合体。因此，想要将科学应用迁移到网格计算多学科环境中的研究人员，需要具备并行和分布式计算的基础知识，并掌握相关领域的特定技能。

2. 并行和分布式架构

传统计算机遵循冯·诺依曼模型，该模型描述了计算机的基本运行方式。CPU 顺序处理存储在内存中的指令，它由控制单元（CU）和算术逻辑单元（ALU）组成。CU 负责解码从内存中获取的指令，ALU 负责执行这些指令。输入数据从内存移动到 ALU 的本地寄存器，输出数据从 CPU 移动到内存。计算机由内存、CPU 和输入/输出（I/O）设备三个主要组件组成，这些组件通过高速通信线路（总线）相互交换数据和信号。

计算机执