Již několik let se stále častěji a ve větší míře setkáváme s pojmem Grid. Proto je jistě na místě ujasnit si, je-li tento trend pouze marketingový "hype" nebo skrývá-li se za ním něco skutečně přelomového. Následující text byl sepsán v naději, že vás přesvědčí o tom druhém.
Původ Gridů lze nalézt v počátcích distribuovaného clusterového počítání. Jako cluster přitom rozumíme spojení dvou a více počítačů (ve vztahu k softwaru i hardwaru) takovým způsobem, že se chovají jako jediný počítač. Clusterová řešení umožňují paralelní zpracování výpočetních úloh, vyrovnávání zátěže jednotlivých individuálních výpočetních zdrojů a toleranci chyb. Gridové počítání vychází z distribuovaného clusterového řešení, ale současně jej povyšuje na novou kvalitativně vyšší úroveň. V Gridu lze propojit clustery (a nejen je, výpočetním elementem mohou být i individuální superpočítače), které jsou geograficky vzdálené, a to takovým způsobem, aby poskytovaly široký fond výpočetní síly a úložného prostoru.
Podat krátkou a přitom zcela vyčerpávající definici pojmu Grid není trivální úkol, neboť existuje velká řada různých Gridů. Nicméně obecně lze říct, že Grid je rozsáhlý distribuovaný systém organizačně samostatných elementů, kterými mohou být individuální počítače (paměti, pevné disky) a informační systémy vzájemně propojeny počítačovou sítí.
Všeobecně lze Grid vnímat podobně jako Internet. Internet spojuje miliony počítačů v celém světě a zpřístupňuje uživatelům informace dostupné na veřejných webových stránkách, umožňuje e-mailovou komunikaci, instant messaging, apod. Oproti tomu Grid (neexistuje jeden uniformní Grid, nýbrž celá řada cíleně orientovaných specifických Gridů) umožňuje uživatelům pomocí specifických mechanismů (bezpečnost, plánování zdrojů, autentizace, autorizace, účtování, správa dat, monitorování, ...) využít výpočetní síly a diskové kapacity, které jsou nezbytné pro běh výpočetně náročných aplikací.
Pravděpodobně jedinou správnou možností, jak obecně popsat Grid resp. provést základní charakteristiku gridového prostředí, je uvést jednu z prvních definic pojmu Grid (výpočetní Grid), kterou použili I. Foster a C. Kesselman ve své knize [1], která se posléze stala neoficiální biblí gridového počítání:
Výpočetní grid je hardwarová a softwarová infrastruktura, která poskytuje spolehlivý, standardizovaný, všudypřítomný a levný přístup ke špičkovým výpočetním službám.
Výraz výpočetní Grid ("computational grid") byl víceméně použit jako analogie výrazu "power grid", tj. elektrické rozvodné soustavy. Oba autoři srovnávali stav počítačů v roce 1999 se stavem elektřiny kolem roku 1910. Došli k závěru, že obdobně jako v roce 1910, kdy každá budova měla vlastní generátor elektřiny, její zavedení bylo drahé, využití neefektivní a skutečný rozvoj způsobilo až zavedení elektráren a rozvodné sítě, tak analogicky (v roce 1999) měla každá organizace vlastní výpočetní prostředky, ale neuměla je efektivně sdílet.
Tato definice byla následně zpřesněna o další klíčové vlastnosti, které musí prostředí, jež má být Gridem, vykazovat:
Gridy jsou často mylně intepretovány stejným způsobem jako standardní distribuované prostředí pro paralelní zpracování výpočetních úloh. Principiálně se však Grid/Gridy od distribuovaného prostředí liší především tím, že distribuované aplikace jsou vesměs chápany jako specializované systémy pro jediný cíl nebo skupinu uživatelů, zatímco Gridy jsou univerzální platforma. Ačkoliv Gridy staví na distribuuovaném prostředí, tak jak je známe např. z homogenních výpočetních clusterů, přináší ovšem kvalitativně nové vlastnosti. Gridy rozšiřují původní distribuované aplikace o nové vlastnosti:
Nejjednodušeji se lze dívat na Grid jako na dynamický, virtuální, výpočetní, informační nebo znalostní systém, tj. soustavu především výkonných počítačů propojených vysokorychlostní sítí, určených pro řešení nejnáročnějších výpočetních a datových problémů.
Mezi základní vlastnosti charakterizující gridové prostředí patří zejména to, že Gridy (výpočetní) obsahují velmi početné výpočetní zdroje, které jsou
Pro přístup k výše uvedeným zdrojům jsou vyžadována různá bezpečnostní opatření a různá pravidla správy zdrojů. Současně ovšem může dojít i k zahrnutí potenciálně vadných zdrojů. Princip využívání Gridu je obdobný představě, že uživatelé si z Gridu budou brát prostředky, které zrovna potřebují, a to tehdy, když je potřebují a zrovna tam, kde je potřebují. Takovými prostředky mohou být procesory resp. jejich výkon, diskový prostor, přenosová kapacita sítí nebo speciální hardware (mikroskopy, senzory, ...). Grid naopak zajistí unifikovaný bezpečný přístup k těmto prostředkům, spolehlivou dodávku požadovaných služeb a následné vyúčtování za spotřebu. Proto, aby principy byly reálně použitelné, bylo třeba uvést v život koncept "virtuálních organizací", tj. dynamických asociací sdružujících dostupné výpočetní zdroje a jejich uživatele z různých administrativních domén s určitým specifickým společným cílem.
Principiálně lze rozlišit tři základní kategorie Gridů, a to:
To, že rozvoj gridových technologií je brán poměrně vážně, dokazuje podpora celého spektra různých gridových projektů ze strany Evropské Unie (EU). Počet podporovaných projektů, ať v 5. nebo 6. rámcovém programu EU, je poměrně impozantní. Jejich přehled včetně příslušných odkazů je dostupný na webu1. Obecně lze říct, že EU investuje nemalé finanční zdroje jak do infrastrukturních projektů (Damien, DataTAG, DEISA, SEE-GRID, EGEE) s cílem vytvořit jednotnou gridovou infrastrukturu; výzkumných projektů, jejichž cílem je rozvoj gridového middlewaru a gridových nástrojů (GRIP, Eurogrid, GridLab, DataGrid), tak i projektů aplikačně orientovaných (GRIA, EGSO, Crossgrid).
Neméně zajímavou informací je přehled aplikačních oblastí, pro něž Gridy představují onen magický "grál", který otevírá cestu k doposud nerealizovatelným aplikačním úlohám (ať již z důvodu náročnosti na hardware či množství dat).
Obecně platí, že Gridy jsou vhodné pro paralelní (současné) zpracování úloh. Paralelní výpočetní úlohy jsou takové úlohy, jejichž zpracování na jediném procesoru trvá neúnosně dlouho nebo takové, jejichž celkové paměťové nároky jsou příliš velké. Gridy jsou aplikačně určeny jak pro velké množství malých, navzájem nezávislých úloh (např. parametrické studie) tak pro zpracování rozsáhlých datových souborů (např. digitální vyhlazení satelitních snímků).
Kromě řešení extrémně výpočetně náročných problémů slouží gridová prostředí jako řešení datových úložišť, umožňují přístup ke speciálnímu hardwaru a především zprostředkovávají efektivní využití dostupných zdrojů.
Pomineme-li nasazení gridových řešení v komerční sféře především k proprietárním řešením datově a výpočetně náročných operací (např. zpracování komplexních finančních a investičních modelů a jejich analýza, vládní aplikace apod.), existuje široké spektrum aplikačních oblastí v nichž může být právě gridově orientované řešení velmi vhodné. Z široké škály možností lze jako klíčové vybrat následující (poslední z nich spíše jako ukázku možností):
V České republice je gridová infrastruktura potenciálním uživatelům
dostupná jednak pod záštitou projektu
Centrum2 (jedna z
klíčových aktivit instituce CESNET) a aktuálně také
formou nově vybudované Virtuální organizace pro střední Evropu (VOCE).
Projekt Centrum zastřešuje většinu aktivit
souvisejících v České republice s Gridy, superpočítači, klastrovým
nebo gridovým počítáním a/nebo výkonným počítáním obecně. Hlavním
cílem projektu Centrum, jehož počátky spadají do roku 1996 -
tedy do doby, kdy pojem Grid nebyl prozatím ani formálně ustaven natož
rutinně používán - je vytvoření virtuálního počítače, který umožní
efektivní využití techniky instalované v rámci superpočítačového
projektu, a současně umožní řešit výpočetní úlohy, které svými
požadavky (na paměť, výkon centrálního procesoru, ...) přesahují
možnosti jednotlivých dílčích superpocitačových center (uzlů).
Cílem projektu Centrum je umožnit uživatelům Centra
uniformní a jednotný přístup ke všem zdrojům bez nutnosti opakovaného
přihlašování, a to i přes rozdíly v producentech hardwaru, operačních systémů
i fyzickém umístění jednotlivých počítačů.
Zkušenosti z již téměř deseti let aktivního provozu Centra jasně ukazují, že struktura Centra je dostatečně flexibilní na to, aby v případě zájmu dalších výpočetních subjektů (uzlů) mohly tyto být jednoduše a účelně integrovány do stávajícího systému Centra a byl tak zajištěn trvalý nárůst výpočetních kapacit.
Druhou dostupnou možností pro zájemce o využití Gridů v České republice je prostředí VOCE - Virtuální organizace pro Střední Evropu. Toto prostředí je budováno v rámci české účasti3 v projektu EGEE (Enabling Grids for E-SciencE) budujícího panevropskou gridovou infrastrukturu4 a aktuálně poskytuje kompletní plně funkční gridovou infrastrukturu pro region celé střední Evropy. Více technických informací společně s popisem vybraných unikátních služeb ve VOCE poskytovaných lze nalézt v článku "Do Gridu snadno a rychle - prostředí VOCE" v příštím čísle Zpravodaje nebo přímo na stránkách VOCE5.
Pokud se mi vás výše uvedenými informacemi podařilo přesvědčit o tom, že budoucnost distribuovaného počítání, datových úložišť a souvisejících oblastí se realizuje již dnes a ÚVT MU je toho nejen svědkem, ale díky pracovníkům SCB také přímým aktivním účastníkem, přijměte prosím na závěr pozvání na posezení v GridCafé6.
Je naprosto zřejmé, že Gridy a technologie za nimi stojící jsou jedním z fenoménů IT nastupujícího tisíciletí. Zdá se, že po překonání dětských nemocí nastává nyní čas skutečného zúročení potenciálu, který v sobě Gridy skrývají. Jestli a v jaké míře se to po opravdu podaří, je již na vás - potenciálních uživatelích.
| [1] | I. Foster, C. Kesselman, eds.
The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure.
Morgan Kaufmann. San Francisco, California. 1999.
... zpět do textu |
předchozí číslo
