CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN LƯỚI 1. TÍNH TOÁN LƯỚI LÀ GÌ ? 1. Khái niệm tính toán lưới Theo [1], tính toán lưới được hiểu một cách đơn giản là sự phát triển tiếp theo của tính toán phân tán. Mục đích là tạo ra một máy tính ảo lớn mạnh từ một tập lớn các hệ thống không đồng nhất nhằm nâng cao khả năng tính toán, chia sẻ các tài nguyên khác nhau.
Nói chung, tính toán lưới đã được xây dựng và phát triển để cung cấp sức mạnh tính toán phục vụ nhu cầu của tất cả những người cần đến. Tính toán lưới có nguồn gốc từ tính toán song song và phân tán, xuất hiện từ thập kỷ 80 và 90. Vào thời điểm đó, các siêu máy tính phải giải quyết các vấn đề chưa được giải quyết tại thời điểm hiện tại, ví dụ như bài toán mô hình hoá khí hậu (climate modeling) và các mô phỏng yêu cầu năng lực tính toán lớn trong bài toán dự báo thời tiết. Mục đích chính của thời kỳ các siêu máy tính là nhằm đối phó với các nhiệm vụ lớn mà thường xuất hiện trong khoa học tính toán, kỹ thuật và nhiều lĩnh vực khác.
Một đặc điểm của các siêu máy tính đó là sự đa dạng và thường là rất đắt. Một số trung tâm tính toán trên thế giới cung cấp năng lực tính toán dưới dạng các siêu máy tính. Sự liên kết giữa các bộ vi xử lý nằm bên trong các siêu máy tính là rất tốt, thậm chí là trong phạm vi một trung tâm máy tính. Tuy nhiên, các liên kết mạng diện rộng giữa các trung tâm máy tính thường không đủ tốt.
Hơn nữa, các mô hình lập trình và bảo mật đa dạng để kết nối các tài nguyên tính toán này lại chưa được hoàn thiện. Ví dụ như công nghệ MPI (Message Passing Interface) đã được chủ ý thiết kế để chạy trên một máy đơn với các CPU, các mạng có các đặc tính về hiệu năng và phần cứng hoàn toàn tương tự. Cơ sở hạ tầng phân tán thuộc châu Âu cho các ứng dụng siêu máy tính (Distributed European Infrastructure for Super Computing Applications) đang giải quyết các vấn đề tồn tại nói trên bằng cách kết nối các trung tâm siêu máy tính của các quốc gia. Vì các công nghệ siêu máy tính có giá thành rất cao, vượt quá khả năng tài chính của nhiều tổ chức, công nghệ tính toán phân cụm (cluster computing) dần trở nên chiếm ưu thế.
Lĩnh vực ứng dụng của tính toán phân cụm cũng tương tự với lĩnh vực ứng dụng của siêu máy tính. Sự khác nhau chủ yếu đó là sức mạnh tính toán có được là do sự liên kết giữa các phần cứng đã lỗi thời để tạo nên một máy tính đơn nhất. Việc hoán đổi các thành phần độc lập như là bộ vi xử lý, đĩa cứng, hoặc các mạng với chi phí rẻ trở nên tương đối đơn giản. Trong cộng đồng siêu máy tính, một số dự án tập trung vào việc truy cập dữ liệu nhanh phục vụ cho các tính toán cực hạn và song song.
Một cộng đồng nghiên cứu đặc biệt đã xử lý các vấn đề ở hệ thống Vào/Ra song song như vậy. Các hoạt động lưu trữ này cũng là tiền thân của các lưới dữ liệu hiện đại. SV: Phan Thanh Liêm - Lớp CH CNTT 2006 Tính toán lưới hướng kinh tế 11 Một vấn đề phát triển quan trọng khác là Internet và các giao thức của nó đã tạo điều kiện phát triển cho Web và các dịch vụ Web. Các giao thức được thiết kế tốt như TCP/IP và HTTP đã tạo nên cơ sở cho các giao thức mới như SOAP (Simple Object Access Protocol).
Các giao thức là một trong các thành phần cơ bản góp phần đưa Grids và các công nghệ tính toán phân tán hiện đại khác hoạt động cùng với nhau trên các nền tảng khác nhau. Đặc biệt, giao thức HTTP đã tạo ra một bước đột phá, trong cả lĩnh vực nghiên cứu và sau đó là trong lĩnh vực thương mại. Ngày nay, HTTP-Web là một phần trong cuộc sống của tất cả mọi người. Ba lĩnh vực: siêu máy tính, tính toán phân cụm và Internet, đã có ảnh hưởng lớn đến sự tồn tại và phát triển của tính toán lưới.
Bên cạnh đó, chúng có ảnh hưởng lẫn nhau đến mức thật khó có thể tách biệt mỗi thứ ra một cách rõ ràng. Các đặc trưng của tính toán lưới Tận dụng tài nguyên nhàn rỗi Trong hầu hết các tổ chức, các tài nguyên tính toán thường xuyên ở trạng thái nhàn rỗi và lãng phí. Không chỉ tài nguyên xử lí bị lãng phí, mà cả tài nguyên lưu trữ cũng ở tình trạng không sử dụng hết. Tính toán lưới cung cấp một nền tảng để khai thác những tài nguyên nhàn rỗi và do vậy nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên.
Song song hóa việc thực thi các ứng dụng Đây là một trong những đặc trưng thu hút nhất của một lưới. Các ứng dụng tính toán lớn được áp dụng các giải thuật song song cho phép được phân thành các phần chạy độc lập với nhau. Mỗi công việc con này được thực hiện trên một máy khác nhau trong lưới, nhờ vậy có thể rút ngắn thời gian thực hiện công việc một cách đáng kể. Tăng khả năng cộng tác nhờ các tài nguyên ảo, tổ chức ảo Lưới đưa ra các chuẩn mở cho phép các hệ thống không đồng nhất có thể làm việc cùng với nhau, qua đó liên kết nhiều tổ chức khác nhau thành một hệ thống tính toán ảo khổng lồ.
Quá trình ẩn đi sự khác nhau đó được gọi là sự ảo hóa gồm nhiều bước, từ thấp đến cao. Trước hết, các tài nguyên khác nhau (tệp, phần mềm, dịch vụ, bản quyền phần mềm, vv. ) được ảo hóa để che dấu đi sự phức tạp, sự khác biệt đối với người dùng, cho phép người dùng thao tác với chúng như là với một loại tài nguyên duy nhất. Từ đó, tùy logic và các chính sách khác nhau, người sử dụng có thể tổ chức lại các tài nguyên ảo đó thành các tổ chức ảo khác nhau một cách linh động.
Các tổ chức ảo này có thể dễ dàng cộng tác, chia sẻ tài nguyên với nhau. Truy nhập tới các tài nguyên mở rộng SV: Phan Thanh Liêm - Lớp CH CNTT 2006 Tính toán lưới hướng kinh tế 12 Ngoài tài nguyên tính toán và lưu trữ, lưới cũng có thể cung cấp khả năng truy nhập tới các thành phần mở rộng khác như băng thông, bản quyền phần mềm, các thiết bị đặc biệt,vv. Cân bằng tài nguyên Lưới sẽ liên kết các tài nguyên của các máy độc lập thành một hệ thống tài nguyên thống nhất. Nhờ đó, thông qua bộ lập lịch, lưới cung cấp khả năng cân bằng việc sử dụng tài nguyên bằng cách chuyển công việc tới các tài nguyên có mức sử dụng thấp hơn.
Tin cậy Lưới kết hợp các tài nguyên phân tán về mặt địa lý. Do vậy, nếu một sự cố về điện hay hỏng hóc xảy ra tại một vị trí, các vị trí khác cũng không bị ảnh hưởng. Lưới có thể đệ trình lại hoặc di trú một cách tự động công việc từ nơi phát hiện thấy lỗi tới các máy khác. Dễ quản lý Lưới cung cấp khả năng cho phép người quản trị cấu hình lưới để phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau một cách thống nhất, mềm dẻo và tập trung.
PHÂN LOẠI TÍNH TOÁN LƯỚI Theo Ahmar Abbas [35], tính toán lưới được phân loại dựa trên cấu trúc của một tổ chức mà được phục vụ bởi lưới tính toán đó, hoặc dựa trên tiêu chí về tỷ lệ các tài nguyên chủ yếu được sử dụng trên lưới. Dưới đây là một số kiểu phân loại lưới tính toán: 1. Phân loại dựa trên phạm vi của lưới 1.1 Departmental grids - Lưới cục bộ Departmental grids được xây dựng để giải quyết các vấn đề phục vụ một nhóm người trong một doanh nghiệp. Các tài nguyên không được chia sẻ cho các nhóm khác bên trong một doanh nghiệp.
Sau đây là một số ví dụ về định nghĩa Deparmental grids từ một số nhà cung cấp: - Sun Microsystems: Cluster grids bao gồm nhiều hơn hoặc bằng một các hệ thống làm việc với nhau để cung cấp một điểm truy cập cho các người sử dụng. Nó thường được dùng bởi một nhóm cho một dự án và có thể được sử dụng để hỗ trợ các công việc yêu cầu cả thông lượng cao và hiệu năng cao. - IBM: Infra Grids là thuật ngữ được IBM sử dụng để định nghĩa ra một lưới thực hiện việc tối ưu hoá các tài nguyên trong một doanh nghiệp và không bao gồm bất kỳ một đối tác nội bộ nào. Nó có thể thuộc về một campus hoặc trải qua nhiều campus.
Enterprise grids - Lưới doanh nghiệp SV: Phan Thanh Liêm - Lớp CH CNTT 2006 Tính toán lưới hướng kinh tế 13 Enterprise grids bao gồm các tài nguyên trải trên phạm vi của một doanh nghiệp và cung cấp dịch vụ cho tất cả các người dùng thuộc vào doanh nghiệp đó. Một số ví dụ về định nghĩa Enterprise grids của các nhà cung cấp: - Platform Computing: một enterprise grid, theo như Platform Computing, được triển khai bên trong những tập đoàn lớn có các chi nhánh trên toàn cầu hoặc cần có nhu cầu truy cập tới các tài nguyên ở bên ngoài. Các enterprise grids chạy đằng sau các tường lửa của doanh nghiệp. - IBM: Intra grids, theo như IBM, là sự chia sẻ các tài nguyên giữa các nhóm khác nhau bên trong một doanh nghiệp.
Một intra grid có thể là nội bộ, hoặc được triển khai trên mạng WAN. Các intra grid cũng hoạt động bên trong các tường lửa. - Sun Microsystems: Campus grids cho phép nhiều dự án hoặc các bộ phận chia sẻ các tài nguyên tính toán một cách cởi mở và hợp tác. Campus grids có thể bao gồm các máy chủ và máy trạm phân tán cũng như các tài nguyên tập trung được đặt tại nhiều miền quản trị khác nhau, trong các phòng-ban hoặc trải trên toàn bộ doanh nghiệp.
Extraprise grids - Lưới liên doanh nghiệp Extraprise grids được thiết lập giữa các công ty, giữa công ty với các đối tác, hoặc giữa công ty với khách hàng của họ. Các tài nguyên của lưới thường được cung cấp sẵn sàng thông qua mạng riêng ảo (Virtual Private Network- VPN). Dưới đây là một số định nghĩa tương tự của các nhà cung cấp: - IBM: Extra grids cho phép các tài nguyên với các đối tác bên ngoài. Tất nhiên để chia sẻ được phải tồn tại các kết nối giữa các doanh nghiệp thông qua các dịch vụ tin cậy, như là mạng riêng (private network) hoặc là VPN.