Эволюция архитектуры грид-компьютинга
и модели адаптации грида
Дж. Джозеф, М. Эрнест, К. Фелленштейн
Грид-компьютинг, журнал IBM, Том 43, N 4, 2004
Грид-проблема
Грид-компьютинг развился в важную дисциплину компьютерной индустрии, отделяя себя от распределенного компьютинга из-за всё увеличивающегося внимания к проблемам разделения ресурсов, координации, управляемости и высокой производительности. Такое средоточие внимания на разделении ресурсов получило название грид-проблемы, которая может быть определена как совокупность проблем, связанных с разделением ресурсов среди множества индивидуальных пользователей и групп. Такое разделение ресурсов, колеблющееся от простой передачи файлов до комплексного и корпоративного решения проблем, осуществляется в соответствии с контролируемыми и четко определёнными условиями и стратегиями. В этом контексте критическими проблемами являются обнаружение ресурсов, аутентификация, авторизация и механизмы доступа. Проблема разделения ресурсов становится еще более сложной, когда грид используется для решения задач компьютинга услуг (utility computing), где коммерческие ресурсы становятся доступными, разделяемыми и ресурсами по запросу (on demand resources). Эта концепция коммерческих грид-служб по запросу добавляет новые, более сложные требования к уже имеющемуся списку проблем грида, включая характеристики, учет, подсчет количества обращений, гибкое ценообразование, федеративная безопасность, масштабируемость и полная интеграция.
Виртуальные организации
Виртуальные организации (ВО, Virtual organizations, VOs) – это динамически формируемая совокупность отдельных пользователей, групп и учреждений, которые определили условия и правила разделения ресурсов. Концепция ВО является ключевой для грид-компьютинга. Все ВО принимают участие в выработке соглашений по характеристикам и спорным вопросам, включающим в себя общие интересы и потребности, которые могут варьироваться по объему, области действия, времени выполнения, социологическим параметрам и структуре. Участники любой ВО договариваются о совместном разделении ресурсов, основанном на правилах и условиях, определенных этой виртуальной организацией и затем получают доступ к ресурсам в созданном пуле ВО.
Присоединение пользователей, ресурсов и учреждений из различных доменов к ВО остается одной из ключевых проблем грид-компьютинга. Эта задача включает в себя точное определение механизмов обнаружения ресурсов (таких, как идентификация), а также применение соответствующих методов разделения ресурсов, спецификацию и применение правил и условий для присоединения участников, безопасное объединение (или делегирование полномочий) и контроль доступа среди членов ВО.
Можно выделить характеристики, которые являются достаточно общими для конкурирующих и “осторожных“ участников, формирующих ВО. Перечислим некоторые из этих характеристик:
1. все рассмотрения и требования касаются разделения ресурсов;
2. разделение ресурсов является условным, ограниченным по времени и управляется определенными правилами;
3. множество индивидуальных пользователей и/или институтов формируется динамически;
4. взаимоотношения между участниками являются одноранговыми (peer-to-peer) по своей природе;
5. разделение ресурсов основывается на четко определённом наборе правил взаимодействий и доступа.
Вышеперечисленные характеристики и требования приводят к определению архитектуры формирования и управления ВО и разделения ресурсов среди её участников. Мы рассмотрим эту архитектуру в следующем разделе и исследуем её характеристики и область применения.
Модель грид-архитектуры
Новая модель архитектуры и технологии разработана для установления и управления разделением ресурсов между организациями. Эта новая грид-архитектура идентифицирует основные компоненты грид-системы. Архитектура грида определяет назначение и функции её компонент, указывая в то же время, как эти компоненты взаимодействуют друг с другом. Центральным моментом этой архитектуры является интероперабельность среди провайдеров ресурсов и пользователей для установления отношений разделения. Такая интероперабельность в свою очередь предполагает наличие общих протоколов на каждом уровне архитектурной модели и приводит к определению грид-архитектуры, как архитектуры протоколов.
Эта архитектура протоколов определяет на каждом уровне базовые механизмы, схемы и протоколы, посредством которых пользователи и ресурсы могут формировать пул разделяемых ресурсов на основе соглашений, управлять и пользоваться этими ресурсами. Каждый уровень использует поведение компонент нижележащих уровней. Ниже описываются базовые характеристики компонент каждого уровня, начиная с самого нижнего и двигаясь вверх.
• Уровень остова (Fabric layer) – определяет интерфейсы к локальным разделяемым ресурсам. В их число входят вычислительные ресурсы, системы хранения данных, сетевые ресурсы, каталоги, модули программного обеспечения и другие системные ресурсы.
• Уровень связи (Connectivity layer) – устанавливает базовый набор коммуникационных и аутентификационных протоколов, необходимых для выполнения специфических для гридов сетевых транзакций.
• Уровень ресурсов (Resource Layer) – использует протоколы коммуникации и безопасности, определённые на нижележащем уровне связи, для обеспечения безопасных переговоров, инициации доступа к ресурсам, учета и платежей в целях разделения функциональных возможностей отдельных ресурсов. Для осуществления доступа к локальным ресурсам и управления ими компоненты уровня ресурсов обращаются к функциям уровня остова. Протоколы этого уровня касаются исключительно отдельных ресурсов, игнорируя вопросы глобального состояния и неделимых операций в корпоративном пуле ресурсов. Такого рода проблемы решаются на уровне кооперации.
• Уровень кооперации (Collectivity layer) – в то время, как уровень ресурсов нацелен на взаимодействие с одним ресурсом, уровень кооперации обеспечивает управление глобальными ресурсами и взаимодействие с коллекцией ресурсов. Протоколы этого уровня реализуют широкий набор способов, используя достаточно малое количество протоколов уровня ресурсов и уровня связи.
• Уровень приложений (Application layer) – дает возможность использования ресурсов в среде грид с помощью различных корпоративных протоколов и протоколов доступа к ресурсам.
До сих пор наши обсуждения были сосредоточены на грид-проблеме в контексте понятия виртуальной организации. Предлагаемая архитектура грида может являться возможным решением этой проблемы. Архитектура разработана для управляемого разделения ресурсов с улучшенной интероперабельностью между участниками. С другой стороны, появляющиеся новые архитектуры способствуют быстрой адаптации ранее определённых грид-архитектур к более широкой (и стратегически более важной) области применения технологий.
Модель SOA
Ориентированная на службы архитектура (Service Oriented Architecture, SOA) представляет собой особый тип конструкции распределённой системы, которая поддерживает функционирование агентов, действующих как “программные службы”, выполняющие строго определённые операции. Можно определить архитектуру SOA как слабосвязанную архитектуру с набором компонент, достаточно “гранулированных” для использования клиентами. Доступ к компонентам осуществляется через сеть в соответствии с политикой, точно определённой этими компонентами.
Служба, таким образом, действует как программная компонента-посредник для приложения или ресурса. Такая функциональная парадигма дает пользователям этих приложений (или ресурсному пулу) возможность иметь дело исключительно с операционным описанием службы. Кроме того, в определении SOA подчеркивается, что все службы имеют адресуемые сетевые интерфейсы и взаимодействуют, используя стандартные протоколы и форматы данных, называемые сообщениями.
Перечислим основные характеристики архитектуры Web-служб:
• WSA базируется на XML-технологиях, таких как Информационная модель XML (XML Information Model). База данных XML (XML Base) и схема XML (XML Schema).
• WSA является независимой от транспортных протоколов нижележащего уровня (например, HTTP [HyperText Transfer Protocol] или SMTP [Simple Mail Transfer Protocol]), и способ передачи данных определяется с помощью механизма связывания времени исполнения.
• Архитектура использует XML-шаблон обмена сообщениями, обеспечивая в то же время расширяемость модели для этого шаблона в целях адаптации к различным требованиям, предъявляемым к обмену сообщениями (например для обеспечения безопасности, надежности, координации и секретности). Такие интероперабельные сообщения создаются с использованием Простого Протокола Доступа к Объектам (Simple Object Access Protocol, SOAP) и расширений SOAP. Механизмы SOAP-расширений и информационные модели XML используются для создания расширений Web-служб.
• Возможности служб описываются с использованием таких языков, как Язык Описания Web-служб (Web Services Description Language, WSDL).
• Архитектура WSA использует механизмы обнаружения служб, "хореографию" рабочих потоков и управление транзакциями/состоянием, которые основываются на возможностях XML и спецификациях нижних уровней этой архитектуры.
Появление концепции SOA способствует развертыванию возможностей грид-ресурсов через стандартные интерфейсы, определённые как составная часть расширений соответствующих служб. Это дает возможность интеграции ресурсов с использованием интерфейсов, специфицированных в открытых стандартах. Кроме того, операции на каждом уровне грид-архитектуры могут быть разработаны таким образом, чтобы обеспечить достаточно лёгкую интеграцию всех уровней архитектуры.
В следующем разделе статьи мы обсудим шаги по направлению к архитектурной стандартизации для совмещения SOA и грид-архитектуры. Наше обсуждение сконцентрируется на том, как эти архитектуры дополняют друг друга, а также на рассмотрении открытых стандартов, способствующих такой координации.
Определение платформы открытых стандартов для грид-компьютинга
Для достижения подлинного распределённого разделения ресурсов в среде гетерогенных и динамических ВО требуется некоторое усовершенствование компьютерных грид-технологий в целях совмещения с прочими компьютерными технологиями. На заре развития грид-компьютинга для решения обсуждаемой грид-проблемы было создано несколько вариантов промежуточного программного обеспечения, но это были неинтероперабельные решения, и интеграция участников была весьма проблематична. Как отмечено ранее, новая волна грид-компьютинга фокусируется на проблемах более лёгкой интеграции, безопасности и аспектах обеспечения желаемого качества обслуживания (QoS) при разделении ресурсов.
Фостер описал Открытую Архитектуру Грид-Служб (Open Grid Services Architecture, OGSA) для решения вышеуказанной проблемы. Эта архитектурная концепция является результатом совмещения существующих грид-стандартов с SOA и Web. OGSA предусматривает единый способ описания грид-служб и определяет общую для этих служб модель функционирования. Архитектура OGSA также определяет поведение грид-служб, механизмы их описания и информацию о протоколе связывания, используемые Web-службами, выступающими в качестве технологических исполнителей. Эта архитектура использует лучшие характеристики, взятые как из компьютерного грид-сообщества, так и из сообщества Web-служб.
[первоисточник]
|
