1.4 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

Тип порту	Операція	Опис
GridService	FindServiceData	Запит різної інформації про сервіси GRID, включаючи основну діагностичну інформацію, інформацію про інтерфейси і про особливості сервісів. Підтримка різних мов запитів
	SetTermination Time	Установка часу знищення сервісу GRID
	Destroy	Видалення служби
Notification – Source	SubscribeTo – NotificationTopic	Підписка на повідомлення про події, що відносяться до сервісів, і заснована на типі повідомлення
Notification – Sink	Deliver Notification	Виконання і асинхронна вставка повідомлення
Registry	RegisterService UnregisterService	Реєстрація додатків GRID. Анулювання реєстрації додатків GRID
Factory	CreateService	Створення нового сервісу GRID
Handle Map	FindByHandle	Повернення посилання про службу GRID, що асоціюються з їх дескрипторами

 

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.