2Основные функциональные подсистемы глобального грида
В этой части будут рассмотрены основные подсистемы промежуточного программного обеспечения (ППО), обеспечивающего полноценное и безопасное функционирование глобального грида. Более ограниченные системы (например гриды-системы масштаба предприятия или простые системы распределенных вычислений, упомянутые в разделе 1.4.2) могут иметь только часть представленных в этой части подсистем или использовать их упрощенный вариант с ограниченной функциональностью. Мы изложим – по возможности кратко – лишь принципы, концептуальные основы, на которых построены эти подсистемы, не входя в детали конкретных реализаций. Дальнейшую информацию, включая вопросы инсталляции, конфигурирования и пользовательских интерфейсов к рассматриваемым подсистемам можно получить в инструкциях к конкретному промежуточному программному обеспечению грид-систем. Однако следует отметить, что наиболее близко наше описание следует архитектуре ППО gLite [22], являющегося основой крупнейшей в настоящее время грид-инфаструктуры EGEE [13] (подробнее об этой инфраструктуре мы расскажем в Части 3). Поскольку мы не касаемся вопросов конкретных реализаций, мы специально не оговариваем, но подразумеваем, что такие реализации основаны на веб-сервисных технологиях, которые мы обсуждали в предыдущей части.
Как уже упоминалось в предыдущей части, грид-система включает в себя следующие основные структурные компоненты:
совокупность компьютеров с установленными на них интерфейсами пользователя;
совокупность Ресурсных центров, включающих в себя
oвычислительные ресурсы;
oресурсы хранения данных;
набор базовых грид-сервисов.
Обобщенная схема грид-инфраструктуры представлена на рис. 7.
Интерфейс пользователя (User Interface, UI) предназначен для обеспечения доступа пользователя к ресурсам грида (в общем случае произвольных распределенных систем иногда также употребляется термин "консоль управления", см. Часть 1). Через UI пользователь
осуществляет запуск заданий на выполнение;
пересылает данные с одного ресурса хранения данных на другой;
контролирует процесс выполнения задания;
получает результат выполнения задания.
Ресурсный центр может включать два типа ресурсов (или один из них):
Вычислительный ресурс, на котором выполняется обработка данных; служба, представляющая вычислительный ресурс в гриде, называется Вычислительный элемент (Computing Element, CE).
Ресурс хранения данных (Storage Element, SE), который обеспечивает хранение и транспортировку данных между аналогичными ресурсами и/или данным ресурсом и пользователем.
34
Рис.7 Обобщенная схема структуры грида
Базовые грид-службы обеспечивают работу всей грид-системы в целом; они подразделяются на следующие подсистемы:
подсистема управления загрузкой (Workload Management System, WMS),
oцентральной является служба распределения заданий - брокер ресурсов (Resource Broker, RB);
подсистема управления данными (Data Management System, DM)
oк базовым службам этой подсистемы относятся службы каталогов:
служба файлового каталога,
служба каталога метаданных;
подсистема информационного обслуживания и мониторинга грид-системы (Information System, IS)
oслужба регистрации и учета ресурсов грида,
подсистема безопасности и контроля прав доступа (Grid Security Infrastructure, GSI)
oслужба выдачи и поддержки сертификатов (Certificate Authority, CA),
oслужба регистрации виртуальных организаций и пользователей,
oслужба управления виртуальными организациями и выдачи проксисертификатов (Virtual Organization Membership Service, VOMS),
35
oслужба продления действия прокси-сертификата (MyProxy Service, MP);
подсистема протоколирования (Logging and Bookkeeping, LB)
oслужба отслеживания статуса выполняемых заданий,
подсистема учета (Accounting Subsystem, AS)
oслужба учета использования грид-ресурсов.
Благодаря ППО множество географически распределенных компьютерных ресурсов представляется пользователям единым ресурсом. Его роль в гриде может быть сравнена с ролью операционной системы в обычном персональном компьютере. Разумеется, для запуска прикладных задач в грид пользователь должен знать основы работы (команды, утилиты, форматы ввода/вывода) с этим ППО.
2.1Краткое описание функционального назначения базовых подсистем
Базовые подсистемы грид-инфраструктуры выполняют следующие функции:
Подсистема управления загрузкой. Задачей подсистемы управления загрузкой (WMS) является принятие запросов на запуск заданий, поиск соответствующих ресурсов и контроль их выполнения. Благодаря работе WMS, сложность управления приложениями и ресурсами в гриде скрыта от пользователей. Их взаимодействие с WMS ограничено описанием характеристик и требований запроса через ориентированный на пользователя язык спецификации высокого уровня - Язык описания заданий (Job Description Language, JDL), и к направлению такого запроса через предоставленные интерфейсы.
Подсистема управления данными. Прикладное задание должно быть в состоянии обратиться к своим данным, независимо от фактического местоположения вычислительного ресурса. Необходимо обеспечить доступ к системам хранения разного типа, существующим в ресурсных центрах – от простых файловых систем до устройств массового хранения данных. Чтобы не иметь дело с особенностями каждого индивидуального устройства хранения данных, каждый включенный в грид-инфраструктуру ресурс хранения должен реализовывать стандартный интерфейс. В настоящее время, наиболее распространенным таким интерфейсом является Менеджер ресурсов хранения данных (Storage Resource Manager, SRM)
[48].Мы будем предполагать, что при управлении данными в грид-системе главным образом имеют дело с файлами, а не, например, с таблицами (последнее характерно для реляционных баз данных). Хранение данных в виде файлов является типичным в научных исследованиях и является удобным во многих других случаях, когда надо обрабатывать очень большие объемы данных (например, визуальную информацию).
Подсистема информационного обслуживания и мониторинга грид-системы
решает задачу сбора и управления данными о состоянии грида, получая информацию от множества распределенных источников – поставщиков. Подсистема предназначена для постоянного контроля функционирования грида и обеспечения своевременного реагирования на возникающие проблемы.
Подсистема безопасности и контроля прав доступа. Чтобы грид был эффективной структурой для распределенных вычислений, пользователи, пользовательские процессы и службы грида должны работать в безопасной среде.
36