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    作者：(刘鹏  清华大学计算机系)

    背景

    SF Express项目开始于1996年，是由美国国防部下属的国防先进研究计划处DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)资助、由加利福尼亚理工学院负责研发完成的，其目标是模拟尽可能多的战斗单位。DARPA一直对大规模的军事推演模拟非常感兴趣，因为它对于军事指挥、训练、演习和试验都有先验指导意义。

    1996年11月，SF Express使用拥有1024个处理器的Intel Paragon并行机，模拟了10,000个战斗单位。1997年，SF Express扩展到横跨7个时区的6台超级计算机，共使用了1,094个处理器，模拟了50,000年战斗单位。这时，SF Express已经初步具备网格特征，但它采用手工配置的方法管理资源，无法适应网格的变化，不能动态容错，在演示过程中就暴露出许多问题。

    之后，SF Express加强了与Globus的融合。在场景分发、资源配置、资源管理、信息服务、日志服务、监视和容错等方面都利用了Globus的动态管理功能。1998年3月16日，SF Express 集合13台并行计算机之力，使用了1,386个处理器，终于成功模拟了100,298个战斗实体，实现了历史上最大规模的战争模拟。此时的SF Express已经能够适应网格的动态变化，能够自动选择资源，自动提交可执行代码和运行数据，自动调整运行状态，自动屏蔽网格中的出错情况。

    从SF Express走过的历程看，由单台并行计算机转向网格环境，将能够解决的问题规模扩大了一个数量级。而它与Globus的融合程度，决定了它对网格环境的适应能力。这对后来的大规模应用无疑是有借鉴意义的。

    任务的分解

    SF Express的模拟基于分布式交互模拟平台DIS(Distributed Interactive Simulations)。DIS是一个网络化的模拟环境，它支持对复杂地形、高保真独立建模实体(如坦克、舰船、导弹等)的模拟，还支持人在回路(真实的人作为模拟的一部分加入到虚拟的环境中)，模拟的战争场面可以用可视化工作站展现出来。

    DIS的模拟实体之间需要频繁沟通以反映战争的进程，既要向外发送自身位置和行为的变化，又要接收友军和敌情的变化信息，如军队的调动、导弹飞行、爆炸等。DIS通过在网络上传输标准协议数据单元PDU(Protocol Data Units)来完成通信。如果没有特殊的处理方法，随着场景复杂度和实体数量的增加，实体之间的通信量会迅速增加，很快，网络就会被PDU塞满，而并行计算机的处理能力将被耗尽。

    有幸的是，实体之间的通信是有局部性的。例如，一辆坦克只需要掌握它的同伴和面对的敌军的运行状态，而不需要了解远在太平洋的航空母舰的调度情况。这样，就能把所有实体分门别类地放入到不同的“袋子”里，每个“袋子”内部是强相关的，而“袋子”之间是弱相关的，SF Express设计了如图 1‑1所示的体系结构[5]，把一些“袋子”放在某台超级计算机上运行，而另一些“袋子”放到另外的超级计算机上运行，从而在扩大了系统规模的同时避免了通信量呈指数增长。

图 1 SF Express体系结构

    图 1 中功能结点的作用解释如下[6]：

    1  模拟器

    并行计算机内部的绝大多数处理器都用作模拟器，运行标准的ModSAF模拟程序。ModSAF是一个流行的DIS应用程序，它提供真实感很强的军事模拟。每个模拟器大概能够模拟50-150个战斗实体，具体数量取决于军事行动的复杂性及处理器的能力。

    2  路由器

    路由器为一组模拟器传递消息。每个模拟器不断向路由器报告所模拟的实体的状态和活动，又从路由器获得其他模拟器上实体的状态和活动。在具体实现时，可能为一组模拟器指派3个路由器，一个负责直接与下属的模拟器打交到，一个专门计算本组模拟器的感知范围，而另一个专门报告所有实体的运动状态。这样，每组路由器能够很容易地管理1000到2000个战斗实体。

    3  网关

    网关是一种特殊的路由器，它负责本地路由器与其他并行计算机之间的消息传递。

    4  数据服务器

    专门向模拟器提供数据存贮和访问服务，它