Тема номера: Премьера Oracle10g

Елена Гореткина

Grid-технологию в жизнь!

Источник: PCWeek Russia, тематические обзоры, "Компьтерная неделя", 18-24 февраля 2003, №5 (371), Москва, http://www.pcweek.ru/Year2003/N5/CP1251/TematicReviews/chapt1.htm

        В последнее время компьютерная индустрия проявляет все больше интереса к идее распределенной вычислительной обработки в одноранговых, слабосвязанных сетях, получивших название Grid. Такие сети, объединяющие различные вычислительные центры и компьютеры энтузиастов, уже давно с успехом используются для решения научных задач, требующих огромной вычислительной мощности, например в космических исследованиях, для поиска простых чисел, расшифровки генома человека, создания новых лекарств и т. д. Однако не так давно этой технологией заинтересовались такие гиганты индустрии, как IBM, Sun, Microsoft, Hewlett-Packard, а аналитическая компания IDC назвала Grid одним из наиболее перспективных направлений 2003 г. В чем причина такого внимания?

Что такое Grid

        По мнению аналитиков, Grid открывают путь для создания корпоративных систем следующего поколения, с децентрализованной, в отличие от нынешних, архитектурой, позволяющей предприятиям легко взаимодействовать с партнерами, клиентами и поставщиками, которым эти системы помогут эффективнее организовать бизнес, что немаловажно для выживания в условиях жесткой конкурентной борьбы. Концепция Grid имеет еще одно серьезное преимущество — экономическое. С ее помощью можно более рационально использовать ресурсы корпоративных компьютеров — сейчас они задействованы в среднем лишь на 15—20%. А это уже чистая экономия, которая будет расти и в дальнейшем, ведь вычислительная мощность ПК, по закону Мура, удваивается каждые полтора года. Предприятия регулярно обновляют компьютеры, но оказываются не в состоянии полностью реализовать их растущие возможности. Следует упомянуть еще одну полезную особенность новой технологии — удобство подключения к системе. Считается, что подключить любой компьютер к Grid и сразу получить доступ к необходимым ресурсам столь же просто, как воткнуть вилку в розетку. Что же представляет собой эта чудо-технология, сулящая такие заманчивые перспективы?

        Идея распределенной обработки далеко не нова. Она родилась еще на заре вычислительной эры, в 70-х годах прошлого столетия, когда началось сближение двух индустрий: телекоммуникационной и компьютерной, но затем претерпела существенные изменения и теперь получила новое воплощение. Grid — это совокупность объединенных сетью компьютеров, которые делят рабочую нагрузку между собой. При этом ни число компьютеров, ни расстояния между ними не ограничиваются. В систему также могут входить устройства хранения данных и сетевое оборудование. Таким образом, концепция Grid, хотя и является одной из разновидностей распределенных вычислений, в одном важном аспекте все же отличается подлинным новаторством. Ведь она позволяет строить системы, не только охватывающие множество организаций и различные компьютерные платформы, но и имеющие поистине планетарный масштаб. Естественно, для такой архитектуры требуются специализированные управляющие программы и широкополосные линии связи, а так как речь идет об объединении разнородных систем, то нужны стандарты, обеспечивающие их взаимодействие. Сейчас такие стандарты начинают появляться, но основная работа еще впереди.

Концепция Grid

Основу идеи Grid составляют пять “китов”: применение открытых стандартов, объединение разнородных систем, совместное использование данных, динамическое выделение ресурсов и объединение вычислительных сетей множества предприятий и организаций.

        Поскольку определение Grid-технологии носит весьма общий характер, компании реализуют ее самыми разными способами. Так, Sun Microsystems продвигает ПО для создания Grid-кластеров и уже имеет более 6000 заказчиков. Фирмы Entropia, United Devices и др. концентрируются на построении Grid-сетей из ПК. IBM делает упор на применении этой технологии для развития Web-сервисов и автономных самоуправляющихся систем. SGI предлагает пользователям совместно работать в дистанционном режиме над большими наборами трехмерных изображений. Platform Computing, пионер в данной области, выпускает средства для построения неоднородных корпоративных Grid-систем, обладающих широкими возможностями совместного использования ресурсов и управления. Однако, несмотря на явные различия, все эти предложения воплощают общую идею: включение компьютеров разного типа в единую систему для совместного использования ресурсов с целью повышения общей производительности и масштабируемости и предоставления пользователям возможности коллективной работы с данными.

Где применяется Grid

        Как уже отмечалось, сейчас Grid-технология наиболее широко используется для решения задач, требующих интенсивной вычислительной обработки, например для сложного моделирования при разработке новых лекарств, расчете финансовых рисков, автоматизации проектирования и т. д. Именно для этих целей в разных странах сейчас создаются многочисленные Grid-суперкомпьютеры. В США реализуется проект TeraGrid, на который Национальный научный фонд в 2001 г. выделил 53 млн. долл., а в 2002 г. добавил еще 35 млн. долл. TeraGrid объединит американские вычислительные центры в один огромный Grid-суперкомпьютер с производительностью 20 Тфлопс. Великобритания пошла еще дальше, направив 120 млн. фунтов стерлингов на инициативу eScience, подразумевающую создание Grid-инфраструктуры для научных и технических расчетов. В этой стране внедряется еще один интересный проект — сеть CosmoGrid, охватывающая вычислительные центры Кембриджского и других университетов и предназначенная для построения исторической модели развития Вселенной. В Европейском центре ядерных исследований (CERN) создается система DataGrid, финансируемая Европейским союзом, которая служит для обработки данных в физике высоких энергий, биологии и при наблюдении за поверхностью Земли.

        Россия также принимает участие в этом проекте: развитием отечественного сегмента DataGrid занимается некоммерческая организация “Наука и общество”, уже построившая телекоммуникационную Grid-инфраструктуру в Москве и планирующая распространить ее на Санкт-Петербург, Новосибирск и Ижевск. А недавно появились сообщения еще об одном амбициозном проекте с участием нашей страны. По сведениям информационного агентства Cnews.ru, в январе Россия, США и Китай подписали предварительное соглашение о создании глобального информационного кольца с пропускной способностью 10 Гбит/с, предназначенного для научных и образовательных целей. Оно будет построено на технологии Grid и объединит вычислительные мощности и базы данных стран — участниц соглашения.

        Это — далеко не все, а лишь наиболее значительные Grid-проекты для научных целей. На самом деле их великое множество, так как исторически данная технология получила наибольшее развитие именно в научной сфере. Однако постепенно начинают появляться и коммерческие проекты. Один из них — игровая Grid-сеть, созданная компанией Butterfly.net совместно с IBM (см. рисунок). В ней вычислительная нагрузка от компьютерных игр с большим числом участников распределяется по сети, объединяющей серверные фермы, расположенные в вычислительных центрах IBM. С помощью такой сети разработчики игр могут быстро развертывать свои новые произведения, а тысячи пользователей — одновременно играть друг с другом через Интернет, динамически получая нужные ресурсы в зависимости от потребностей. Данный пример далеко не единственный. Популярность Grid-технологии среди предприятий растет. Так, в прошлом году реализовано в четыре раза больше Grid-проектов, чем за год до этого (правда, их количество пока измеряется двузначными цифрами). Возможно, что интерес к технологии подстегнуло внимание, которое в последнее время ей уделяет IBM. Но помимо Голубого гиганта Grid-продукты выпускают и другие ведущие и начинающие компании.

        Однако, несмотря на явные преимущества, Grid-технология еще не достигла зрелости и пока может применяться лишь в узких областях. Чтобы она стала пригодной для широкого класса задач, предстоит еще многое сделать. Исследования и разработки в этом направлении ведутся уже давно и, по оценке специалистов, продлятся как минимум несколько лет.

Работа Grid на примере игровой сети Butterfly.net С помощью Grid-технологии компания Butterfly.net построила сеть, которая динамически распределяет свободные ресурсы подключенных компьютеров, позволяя тысячам пользователей одновременно играть друг с другом через Интернет.

Проблемы и решения

        Когда же Grid-технология получит широкое распространение в повседневной жизни? Сегодня на этот вопрос трудно ответить, ведь многие проблемы пока не решены. Прежде всего нужно разработать и реализовать стандарты для взаимодействия различных платформ и защиты данных, без которых невозможно использовать Grid на предприятиях. Ощущается недостаток и в специализированных средствах администрирования и управления Grid-сетями. Надо также организовать между предприятиями соединения, работающие на скоростях локальной сети. И наконец, чтобы эта технология завоевала прочные позиции в корпоративных сетях, необходимы приложения новых типов, использующие преимущества Grid-инфраструктуры. Посмотрим, что делается для решения этих проблем.

        В настоящее время активно идет разработка стандартов. Этим занимаются организации Global Grid Forum (www. Gridforum.org) и Globus Project (www. globus.org), объединяющие научные учреждения, занятые развитием гетерогенных сетей. Они работают над стандартом Open Grid Services Architecture (OGSA), который предусматривает встраивание в Grid-системы средств поддержки языка XML и будущих стандартов Web-сервисов. Кстати, идея интеграции двух модных направлений, Grid и Web-сервисов, сейчас очень популярна. В самом деле, обе технологии направлены на поддержку взаимодействия разнородных платформ и отлично дополняют друг друга. Подготовка спецификации OGSA подходит к концу, и скоро первая версия поступит на утверждение в Global Grid Forum. Чтобы облегчить разработку OGSA-совместимых продуктов, группа Globus Project выпустила предварительную версию инструментального набора Globus Toolkit 3.0, поддерживающего OGSA. Предполагается, что в окончательном виде он появится уже летом. Этот набор, распространяемый бесплатно с открытым исходным кодом, помогает компаниям реализовывать стандарт OGSA в Grid-продуктах. Специалисты возлагают на него большие надежды, утверждая, что OGSA и Globus Toolkit 3.0 имеют такое же важное значение для Grid, какое протокол TCP/IP имел для Интернета. Однако одного наличия стандартов недостаточно для развития технологии, необходимо, чтобы они обрели поддержку индустрии. Похоже, что за этим дело не станет. О намерении обеспечить совместимость продуктов с OGSA объявили многие ведущие поставщики Grid-систем: Avaki, HP, IBM, Oracle, SGI, Platform Computing и др.

         Но чтобы Grid-технология обрела зрелость, надо дополнить стандартные протоколы всевозможными вспомогательными средствами: защитой данных и коммуникаций, мощными механизмами аутентификации, универсальными форматами данных (здесь большие надежды возлагаются на XML), методами управления распределением ресурсов, учета потребления ресурсов пользователями и приложениями, обработки отказов и распределенного администрирования.

Коммерческие предложения

Концепция Grid, ранее применявшаяся исключительно для научных и исследовательских целей, обретает сторонников среди производителей коммерческих продуктов. Microsoft. Поддерживает группу Globus Project, которой выделила 1 млн. долл. для обеспечения совместимости инструментария Globus Toolkit c системами Windows и .Net. IBM. Обещает включить средства поддержки Grid во все продукты для корпоративных сетей; продвигает будущий стандарт OGSA, позволяющий объединить Grid с Web-сервисами. Недавно выпустила десять пакетов, охватывающих практически все существующие разновидности Grid-систем, от кластеров до глобальных сетей. Sun. Распространяет инструментарий распределенного администрирования Sun Grid Engine. Platform Computing. Специализируется на разработке Grid-продуктов для предприятий, объединяющих платформы Unix, Windows и Linux. Avaki. Предлагает независимый от платформ продукт Avaki 2 для создания корпоративных Grid-систем. DataSynapse. Продает продукт LiveCluster, интегрируемый с Unix, Windows и Linux и предназначенный для сферы финансов и энергетики. Entropia. Продвигает основанный на Windows продукт DCGrid для объединения ПК. HP. Продолжает начатую Compaq программу Grid Computing Solutions, направленную на выпуск программного и аппаратного обеспечения и предоставление услуг, предназначенных для пользователей, желающих совместно работать с вычислительными ресурсами.

Самое интересное впереди

        По мнению специалистов, сейчас Grid находится в том состоянии, в котором технология Web была десять лет назад. Хотя уже реализовано немало новаторских проектов, поистине глобальной Grid-сети еще не существует. Однако, похоже, что она уже не за горами. Ведь имеются все основные компоненты, необходимые для ее создания: скоростные оптические линии связи, быстродействующие процессоры, компьютерные архитектуры с массовым параллелизмом, коммуникационные протоколы, ПО для управления распределенными вычислениями, средства защиты и методы электронной коммерции. Надежду вселяет и то, что потребность в Grid уже назрела. В мире накопились огромные компьютерные ресурсы, значительная часть которых пропадает зря. Осталось только доработать и адаптировать Grid-технологию. И тогда, возможно, произойдут любопытные перемены. Ведь многие специалисты считают, что Grid произведет такую же революцию в области вычислительной обработки, какую сеть Интернет произвела в сфере коммуникации.