管理网格：网络和基础设施(1)

简介

选择正确的网络硬件和网格硬件在管理网格时会造成很大的区别。如果我们对网格基础设施进行一些简化，它将很容易进行部署。但随着网格需求和资源的不断增加，长期发展之后，网格将变得很难进行扩充。在这两个元素之间达到平衡是有效管理网格的关键。

网格管理概述

网格的使用和开发有很多方面都需要考虑 —— 从安全基础、应用程序、架构以及用来部署和分发任务所使用的方法。一旦网格和应用程序都就绪之后，就需要在解决其他一些关注的问题了。

例如，我们可能会使用某种监视系统来监视网格(请参看 参考资料)。从这些信息中，我们可以决定有关任务的负载以及任务在网格上的分发的问题，从而最好地利用可用资源。

记住网格管理从安装和设置网格环境时就开始了。因此开始管理过程的地方就是构成格其余部分的框架的网络和硬件。

网络结构和拓扑

网格使用的网络结构和拓扑对于网格的效能、网络性能(这对于网格应用程序来说可能至关重要，也可能并不重要)、对网格环境将来的管理、支持和扩展都有重大的影响。

最开始，我们需要确认要部署的网格类型:专用网格、非专用网格或分布式网格。

• 专用网格 是由专用的网络硬件和网格专用的资源构成的。专用网格对网格架构提供了最佳的控制能力和灵活性，因此我们可以选择进行所有的操作。
• 非专用网格 是使用现有计算基础设施的资源和环境的网格。例如，一个网格在公司的桌面或服务器计算机大量空闲时而使用这些计算资源时的网格就是非专用网格。我们对于环境和网络结构的控制权很少，因为当及其不被网格使用时，我们就无法改变用来支持这些机器的核心结构。不过我们可以使用网格需求来帮助驱动当前基础设施中的变化，从而让网格的效率更高。
• 分布式网格 是由无处不在的机器构成的，这些机器可能是内部的，也可能是外部的;可能分布在 WAN 上，也可能分布在 Internet 上。使用分布式网格，我们实际上无法控制网络结构，但是可以控制(也有责任)确保分布式组件能够彼此有效地进行通信。

网络拓扑和硬件首先受到部署的网格类型的影响。专用的网格为选择希望使用的拓扑和网络硬件提供了最大的自由。

对于非专用网格来说，我们更倾向于依赖现有的网络和基础设施，因此我们对网络决策的控制更少。

在分布式网格中，对网络硬件和结构的任何控制或管理都简化成在网格机器通过公共网络或基于 WAN 的解决方案相互进行通信的方法。管理所关注的内容将着眼于提供访问、安全性(包括防火墙和认证)以及在发生失效的情况下仍然提供连通性的备份解决方案。

常用网络硬件

不管网格网络结构的类型如何，我们需要制定的关键网络选择是硬件。如果使用了常用的网络硬件 —— 例如使用标准交换机和线缆的以太网 —— 那么网络就很容易进行部署，并且很容易与现有的环境和硬件进行集成。

采用常用网络硬件，网络结构通常都是一个精简的总线，如图 1 所示。

图 1. 常用网络拓扑

常用网络硬件有很多优点和缺点。主要的考虑是系统的可用性和简单性。缺点与网格硬件的速度和效率有关。常用网格的特点如下:

• 易于部署 —— 以太网交换机的购买、安装和连接都很容易。以太网卡驱动程序对于所有的平台和操作系统基本上都可以使用。
• 价格便宜 —— 常用硬件的价格比较便宜，因此可以使网格的成本最低。
• 易于扩展 —— 使用以太网，我们可以根据需要添加并扩展可用网络部分。使用适当的交换机和路由器，理论上来说就没有什么限制，不过在大型网络中速度可能会有所限制。
• 速度快 —— 常用硬件的速度很快(千兆以太网甚至 10-GB 以太网)，不过通常来说，随着节点数目的增加，网络的总体速度可能会降低，这可能会限制网络的扩展能力。
• 高延时 —— 即使使用千兆以太网，发起连接和准备发送数据的延时也会很高。在高性能网格中，这可能是一个问题。

专用网络硬件

比较而言，专用硬件，例如 InfiniBand 或 Myrinet，都使用了一个完全不同的拓扑结构，它们是专门为实现很高的速度而设计的，通常采用网状结构(请参看图 2)。网状结构可以在节点之间实现快速连接，并可以对吞吐量(数据传输)或延时(连接间的延时)进行优化。

图 2. 专用网格硬件所使用的网状网络

这种采用网状结构工作的专用网络系统有很多优点和缺点，包括：

• 速度——在高性能的网格中，网络的速度和延时可能都非常关键。网状网络通常都可以消除这种问题。
• 价格——由于这些网络系统都是专用的，因此销售的价格都比较高。
• 有限的扩展能力——尽管我们通常都会使用数百、数千个节点来构建大型网络，通常都不会对性能或延时造成影响，但是网络中的节点数目的确存在一个上限。
• 有限的支持——专用网络所支持的平台和操作系统可能很少，这可能会影响希望为网格环境而安装的系统。我们通常还需要支持专用的桥或硬件来为用户提供网格连接能力。

网络持续发展的管理需求会影响对网络进行扩展和更新的方法。它们会改变对网格中任务执行的监视方式、对网格的性能和能力的测量手段，因此我们可以有效地对将来的任务和作业进行调度。

网络结构和网络选择为我们的网格建立了核心的环境。因此我们必须要确保部署的网络环境在速度、灵活性和可扩展能力之间达到合理的平衡，并且所提供的网络环境能够支持我们所选择的部署平台。