11.4.2. Grid-системы

В последнее время развитие технологий распределенных систем привело к ситуации, когда стало возможным организовывать системы, которые дают возможность использовать свободные вычислительные ресурсы, распределенные по всему свету. Рассмотрим особенности таких grid-систем.

Вычислительные grid-системы дают возможность совместно использовать географически и организационно распределеные неоднородные вычислительные ресурсы, отображая их как единственный, унифицированый вычислительный ресурс.

К ресурсам, которые можно таким образом использовать, принадлежат отдельные компьютеры, кластеры, средства хранения данных, сетевые ресурсы и тому подобное.

Название «grid» отображает аналогию между использованием такого унифицированного ресурса и доступом к электрической сети (power grid). Пользователи электросети получают доступ к ресурсу (электроэнергии) независимо от конфигурации источников энергии и линий электропередачи. Аналогично для пользователей grid-системы не суть важно, который из компонентов предоставил им вычислительный ресурс.

Grid-системы содержат такие компоненты:

• средства, которые транслируют запросы пользователей в запросы к ресурсам grid-системы (компьютеров, сетей, дискового пространства, баз данных и тому подобное);

• средства, которые выполняют поиск ресурсов, их подбор и размещение, планирование и координацию вычислительных задач, а также сбор результатов;

• средства безопасности, которые дают возможность руководить аутентификацией и авторизацией пользователей. Они должны поддерживать единственный вход в систему, отображение на механизмы защиты локальных систем, возможность запуска применений с правами пользователя;

• средства разработки применений, которые используют особенности grid-архитектуры.

Основным назначением grid-систем является поддержка развязывания задач, которые требуют больших вычислительных ресурсов. Этим они подобны вычислительным кластерам. Но эти технологии имеют существенные отличия.

• Grid-системы являются географически распределенными (связанными глобальными сетями) и неоднородными (у них входят компоненты с разной аппаратной и программной архитектурой). Кроме того, их компоненты могут находиться в разном административном подчинении. Узлы кластеров обычно связаны локальной сетью, находятся в централизованном подчинении и имеют одинаковую архитектуру.

• Кластерная архитектура обычно содержит в себе централизованный менеджер ресурсов. Для grid-архітектур в результате большего масштаба системы каждый узел имеет свой менеджер ресурсов.

• Узлы grid-систем всегда являются невыделенными. Любой вычислительный ресурс, который входит в такую систему, может в то же время использоваться для других целей. Для использования в пределах grid-системы выделяются только ресурсы, свободные в конкретный момент.

• Конфигурация grid-систем постоянно изменяется. Хотя кластеры рассчитаны на то, что их конфигурация может измениться, такие изменения для них не являются обычной ситуацией.

• Grid-системы могут распределять самые разнообразные ресурсы. Кроме вычислительных мощностей, к ним принадлежат сетевые ресурсы, ресурсы хранения данных, информационные ресурсы (доступ к распределенным базам данных), программные продукты и аппаратные устройства.

Поскольку grid-системы являются неоднородными, большое значение в их разработке играет стандартизация. Организован специальный комитет по стандартизации grid-разработок - Grid Forum, результатом работы которого является общепринятый стандарт Open Grid Service Architecture (OGSA). Существует программная реализация этого стандарта — Globus Toolkit, которую можно использовать для практической разработки grid-систем.

Есть мысль, что в ближайшем будущем Интернет будет преобразован в глобальную сеть, организованную в соответствии с grid-архитектурой.

Выводы

• Организация параллельного выполнения кода на нескольких процессорах — эффективное средство повышения производительности компьютерных систем. Основными архитектурами, что поддерживают такое выполнение, многопроцессорные и распределены системы.

• Основным подходом до организации многопроцессорных ОС является симметричная многопроцесорность (SMP), при которой одна копия ядра ОС выполняется на всех процессорах системы. Для организации поддержки SMP в ядре ОС выделяют критические участки, каждая из которых может быть выполнена только одним процессором в конкретный момент времени.

• Планирование в многопроцессорных системах отличается тем, что нужно определять не только поток, который должен перейти к выполнению, но и процессор, на котором этот поток должен выполняться.

• Распределенные системы отличаются от многопроцессорных тем, что в них процессоры находятся в составе отдельных компьютеров, соединенных сетью. Основными технологиями разработки приложений для таких систем является передача сообщений и отдалены вызовы процедур.

• Важным примером реализации распределенных систем распределены файловые системы. Они дают возможность прозрачно для пользователей организовать работу с отдаленными файлами.

• Современные архитектуры распределенных систем (кластерные и grid-архитектуры) дают возможность объединять вычислительные мощности многих компьютерных систем для развязывания задач, которые невозможно развязать на отдельных компьютерах.