Tính toán lưới là một mô hình tính
toán đang được ứng dụng rất nhiều, đây là một mô hình có khả năng thực
hiện tính toán với tốc độ cao bằng cách tận dụng nhiều máy tính nối mạng
để tạo ra một kiến trúc máy tính ảo có thể phân phối việc tính toán trên một cơ
sở hạ tầng song song. Lưới tính toán sử dụng tài nguyên của nhiều máy tính
riêng lẻ kết nối với nhau thông qua một mạng máy tính (thường là mạng máy
Internet) để giải quyết các yêu cầu tính toán lớn. Lưới có khả năng thực hiện
việc tính toán trên những tập dữ liệu lớn, bằng cách chia
nhỏ các tập dữ liệu này thành các tập hợp nhỏ hơn hoặc thực hiện nhiều qui
trình tính toán cùng lúc như trên một mánh tính đơn thông qua mô
hình phân phối công việc giữa các tiến trình song song. Ngày nay, việc phân
phối tài nguyên trên lưới tuân theo chuẩn SLA (service
level agreement).
Thông qua đề tài này chúng tôi mong
muốn tìm hiểu sơ lược về một mô hình tính toán với hiệu năng cao, tận dụng được
tài nguyên của máy tính. Đang là mô hình tính toán được thế giới quan tâm phát
triển.
1.1. Khái niệm
Michael Di Stefano đưa ra định nghĩa về tính toán lưới như sau:
“Tính toán lưới là bất kỳ cụm tài
nguyên tính toán nào cung cấp môi trường hỗ trợ chia sẻ và quản lý tài nguyên
cho các công việc phân tán dựa trên chính sách nào đó”.
Còn Ian Foster đưa ra ba đặc điểm của một lưới thực sự :
• Phối hợp sử dụng tài nguyên mà
không dựa trên điều khiển tập trung.
• Sử dụng các giao thức chuẩn và có
tính mở rộng.
• Cung cấp chất lượng dịch vụ không
tầm thường, theo nghĩa tài nguyên hoạt động kết hợp trên môi trường lưới tạo ra
chất lượng dịch vụ tốt hơn nhiều so với tổng chất lượng dịch vụ của các tài
nguyên đơn lẻ.
Hiện nay, nhiều người vẫn lẫn lộn
khái niệm “tính toán lưới” với “tính toán ngang hàng”. Cả hai có điểm chung là
cùng giải quyết bài toán chia sẻ tài nguyên phân tán giữa các tổ chức ảo , cùng
được xây dựng dựa trên kiến trúc phân tầng, và mỗi hướng tiếp cận có điểm mạnh,
điểm yếu riêng. Lưới được xây dựng trên nền tảng kiến trúc chặt chẽ, phục vụ
cộng đồng người dùng quy mô nhỏ, thường nằm trong cùng lĩnh vực nghiên cứu mà
họ quan tâm, hỗ trợ khả năng tích hợp tài nguyên mạnh mẽ đa dạng hơn tính toán
ngang hàng. Ứng dụng trên lưới thường là ứng dụng khoa học, đòi hỏi khả năng
tính toán cao, và hướng người dùng. Ngược lại, tính toán ngang hàng được xây
dựng trên nền kiến trúc linh hoạt hơn, phục vụ cho một số lượng lớn người dùng,
có thể lên đến hàng triệu, chủ yếu hỗ trợ ứng dụng chia sẻ tài nguyên như chia
sẻ chu kỳ tính toán hoặc tệp.
1.3. Các chức năng chung
Tính toán lưới tạo ra một mô hình để giải quyết các bài toán
tính toán lớn bằng cách sử dụng những tài nguyên rỗi (CPU, và thiết bị lưu trữ)
của một loạt các máy tính riêng rẽ, thường là máy để bàn, hệ thống này được coi
là một một cụm máy ảo nhúng trong một môi trường liên lạc phân tán. Tính toán
lưới tập trung vào khả năng hỗ trợ tính toán giữa các khu vực hành chính, điều
này làm cho mô hình này tách biệt so với mô hình cụm tính toán và tính toán
phân tán truyền thống.
Lưới cung cấp một giải pháp cho những bài toán về tính toán
hiệu năng cao như tạo nếp protein, mô hình hoá tài chính, mô phỏng động đất và
dự đoán khí hậu thời tiết. Ngoài ra lưới còn có thể giúp các tổ chức, doanh
nghiệp sử dụng một cách tối ưu hoá tài nguyên công nghệ thông tin và tạo ra các dịch vụ
tính toán theo nhu cầu cho các khách hàng thương mại và miễn phí trong đó khách
hàng chỉ phải trả những gì họ đã sử dụng giống như điện và nước.
Tính toán lưới được thiết kế với mục tiêu giải các bài toán
tính toán quá lớn cho một siêu máy tính, trong khi vẫn giữ được sự linh hoạt
đối với những bài toán nhỏ hơn. Vì vậy tính toán lưới cung cấp một môi trường
đa người dùng. Mục tiêu thứ hai của tính toán lưới là khả năng khai thác tốt
hơn những năng lực tính toán chưa được sử dụng và phục vụ cho những nhu cầu
tính toán không ngừng của các bài toán khoa học lớn.
Điều này dẫn đến việc sử dụng các cơ chế cấp phép an toàn để
cho phép những người sử dụng ở xa có thể điều khiển các tài nguyên tính toán từ
xa.
Tính toán lưới thực hiện sử dụng các chuẩn mở để chia sẻ qua
mạng những tài nguyên hỗn tạp (trên những nền tảng kiến trúc phần mềm, phần
cứng và ngôn ngữ lập trình khác nhau), nằm tại những địa điểm khác nhau tuỳ thuộc vào
các khu vực hành chính. Nói một cách đơn giản, nó là việc ảo hoá
các tài nguyên tính toán.
1.4. Lưới tính toán có
thể phân theo ba giai đoạn phát triển:
- Lưới văn phòng
- Lưới công ty
- Lưới toàn cầu.
Những giai đoạn này tương ứng với một công ty bắt đầu tận
dụng tài nguyên trong một nhóm đơn như một đơn vị hoặc phòng chuyên về công
nghệ kết nối các máy tính để bàn, các cụm và thiết bị. Lưới sẽ phát
triển để trở thành lưới của toàn công ty khi các tài nguyên của các phòng ban
còn lại có thể sử dụng để lưu trữ và tận dụng tài nguyên CPU. Một lưới toàn cầu
là sự kết nối của các lưới phòng ban và hãng, lưới này sẽ được sử dụng theo
kiểu thương mại và cộng tác.
1.4. Tính toán lưới là
một loại hình đặc biệt của tính toán phân tán.
Mô hình khái niệm
Bản chất của tính toán lưới giống một nền tảng dạng khái
niệm hơn là một tài nguyên vật lý. Lưới được tận dụng để cung cấp tài nguyên cho một nhiệm vụ tính
toán. Mục tiêu của công nghệ lưới liên quan tới những yêu cầu của việc cung cấp
tài nguyên linh hoạt vượt ra khỏi các khu vực cục bộ.
Tổ
chức Ảo
Một môi trường lưới được tạo ra để giải quyết các nhu cầu về
tài nguyên. Những tài nguyên này(như CPU, ổ lưu trữ, dữ liệu, các chương trình
phần mềm, các thiết bị ngoại vi) thường nằm ở ngoài các khu vực cục bộ. Phương
thức cung cấp ngoài này đòi hỏi phải tạo ra một khu vực khác được nhắc đến với
cái tên là Tổ chức ảo(Virtual Organization – VO) với một tập riêng rẽ các chính
sách quản lý ( các chính sách quản lý cục bộ và các chính sách quản lý tài
nguyên bên ngoài tạo thành các chính sách của VO. Ngữ cảnh được tạo ra cho một
nhiệm vụ tính toán lưới được phân biệt bằng những yêu cầu được tạo ra khi thực
thi ngoài các khu vực cục bộ. Công nghệ Lưới được tận dụng để làm cho việc
chuẩn hoá và thống
nhất với ngữ cảnh lưới liên quan tới việc thực thi ứng dụng của bạn.
Tận dụng tài nguyên.
Một đặc điểm mà hiện tại phân biệt tính toán lưới và tính
toán phân tán là sự trừu tượng hoá của một tài nguyên phân tán thành một tài nguyên lưới.
Một kết quả của sự trừu tượng này là nó cho phép việc thay thế tài nguyên trở
nên dễ dàng hoàn thành. Vài chi phí liên quan tới sự linh hoạt này nằm ở tầng
phần mềm trung gian và thời gian trễ liên quan tới việc truy nhập vào một tài
nguyên lưới hoặc tài nguyên phân tán. Những chi phí, đặc
biệt là thời gian trễ, phải được đánh giá khi đánh giá sự ảnh hưởng của tới
hiệu năng tính toán của một tài nguyên lưới.
Các tài nguyên web hoặc việc truy nhập các tài nguyên web là
một phương pháp hấp dẫn để cung cấp tài nguyên lưới. Một sự phát triển gần đây
của phần mềm trung gian lưới GGF đã sửa lại kiến trúc và thiết kế của khái niệm
tài nguyên lưới bằng cách sử dụng ngôn ngữ mô tả dịch vụ web WSDL của W3C để
triển khai một tài nguyên lưới. Các ứng dụng chuyển đổi từ việc sử dụng các tài
nguyên liên quan tới vị trí địa lý sang việc sử dụng các tài nguyên web cần
quan tâm tới bản chất phi ranh giới của web trong khi vẫn đảm bảo khả năng mở rộng
cho web.
II.Nền tảng của tính toán lưới (Grid computing)
Tính toán mạng lưới (grid) ngày nay
không còn là một giải pháp hàn lâm hay thử nghiệm. Với những tiến bộ quan trọng
về phần mềm triển khai, người ta hy vọng nó sẽ đem sức mạnh của siêu máy tính
tới tất cả người dùng PC đơn lẻ trên thế giới.
2.1. Grid là gì và hoạt động như thế nào?
Grid là một loại hệ thống phân tán,
bố trí song song, cho phép linh hoạt chia sẻ, tuyển lựa và tập hợp các nguồn
tài nguyên độc lập và rải rác về địa lý, tùy theo khả năng sẵn có, công suất,
hoạt động, chi phí và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử dụng.
Hình 1: Mô hình tính
toán lưới
Điện toán mạng lưới (ĐTML) có nghĩa
là tất cả hoặc một phần của một nhóm máy tính, máy chủ và thiết bị lưu trữ
trong mạng doanh nghiệp, được “ảo hóa” (virtualize) thành một cỗ máy tính lớn.
Vì ĐTML giải phóng những khả năng tính toán không được sử dụng vào một thời
điểm bất kỳ, chúng có thể cho phép các doanh nghiệp tăng cường rất nhiều về tốc
độ, sức mạnh xử lý thông tin và sự liên kết, thúc đẩy các quy trình tính toán
mật độ cao. Trong khi đó, chi phí vẫn sẽ được giữ ở mức thấp vì ĐTML có thể
được xây dựng từ chính hạ tầng hiện có, góp phần đảm bảo sự huy động tối ưu các
khả năng tính toán.
ĐTML cho phép ảo hóa các chức năng
tính toán phân tán cũng như các nguồn xử lý, băng thông mạng và khả năng lưu
trữ, để từ đó tạo ra một hệ thống đơn đồng nhất, cho phép người sử dụng và các
ứng dụng truy cập thông suốt vào các tính năng điện toán rộng lớn. Giống như
người lướt web xem một nội dung thống nhất qua web, người sử dụng ĐTML cũng
nhìn thấy một máy tính ảo cực lớn duy nhất.
Hình 2: Mô hình tính
toán lưới dựa trên Internet
Trọng tâm của ĐTML dựa trên một tập
hợp mở của nhiều chuẩn và giao thức, ví dụ Kiến trúc dịch vụ lưới mở (OGSA),
cho phép liên lạc qua nhiều môi trường hỗn tạp và phân tán về địa lý. Với ĐTML,
các tổ chức và doanh nghiệp có thể tối ưu hóa khả năng tính toán và các nguồn
dữ liệu, tập trung chúng lại thành những khối sức mạnh lớn, chia sẻ chúng qua
mạng và thúc đẩy sự phối hợp, tương tác.
Giả dụ, khi một người có chiếc máy
tính cá nhân tham gia đóng góp sức mạnh xử lý trong một mạng lưới grid muốn
chạy một ứng dụng đòi hỏi thêm sức mạnh xử lý thì công việc đang được giải
quyết trên chiếc máy đó sẽ được tự động tái phân bổ tới một máy khác trong lưới
đang “rảnh rỗi” và không bị trưng dụng sức mạnh tính toàn vào công việc nào.
Hình 4
Xây dựng một lưới grid có thể đơn
giản như việc cho phép một số lượng nhỏ PC hoặc server hoặc mạng lưu trữ tận
dụng những khả năng chưa được khai thác hết. Từ một quy mô triển khai ban đầu
nhỏ, người sử dụng có thể dần dần hoặc lập tức mở rộng lưới tùy theo nhu cầu
của doanh nghiệp. Lưới này không chỉ có thể liên kết các quy trình hoạt động
của một bộ phận mà có thể phối hợp các phòng ban với nhau hoặc thậm chí liên
kết sức mạnh hạ tầng của một số doanh nghiệp độc lập.
2.2. Ích lợi của tính toán lưới:
ĐTML có thể đem lại những ích lợi rất
rộng lớn. Nó tăng tốc độ xử lý để rút ngắn thời gian thu được kết quả, từ đó
cho phép tiết kiệm thời gian và tài nguyên phục vụ cho việc giải quyết những
vấn đề mà trước đó chưa được xử lý. ĐTML nâng cao năng suất và sự phối hợp
trong doanh nghiệp bằng cách cho phép các bộ phận và phòng ban phân tán ở nhiều
nơi tạo ra các “tổ chức ảo” để chia sẻ dữ liệu và tài nguyên. Grid khiến cho hạ
tầng hoạt động của doanh nghiệp linh hoạt hơn với việc cho phép truy nhập lập
tức vào hệ thống tính toán và các kho dữ liệu để “cảm nhận” và phản hồi kịp
thời những yêu cầu. Grid cũng góp phần đảm bảo khai thác tốt nhất các khả năng
tính toán hiện có của một công ty dựa trên những khoản đã đầu tư. Triển khai
ĐTML cũng góp phần tránh được nguy cơ phân bổ tài nguyên không cân đối xảy ra
rất phổ biến và tránh được các chi phí phát sinh. Một ích lợi lớn khác của ĐTML
là nó giải phóng các bộ phận quản lý CNTT khỏi gánh nặng của việc quản lý các
hệ thống không đồng nhất.
So sánh grid với các công nghệ khác:
So với khái niệm cluster và điện toán
phân tán khác, grid có điểm chung là đem các nguồn sức mạnh tính toán lại làm
một nhưng khác ở chỗ nó không cần có sự giới hạn về không gian địa lý hay sự
đồng nhất về nền điều hành. Khác biệt cơ bản giữa khái niệm cluster (bó) với
grid (lưới) chủ yếu nằm ở phương thức quản lý các nguồn tài nguyên. Đối với
cluster, việc phân bổ tài nguyên được thực hiện bởi một đối tượng quản lý tài
nguyên trung tâm và tất cả các nút (node) mạng hoạt động phối hợp với nhau như
một nguồn đơn thống nhất. Đối với grid, mỗi nút có đối tượng quản lý tài nguyên
riêng và các nguồn tài nguyên độc lập trong lưới có thể trải rộng khắp một hoặc
nhiều tổ chức.
Trên thực tế grid không phải là một
cuộc cách mạng mới mà có thể coi nó là một bước tiến hóa trong công nghệ điện
toán phân tán, giống như web, chia sẻ file ngang hàng và các công nghệ ảo khác.
Giống như web, ĐTML giảm bớt tính phức tạp khi mà nhiều người cùng khai thác
một nền hoạt động thống nhất. Cái khác của nó đối với web chủ yếu là sự hỗ trợ
liên lạc. So với mạng ngang hàng (P2P), ĐTML có điểm chung là cho phép người sử
dụng chia sẻ file nhưng khác ở chỗ việc chia sẻ đó không chỉ là các file mà có
thể là nhiều tài nguyên khác. So với các công nghệ ảo khác, grid giống ở chỗ
cho phép ảo hóa các nguồn lực CNTT. Điểm khác là trong khi đối tượng và mục
tiêu của các công nghệ ảo là một hệ thống đơn thì grid cho phép ảo hóa những
nguồn tài nguyên tản mát và vô cùng rộng lớn.
Grid đã được thương mại hóa như thế
nào?
Các nhà cung cấp giải pháp điện toán
hàng đầu thế giới như Oracle, IBM, HP, Dell, Microsoft và Sun đều đã và đang có
sách lược đầu tư lớn vào việc phát triển các sản phẩm và dịch vụ ĐTML.
Thiết lập một hệ thống ĐTML không đơn
thuần chỉ là có một mạng máy tính tốc độ cao. Yếu tố quan trọng nhất chính là
một nền phần mềm điều phối sức mạnh của các máy tính tham gia đóng góp sức mạnh
nhiều dạng khác nhau trong lưới.
Trên thị trường đã xuất hiện những
nền phần mềm thương mại hoặc dịch vụ phục vụ cho việc này. Ví dụ, Oracle đã
tung ra thị trường Application Server 10g, được coi là phần mềm trung gian đầu
tiên giúp đơn giản hóa việc quản lý các ứng dụng chạy trên môi trường ĐTML. Đây
là một bộ sản phẩm gồm khoảng 600 cải tiến trong ứng dụng tích hợp và cơ sở hạ
tầng các dịch vụ Web.
Oracle Application Server 10 được xây
dựng dựa trên các chuẩn mở, tạo ra một nền tảng thống nhất cho các khả năng hỗ
trợ yêu cầu đa dạng của một doanh nghiệp thương mại điện tử, bao gồm các chức
năng hỗ trợ như phần mềm cổng dành cho doanh nghiệp, lưu trữ tốc độ cao, tình
báo doanh nghiệp, quản lý đồng nhất, phát triển ứng dụng nhanh, kết nối không
dây và các dịch vụ Web. Oracle Application Server 10g cũng là sản phẩm trung
gian duy nhất trong ngành giải pháp điện toán doanh nghiệp được trang bị các
công nghệ tích hợp và ĐTML lắp sẵn.
Với việc đưa thêm khả năng ĐTML, phần
mềm Application Server 10g giúp khách hàng giảm thời gian, sức lao động và chi
phí cho việc quản lý CNTT bằng cách kết hợp các hệ thống máy chủ, hệ thống lưu
trữ và các phần mềm cần thiết. Kết quả là các doanh nghiệp có thể sử dụng sức
mạnh của toàn bộ hệ thống hay lưới cho tất cả các ứng dụng dành cho doanh
nghiệp chứ không phải mua thêm tính năng cho các ứng dụng riêng biệt. Oracle
Application Server 10g được cung cấp với ba phiên bản: Java Edition (giá 5.000
USD tính trên một bộ vi xử lý hoặc 100 USD/một người sử dụng), Standard Edition
(10.000 USD/bộ vi xử lý hoặc 200 USD/người sử dụng) và Enterprise Edition
(20.000 USD/bộ vi xử lý hoặc 400 USD/một người sử dụng).
Trong khi đó, Sun Microsystems gần
đây tung ra một mô hình dịch vụ với cách tiếp cận khác. Họ gọi đây là cơ chế
thu tiền tính theo người sử dụng đầu tiên áp dụng đối với kiến trúc ĐTML. Với
chi phí khởi điểm là 1 USD/bộ xử lý/giờ, dịch vụ tính toán theo lưới này của
Sun được cung cấp theo từng gói tính bằng tiếng đồng hồ. Sun khẳng định mô hình
này có thể cho phép khách hàng khai thác sức mạnh tính toán giống như sử dụng
các tiện ích thông thường như điện thoại, điện gia dụng hay nước…từ hạ tầng của
nhà cung cấp dịch vụ.
Một số lợi thế khá rõ ràng:
1) Không cần phải mua các máy chủ SMP
lớn cho các ứng dụng mà có thể được tách ra và nuôi ra các máy chủ nhỏ hơn
(trong đó chi phí ít hơn so với các máy chủ SMP). Kết quả sau đó có thể được
nối và phân tích khi công việc (s) hoàn thành.
2) Phần lớn hiệu quả hơn sử dụng các
nguồn lực nhàn rỗi. Việc làm có thể được nuôi ra máy chủ nhàn rỗi hoặc thậm chí
máy tính để bàn nhàn rỗi. Nhiều người trong số các nguồn lực này ngồi nhàn rỗi
đặc biệt là trong thời gian off giờ làm việc.
3) Grid môi trường, nhiều hơn modular
và không có điểm duy nhất của thất bại. Nếu một trong các máy chủ / máy tính để
bàn trong lưới điện không có nhiều nguồn lực khác có thể chọn tải. Việc làm có
thể tự động khởi động lại nếu thất bại xảy ra.
4) Các chính sách có thể được quản lý
bởi các phần mềm lưới. Một số các lưới cho phép các phần mềm phổ biến nhất bao
gồm Platform LSF, Sun Grid Engine, liệu Synapse, PBS, Condor, UnivaUD, trong số
những người khác. Mỗi làm tốt công việc giám sát tài nguyên và đệ trình công
việc quản lý dựa trên các công cụ chính sách nội bộ.
5) quy mô mô hình này rất tốt. Cần
thêm các nguồn tài nguyên tính toán chỉ cần cắm chúng vào lưới khách hàng bằng
cách cài đặt trên máy tính để bàn hoặc máy chủ bổ sung. Họ có thể được gỡ bỏ
cũng như dễ dàng trên bay.
6) Nâng cấp có thể được thực hiện
trên bay mà không có lịch trình thời gian chết. Vì có quá nhiều tài nguyên một
số có thể được thực hiện offline, trong khi để lại đủ cho công việc để tiếp
tục. Bằng cách này có thể được nâng cấp cascaded như không có hiệu lực các dự
án đang tiếp diễn.
7) Việc làm có thể được thực hiện
trong thực hiện tăng tốc song song. Sử dụng những thứ như Bộ KH & ĐT sẽ cho
phép tin nhắn qua để xảy ra giữa các tài nguyên tính toán.
Một số disadvatages:
1) Đối với các ứng dụng bộ nhớ đói mà
không thể tận dụng lợi thế của MPI bạn có thể bị buộc để chạy trên một SMP lớn
2) Bạn có thể cần phải có một kết nối
nhanh giữa các tính toán các nguồn lực (gigabit ethernet ở mức tối thiểu).
Infiband cho Bộ KH & ĐT mạnh ứng dụng
3) Một số ứng dụng có thể cần phải
được tinh chỉnh để có đầy đủ lợi thế của mô hình mới.
4), cấp phép trên nhiều máy chủ có
thể làm cho nó cấm đối với một số ứng dụng. Các nhà cung cấp đang bắt đầu được
linh hoạt hơn với môi trường như thế này.
Khu vực đã được tận dụng tốt của tính
toán lưới bao gồm tin sinh học, cheminformatics, khoan dầu và, và các ứng dụng
tài chính.
Với lợi thế được liệt kê ở trên, bạn
sẽ bắt đầu để xem con nuôi lớn hơn nhiều của Grids mà nên lợi ích tất cả mọi
người tham gia
III. Mốt số thành phần cơ trong mô hình tính toán lưới
3.1. Lớp ứng dụng (Grid Application)
Lớp ứng dụng rất phong phú, chẳng
hạn, từ việc truy xuất dữ liệu qua điện thoại di động đến những hệ mô phỏng xử
lý một lượng dữ liệu lớn để có thể quan sát quá trình diễn biến của một thí
nghiệm khoa học nào đó
3.2.Lớp cơ sở hạ tầng (Grid Infrastructures)
Lớp hạ tầng cơ sở gồm hệ thống máy tính,
siêu máy tính, các hệ lưu trữ, hạ tầng truyền dẫn và Internet
3.3.Lớp giữa (Grid Middleware).
Còn lớp giữa cung cấp cho lớp ứng
dụng và lớp cơ sở hạ tầng những giao thức được chuẩn hóa, tạo khả năng truy cập
lưới dễ dàng, thuận tiện.
Có thể xem
lớp giữa là một PM hệ thống nằm giữa lớp PM ứng dụng và hệ điềuhành, nhằm cung
cấp các dịch vụ (DV) cho các ứng dụng như DV khám phá tài nguyên (Discovery),
lưu trữ (Storage), thực thi (Execution), thôngtin (Information), theo dõi tài
nguyên (Resource Monitoring), kiểm lỗi và phục hồi (Failure Detector and
Recovery)… Đây là những DV cốt lõi đểcho người dùng tham gia vào môi trường
lưới. Tùy theo yêu cầu của người dùng, lớp ứng dụng sẽ tạo cho người dùng một
nền tảng ứng dụng (Platform) thích hợp.
IV. Từ tính toán lưới đến tính toán đám mây
Ở nước ta trong mấy năm qua, báo chí
đã đề cập với những tên gọi khác nhau mà thuật ngữ tiếng Anh là “Grid
computing” và “Cloud computing”. Nào là mạng lưới máy tính, mạng lưới tính
toán, điện toán lưới, tính toán đám mây, điện toán đám mây, điện toán máy chủ
ảo…Ở đây, tôi dùng cụm từ “tính toán lưới” (Grid computing) và “tính toánmây”
(Cloud computing) để chỉ những khái niệm này.
Tính toán lưới đã phát triển rất mạnh
trên thế giới để liên kết những hệ thống tính toán với nhau nhằm giải những bài
toán cực lớn. Hệ thống bao gồm phần cứng, phần mềm (PM), đường truyền và hàng
bao nhiêu thiết bị khác…trong những không gian thích hợp tạo một môi trường
tính toán gọi là môi trường lưới.
Nói đến tính toán lưới là nói đến
những cơsở hạ tầng cực mạnh, những siêu máy chủ, những thiết bị lưu trữ
lớn,những clusters, những PM ứng dụng và sự quản trị hệ thống phức hợp; là nói
đến tính toán song song, phân chia thời gian, các thuật toán tối ưu xử lý phân
bố tài nguyên tính toán, lưu trữ…Những mô hình tính toán lưới gần đây cũng tiếp
cận đến cách khai thác PM như một DV, khai thác nền tảng như một DV, đã có DV
máy chủ ảo... và thực sự chúng đã chuyển hoá dần sang tính toán mây. Tính toán
mây đều có những đặc điếm nói trên của tính toán lưới, nhưng còn phát triển cao
hơn ở những khía cạnh sau:
Tính toán mây là một mô hình tính
toán năng động cao, có khả năng mở rộng đến các tài nguyên ảo trên Internet. Hạ
tầng cơ sở của tính toán mây được khai thác như một DV (IaaS –Infrastructure as
aService). Người dùng không phải đầu tư vốn vào thiết bị và không phảilo bảo
trì thiết bị và hàng nhiều công việc khác liên quan mà chỉ chịuchi phí khai
thác thiết bị ảo trên Internet do nhà cung cấp phân bố,quản lý. Người dùng truy
cập đến tính toán mây thông qua các DV Webservices.
Hình 5: Mô hình tính toán mây (hình lấy trên Internet)
|
Nền tảng của một ứng dụng nào đó được
khai thác nhưmột DV (PaaS- Platform as a Service). Người dùng không phải chịu
chiphí cho toàn bộ nền tảng của ứng dụng mà chỉ chịu chi phí cho phần nềntảng
nào được sử dụng.
PM được khai thác như một
DV(SaaS-Software as a Service). Không phải trả bản quyền cho PM mà ngườidùng
chỉ trả tiền khai thác PM đó.
Tiện ích tính toán
(UtilityComputing). Người dùng chỉ chịu chi phí cho những tài nguyên, tiện
íchđược khai thác, không khác gì trả tiền điện, tiền nước theo đồng hồ đomà ta
đã rất quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày.
V. Một số ứng dụng thực tiễn
4.1. Nhìn ra thế giới
IBMnói nhiều đến một cơ sở hạ tầng
thông minh. IBM phối hợp với ĐH TexasMedical Branch (UTMB) sử dụng Big Blue
(siêu máy tính ảo) để xác địnhcác hợp chất hóa học có nhiều khả năng ngăn chặn
sự lây lan của viruscúm gia cầm và các loại virus khác. Dự án nghiên cứu nhân
đạo này sửdụng một nguồn lực tính toán lớn đến hàng triệu máy tính của
hơn400.000 người sẵn sàng hiến thời gian máy của họ cho việc xử lý. DV IBMSmart
Business (IBM kinh doanh thông minh) với công nghệ tính toán mâycung cấp cho
người dùng khả năng nâng cao chất lượng công việc, đảm bảoan toàn thông tin và
tìm kiếm mô hình kinh doanh sáng tạo. IBM đang sởhữu một mạng lưới tính toán
mây rất lớn.
Ngoài lắp đặt ở nước ta, IBM còn có
những trung tâmkhác như ở Hàn Quốc, Ấn Độ, Brazil…Tháng 5/2008, IBM cho ra mắt
siêumáy tính Road Runner (trị giá 133 triệu USD), tốc độ tính toán đạt 1triệu
tỷ phép tính/giây(petaflop).
Chúng ta liên tưởng đếnnhững máy tính
“cực lớn” của IBM trước đây và các trung tâm tính toántập trung mà người dùng
chỉ có thể tiếp cận thông qua các máy trạmtrong những năm 60, 70 của thế kỷ
trước. Thời kỳ “tập trung cửa quyền”ấy qua đi, nhường chỗ cho các máy tính cá
nhân để bàn (PC) làm việctrong môi trường khách/chủ (client/server), rồi tiếp
đến là hình thànhcác mạng máy tính mà nổi bật là mạng Internet. Ngày nay, sự
hình thànhtính toán mây với những TTDL cực lớn, người dùng có thể truy cập
nhờWeb services bằng các phương tiện như điện thoại di động, netbook,desktop…,
làm chúng ta lại nghĩ đến một sự tập trung mới! Nhưng lần nàylà sự tập trung
tiến bộ, nâng cao, ảo hóa.
4.2. Vài nét trong nước
Ở nước ta đã có những đề tài nghiên
cứu về tính toán lưới như đề tài Xâydựng dữ liệu lưới cho khí tượng Việt Nam
(Construction a Data Grid forMeteorology in Viet Nam) của Đại học Bách khoa Hà
Nội và nhiều đề tàikhác của Viện CNTT- Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam và của
chươngtrình Nghiên cứu cấp nhà nước KC-01.
VN, đã đồng hành cùng thếgiới vào “tính toán mây”. Bộ KH&CN phối hợp với hãng IBM xây dựngcổng thông tin VIP (Vietnam Information for Science and TechnologyAdvance Innovation Portal) với công nghệ tính toán mây từ năm 2007 nhằmtạo một môi trường sáng tạo cho các nhà nghiên cứu, giảng viên, sinhviên các trường ĐH chia sẻ thông tin, thiết lập một cộng đồng hợp tácnghiên cứu. Ngay từ năm 2005, CISCO cũng đã giới thiệu một mô hìnhchuẩn Trung tâm dữ liệu (Data Center
VN, đã đồng hành cùng thếgiới vào “tính toán mây”. Bộ KH&CN phối hợp với hãng IBM xây dựngcổng thông tin VIP (Vietnam Information for Science and TechnologyAdvance Innovation Portal) với công nghệ tính toán mây từ năm 2007 nhằmtạo một môi trường sáng tạo cho các nhà nghiên cứu, giảng viên, sinhviên các trường ĐH chia sẻ thông tin, thiết lập một cộng đồng hợp tácnghiên cứu. Ngay từ năm 2005, CISCO cũng đã giới thiệu một mô hìnhchuẩn Trung tâm dữ liệu (
4.3. Một số lưu ý
Ở nướcta, Bộ KHCN đã sớm quan tâm đến
vấn đề này. Bộ đã tổ chức hội thảo và đã có một số đề tài nghiên cứu, một số dự
án được triển khai. Mặt khácBộ cũng rất quan tâm đến một hướng có tính nền tảng
là PM nguồn mở(PMNM), là một trong những vấn đề cũng có tính cốt lõi cho phát
triểntính toán mây. Tuy nhiên, nên triển khai:
Nghiên cứu xây dựngmột chiến lược phát
triển tính toán mây ở nước ta. Chiến lược này sẽtrả lời cho câu hỏi khi hàng
loạt các cơ sở tính toán hay là các TTDLcủa nhiều cơ quan, tổ chức doanh nghiệp
được trang bị hàng chục năm naytrên cơ sở những công nghệ cũ, bây giờ sẽ phát
triển tiếp như thế nào?Sẽ chuyển dần đến tính toán mây như thế nào? Trong tính
toán mây thìnơi nào cần có TTDL riêng, nơi nào thuê DV và thuê ở cấp độ nào,
loạiDV gì? Câu hỏi này càng phức tạp khi chúng ta đầu tư phát triển hạ tầngcơ
sở cho việc đẩy mạnh phát triển chính phủ điện tử.
Cần cóchính sách tâp hợp được lực
lượng nghiên cứu có năng lực tham gianghiên cứu lĩnh vực này. Một số trường ĐH
lớn nên có nội dung đào tạotính toán mây mà không chỉ dừng lại ở bộ môn tính
toán song song như ởcác trường trước đây đã có.
Cần tiếp tục đẩy mạnh việc dùng PMnguồn mở để chuẩn bị sẵn sàng đón nhận công nghệ tính toán mây. Cần cónhững chính sách thỏa đáng thu hút nhân lực cũng như đầu tư vào PMNM.
4.4. Các tổ chức hỗ trợ và phát triển tính toán lưới
Diễn
đàn điện toán lưới toàn cầu GGF
Diễn đàn Grid toàn cầu có mục đích định nghĩa các đặc tả cho tính toán
lưới. GGF được phát triển với hợp tác giữa khu vực công nghiệp và khoa học với
những hỗ trợ quan trọng từ cả hai khu vực này.
Tổ
chức Globus Alliance
Globus Alliance triển khai một số chuẩn được phát triển tại diễn đàn
GGF thông qua bộ phần mềm lưới trung gian Globus Toolkit. Với chức năng là một
thành phần trung gian trong kiến trúc lưới, bộ phần mềm này cung cấp nền tảng
chuẩn để thiết lập các dịch vụ trên lưới tính toán, nhưng tính toán lưới còn
cần có nhiều thành phần khác và rất nhiều công cụ để thiết lập và duy trì môi
trường lưới.
Globus đã
triển khai được các giao thức do GGF định nghĩa để cung cấp các tính năng như:
1. Quản lý tài nguyên: thông qua giao thức phân phối và quản lý tài nguyên -
GRAM( Grid Resource Allocation & Management).
2. Các dịch vụ thông tin: Dịch vụ kiểm soát và khai phá thông tin -
MDS(Monitoring and Discovery Service)
3. Các dịch vụ bảo mật: Nền tảng bảo mật lưới - GSI(Grid Security
Infrastructure)
4. Di chuyển và quản lý dữ liệu: Giao thức truy nhập toàn cầu tới một nơi lưu
trữ thứ cấp - GASS(Global Access to Secondary Storage) và GridFTP
Rất nhiều
công cụ kết hợp với Globus để tạo ra một nền tảng lưới mạnh, rất hữu ích cho
cộng đồng tính toán hiệu năng cao như:
o
WebCom và
WebCom-G
o
Gridbus Grid Service
Broker
o
Grid Portal
Software như GridPort, OGCE and GridSphere
o
Grid Packaging
Toolkit (GPT)
o
MPICH-G2 (Grid
Enabled MPI)
o
Network Weather
Service (NWS) (phần mềm quản lý chất lượng dịch vụ)
o
Condor (Tận dụng
tài nguyên CPU) và Condor-G (Đệ trình công việc)
o
HPC4U Middleware
(Phần mềm trung gian có khả năng chịu lỗi và hỗ trợ SLA )
Các dịch vụ web dựa trên XML cung cấp một phương thức để truy nhập tới
các dịch vụ và ứng dụng rải rác trong một môi trường phân tán. Từ năm 2003,
cộng đồng tính toán lưới và dịch vụ web đã thống nhất cung cấp Lưới như một
dịch vụ web (Grid Service). Kiến trúc dịch vụ lưới mở OGSA(Open Grid Service
Architecture)đã được hình thành để thực hiện khuynh hướng này, nó định nghĩa ra
môi trường cung cấp một vài chức năng liên quan tới dịch vụ lưới. Sứ mệnh của
OGSA là mô tả và xây dựng một bộ giao diện chuẩn và thao tác có chức năng như
một nền tảng chung cho các hệ thống và ứng dụng hỗ trợ lưới.
4.5. Các sản phẩm tính toán lưới thương mại
Các hãng cung cấp dịch vụ tính toán
cung cấp các giải pháp lưới dựa trên bộ công cụ Globus Toolkit hoặc theo một
kiến trúc riêng của họ. Nhưng một việc vẫn chưa rõ ràng đó là các hãng này cung
cấp dịch vụ tính toán theo yêu cầu hay theo kiểu phân cụm.
KẾT LUẬN
Tính toán lưới đã được khoảng vài năm
nay, lợi thế của nó rất nhiều. Lưới điện toán có thể được định nghĩa theo nhiều
cách nhưng đối với những cuộc thảo luận chúng ta hãy chỉ đơn giản gọi nó là một
cách để thực hiện tính toán công việc (ví dụ: perl script, các truy vấn cơ sở
dữ liệu, vv) trên một phân phối thiết lập các nguồn tài nguyên thay vì nguồn
tài nguyên trung tâm. Trong quá khứ hầu hết các máy tính đã được thực hiện ở
silo hoặc lớn SMP như hộp. Thậm chí ngày nay bạn vẫn sẽ thấy các công ty thực
hiện các tính toán về SMP hộp lớn (ví dụ của E10K, HP Superdomes). Tuy nhiên,
mô hình này có thể khá đắt tiền và cũng không quy mô.
Cùng đến lưới điện toán và bây giờ
chúng ta có khả năng phân phối công việc để các thành phần nhỏ hơn bằng cách sử
dụng nhiều máy chủ tải phần mềm chia sẻ tải trọng phân phối đồng đều dựa trên
nguồn lực và chính sách. Bây giờ thay vì có một gánh nặng rất nhiều máy chủ tải
được trải đều trên nhiều máy tính nhỏ hơn mà có thể lây lan xung quanh các địa
điểm khác nhau.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
What is the Grid? A three points checklist. Ian Foster.
http://www-fp.mcs.anl.gov/~foster/Articles/WhatIsTheGrid.pdf
[2]
Introduction to Grid computing – IBM Redbook. Bart Jacob, Michael Brown,
Kentaro Fukui, Nihar Trivedi. ibm.com/redbooks
[3]
Grid FAQ. http://www.gridcomputing.com/gridfaq.html [4]. Grid computing. Joshy
Joseph, Craig Fellenstein. Prentice Hall PTR, 2003.
[6].
"A Gentle Introduction to Grid Computing and Technologies", http://www.buyya.com/papers/GridIntro-CSI2005.pdf
[7]
http://www.eu-egee.org
(TXT)