|
Napisał Ma?gorzata Nowina-Konopka
|
|
czwartek, 25 maj 2006 |
System rozproszony nie ma s?abych punktów. Wielokrotne kopie danych i automatyczne wyznaczanie zada? komputerowych dla dost?pnych zasobów zapewnia ich szerokie zrównowa?enie i u?atwia dost?p do danych wszystkim uczestnikom projektu, niezale?nie od szeroko?ci geograficznej.
GRID KOMPUTEROWY - NOWE NARZ?DZIE W NAUCE
Budowany w CERN ko?o Genewy Large Hadron Collider LHC jest najwi?kszym na ?wiecie urz?dzeniem badawczym. Kiedy zostanie uruchomiony w 2007 roku, jego wielkie detektory ATLAS, CMS, LHCb oraz ALICE, otaczaj?ce miejsca zderze? rozp?dzonych do ogromnych energii przeciwbie?nych wi?zek protonów (lub jonów o?owiu), b?d? produkowa? 10-15 petabajtów (milionów gigabajtów) danych rocznie. Dane te b?d? szczegó?owo analizowane i porównywane z symulacjami komputerowymi oblicze? teoretycznych. W miar? up?ywu czasu ich liczba jeszcze b?dzie ros?a.
SYSTEMY ROZPROSZONE
W eksperymentach na LHC uczestniczy 5 tysi?cy naukowców z oko?o 500 instytutów badawczych i uniwersytetów na ca?ym ?wiecie. Wszyscy oni musz? mie? zapewniony pe?ny dost?p do danych przez ca?y czas pracy LHC, który przewiduje si? na 15-20 lat. Uaktualnianie, analiza i przechowywanie danych wymagaj? olbrzymich pami?ci i mocy obliczeniowej rz?du 100 tys. CPU-s (Central Processing Units). Zcentralizowanie tych urz?dze? w jednym miejscu, w pobli?u eksperymentu w CERN, pozornie naturalne, w rzeczywisto?ci jednak by?oby organizacyjnie bardzo trudne.
Postanowiono zastosowa? inny, bardziej optymalny, sposób: globalny Grid, czyli model rozproszonych mocy obliczeniowych. (Nazwa Grid pochodzi z analogii z sieci? elektryczn?: kiedykolwiek u?ytkownik pod??czy si? do tej sieci, nie musi si? zastanawia?, gdzie jest ?ród?o zasilania. Inaczej mówi?c u?ytkownicy mog? traktowa? Grid jako urz?dzenie, z którego na ??danie mog? czerpa? moc obliczeniow? i przechowywa? dane.) Oznacza?o to potrzeb? zbudowania sprawnego systemu pozwalaj?cego przesy?a? dane czy programy do rozmieszczonych na ca?ym globie elementów komputerowych, na których b?d? wykonywane obliczenia i analizowane wyniki. Koszty utrzymania i uaktualniania koniecznych mocy obliczeniowych do takiego komputerowego wyzwania s? znacznie ?atwiejsze do poniesienia w ?rodowisku rozproszonym. Poszczególne instytuty i organizacje narodowe uczestnicz?ce w projekcie mog? znale?? lokalne zasoby komputerowe i przej?? za nie odpowiedzialno??, przyczyniaj?c si? w ten sposób do osi?gni?cia celu globalnego. Ponadto, system rozproszony nie ma s?abych punktów. Wielokrotne kopie danych i automatyczne wyznaczanie zada? komputerowych dla dost?pnych zasobów zapewnia ich szerokie zrównowa?enie i u?atwia dost?p do danych wszystkim uczestnikom projektu, niezale?nie od szeroko?ci geograficznej.
Podstawy systemów gridowych opracowano ju? w po?owie lat 90. w Stanach Zjednoczonych. By?y to systemy Condor i Globus. W Europie Grid pojawi? si? nieco pó?niej, jednym z systemów by? DataGrid, stworzony w celu opracowania danych fizyki, biologii i obserwacji Ziemi, zorganizowany przez CERN. Uczestniczy?y w nim przede wszystkim du?e instytuty Francji, Wielkiej Brytanii i W?och. W ramach tego projektu stworzono podstawy oprogramowania pozwalaj?cego na wykonywanie oblicze? fizycznych w rozproszonym systemie komputerowym oraz sprawdzono jego prac?. Pokrewnym projektem by? projekt Unii Europejskiej CrossGrid, który kontynuowa? prace rozpocz?te przez DataGrid i rozszerza? je na aplikacje niezwi?zane z fizyk?. Uczestniczy?y w nim instytucje z 11 krajów, w tym pi?? z Polski, a koordynatorem by? ACK CYFRONET AGH (zespó? pod kierunkiem dr. M. Bubaka z KI AGH i prof. Micha?a Tura?y z IFJ PAN).
Oprogramowanie stworzone przez DataGrid oraz infrastruktura gridowa pozwoli?y na uruchomienie we wrze?niu 2003 ?wiatowego Gridu do fizyki pod nazw? "LCG-LHC Computing Grid". Pierwsza instalacja skupia?a 14 o?rodków z Europy, w tym i krakowski klaster kilkudziesi?ciu procesorów Intel z oprogramowaniem Linux.
ORGANIZACJE WIRTUALNE
Koncepcja ?wiatowego Gridu jest prosta, jednak jej realizacja stanowi ogromne wyzwanie, tak pod wzgl?dem technicznym, jak i organizacyjnym.
Zadania projektu LCG polegaj? na rozwini?ciu infrastruktury i utrzymaniu bazy s?u?b komputerowych w rozproszonym modelu oraz stworzeniu programów do scalenia tych urz?dze? w jeden sprawny i wydajny system obliczeniowy - Grid. Nale?y opracowa? sposób zarz?dzania u?ytkownikami i ich prawami w mi?dzynarodowym, niejednorodnym i rozproszonym ?rodowisku. S?u?y temu koncepcja "organizacji wirtualnych" (VO). Osobnym zadaniem jest opracowanie zarz?dzania akwizycj?, instalacj? i planowaniem pojemno?ci do du?ej liczby sk?adowych sprz?towych (hardwarowych) tworz?cych fizyczn? p?aszczyzn? LCG.
Dane z eksperymentów na LHC b?d? rozprowadzane po ca?ym ?wiecie zgodnie z modelem czterow?z?owym. Pierwotny zapis danych na ta?mach, dokonywany w CERN, b?dzie stanowi? w?ze? zerowy LCG - Tier-0. Dane te zostan? skopiowane do serii w?z?ów Tier-1 - wielkich centrów komputerowych, o du?ych zasobach pami?ciowych - gdzie b?d? wst?pnie opracowywane i kompresowane w mniejsze obiekty. Centra Tier-1 udost?pni? dane w?z?om Tier-2, z których ka?dy sk?ada si? z wielu wspó?pracuj?cych urz?dze? licz?cych, posiadaj?cych dostateczn? moc obliczeniow? do analizy przypadków fizycznych oraz du?ych pami?ci do przechowywania rezultatów. System gridowy Tier-0, Tier-1 i Tier-2 b?dzie do dyspozycji eksperymentów poprzez odpowiednie "organizacje wirtualne". Indywidualni fizycy b?d? mieli dost?p do danych przez licz?ce centra Tier-3, które mog? si? sk?ada? z lokalnych klasterów na wydzia?ach uniwersyteckich lub nawet z indywidualnych pecetów, i które mog? by? w??czone do regularnej bazy LCG.
OPERACJE, POWODZIE, SKA?ENIA
Analiza przypadków fizycznych nie jest jedynym zastosowaniem Gridu. Mo?liwo?? uzyskania wyniku w bardzo krótkim czasie, w szczególno?ci "uczenie" jak w sieciach neuronowych, rozproszonej infrastruktury obliczeniowej oraz dost?p do odleg?ych mocy obliczeniowych "na ?yczenie" w trakcie przebiegu eksperymentu, doskonale si? nadaj? do wykorzystania Gridu w ró?nych aplikacjach. Wspomniany wy?ej projekt CrossGrid obejmuje na przyk?ad mo?liwo?? zastosowania Gridu w medycynie lub sytuacjach kryzysowych na ogó? wymagaj?cych "natychmiastowych" (tzn. bardzo szybkich) decyzji. W 2005 aplikacje te zosta?y uznane za jedne z najlepszych przyk?adów wykorzystania Gridu.
W przypadku medycyny chodzi o wspomaganie komputerowe lekarza z dowolnie odleg?ego miejsca na kuli ziemskiej, w trakcie podejmowania decyzji, dotycz?cych niektórych zabiegów chirurgicznych, jak np. optymalizacja by-passów. Oprogramowanie powinno pomóc w wybraniu najlepszego rozwi?zania, je?li idzie o inwazyjno?? - minimalizowanie czasu trwania i rozleg?o?ci operacji, i konsekwencje - ci?nienie krwi w krwioobiegu po zabiegu.
Wspomaganie przez rozproszon? sie? gridow? sztabu kryzysowego w sytuacjach zbli?aj?cej si? powodzi pozwoli z du?ym prawdopodobie?stwem przewidzie? realne zagro?enie. Konieczna jest wtedy natychmiastowa, dog??bna, na szerokim obszarze, analiza opadów, pogody, uk?adu geologicznego i hydrogeologicznego, oraz wykorzystanie informacji o przebiegu podobnych wydarze? w przesz?o?ci, co wymaga mocy obliczeniowych przekraczaj?cych dziesi?tki razy dost?pne w typowym o?rodku komputerowym.
Prowadzone z wykorzystaniem rozproszonej infrastruktury gridowej badania przewidywa? ska?e? ?rodowiska powstaj?cych w okre?lonych sytuacjach pogodowych pozwol? zminimalizowa? efekty uboczne (np. elektrownia mo?e dobiera? jako?? w?gla w zale?no?ci od kierunków wiatrów i roznoszenia py?ów) - i ten przypadek wymaga szybkich decyzji, w sytuacji zmiennych warunków atmosferycznych.
Obecnie ACK CYFRONET AGH i IFJ PAN nale?? do grona do?wiadczonych partnerów i uczestnicz? w kilku nowych inicjatywach gridowych, w tym nowych projektach europejskich: KWfGrid, EGEE, ViroLab czy BalticGrid, w których cz?sto odgrywaj? role wiod?ce.
|
|
Ostatnia aktualizacja ( czwartek, 25 maj 2006 )
|
|
|
