1. Появление и понятие Грид-системы




Скачать 163.74 Kb.
Название1. Появление и понятие Грид-системы
Дата публикации28.02.2013
Размер163.74 Kb.
ТипРеферат
uchebilka.ru > География > Реферат

Содержание


Введение 2

1. Появление и понятие Грид-системы. 3

2. Надежность Грид-системы. 6

2.1. Надежность системы управления ресурсами. 6

2.2. Надежность сетей. 10

2.2.1 Надежность минимального дерева распределения ресурсов. 11

2.2.2. Надежность грид программы и системы в целом. 13

2.3. Надежность программного обеспечения и ресурсов. 15

Заключение 17

Перечень использованной литературы 18


Введение


Термин “грид” стал использоваться с середины 90-х годов для обозначения некой инфраструктуры распределённого компьютинга, предлагаемой для обслуживания передовых научных и инженерных проектов. С тех пор были достигнуты значительные успехи в построении такой инфраструктуры, и толкование термина “грид”, по крайней мере, в популярном восприятии существенно расширилось, и стало охватывать всё - от передовых сетевых решений до разработок в области искусственного интеллекта. Грид концепции и технологии впервые были разработаны для распределения ресурсов внутри больших научных коопераций.

^

1. Появление и понятие Грид-системы.


Grid –анг. – означает сеть, и хотя, по сути, этот термин используется для обозначение программных комплексов элементы которых связаны посредством сети (network)он все же больше подходит для определения таких систем чем network. Причина этого кроется в определении распределенной системы – это совокупность программного обеспечения, ресурсов этого программного обеспечения и сети связывающей их между собой. Сетью для реализации грид-системы может быть как интернет так и локальная сеть предприятия.

Суть грид-системы в размещении ресурсов в разных точках сети с целью их разделения между пользователями системы (программами). Причиной возникновения таких систем стало постоянное расширение возможностей применения компьютеров в научной сфере.

Любое научное исследование в результате приводит к огромному количеству первичной информации, которая должна сначала быть обработана для удобочитаемости ее компьютером, а потом просчитана. Результаты расчетов должны быть переведены в доступную для анализа форму, возможно визуализированы. Далее данные должны быть подвергнуты анализу и возможно еще нескольким стадиям обработки, анализа или визуального представления. Все эти этапы, приведенные здесь исключительно для примера, выполнялись, обычно, разными программами и связь между ними производилась с помощью людей, а перенос данных с помощью носителей или обычной сетевой передачи.

Грид-система это распределенная система, но именно распределение ресурсов позволяет объединить большие программные комплексы. Представим, что некий программный комплекс научного исследования будет размещен на одном ПК. Как будет работать эта система, если структура комплекса это несколько баз данных, и большое количество программ которые должны обмениваться данными между собой и с бд? Очевидно, что быстродействие такой системы будет практически равно нулю, даже если усилить ее большим количеством процессоров – все они по большей части будут заниматься разрешение коллизий.

Возникает логичный вопрос: зачем покупать новые процессоры, если в любой сети уже есть множество процессоров полностью не загруженных. Второй вопрос, не менее важный, связан с хранилищами информации, ведь в сети всегда найдутся носители, не используемые на 100%, так зачем же покупать новые для конкретного программного комплекса. Тем более, что делать с хранилищами бд когда комплекс изжил себя и подлежит утилизации – выбрасывать или перепрофилировать. Гораздо проще и разумнее создать систему, которая позволяла ба разным программным комплексам выполнять свои задачи (приложения) на разных аппаратных средствах и использовать разнопрофильные хранилища. Такой системой и есть Grid.

По сути все элементы грид-системы являются виртуальными – так как отдельные программы и бд целостного программного комплекса могут находиться не то что на разных компьютерах, а даже в разных уголках Земли. Задача грид-системы «собрать» из раскиданных по сети программ и ресурсов единый комплекс. Выполняется эта задача системой управления ресурсами.

В общем структура грид-системы состоит из:

    • виртуальных элементов - узлов (программы, ресурсы), которые могут быть объединены в виртуальные организации (программные комплексы) и связей, которые соединяют эти узлы;

    • системы управления (распределения) ресурсами.

Учитывая, то что все элементы системы находятся в сети, саму эту сеть также необходимо внести в архитектуру грид. Таким образом обобщенную архитектуру грид системы можно изобразить, как на рисунке 1.

Рисунок . Обобщенная архитектура Грид-системы


^

2. Надежность Грид-системы.


Как и к любым компьютерным системам к распределенным, грид системам предъявляются требования надежности. Для того чтобы определить слабые места системы необходимо сначала понять функции отдельных ее элементов и принципы их взаимодействия.

Центральным элементом, ядром, грид-системы является система управления ресурсами. Эта система занимается учетом ресурсов зарегистрированных виртуальными организациями и предоставлении этих ресурсов программам в результате их запросов. От правильной работы системы управления зависит связь между узлами грид-системы, по этому и требования надежности к ней должны быть очень высокими.

Следующим по важности для надежности всей системы является физическая сеть в которой реализована грид-система. От качества сети зависит целостности и скорость передачи информации между программами, ресурсами и системой управления ресурсами.

И наконец программы и ресурсы также могут влиять на надежность грид системы. Сбои программного обеспечения, представляющего собой узлы грид-системы может вызывать задержки выполнения задач отдельных комплексов (виртуальных организаций) и всей системы в целом.
^

2.1. Надежность системы управления ресурсами.


Каждая программа, работающая в грид-системе, прежде чем использовать ресурс должна знать где этот ресурс находится, чтобы получить к нему доступ. Доступ осуществляется непосредственно программой, а вот адрес ресурса программе предоставляет система управления ресурсами.

В идеале СУР всегда должна выдавать правильные адреса реальных ресурсов и обрабатывать запросы во-время, но вероятность отказа любой системы всегда существует. Представим СУР, как четырех уровневую систему:

Уровень программ. Представляет собой программы или задания пользовательских приложений. Программы описываю необходимые им ресурсы, а также требования предоставляемые к этим ресурсам.

Уровень запросов. Это уровень запросов к ресурсам. На этом уровне запросы программ превращаются в запросы к ресурсам и выстраиваются системой распределения в очередь.

Уровень управления. Это уровень можно представить как глобальную таблицу размещения ресурсов, снабженную функциональным аппаратом, определяющим соответсвия запросов и наличия ресурсов. На этом уровне система распределения сравнивает данные полученные с двух соседних уровней.

Уровень ресурсов. Представляет собой существующие, зарегистрированные в системе ресурсы, расположенные в разных местах включая их требования и условия.


^ Рисунок .1. Уровни системы управления ресурсами



Проблемы в работе системы распределения могут возникать на всех уровнях, например:

На первом уровне: требования программ могут быть неправильно или не точно описаны и таким образом могут быть переведены в неправильный запрос.

На втором уровне: очередь запросов может оказаться на столько длинной, что время выполнение запроса превысит время тайм-аута программы или же некоторые запросы могут просто потеряться.

На третьем уровне: в ответ на запрос может быть предоставлен не правильный ресурс из-за ошибок в сопоставлении.

На четвертом уровне: виртуальные организации могут неправильно зарегистрировать в системе распределения свои ресурсы или переместить их, не сообщив об этом системе.

Если возникнет хотя бы одна из выше перечисленных проблем, то программа не сможет получить доступ к требуемым ресурсам и в результате – нормально выполнить свою задачу. Таким образом, чтобы рассчитать надежность грид-системы недостаточно учитывать только надежность физических сетей и передающих (обрабатывающих) элементов. Необходимо также учитывать надежность системы распределения ресурсов. Рассмотрим оценку надежности этой системы с помощью модели Маркова, с помощью марковских цепей.

При возникновении какой-нибудь проблемы программа не получившая требуемые ресурсы посылает к системе управления ресурсами сообщение о неудачном выполнении запроса. Это позволяет отловить дефекты и исправить их в процессе отладки/обновления, кроме того возможно предупреждение возникновение новых дефектов, вызванных, например, неправильной регистрацией ресурсов виртуальными организациями.

Базовыми предположениями для модели надежности системы управления ресурсами являются:

  1. Вероятность возникновения отказов системы распределения ресурсов подчиняется экспоненциальному закону распределения с параметром
    λ(k), где k количество дефектов приведших к отказу.

  2. Если отказ вызван дефектом, который может быть моментально устранен процессом обновления/компиляции, то время его устранения не учитывается.

  3. Система распределения ресурсов может сгенерировать новый дефект, при чем вероятность такой ситации подчиняеть експоненциальному распределению с постоянным показателем v.

Учитывая эти предположения модель надежности системы управления ресурсами можно представить в виде бесконечной Марковской цепи.

Рисунок .1. Непрерывная Марковская цепь

Изображенная на рисунке 2.1. Марковская модель является типичным Марковским процессом рождения-смерти, где каждая k-тая вершина представляет собой k дефектов, возникших в системе распределения ресурсов. В этой модели λ(k) может зависеть от оставшихся дефектов k. Обычно, значение λ(k) увеличивается зависимо от количества остальных дефектов.
^

2.2. Надежность сетей.


Если система управления ресурсами выполнила свои функции без ошибок, а значит программа получила информацию о месте нахождения необходимого ресурса, то программа может получить к нему доступ. Последний будет осуществляться по физическим каналам связи, и здесь возникает вопросом надежности передачи по этим каналам.

Для анализа надежности сетей задаются два начальных предположения:

  1. Отказы виртуальных узлов и связей могут быть смоделированы с помощью Пуасоносвкого процесса.

  2. Отказы разных элементов (узлов или связей) – независимы друг от друга.

Первое предположение может быть оправдано в эксплуатации без процесса отладки, так как количество отказов в таком случае остается константой. Второе предположение обьясняеться тем, что система являеться распределенной, а значит виртуальные узлы и связи могут быть расположены далеко друг от друга (на разных компьютерах или в разных сетях), так что ихнеее взаимное влияние можно раматривать как совсем незначительное или же не имеющее значения вообще.

Разные програмы могут обмениваться разныит обьемами информации с одним и тем же ресурсом. Обозначим размер передаваемой информации от программы Pm (m=1,2,…,M) к ресурсу Rh (h=1,2,…,H), как – Dmh . Время обмена Tc (i, j), между i-тым и j-тым узлами может быть получено из формулы:

(2.1)

где D(i,j) – весь обьем переданой через связь L(i,j) информации, а S(i,j) ожидаемая пропускная способность связи.

Обозначим частоту отказов узла n, как λn, а связи L(i, j), какλi, j . Если в во время соединения, обмена между узлами, возникает ошибка виртуальной связи или физического соединения, процесс соединение заканчивается неудачным. Надежность соединение между узлом i и узлом j через виртуальную связь L(i,j) может быть выражена через формулу вероятности:
Rc(i,j)=exp{-(λi+ λj+ λi,j)Tc(i,j)} (2.2)
Точно также, если в процессе выполнения любой программы, возникает ошибка на узле выполняющем эту программу – она приводит к ошибочному завершению программы, ее отказу. Таким образом надежность выполнения узлом n программы Pm можно рассчитать по формуле:
Rp(m,n)=exp{- λ nt(m)} (2.3)
Надежность грид-программы можно определить, как вероятность успешного выполнение данной программы на нескольких виртуальных узлах с использование удаленных ресурсов, соединение с которыми обеспечивается через виртуальные связи в среде компьютерной грид-системы.

Следовательно, надежность грид-системы можно определить как вероятность успешного выполнения всех программ вовлеченных в грид-систему.
^

2.2.1 Надежность минимального дерева распределения ресурсов.


С целью виртуальной локализации процессов исполнения программ в грид-системах используют древовидную схему. Каждая программа нуждается только в определенных узлах, которые можно объединить в группу узлов с определенными связями, обмен информацией в которой будет производится в форме дерева распределения ресурсов. Самое маленькое дерево называется Минимальным Деревом Распределения Ресурсов (Minimal Resource Spanning Tree  MRST). Надежность MRST это вероятность того что это дерево будет подходящим для эксплуатации исполняемой программой.

Надежность ^ MRST обозначенная, как RMRST состоит из трех частей:

  1. надежность всех связей участвующих в MRST во время соединения.

  2. надежность всех узлов участвующих в MRST во время соединения.

  3. надежность главного, корневого узла, который исполняет программу в течении времени обработки программы.

Надежность виртуальной связи L(i, j) в процессе взаимодействия можно выразить с помощью формулы:
RL(i,j)=exp{-λi,jTc(i,j)} (2.4)
Полное время обмена, связи узла Gj можно рассчитать по формуле:




Где Dj – совокупность узлов которые взаимодействуют с узлом Gj в MRST. Показатель надежности узла Gj вовремя взаимодействия это экспоненциальная функция, рассчитываемая по формуле:

Rc(j)=exp{- λ jT(j)} (2.6)
И наконец для программы Pm надежность того что она будет успешно выполняться на протяжении всего времени исполнения t(m) на узле n равна значению функции Rp (m,n).

Таким образом показатель надежности MRST можно вывести из





Для того чтобы упростить выражение 2.7 обобщаем время взаимодействия для корневого узла, которое состоит из времени обмена данными и времени выполнения программы:

Tw= t(m) +T(n) (2.8)

Кроме того можно упростить запись формулы объединим узлы и виртуальные связи в одно подмножество Е мощностью K, где Еі (і=1,2,…К) описывает i-тый элемент в MRST. Время взаимодействия і-того элемента в таком случае записывается как Tw(Ei), а показатель интенсивности отказов элемента  (Еі). С такими упрощениями формулу можно преобразовать до:

Используя формулу можно рассчитать показатель надежности ^ MRST если задано время взаимодействия и интенсивность отказов для всех элементов. Полученные значения показателей надежности всех MRST и определенное время взаимодействия их элементов – это первый шаг в определении надежности грид программы и грид системы в целом.

Необходимо учитывать, что время соединения с одними и теми же элементами для одной и той же программы выполняемой на разных корневых узлах может отличаться. Следовательно, MRST должно быть тщательно изучено для одной и той же программы на разных узлах.
^

2.2.2. Надежность грид программы и системы в целом.


Надежность программы работающей в грид-системе полностью зависит от безошибочного взаимодействия элементов MRST. Отказ MRST приводит к отказу выполняемой программы, так как MRST может обеспечить успешное выполнение программы только в случае если все его элементы качественно выполняют свои функции. Надежность грид программы выполняемого приложения описывается вероятностью наличия хотя бы одного минимального дерева, которое успешно выполнит исполняемую программу.

Показатель надежности грид программы исполняемого приложения можно рассчитать по формуле:

Используя концепцию условных вероятностей, события использующиеся в формуле 2.10 могут быть представлены, как взаимоисключающие события так что Pr(E1, E2 ) – условная вероятность того что MRST1 отказывает, если MRST2 успешно выполняет работу. Следовательно, надежность грид программы может быть оценена значениями вероятностей двух четко определенных событий.

Первое событие указывает что MRSTi находится в состоянии эксплуатации, пока второе событие показывает, что все предыдущие деревья MRSTj (j=1,2,…,i-1) находятся в состоянии отказа.

Надежность грид-системы в целом можно записать как вероятность пересечения набора минимальных деревьев каждой программы:



Где MRST(Pm) – набор всех минимальных деревьев, которые могут быть использованы программой Pm. Пересечение деревьев каждого MRST(Pm) может быть сначала представлено пересечением MRST(P1 ) . Результатом пресечения двух деревьев – сложение всех элементов обоих деревьев, при чем время обработки совпадающих элементов должно быть сложено вместе.


^

2.3. Надежность программного обеспечения и ресурсов.


Программы исполняющиеся в грид-системе, как и любое программное обеспечение могут в следствии собственных дефектов или внешнего вмешательства приводит к отказам или неудачным завершениям. Кроме того существует прямая и обратная связь между отказами программного и аппаратного обеспечения. Вероятность отказов программ пользователей грид-системы подчиняется экспоненциальному закону распределния.

Показатель интенсивности появление ошибок программы Pi исполняемой на вычислительном узле Gj описывается функцией, зависящей и от программы и от исполняющего узла, S(i, j), так как программа выполняемая на разных узлах может иметь разные показатели появления ошибок. Кром того время выполнения программы также зависит от двух параметров: t(i, j). Исходя из этого показатель надежности программного обеспечения может быть легко вычислен по формуле:

В предыдущих расчетах предполагалось, что если программа выполняется без собственных ошибок то отказа не произойдет, но при этом был упущен тот факт что ресурс, с которым программа работает, может сам по себе спровоцировать ошибку или даже отказать. Предполагается, что если программа уже начала работать с ресурсом, то проблемы могут возникнуть только из-за проблем с сетевым соединением, но все же вероятность отказа ресурса все равно всегда существует.

Положим, что время работы ресурса h устанавливается программой, запрашивающей его, но также свое временное ограничение накладывает и узел на котором ресурс хранится, по этому время работы ресурса описывается показателем t(h, i, j). Показателем для экспоненциального распределения вероятности отказов ресурса является интенсивность отказов, которая зависит от задействованного ресурса и узла на котором он размещен: r(i, j). Таким образом вероятность безотказной работы ресурса размещенного на Gj можно рассчитать по формуле:



Для того чтобы учесть надежность ресурсов и программ, расположенных на конкретном узле, в общей надежности грид-системы каждый узел можно рассматривать как корневой узел МДРР. При этом программы и ресурсы принадлежащие анализируемому узлу принимаются за отдельные элементы дерева.

Заключение


Надежность распределенных вычислительных систем есть одним из важнейших этапов их разработки. Учитывая то, что уничтожить все дефекты не возможно, так же как и создать идеальные сети, анализ надежности должен позволить выбрать оптимальный баланс между реальными возможностями и требованиями к системе.


Перечень использованной литературы


  1. Я. Фостер, К. Кессельман, С. Тьюке, “АНАТОМИЯ ГРИД”, 2002 г.

  2. Armstrong, R., Gannon, D., Geist, A., Keahey, K., Kohn, S.,McInnes, L. and Parker, S. Toward a Common Component Architecture for High Performance Scientific Computing. In Proc. 8th IEEE Symp. on High Performance Distributed Computing, 1999 year.

  3. Beiriger, J., Johnson, W., Bivens, H., Humphreys, S. and Rhea, R., Constructing the ASCI Grid. In Proc. 9th IEEE Symposium on High Performance Distributed Computing, 2000, IEEE Press.

  4. Chervenak, A., Foster, I., Kesselman, C., Salisbury, C. and Tuecke, S. The Data Grid: Towards an Architecture for the Distributed Management and Analysis of Large Scientific Data Sets. J. Network and Computer Applications, 2001.


Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

1. Появление и понятие Грид-системы iconПаралельне програмування
Рассмотрены проблемы программирования Грид-систем и приведена некоторая классификация моделей и средства программирования для Грид....

1. Появление и понятие Грид-системы iconСлово сказанное настоятелем 1 марта в воскресенье о Адамовом изгнани...

1. Появление и понятие Грид-системы iconПоложение о Виртуальной организации “Плазма” 1
Для того, чтобы иметь возможность использовать услуги и ресурсы Украинского национального грида (унг), во должна быть зарегистрирована...

1. Появление и понятие Грид-системы iconПлан введение. Глава Понятие и содержание конституционного права....
Целью работы является комплексное исследование сущности, качественного и количественного состава, а также специфических черт-системы...

1. Появление и понятие Грид-системы iconПоявление искр короткого замыкания в электрических коммуникациях элемента эу
В12 – несоответствие электрооборудования элемента системы категории и группе горючести

1. Появление и понятие Грид-системы iconУрок №1 Тема: Понятие о модели данных, базе данных. Понятие и назначение...
Тема: Понятие о модели данных, базе данных. Понятие и назначение системы управления базами данных

1. Появление и понятие Грид-системы iconШопенгауэр (Schopenhauer) Артур (1788-1860) немецкий философ, основоположник...
Если ранее понятие воли подводили под понятие силы, Ш. каждую силу стремится объяснить как проявление воли

1. Появление и понятие Грид-системы iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Правовые системы в современном...

1. Появление и понятие Грид-системы icon1 Экономическая сущность, значение и механизмы функционирования налоговой...
Определение, классификация и роль налогов в экономической системе. Понятие и элементы налоговой системы государства

1. Появление и понятие Грид-системы iconКурсовая работа тема: «Понятие, назначение и правовая основа паспортной...
Понятие, назначение и правовая основа паспортной системы Российской Федерации

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<