Giới thiệu về tính toán lưới (Grid computing)

1. Giới thiệu

• Có rất nhiều định nghĩa về tính toán lưới, một trong số đó định nghĩa tính toán lưới như một mô hình tính toán phân tái trải rộng trên các tài nguyên thuộc cùng một tổ chức ảo(Virtual Organization – VO).

• Một tổ chức ảo (VO) là một tập các cá nhân hoặc tổ chứa phân tán về mặt địa lý, các tổ chức này có nguồn tài nguyên được chia sẻ theo các chính sách mà các thành viên của tổ chức đề ra.

• Công nghệ lưới cho phép chia sẻ, chọn lựa hay kết hợp giữa các nguồn tài nguyên vô cùng phong phú đó để giải quyết các vấn đề có độ phức tạp về tính toán và dữ liệu.

• Các tài nguyên được chia sẻ bao gồm các máy tính đợn lẻ, Cluster, siêu máy tính, các hệ thống lưu trữ, dữ liệu, thậm chí có thể là các phần mềm đắt tiền.

2. Kiến trúc chung của lưới

• Fabric Layer:

  Bao gồm các tài nguyên cục bộ phân tán trên mạng. Các tài nguyên này có thể là các hệ thống máy tính khác nhau(PCs hoặc các máy đa bộ xử lý đối xứng) chạy trên nhiều hệ điều hành khác nhau. Các tài nguyên này cũng có thể là các hệ thống lưu trữ, cơ sở dữ liệu, thiết bị đặc biệt hay các phần mềm đắt tiền.

• Core Gird Middleware Layer:

  Tầng này cung cấp các dịch vụ nền tảng như: dịch vụ bảo mật, dịch vụ quản lý tiến trình từ xa, dịch vụ truy cập các kho dữ liệu, dịch vụ về thông tin của lưới. Các yếu tố liên quan tới chất lượng dịch vụ cũng được đưa vào tầng này.

• User-Level Grid Middleware Layer:

  Nếu như nhiệm vụ của tầng Core Gird Middleware tập trung vào việc cung cấp các dịch vụ để phối hợp các tài nguyên cục bộ thì tầng User-lever Gird Middleware tập trung vào việc cung cấp môi trường, công cụ để phát triển các ứng dụng trên lưới.

• Gird Application and Portals Layer:

  Tầng này bao gồm các ứng dụng được phát triển trên môi trường lưới như: Các ứng dụng về sinh học, vật lý, thiên văn học, tài chính… Trong môi trường lưới, người sử dụng sẽ tương tác trực tiếp với các thành phần của tầng này. Tầng dưới là trong suốt với người sử dụng.

3. Các thành phần của lưới

• Portal:

  Cung cấp cho người sử dụng giao diện để chạy các ứng dụng, dung các tài nguyên và các dịch vụ được cung cấp bởi lưới mà không cần biết đến cấu trúc phức tạp của lưới.

• Dịch vụ thông tin:

  Cung cấp thông tin về các tài nguyên có sẵn có, khả năng đáp ứng và tình trạng sử dụng hiện tại của các tài nguyên đó. Thông thường các thông tin về tài nguyên được cung cấp bởi các dịch vụ chạy trên chính các máy cung cấp tài nguyên. Trong môi trường lưới rộng lớn, thông tin có thể được cung cấp một cách tập trung bởi 1 dịch vụ thông tin duy nhất, dịch vụ thông tin trung tâm. Các dịch vụ thông tin khác cung cấp thông tin cho dịch vụ thông tin trung tâm đó.

• Các dịch vụ bảo mật:

  Bảo mật là một thành phần quan trọng trong tính toán lưới. Thành phần bảo mật cung cấp nền tảng bảo mật cho các dịch vụ: chứng nhận một lần, thẩm quyền, truyền thông an toàn, ủy quyền… Thường thì các tài nguyên lưới được chia sẻ bởi nhiều tổ chức và do đó họ có các chính sách bảo mật khác nhau. Cơ cấu bảo mật lưới phải có khả năng giải quyết được các vấn đề này.

• Bộ mô giới tài nguyên(Broker):

  Vai trò cơ bản của bộ mô giới tài nguyền là thực hiện lựa chọn ra các tài nguyên có thể đáp ứng được yêu cầu của công việc. Quá trình này được gọi là quá trình match – making giữa người yêu cầu dịch vụ và nhà cung cấp dịch vụ. Người dùng thường đưa ra các yêu cầu đối với công việc của họ trong 1 file đặc tả.

• Bộ lập lịch(Scheduler):

  Khi một tập các tài nguyên có thể đáp ứng yêu cầu công việc được xác định, thì quá trình tiếp theo là lập lịch thực hiện công việc trên các tài nguyên đó. Khi các công việc không có sự phụ thuộc lẫn nhau và tất cả các công việc đều ngang bằng nhau thì không cần tới quá trình lập lịch. Trên thực tế có rất nhiều công việc được chạy đồng thời và ràng buộc lẫn nhau. Ngoài ra còn có một số công việc có sự ưu tiên cao hơn những công việc khác, và có những công việc đòi hỏi thời gian thực hiện rất lâu. Do đó cần có bộ phận lập lịch trình để sắp xếp việc thực thi các công việc.

• Thành phần quản lý tài nguyên:

  Nhiệm vụ của bộ phận quản lý tài nguyên là chạy các công việc. Theo dõi tình trạng các công việc và gủi kết quả trả lại cho người ding khi công việc được hoàn thành. Ngoài ra, bộ phận quản lý tài nguyên còn có chức năng kiểm soát quyền sử dụng tài nguyên của ngườ sử dụng.

• Thành phần quản lý dữ liệu:

  Thành phần quản lý dữ liệu có nhiệm vụ cung cấp các chức năng:

  • Truyền dữ liệu hiệu quả giữa các nút lưới.
  • Cung cấp cơ chế sao lưu, phục hồi dữ liệu.
  • Cơ chế truy nhập các kho dự liệu trên lưới.

• Các thành phần khác:

  Ngoài các thành phần nêu trên tùy vào yêu cầu của người xây dựng lưới mà một số thành phần khác được thêm vào như: thành phần hỗ trợ chạy các công việc song song trên các nút lưới, thành phân thanh tóa trong mô hình lưới kinh tế…

4.