Архітектура Grid

Open Grid Services Architecture (OGSA) направлена на стандартизацію адресації (для сумісності), за допомогою визначення основи структури додатку GRID. По суті стандарт OGSA визначає сервіси GRID, їх можливості і те, на яких технологіях вони засновані. Проте, OGSA не розрізняє особливостей технічної сторони специфікації; метою є визначення – що є системою GRID. OGSA називають архітектурою, оскільки вона направлена на побудову і установку інтерфейсів, з яких можуть бути побудовані, системи, засновані на відкритих стандартах WSDL.

Таблиця 1. Пропонований OGSA інтерфейс служб GRID

Є два основні критерії, що виділяють GRID – системи серед інших систем, що забезпечують доступ до ресурсів, що розділяються:

· GRID – система координує розрізнені ресурси. Ресурси не мають загального центру управління, а GRID – система займається координацією їх використання, наприклад, балансуванням навантаження. Тому проста система управління ресурсами кластера не є системою GRID, оскільки здійснює централізоване управління всіма вузлами даного кластера, маючи до них повний доступ. GRID – системи мають лише обмежений доступ до ресурсів, залежний від політики того адміністративного домену (організації-власника), в якому цей ресурс знаходиться.

· GRID – система будується на базі стандартних і відкритих протоколів, сервісів і інтерфейсів. Не маючи стандартних протоколів, неможливо легко і швидко підключати нові ресурси в GRID – систему, розробляти новий вигляд сервісів і так далі.

Додамо ще декілька властивостей, якими зазвичай володіють GRID – системи:

· гнучкість, тобто можливість забезпечення доступу, що розділяється, потенційно до будь-яких видів ресурсів;

· масштабованість: працездатність GRID – системи при значному збільшенні або зменшенні її складу;

· гнучка і могутня підсистема безпеки: стійкість до атак зловмисників, забезпечення конфіденційності;

· можливість контролю над ресурсами: застосування локальних і глобальних політик і квот;

· гарантії якості обслуговування;

· можливість одночасної, скоординованої роботи з декількома ресурсами.

Хоча сама технологія GRID не прив'язана до певних ресурсів, найчастіше реалізації GRID – систем забезпечують роботу з наступними типами ресурсів:

· обчислювальні ресурси – окремі комп'ютери, кластери;

· ресурси зберігання даних – диски і дискові масиви, стрічки, системи масового зберігання даних;

· мережеві ресурси;

· програмне забезпечення – яке-небудь спеціалізоване ПО.

Відзначимо різницю між технологією GRID і реалізаціями GRID – систем. Технологія GRID включає лише найбільш загальні і універсальні аспекти, однакові для будь-якої системи (архітектура, протоколи, інтерфейси, сервіси). Використовуючи цю технологію і наповнюючи її конкретним змістом, можна реалізувати ту або іншу GRID – систему, призначену для вирішення того або іншого класу прикладних завдань.

Не слід змішувати технологію GRID з технологією паралельних обчислень. В рамках конкретної GRID – системи, звичайно, можливо організувати паралельні обчислення з використанням існуючих технологій (PVM, MPI), оскільки GRID – систему можна розглядати як якийсь мета-комп´ютер, що має безліч обчислювальних вузлів. Проте технологія GRID не є технологією паралельних обчислень, в її завдання входить лише координація використання ресурсів.

Архітектура GRID визначає системні компоненти, цілі і функції цих компонент і відображає способи взаємодії компонент один з одним. Архітектура GRID є архітектурою взаємодіючих протоколів, сервісів і інтерфейсів, що визначають базові механізми, за допомогою яких користувачі встановлюють з'єднання з GRID – системою, спільно використовують обчислювальні ресурси для вирішення різного роду завдань. Архітектура протоколів GRID розділена на рівні (Рисунку 1.1), компоненти кожного з них можуть використовувати можливості компонент будь-якого з розташованих нижче рівнів. В цілому ця архітектура задає вимоги для основних компонент технології (протоколів, сервісів, прикладних інтерфейсів і засобів розробки ПО), не надаючи строгий набір специфікацій, залишаючи можливість їх розвитку в рамках прийнятої концепції.

Рисунок 1.1 – Рівні архітектури протоколів Grid і їх відповідність рівням архітектури протоколів Інтернет

Інфраструктура GRID заснована на наданні ресурсів в загальне користування, з одного боку, і на використанні публічно доступних ресурсів, з іншого. У цьому плані ключове поняття інфраструктури GRID – віртуальна організація, в якій кооперуються як споживачі, так і власники ресурсів. Мотиви кооперації можуть бути різними. У існуючих GRID – системах віртуальна організація є об'єднанням (колаборацію) фахівців з деякої прикладної області, які об'єднуються для досягнення загальної мети.

GRID – система є середовищем колективного компьютинга, в якій кожен ресурс має власника, а доступ до ресурсів відкритий в режимі, що розділяється за часом і по простору, безлічі користувачів, що входять до віртуальної організації. Віртуальна організація може утворюватися динамічно і мати обмежений час існування.

Ефективний розподіл ресурсів і їх координація є основними завданнями системи GRID, і для їх вирішення використовується планувальник (брокер ресурсів). Користуючись інформацією про стан GRID – системи, планувальник визначає найбільш відповідні ресурси для кожного конкретного завдання і резервує їх для її виконання. Під час виконання завдання може запитати у планувальника додаткові ресурси або звільнити надмірні. Після завершення завдання всі відведені для неї обчислювальні ресурси звільняються, а ресурси пам'яті можуть бути використані для зберігання результатів роботи.

Важливою властивістю систем GRID є те, що користувачеві не потрібно знати про фізичне розташування ресурсів, відведених його завданню. Вся робота по управлінню, перерозподілу і оптимізації використання ресурсів лягає на планувальник і виконується непомітно для користувача. Для користувача створюється ілюзія роботи в єдиному інформаційному просторі, що володіє величезними обчислювальними потужностями і об'ємом пам'яті.

GRID є найбільш складним інформаційним середовищем, що коли-небудь створюється людиною. Для системи такої складності дуже важлива проблема забезпечення надійного функціонування і відновлення при збоях. Людина не здатна устежити за станом тисяч різних ресурсів, що входять в GRID – систему, і з цієї причини завдання контролю над помилками покладається на систему моніторингу, яка стежить за станом окремих ресурсів. Дані про стан заносяться в інформаційні ресурси, звідки вони можуть бути прочитані планувальником і іншими сервісами, що дозволяє мати достовірну інформацію, що постійно оновлюється, про стан ресурсів.

У GRID – системах використовується складна система виявлення і класифікації помилок. Якщо помилка відбулася з вини завдання, то завдання буде зупинено, а відповідна діагностика направлена її власникові (користувачеві). Якщо причиною збою послужив ресурс, то планувальник проведе перерозподіл ресурсів для даного завдання і перезапустить його.

Збої ресурсів є не єдиною причиною відмов в GRID – системах. Через величезну кількість завдань і постійно змінної складної конфігурації системи важливо своєчасно визначати переобтяжені і вільні ресурси, проводячи перерозподіл навантаження між ними. Переобтяжений мережевий ресурс може стати причиною відмови значної кількості інших ресурсів. Планувальник, використовуючи систему моніторингу, постійно стежить за станом ресурсів і автоматично приймає необхідні заходи для запобігання перевантаженням і простою ресурсів.

У розподіленому середовищі, яким є GRID – система, життєво важливою властивістю є відсутність так званої єдиної точки збоїв. Це означає, що відмова будь-якого ресурсу не повинна приводити до збою в роботі всієї системи. Саме тому планувальник, система моніторингу і інші сервіси GRID – системи розподілені і продубльовані. Не дивлячись на всю складність, архітектура GRID розроблялася з метою забезпечити максимальну якість сервісу для користувачів. У GRID – системах використовуються сучасні технології передачі даних, забезпечення безпеки і відмовостійкої.