انواع گرید از نظر اندازه

گرید خوشه ای: ساده ترین توع این سیستم هستند. از مجموعه ای از رایانه ها که با هم کار می کنند تشکیل شده اند و یک نقطه دسترسی یه سیستم برای کاربران یک پروژه یا بخش سازمانی خاص ایجاد می کند.

گرید پردیزه: به پروژه ها و بخش های سازمانی متعدد اجازه می دهد که منابع رایانه ای خود را با هم به اشتراک گذارند. سازمانها می توانند از این توع سیستم برای مدیریت کارهای زیاد، از  فرآیند های تجاری سازمان تا داده کاوی استفاده کنند.

گرید جهانی: مجموعه ای از چندین گرید پردیزه می باشند که پا بر فرآی مرزهای سا زما نی گذاشته اند و یک سیستم مجازی بسیار بزرگ را ایجاد کرده اند. کاربران می توانند به منابع رایانه ی بیش از آنچه که در سازمان دارند دسترسی داشته باشند.

انواع گرید از نظر کاربرد

گرید های اطلا عاتی: موظفند اطلا عات را ذخیره كنند و آن ها را در اختیار كاربران قرار دهند. كاربران این سیستم ها بدون آن كه از موقعیت جغرافیایي و مكاني این اطلاعات آگاه باشند، به اطلاعات دسترسي دارند. مثلا ا تصور كنید كه دو دانشگاه در دو سوي دنیا یكي در ایران و دیگري در انگلستان روي یك مطلب علمي مشترك تحقیق مي كنند و هر یك از آن ها  اطلاعات خاص خود را ذخیره مي كند و مي خواهد دانشگاه دیگر نیز به برخي از این اطلاعات ( نه تمامي آن) دسترسي داشته باشد. این دانشگاه ها مي توانند از یك گرید اطلاعاتی استفاده كنند و اطلاعات خود را با ضریب امنیتي بالایي با هم به اشتراك بگذارند.

گریدهای جوینده منابع: این سیستم ها از تعداد زیادي كامپیوتر شخصي استفاده مي كنند و به صورت مداوم به دنبال ظرفیت ها، منابع آزاد و چرخه پردازنده كامپیوتر هاي متصل به گرید هستند و از این منابع استفاده مي نمایند. البته صاحبان این كامپیوترهاي شخصي باید قبلا اجازه استفاده از منابع بدون استفاده خود را بدهند.

گریدهای محسباتی: با استفاده از پردازشگرهای متصل به هم امکان انجام دادن عملیات حجیم محاسباتی را میسر میسازد.گریدها در واقع از منابع کامپیوتر های متصل به شبکه استفاده می کنند و می توانند با استفاده از برآیند نیروی این منابع, محاسبات بسیار پیچیده ای را براحتی انجام دهند.آنها این کار را با قطعه قطعه کردن این عملیات و سپردن هر قطعه به کامپیوتری در شبکه انجام می دهند.

تعریف شبکه های محاسباتی گرید

شبکه های گرید نسل جدیدی از شبکه های توزیع یافته هستند. شبکه گرید از رایانه های همگن اختصاصی تشکیل نمی شود, بلکه از مجموعه ای از رایانه های توزیع شده در سطح اینترنت و یا اینترانت های متعدد که به صورت غیر اختصاصی از طریق پروتکل ارتباطی از طریق یک سیستم مدیریت گرید با یکدیگر در ارتباط می باشند بنا براین امکان به اشتراک گذاشتن منابع کامپیوتری نا همگون در شبکه های گرید وجود دارد و همچنین امکان اتصال به اینترنت. دارای توان محاسباتی بالایی نیز می باشند.

اصول هسته گرید

مجازی سازی: فراهم کردن منابع برای سرویس دهی به نیازهای خاص, بدون اینکه  مشتری نگران چگونگی انجام آن باشد.

تامین: یعنی وقتی مشتری از طریق لایه مجازی سازی نیاز به منبع خاصی دارد,در پشت پرده آن منبع جهت انجام درخواست شناسایی شده و به مشتری تخصیص داده می شود.در واقع در محاسبات گرید تامین به این معنی می باشد که سیستم تعیین کند چگونه نیاز مشتری را برآورده سازد در حالیکه عملیات در کل در حالت بهینه انجام شود.

نرم افزارهای مدیریت گرید

ابزار Globus: یكي از قدرتمند ترین ابزارهاي ایجاد، كنترل و مدیریت سیستم هاي گرید, ابزار Globus است. پروژه Globus حدود سال2003 به صورت عملي درآمد. این پروژه حاصل تلاش مشترك محققان و برنامه نویسان گرید در سرتاسر دنیاست كه بر حول چهار محور بنا شده است: تحقیق، ابزارهاي نرم افزاري، آزمون و نرم افزار ها. این ابزار در نسخه 2.2 خود خدمات بسیاري به مدیران سیستم هاي گرید ارائه مي كند كه مي توان به امنیت، مدیریت منابع و مدیریت دقیق اطلاعات اشاره كرد. ابزار Globus با در اختیار گذاشتن API ها و فایل هاي Header زبان C براي ساختن و كامپایل برنامه ها به برنامه نویسان اجازه مي دهد سیستم هاي خود را به گرید متصل نمایند و به مدیران امكان مي دهد منابع متصل به گرید را به راحتي مدیریت كنند.

اضافه بر این، Globus با در اختیار گذاشتن Component هایي مخصوص، كار مدیران گرید را آسان تر مي كند. مثلا Globus یك ابزار بسیار كارا به نام Commodity Grid) COG) كه زبان هاي برنامه نویسي مانند Python ، جاوا و فناوري هاي روز مانند سرویس هاي وب، كوربا و RMI را مي شناسد و مي تواند در دو بخش تهیه نرم افزارهاي سازگار با گرید و مدیریت سیستم هاي گرید به ما كمك كند. البته نسخه 2.2 ابزار Globus در برخي موارد ضعف هایي نیز دارد. این نسخه از سرویس هایي مثل مدیریت Life-Cycle یا چرخه زندگي نرم افزار و سیستم هاي ذخیره و بازیابي پشتیباني نمي كند. البته نسخه جدید Globus یعني نسخه 3 از آن جا كه سعي داشته است با معماري باز سرویس هاي گرید هم خواني داشته باشد، توانسته است بسیاري از نقاط ضعف نسخه قبلي را رفع كند.

Grid Engine: نرم افزارGrid Engine متعلق به شرکتSun   می باشد. کاربران در یک لحظه می توانند میلیونها کار را وارد کنند بدون اینکه نگران نحوه و زمان اجرا شدن آنها باشند. نرم افزارGrid Engine قویترین و منعطف ترین امکانات مورد نیاز برای پیاده سازی گرید پردیزه فرآهم می کند. این محصول می تواند براحتی گرید خوشه ای را به گریدپردیزه مبدل کند. به بیان دیگر قابلیت گسترش بسیار بالیی دارد. در نتیجه انتخاب بسیار خوبی برای سازمان هایی که برای اولین رو به سوی پیاده سازی گرید آورنده می باشد. نرم افزار Grid Engine با استفاده از "سیاست" های تعریف شده به دریافت کارها و گسترش آنها میان منابع می پردازد. نرم افزار Grid Engine از قدرت سیستم مدیریت و تخصیص منابع محیط های UNIX استفاده می کند. که دارای قابلیت های زیر است:

·     تغییرزمانبدی پویا ی مدیریت منابع به گونه ای که سیاست های مختص محل را اجرا می کند.

·      جمع آوری پویا داده ها تا زمانبند بتواند حداکثر استفاده از منابع ببرد.

·     استفاده از قابلیت ها امنیتی و پروتکل های آن در نقل و انتقالت داده ها.

·     مدیریت سطح بال سیاست ها جهت پیاده سازی اهدافی چون: سودمندی، کاهش زمان و حداکثر استفاده از منابع.

در این سیستم کاربران می توانند کارهای دسته ای, تعاملی و موازی را وارد کنند. این محصول با استفاده از قابلیت چک پوینت کارها را از یک رایانه به رایانه ای دیگر منتقل می کند بدون اینکه نیاز یه کاربر باشد.

Grid Engine به نحوه زیر کار می کند:

·     رهای را از بیرون دریافت می کند. کارها درخواست های کاربران برای استفاده از منابع رایانه ای است.

·     کارها را در محلی نگه داری می کنند تا زمان اجرا آنها فرا برسد.

·     کارها را از محل نگه داری به جایی که باید محل اجرایی ارسال می کند.

·     به مدیریت کارهای در حال اجرا می پردازد.

·     به ثبت وقایع اجرای کار, زمانی که کار تمام شد می پردازد.

بزرگترین مشکلت در یک محیط مشترک تقسیم منابع است. همانطور که اشاره گردید Grid Engine از سیاست ها برای مدیریت منابع استفاده می کند. سیاستها در Grid Engine به چهار دسته کلی تقسیم می شوند که بیشترین انعطاف پذیری را به کاربران اعطا می کند.

·     اضطراری: یا استفاده از این سیاست اولویت کارها بر اساس میزان ضرورت آنهاست. میزان ضرورت کار از منابع مورد نیاز کار، زمان اتمام کار، و مدت زمان انتظار کار تعیین می شود.

·     وظیفه ای: با استفاده از این سیاست، مسئول اصلی می تواند بر مبنای گروه کاربری، پروژه کاربر و اولویت هایی را به کارها تخصصی دهد.

·     اشتراکی: با استفاده از این سیاست، سطح سرویس دهی بستگی به کارهای گذشته کاربران، منابعی که از  قبل استفاده شده، کارهایی که در حال حاضر موجود است و میزان منابع به اشتراک گذاشته شده دارد.

·     برتری: در این سیاست با دستکاری مستقیم مسئول اصلی بعضی کارهای اولویت بیشتری نسبت به بعضی دیگر پیدا می کنند.

یک Grid Engine از 4 نوع میزبان تشکیل شده است که عبارتند از:   

·     میزبان اصلی

·     میزبان اجرایی

·     میزبان مدیریتی

·     میزبان ارائه

میزبان اصلی تمامی فعالیت های Grid Engine را مدیریت می کند. دو دامون  sge_qmaster و  sqe_schedulerروی این میزبان در حال اجرا هستند. این دو دامون کنترل کل اجزایGrid Engine را مانندکارها، صف ها و ... دارند.

میزبان اجرایی سیستم هایی هستند که مجوز اجرا کارها را دارا می باشند. در نتیجه تنها دارای صف هستند. روی این میزبان ها دامونsqe_execd در حال اجراست.

میزبان مدیریتی وظیفه تخصیص مجوز به میزبان ها دیگر و چیزهای از این قبیل را دارد.

 میزبان ارائه به کاربران اجازه ثبت کارهای خود در Grid Engine را میدهند.

اجزای تشکیل دهنده گرید

رابط كاربر (User Interface) : دسترسي به اطلاعات درگرید اهمیت شایاني دارد و رابط كاربر این مسئولیت مهم را عهده دار است. رابط كاربر مي تواند یا در برنامه اي كه كاربر از آن مستقیما استفاده مي كند یا در ابزارهاي مدیریتي گرید كه مورد استفاده مدیر سیستم است، نقش ایفا كند. همانطور كه شما براي استفاده از برق فقط وسیله برقي خود را به پریز برق متصل مي كنید و لازم نیست از مكان منبع یا منابع اصلي این قدرت اطلاعي داشته باشید، استفاده كننده سیستم گرید نیز الزاما نباید از پیچیدگي هاي داخل این سیستم ها مطلع باشد. مثال دیگر این كه، شما از مرورگر وب جهت استفاده از اینترنت استفاده مي كنید؛ بدون این كه از مكان سرور وب سایت اطلاعي داشته باشید و تنها با وارد كردن آدرس سایت موردنظر، وب سایت آن در مرورگر نمایش داده مي شود. اینترفیس گرید نیز باید مانند مرورگر باشد. یعني استفاده كننده گرید نیز از پیچیدگي هاي این سیستم اطلاعاتي ندارد و فقط با ورود یك پارامتر ورودي، یك خروجي دریافت مي كند.

امنیت(Security ) : امنیت را مي توان یكي از مهم ترین اجزایي این سیستم ها دانست كه خود حاوي اجزاي فرعي مانند احرازهویت(authentication), اختیارات(authorization) و رمزدهي (encryption)است. مثلا ابزار Globus حاوي یك Component به نام  GSI (Grid Security Infrastructure) یا ساختار زیر بنایي امنیت گرید است كه مسئولیت امنیت در محیط را برعهده دارد. بخش  GSI حاوي یك SSL باز است. در نتیجه وقتي یك استفاده كننده یك بار به صورت مجاز به سیستم راه پیدا كرد، یك Proxy Certificate براي كاربر به وجود مي آید و براي آن كاربر در نظر گرفته مي شود. بخش GSI در درگاه گرید قرار دارد.

امنیت گرید بر پایه PKI  استوار است. اولین گام برای استفاده از گرید اخذ و فراگیری گواهینامه ای است که این گواهینامه بصورت دیجیتالی از سرویس   . certificate authorityدرخواست و اخذ میشود. هر گواهینامه دارای یک کلید شخصی می باشد که مجوز استفاده از محیط گرید را راهم میکند و در سیستم های مبتنی برPKI  تنها مالک حقیقی باید از کلید شخصی آگاه باشد به دلیل اینکه افشای کلید باعث میشود که اعتبار کاربر جعل شود, افشای کلید شخصی معادل با بی اعتبار شدن گواهینامه می باشد.

مدیریت کنترل کار(workload managemet) : استفاده كننده از یك سیستم گرید باید از منابع موجود و قابل دسترس در سیستم اطلاع داشته باشد. مدیریت كنترل كار سیستم مي تواند این كار را به راحتي انجام دهد. درخواست كننده سرویس مي تواند با ارتباط با این قسمت از منابع آزاد سیستم، ظرفیت هر منبع و موقعیت آن ها اطلاع حاصل نماید. در سیستم هاي گرید كه توسط Globus هدایت مي شوند، زماني كه یك استفاده كننده شناسایي شد و برنامه موردنظر آن كاربر اجرا گردید، با توجه به نوع نرم افزار و پارامترهاي ورودي كاربر، سیستم گرید به دنبال منابع آزاد موجود در شبكه مي گردد. این وظیفه اغلب به عهده Broker ها است. Globus به صورت عادي، Broker ندارند، اما از سرویس هایي مانند GIS ( Grid Information Service) و (Monitoring and Discovery Service) MDS را پشتیباني مي كنند كه به سیستم اطلاع مي دهند كدام منبع یا منابع قادرند منابع خود را در اختیار بگذارند.

زمانبند (scheduler) : یكي دیگر از اجزایي كه در سیستم هاي گرید بسیار اهمیت دارد، زمانبند است. در این سیستم ها از آن جایي كه باید هر كاري را كامپیوتر مشخصي به عهده بگیرد و هر كامپیوتر باید مدت زماني را در اختیار گرید قرار دهد، سیستم نیاز به یك زمانبند دارد. این زمانبند مي تواند بسیار ساده باشد، اما اكثر زمانبند ها باید بتوانند كارها را اولویت بندي كنند و سیستم را كنترل نمایند. در Globus ابزار زمانبند هایي با قابلیت بالا وجود ندارند، اما تعدادي سازوكار زمانبند وجود دارد كه كار زمانبندهاي دقیق را تا حدي انجام مي دهد.

مدیریت اطلاعات(information management) : جزء دیگر گرید مدیریت اطلاعات این سیستم ها است كه وظیفه ذخیره سازي اطلاعات را در سیستم به عهده دارد. این بخش وظیفه محافظت از اطلاعات و جابه جایي این اطلاعات در تمامي دستگاه هاي متصل به گرید را عهده دار است. جابه جایي و انتقال اطلاعات كار بسیار مشكلي است و اطلاعات باید از كانالي مطمئن منتقل شود. با استفاده از ابزار Globus و بخش مدیریت اطلاعات این ابزار، مي توان محیطي امن براي انتقال این اطلاعات به وجود آورد. این قسمت از Globus به GASS (Grid Access to Secondary Storage) معروف است كه امكاناتي مانند GridFTP را دربردارد كه مانند FTP است، اما امكانات امنیتي مانند GSI را نیز دربرمي گیرد. در نتیجه وقتي یك كاربر Proxy Certificate را داشته باشد، مي تواند از GridFTP جهت انتقال فایل ها استفاده كند؛ بدون آن كه نیاز داشته باشد دوباره به سیستم وارد شود.

مدیریت منابع(resource management) : از دیگر بخش هاي مهم Grid ، بخش مدیریت منابع است كه به GRAM (Grid Resource Allocation Manager) ) شهرت دارد. این بخش وظایف هر دستگاه را مشخص مي كند و باعث هماهنگي دستگاه هاي متصل به شبكه در انجام دادن امور محوله است.

مزایای شبکه های محاسباتی گرید

1.    استفاده موثر از منابع

2.    قابلیت محاسبه موازی:

3.    متعادل سازی استفاده از منابع

4.    دسترسی به منابع اضافه

پیچیدگی های سیتم های گرید

سیستم هاي گرید باید به سرعت قادر باشند منابع سیستم هاي متصل به آن ها را شناسایي كنند و در عین حال نباید از سرعت و كارایي این سیستم ها بكاهند. نكته بسیار مهم دیگري كه مشخصا ارتباطي به گرید ندارد ولي در این سیستم ها تأثیر گذار است، ساختن نرم افزارهایي است كه بتوانند با سیستم هاي گرید كار كنند. امروزه بیشتر نرم افزارها مي توانند روي كامپیوتر هاي شخصي یا حتي سرور ها كار كنند. یعني در واقع این نرم افزارها از یك پردازنده مركزي استفاده مي كنند، اما در سیستم هاي گرید، ممكن است چند پردازنده این كار را به عهده بگیرند و چند سیستم با هم كار كنند. البته هر سیستم یك كار را انجام مي دهد. سپس نتایج محاسبات جمع مي شود و به درخواست كننده سرویس برگشت داده مي شود. وقتي یك نرم افزار یا مجموعه اي از نرم افزارها بخواهند از گرید استفاده كنند، مسئله به اشتراك گذاشتن اطلاعات، تكه تكه كردن  این اطلاعات، انتقال آن با امنیت كامل و مدیریت این اطلاعات كار دشواري است و كاربر گرید فقط اطلاعاتي را وارد مي كند و نمي داند در داخل سیستم چه مي گذرد. در نتیجه این سیستم ها باید طوري این كار را انجام دهند كه كاربران گرید بدون نگراني از انتشار اطلاعات سري خود یا بروز اشتباه در محاسبات، به گرید اطمینان كنند. امنیت سیستم هاي گرید نیز بسیار حائز اهمیت است. كاربران این سیستم ها باید از دسترسي به منابع ایشان در سیستم اطلاع حاصل كنند و بدانند كدام كاربر به اطلاعات آن ها دسترسي دارد. اضافه بر این، قابلیت اطمینان و سرعت این سیستم ها بسیار اهمیت دارد. اگر سیستم هاي گرید از سرعت كافي برخوردار نباشد، كاربران گرید از استفاده از این سیستم ها دلسرد مي شوند.