GRID-технологии
Основные направления исследований в области Grid-технологий
Термин "Grid-вычисления" ( Computing grid ), где "grid" означает "решетка, сетка, сеть", по смыслу аналогичен выражению "единая энергосистема". Суть его заключается в стремлении объединить все компьютеры мира в единую систему — в виртуальный суперкомпьютер невиданной мощности, что позволит распределять и перераспределять ресурсы между пользователями в соответствии с их запросами. Именно так человечество пользуется электричеством единых энергетических сетей. Основу подобного объединения можно рассматривать и для транспортных сетей, сетей обеспечения водой, нефтью, газом и т.д.
Имея такой суперкомпьютер, пользователь может в любое время и в любом месте запросить столько вычислительных ресурсов, сколько ему требуется для решения своей задачи. Более того, он может заказать ее решение, послав запрос-заявку на сайт одного из центров обслуживания. Так же, как единая энергосистема локально испытывает переменную нагрузку (потребление электроэнергии в отдельной стране, регионе или населенном пункте изменяется в зависимости от времени суток, года и т.д.), так и система Grid-вычислений способна перераспределять мощности, направляя запросы на недогруженные компьютеры в соответствии с возросшими требованиями.
Предоставление вычислительных ресурсов по требованию связывают с известным понятием "коммунальная услуга", что вполне соответствует тенденции объединения и распределения ресурсов жизнеобеспечения.
Однако на Grid-технологии возложены задачи и информационного характера: сделать всю информацию мира оперативно доступной. Это означает, что пользователь должен ощущать, что вся информация, за которой он обратился, находится здесь, рядом, не далее чем на сервере того провайдера, к которому он подключен.
И мы ловим себя на мысли, что говорим об Интернете!
Да, в сущности, речь идет о смелом, фантастическом развитии именно того, что фантастическим казалось вчера, о развитии всемирной паутины, о внедрении в нее вычислительных функций и о повышении качества информационного обслуживания. Именно так и намечается дальнейший путь развития Интернета: от WWW к GRID1 Петрушанко С. CERN: от WWW к GRID. "Компьютерра", 2004, \No21..
Таким образом, для Grid-технологии характерны два (традиционно смешиваемых) направления развития, определяемые их важностью и различиями в исследовании.
Первое направление, связанное с информационными задачами, представляет сегодня сущность Интернета. Это — обмен новостями, приобретение новых знаний, программных средств, мульти-медиа-развлечения, диалоговые системы телеконференции, электронная почта, финансовые операции и т.д. Эти функции "Всемирной Паутины" уже представляются достаточными самым широким слоям населения, покрывая весь компьютерный сервис. Они органично вошли в базовое воспитание детей, определяя уровень грамотности современного человека.
Однако именно здесь существует основная проблема. Неуправляемое стихийное, даже "дикое" развитие Интернета приводит к парадоксу: доступность огромных объемов мировой информации породила значительный вес отказов, ответов о действительной недоступности этой информации, о превышении допустимого времени поиска, об ошибках. Поисковые системы блуждают по иерархической, запутанной системе Web-серверов, натыкаясь на их перегрузку, образуя трафик для обратного движения информации. Мы с отчаянием следим за замершей планкой индикатора, в ожидании выдачи такой знакомой записи "Error..." — с указанием предположения об окончании допустимого времени адресного обращения.
Сделать всю информацию доступной, установить гарантированное время поиска, породить у пользователя ощущение того, что вся информация по его запросу находится рядом, — это фантастическая задача. Можно ли объединить всю информацию мира, блуждающую в Интернете, в одну огромную базу данных, размеры которой даже трудно оценить? Да еще с неограниченным многоканальным доступом?
Движение в направлении осуществления этой глобальной идеи и является задачей исследователей в области Grid-технологий. Ясно, что идеального решения эта задача может никогда не получить. Однако стремиться к минимизации времени выполнения запроса, несмотря на структурную "удаленность" информации, несомненно, следует.
Второе направление развития Grid-технологий связано, как ранее говорилось, с таким расширением функций Интернета, при котором пользователь может получать ответы на запросы вычислительного характера. Речь, конечно, идет о тех задачах, решение которых недоступно широкому пользователю — ученому, управленцу, коллективу, всем, кому необходима достоверная информация для важных решений. Интернет должен принимать заказ на работу с задачами высокой сложности, большой размерности, с задачами моделирования сложных физических явлений, таких, например, как точный метеорологический прогноз, с оптимизационными задачами хозяйственного планирования, с задачами статистической обработки экспериментов, с задачами — запросами по контролю космического пространства, с имитационными задачами для испытания новых технических средств и т.д.
Это означает, что в составе Интернета должны быть мощные вычислительные центры, снабженные развиваемыми пакетами прикладных программ решения сложных задач, оболочками для решения классов задач. Такие центры должны комплектоваться высококвалифицированными математиками, развивающими вычислительную базу, готовыми принимать заказы, консультировать пользователей при "доводке" заказов до требуемого формального представления, ибо мечты о полной автоматизации процесса их выполнения еще долго будут неисполнимыми.
Необходимо учесть и селекцию допустимых заказов: при желании, например, отстранить школьника-разгильдяя, препоручающего выполнение урока домашнему компьютеру.
При построении Grid-систем особую актуальность обретают проблемы защиты. Цель защиты — перекрыть доступ к ресурсам и информации для тех пользователей, которые не имеют соответствующих привилегий. Таким пользователем может стать и собственник, предоставивший свой компьютер в аренду или по договору на время простоя.
Базовыми элементами защиты являются:
- аутентификация — проверка подлинности участника взаимодействия с системой;
- механизм авторизации — проверка допустимости затребованной операции;
- конфиденциальность и целостность данных — защита от нелегитимного доступа;
- биллинг и аудит — способность контролировать и подсчитывать объем использованных ресурсов и обеспечиваемых ими служб;
- строгое выполнение обязательств — способность устанавливать, что данный участник выполнил определенную задачу или согласился на ее выполнение, даже если сам он это отрицает.