在不远的将来,一个把因特网连接在一起的超级操作系统,会把上百万台计算机联起网来的能力带到你面前。
阿玲家有个超级电脑
阿玲下班回家,打开电脑查电子邮件,此时电脑不仅为她工作,还为一个生物技术公司打工,帮着给基因排序。电脑的硬盘里除了阿玲自己的文档,还有上千个经过加密的其他文件。
除此之外,阿玲的背包里还有一个笔记本电脑,作为分布式备份系统的一分子,它的硬盘里装有上千人的文件。阿玲自己的重要文件也同样经过备份,存储在世界某个角落的硬盘里。
接下来,阿玲通过与因特网连接的数字电视欣赏影片,几百台电脑上的“文件碎片”响应号召,飞驰而来,她过足了瘾。此时,悉尼的一位用户也正津津有味地看电影,也许其中一些文件就存储在阿玲的电脑里。
此时阿玲的电脑具有多重身份,属于阿玲的同时,也在为其他人干兼职。既然兼职,可不可以顺便赚点钱呢?当然可以,文件“流出”时,钱一分一分地流进了阿玲的虚拟银行账户。付钱的是生物技术公司、电影系统和备份服务公司。天下没有免费的午餐,这些公司自然不会白掏腰包,他们节省的是购买、摆放昂贵的服务器的费用,可以腾出钱来买最新、最酷的影片,而像阿玲这样的用户不仅文件得到备份,还可以看电影,顺便赚点小钱。套句流行的话说,这叫双赢。
所有这些的实现,都要靠因特网级操作系统(ISOS)提供“胶水”,把上百万台独立计算机的加工、储存能力粘合在一起。
超级操作系统本事不小
阿玲的世界是虚拟的,真正的因特网级操作系统还没出生呢。但开发商已经开发出了类似的软件,尝试发掘联网计算机的潜在能力,做单机不可能完成的事情。一个因特网级操作系统包括一系列运行在每个“宿主机”(比如说阿玲的)上的客户软件和一个运行在服务器上的协调系统。其核心功能是分配每个硬盘的资源和处理“宿主机”之间的沟通。这类操作系统被称为微核,它把一些具体事务移交给系统下的工具软件来做。比如说,阿玲就不会直接使用ISOS来存储文件。她所做的很简单,只要打开一个含有ISOS功能的备份工具软件就一切都解决了。这里,ISOS借用了经济学理论,在不同用户中间合理有效地配置资源,然后根据个人贡献的大小来分红。
到2002年,世界上联网的计算机已经超过了1.5亿台,它们组合在一起有无限的能量,但给它们分工可不容易。ISOS必须尽量降低成本,而且要公平,不能让这台机器累死,那台机器闲死。要实现这一切,首先要定义最基本的资源单位,比如说一天使用多少兆的硬盘空间,然后按照这个单位付钱。在这个框架下,ISOS会建立一个内部银行,每个服务提供者和客户都有一个账户,用户得到的虚拟货币和真正的钱之间有一个换算关系。
和钱一搭上钩,骗子往往会出现。比如说,资源提供者可以把ISOS的客户端软件修改一下,让计算机闲着,给“总部”的报告却说“我一直在辛苦地工作”。对此,有人提出每个工作单元必须有一系列中间结果;这些中间结果只有在执行了全部服务后才能被服务器检测到。
ISOS会让两大类应用软件受益匪浅。第一个是分布式数据处理,比如说物理仿真、无线电信号分析、基因分析、图形绘制和金融模型等;第二个是分布式在线服务,比如说文件存储系统、数据库、网站、流媒体和高级搜索引擎。
想起来容易做起来难
今天的计算机大多数属于不折不扣的私有财产,而ISOS却提供了一个新模式,让所有联网的计算机共享资源。在这个巨大的资源库里,宿主机可以处理、存储数据,而网络成了连接各家各户的公路;机器属于个人,没错,但它可以同时为世界各地的人工作。宿主机包括台式机、笔记本、服务器或者掌上电脑。ISOS的出现,将会把1.5亿台联网的计算机的能量结合在一起,然后合理分配给每个用户,其结果是每个用户都得到了更快的速度、更高的稳定性和更方便的服务。
有了因特网资源库,海量平行数据传输变为现实,下载、上传之类的词汇将要消失,每台计算机都成了网络中平等的一员。在任何地方,你都可以得到想要的数据。除此之外,系统安全性也得到了提高:只有同时侵入至少一万台计算机,才能危及系统安全。
这样,有些应用软件可以提高效率,有些则降低了成本,但相当一部分应用软件得不到什么好处。这没关系,因为它只是个有益的模式,不是能根治一切的万能灵丹。
如此美好的设想,实施起来可以说是困难重重。
首先,资源库里的东西五花八门,想糅合在一起谈何容易。这就像《笑傲江湖》里面的令狐冲,七八道真气体内混合,如不正确引导,性命都难保,还谈什么练功啊。资源库碰到的麻烦是宿主机CPU类型各异,操作系统各不相同,内存、硬盘空间有大有小。另外,接入速度有的是几兆的宽带,有的是56K的猫,有的计算机藏在防火墙后面,拒绝外界进入。还有库里资源处于变动之中,到了夜晚,台式机大都关了,大部分用猫上网的计算机都下了。还有的计算机年老退休,永远离开了网络;有的刚刚进入,还摸不出门道……
尤其让ISOS挠头的是,它不能惹着宿主机的主人。它必须尽力不影响非ISOS用户的正常工作,还必须尊重计算机主人的隐私和个人意愿,比如有人不想晚上开机,ISOS就不能强求。更可怕的是,并非每个人都按照章程办事,总有人喜欢搞点恶作剧,或者把系统给破坏了,或者利用技术骗取钱财,万一出来一个高明的黑客把几十万台计算机都给鼓捣瘫痪了,这个责任谁负得起?
大系统离不开小软件
ISOS需要服务器,因而服务提供商成了一个必不可少的角色,它可能是一个政府投资的组织,也可能是几个提供资源最多的公司组成的联盟。无论前者还是后者,ISOS都是一个中央集权的架构,这样才能保护敏感信息的隐私权。中央集权的结果是控制系统随着客户的增多变得硕大无比,它万一出事,整个系统会不会崩溃?有专家认为,这样的担心是多余的,因为一批合理配置的服务器可以很容易地存储每一台入网机器的信息,并随时与它们沟通。这方面成功的例子是Napster,它就用一大批服务器连接了近6千万用户。
ISOS服务器联合体维护着大量数据,包括资源描述、使用规则和任务描述。资源描述包括宿主机的操作系统、CPU类型和速度、全部和剩余硬盘空间、内存大小、网络接入速度等;使用规则是用户承诺的服务,比如说什么时间提供什么;任务描述包括在线资源描述和等待完成的工作描述。
要想接入ISOS,用户必须首先连接服务器联合体,下载并安装ISOS客户端软件,把自己的资源提供给ISOS账户。ISOS客户端软件会算清该客户可以提供多少资源,并不时给它安排任务。
理论上讲,ISOS可以完成上述这些活儿,但实际上它还有几项重要任务,需要几个工具软件的协助才能做得更好:
中立地址路由:具有ISOS功能的工具软件需要从几百万台计算机的某一台里找自己想要的信息,使用或者复制后归还,这需要全球单一身份识别器(GUIDs)的帮助,只有通过它,才能无需知道地址就向目标发出请求,这叫做“中立地址路由”。要实现这一目标,需要在每一台机器上都安装全球单一身份识别器。
永久性数据存储:ISOS所存储的信息必须能够经受各种灾难的考验而不丢失。这就需要某些工具软件出手相助,对数据进行编码、重组或者修复。为了最大限度地保护数据,编码方式为“ M of N”,这类似全息图原理,编码时信息分布在N个地方,找到其中 M(M<N)个就可以恢复全部数据。另外,持续修复是一道必不可少的工序。某一部分坏了,修复工具会让它再生。如果运行合适,永久性数据工具可以保证数据几百年完好无损。
安全升级:当信息需要修改或者升级时,麻烦就要来了。比如说,所有备份信息都要升级,单一身份识别器必须指向信息的最新版本。一个接入控制机制可以防止非授权客户偷偷升级信息。
ISOS如今面临两难境地:如果没有大的用户基础,许多吸引人的功能就无法实现;好的设想变不成现实,用户肯定没人搭理。但是,如果ISOS能通过自身优势,先搞定一些开发商和重要用户,把基础打好,它会逐渐成长起来的。
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与传统的服务器/客户机的模式不同,对等计算的体系结构是令传统意义上作为客户机的各个计算机直接互相通讯,而这些计算机实际上同时扮演着服务器和客户机的角色,因此,对等计算模式可以有效地减少传统服务器的压力,使这些服务器可以更加有效的执行其专属任务。
分布式计算
在分布式计算模型中,复杂的处理任务通常被划分为简单的“任务块”,然后分配到所有参与计算的计算机上,这种分布式计算模式充分的利用桌面系统空闲的计算能力(这些计算能力过去通常只是用来运行屏幕保护程序或者干脆是休眠了)来完成计算,一方面降低了采购大型专用服务器集群的费用,同时也不会影响桌面计算机完成其原有的各种桌面处理任务。