ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ
УДК 681.3.06
БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ И СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГРИДА*
© 2009 г. В. Н. Коваленко, Д. А. Корягин
Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН 125047 Москва, Миусская пл., 4 E-mail: kvn@keldysh.ru, koryagin@keldysh.ru Поступила в редакцию 11.04.2008 г.
В течение последнего десятилетия в области распределенного компьютинга сформировалось новое направление - грид, которое ориентировано на работу с распределенными множествами ресурсов. Полученные результаты, в том числе создание крупных действующих грид-инфраструктур, позволяют ставить вопрос о возможности широкого практического использовании новых технологий. Цель статьи - определить круг возможностей грида. Рассмотрение опирается на формулировку основных положений концепции грида, принципов интеграции пространственно распределенных ресурсов и задач, решаемых программным обеспечением. Исходя из этого, описаны формы и способы применения интеграционных технологий грида для работы с компьютерными, файловыми, информационными и другими типами ресурсов.
1. ВВЕДЕНИЕ
Термин грид прочно вошел в состав фундаментальных понятий информатики. Полученные за десятилетие теоретические результаты, воплощенные в технологиях и программном обеспечении, привели к созданию действующих инфраструктур, содержащих рекордное количество вычислительных ресурсов. Эти инфраструктуры доступны многим исследователям и применяются для решения крупных научных задач.
Стадия внедрения в практику делает актуальными вопросы, связанные с оценкой продуктивности подхода грид, адекватности имеющихся средств практическим требованиям и, в конечном счете, его перспектив. Приведем примеры таких вопросов:
• полезен ли грид только научному сообществу, или же он представляет интерес и для других областей (производственной сферы, бизнеса, управления и т.д.)?
* Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 06-07-89111, 08-07-00381, программы фундаментальных исследований Президиума РАН, гранта Президента РФ для ведущих научных школ НШ-2139.2008.9.
• будет ли грид столь же массово востребован, как, например, Web?
Активное участие, которое в развитии грида принимают деловое сообщество и ведущие производители компьютерной техники и программного обеспечения (ПО) [1], свидетельствует о том, что ответы на оба вопроса предполагаются положительными. Тем не менее, существует известное расхождение мнений в оценке подхода грид, начиная с полностью негативных: "грид -это более социологическое или культурное (явление), чем техническое", до признания грида следующим поколением Интернета [2]. Кроме того, темп, с которым идет продвижение грида, пока не совсем отвечает ожиданиям [3, 4].
Такое положение можно отнести на счет объективных обстоятельств: новизны подхода, происходящей периодически смены программных средств [5], но существенным препятствием является также недостаточное понимание возможностей и способов применения грида со стороны пользователей, руководителей информационных подразделений и разработчиков программных средств.
Свою оценку подхода грид мы основываем на анализе концепции грида и возможных способов ее применения. Ставятся задачи:
• выделить, опираясь на основные положения концепции, направления, в которых получены наиболее важные результаты;
• предложить на основе анализа этих результатов сценарии применения грида для работы с пространственно распределенными ресурсами различных типов.
Еще одному аспекту - уровню развития технологий и программного обеспечения - посвящена работа [6].
2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВАНИЯ ГРИДА
2.1. Определение грида
Продуктивность того или иного подхода, в конечном счете, доказывается практикой, но для оценки перспектив не менее важно учитывать заложенные в нем идеи и цели. Концентрированное изложение базовых положений подхода грид содержится в многочисленных и периодически повторяющихся попытках дать определение этому понятию. Как показывают опросы, суждения специалистов по этому поводу разнообразны. Оказывается, однако, что расхождения касаются деталей (свойств грида), но существует единодушие в отношении двух определений.
Первое из них дано на стадии зарождения гри-да в 1998 г. Я. Фостером и К. Кессельманом [7].
Определение 1. Вычислительный грид - это аппаратно-программная инфраструктура, которая обеспечивает надежный, устойчивый, повсеместный и недорогой доступ к высокопроизводительным компьютерным ресурсам.
Второе определение, принадлежащее тому же Я. Фостеру, сформулировано спустя 6 лет в 2004 году [8]:
Определение 2. Грид - это система, которая:
• координирует использование ресурсов при отсутствии централизованного управления ими,
• использует стандартные, открытые, универсальные протоколы и интерфейсы,
• обеспечивает высококачественное обслуживание.
Для сравнения приведем определения, выражающие согласованные точки зрения специалистов двух экспертных организаций Open Grid Forum (OGF) [9] и CoreGRID [10].
Определение 3. Грид - это система, которая решает задачи интеграции, виртуализации и управления службами и ресурсами в распределенной гетерогенной среде, поддерживая деятельность коллективов пользователей (виртуальных организаций), которая происходит поверх традиционных административных и организационных границ (реальных организаций) [11].
Определение 4. Полностью распределенная, динамически реконфигурируемая, масштабируемая и автономная инфраструктура, предоставляющая независимый от расположения, всепроникающий, надежный и эффективный доступ к скоординированному множеству служб, инкапсулирующих и виртуализирующих ресурсы (вычислительные мощности, память, инструменты, данные и т.д.) для того, чтобы порождать знания [2].
Совокупность приведенных определений адекватно отражает современное понимание грида, но в то же время они отличаются друг от друга. Причина, по-видимому, в том, что каждое из них выделяет некоторые важные, по мнению авторов, черты грида, причем в каждом случае в одном ряду стоят задачи, цели, свойства, способы организации и использования. Это свидетельство того, что грид - не простое понятие, и каждый аспект заслуживает отдельного обсуждения.
В соответствии с приведенными определениями:
• Задача грида - обеспечение дистанционного доступа (интеграции, виртуализации, управления) к пространственно распределенным ресурсам и службам.
• Конечная цель грида - производство знаний.
• Физическая имплементация грида - программно-аппаратная инфраструктура или система.
• Способ использования - грид используется в интересах больших коллективов, организованных в виртуальные организации.
• Свойства грида - распределенность, де-централизованность, динамическая конфи-
гурируемость, масштабируемость, автономность, гетерогенность.
• Свойства доступа - из любого места, всепроникающий, безопасный, эффективный, надежный, координированный, обеспечивающий высококачественное обслуживание.
• Способ организации грида - открытые стандартные протоколы.
2.2. Основные положения концепции
Понятие грида. Прежде всего, нуждается в уточнении понятие грида. Слово грид не является аббревиатурой и происходит от английского "grid" в значении "энергетическая система" - используется метафора повсеместного доступа к вычислительным ресурсам таким же образом, как к электричеству. Употребление термина "грид" страдает многозначностью, и представляется полезным различать способом написания два значения:
• грид - подход, включающий концепцию и методы создания пространственно распределенных программно-аппаратных комплексов (инфраструктур);
• Грид - конкретная имплементация инфраструктуры, построенной на основе методов грида.
В связи со вторым значением можно заметить, что изначально бытовало представление о едином общемировом Гриде по типу Интернет, однако по факту сейчас функционируют множество различных Гридов.
Задача подхода грид. В области распределенного компьютинга, к которой относится грид, известно большое число архитектурных подходов (от клиент-серверных до объектно-ориентированных), методов и технологий (RMI [12], CORBA [13], DCOM [14], DCE [15], .NET [16]). Отличительной особенностью грида является то, что в нем впервые поставлена задача создания аппарата для работы с пространственно распределенными (находящимися в разных местах) ресурсами. Назначение этого аппарата - поддержка дистанционного выполнения
операций, которые соответствуют типу ресурсов и обычно применяются к ним в локальной среде одного компьютера. Весьма важно, что эти операции являются содержательными: их семантика прямо отражает конкретную функцию, например, запуск программ или передачу файлов.
Постановка подхода грид характеризуется общностью и фундаментальностью. Изначально движущей силой грида выступала проблема построения сверхмощных систем (вычислительных гридов), предназначенных для решения прикладных задач большой вычислительной сложности и задач хранения больших массивов данных. Соответственно, основное внимание уделялось компьютерным ресурсам и ресурсам хранения [17, 18]. Однако разработанные методы оказались в большой степени универсальными и применимыми к ресурсам любой природы: сетям, сенсорам, инструментам наблюдения, а также к файлам, базам данных и приложениям. К ресурсам также относят публично предоставляемые услуги компьютерной обработки, хранения и извлечения данных.
Говоря о фундаментальности, мы имеем в виду, что аппарат грида предназначен для поддержки типовых форм работы с ресурсами и, претендуя на роль стандарта, может служить базой для прикладных систем широкого класса. Грид дополняет современные способы их создания унифицированными средствами для работы с распределенными ресурсами.
Грид как инфраструктура. Работа с пространственно распределенными ресурсами осуществляется по глобальным сетевым коммуникациям, и тем самым обеспечивается потенциальная доступность ресурсов из любой точки. Понятно, однако, что для реализации многообразия операций над ними одних лишь традиционных сетевых протоколов недостаточно, требуются дополнительные средства - программное обеспечение грида (ПГО - middleware), которое надстраивается над сетевым уровнем.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.