Общие задачи Грида

Концепция Грида появилась не как абстрактная идея, а как ответ на появляющиеся потребности в крупных информационно-вычислительных ресурсах, динамически выделяемых для решения громоздких задач, в научной, индустриальной, административной и коммерческой областях деятельности. Создание Грид-среды подразумевает распределение вычислительных ресурсов по территориально разделенным сайтам, на которых установлено специализированное программное обеспечение для того, чтобы распределять задания по сайтам и принимать их там, возвращать результаты пользователю, контролировать права пользователей на доступ к тем или иным ресурсам, осуществлять мониторинг ресурсов, и так далее. Общедоступные ресурсы на основе сайта могут включать вычислительные узлы или узлы хранения и передачи данных, собственно данные, прикладное программное обеспечение [8].

Вычислительные ресурсы предоставляют пользователю Грид-системы (точнее говоря, задаче пользователя) процессорные мощности. Вычислительными ресурсами могут быть как кластеры, так и отдельные рабочие станции. При всем разнообразии архитектур любая вычислительная система может рассматриваться как потенциальный вычислительный ресурс Грид-системы. Необходимым условием для этого является наличие ППО, реализующего стандартный внешний интерфейс с ресурсом и позволяющего сделать ресурс доступным для Грид-системы [8],[12],[20].

Ресурсы хранения также используют ППО, реализующее унифицированный интерфейс управления и передачи данных. Как и в случае вычислительных ресурсов, физическая архитектура ресурса памяти не принципиальна для Грид-системы, будь то жесткий диск на рабочей станции или система массового хранения данных на сотни терабайт. Основной характеристикой ресурсов хранения данных является их объем.

Информационные ресурсы и каталоги являются особым видом ресурсов хранения данных. Они служат для хранения и предоставления метаданных и информации о других ресурсах Грид-системы. Информационные ресурсы позволяют структурировано хранить огромный объем информации о текущем состоянии Грид-системы и эффективно выполнять задачи поиска ресурсов [8],[23].

Сетевой ресурс является связующим звеном между распределенными ресурсами Грид системы. Основной характеристикой сетевого ресурса является скорость передачи данных.

Основными общими задачами Грида являются:

• создание из серийно выпускаемого оборудования широкомасштабных распределенных вычислительных систем и систем обработки, комплексного анализа и мониторинга данных, источники которых также могут быть (глобально) распределены;

• повышение эффективности вычислительной техники путем предоставления в Грид временно простаивающих ресурсов.

Приоритет той или иной общей задачи, которая решается с помощью Грида, определяется типом Грида и характером прикладных областей, в которых он используется.

В результате достижение научных или инженерных целей может оказаться чрезвычайно сложной, очень дорогой, а иногда совершенно невыполнимой задачей. Если же на время выполнения задачи или проекта есть возможность использовать ресурсы множества персональных компьютеров, рабочих станций, кластеров, может быть даже и суперкомпьютеров, а также хранилищ данных, размещенных в разных точках мира и принадлежащих разным людям и учреждениям, то проблема может стать разрешимой. Такую возможность – распределения отдельных частей большой задачи по географически удаленным ресурсам (если сам характер задачи позволяет разделить ее на части) и предоставляет Грид-среда [8] [12].

Особенно эффективным такой подход оказывается, когда в рамках какого-либо проекта (исследования или прикладной проблемы) надо выполнить огромный поток или набор однотипных задач. Типичным примером может служить обработка большого объема данных.

Другая общая задача, которую решают системы распределенных вычислений, является вполне традиционной для любого производственного процесса: это повышение эффективности использования оборудования (средств производства). Эта задача становится особенно актуальной, когда производительность средств производства становится выше, чем требуется для удовлетворения локальных потребностей.

Современные же мощные ПК зачастую реально используются не более, чем на несколько процентов свой мощности, и естественной становится задача предоставления неиспользуемых ресурсов для общественных нужд. Аналогичная ситуация характерна и для компьютерных центров, поскольку большие вычислительные задачи появляются у пользователей не постоянно, то есть потребность в выполнении вычислительной работы имеет пиковый по времени характер. Грид-технологии позволяют объединять эти мощности в единую, хотя и географически распределенную вычислительную среду[54].

В результате пользователь получает возможность запуска своих задач на таком «глобальном кластере», имеющем мощность, существенно превосходящую его собственные ресурсы. При этом и его компьютер (или компьютеры) может быть включен в состав этого глобального кластера, и будет выполнять задачи других пользователей. Результат же вычислений будет получен существенно быстрее, чем при последовательном запуске задач на своем персональном компьютере. Следует подчеркнуть, что временной эффект будет связан не только с пиковым характером появления задач у данного пользователя, что может иметь периодичность в дни и даже месяцы. Эффект может быть получен и просто из-за неравномерного запуска задач в течение дня, в силу чего пики загрузки не совпадают для географически разделенных по временным поясам районов (такой эффект очень хорошо известен и в электрических сетях) [12],[20],[23],[33].