WCSS

1. WCSS Technologie gridowe na drodze ku przyszłości Wrocławskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe Mgr inż. Bartłomiej Balcerek Dr inż. Paweł Dziekoński Mgr inż. Agnieszka Kwiecień Plan • Rys historyczny • Co to jest Grid? • Architektura Gridu • Projekty gridowe • Podsumowanie WCSS 21-22 września 2004 Wrocław

2. WCSS Rys historyczny (1) 1. Lampy elektronowe, diody półprzewodnikowe (I generacja komputerów) przykład: komputer XYZ (zdjęcie obok) skonstruowany w 1958 r. w Instytucie Maszyn Matematycznych Polskiej Akademii Nauk w Warszawie 400 lamp elektronowych, 2 000 diod Technologie gridowe na drodze ku przyszłości

3. WCSS Rys historyczny (2) 2. Tranzystory (II generacja komputerów) przykład: „ODRA 1204”, komputer równoległy (4 programy) produkowany w fabryce Elwro we Wrocławiu. Wykonywał do 30 000 rozkazów na sekundę i okazał się znakomitym narzędziem do obliczeń naukowo-technicznych. Obwody scalone przykład: „ODRA 1305" (zdjęcieobok), od 300 do 400 tysięcy rozkazów na sekundę, translatory języków programowania: Fortran, Algol 60 i COBOL; komputer równoległy (16 programów), w zestawie znajdowała się elektryczna maszyna do pisania, perforatory i czytniki kart. Technologie gridowe na drodze ku przyszłości

4. WCSS Rys historyczny (3) 3.Układyscalone o małym i średnim stopniu integracji (III generacja komputerów) przykład: Cray CDC-6600 , IBM 360 4. Układy scalone o dużym stopniu integracji (IV generacja, LSI - 8bit, VLSI – setki tysięcy tranzystorów, 16-32bit) przykład: IBM 370, Intel 8080, Motorola 6800, język C 5. V generacja: masywna równoległość, zdolność komunikacji za pomocą języka naturalnego, wykorzystywanie baz wiedzy, prezentowanie logicznych wniosków, sieci neuronowe. 6. VI generacja: nowe architektury: nanokomputery, biokomputery, komputery optyczne, kwantowe, zapis informacji w postaci DNA Technologie gridowe na drodze ku przyszłości

5. Rys historyczny (4) • Przetwarzanie wsadowe • Przetwarzanie transakcyjne • komputery mainframe z siecią terminali • Przetwarzanie równoległe • komputery wieloprocesorowe, SMP, NUMA • Przetwarzanie rozproszone • klastry komputerowe

6. Problemy miniaturyzacji • Osiągane są granice upakowania tranzystorów • (obecnie bramka logiczna ma 90 nm) • Dalsza miniaturyzacja spowoduje zbyt duże wydzielanie ciepła • Zaczynają odgrywać rolę prawa fizyki kwantowej • (czyli takie wartości jak np. spin elektronu)

7. Motywacja do dalszych poszukiwań • Nieokreślony czas oczekiwania na nowe technologie • Nowe technologie muszą zostać dobrze opracowane i wdrożone do powszechnego • użytku. • Rosnące zapotrzebowanie na moc obliczeniową • “Wykorzystamy każdą ilość mocy, którą nam udostępnicie, a to i tak będzie za mało.” • Potrzeba redukcji kosztów • Zamiast kupować zasoby, można je współdzielić z innymi, otrzymując czasowo • dostęp do większej ich ilości.

8. Co to jest Grid? • Pierwsze inicjatywy • SETI@home • Definicja Iana Fostera • „Grid to system który: integruje i zarządza zasobami będącymi pod kontrolą różnych • domen (od instytucji po system operacyjny), używa standardowych, otwartych • protokołów i interfejsów ogólnego przeznaczenia (odkrywania i dostępu do zasobów, • autoryzacji, autentykacji) oraz dostarcza usług odpowiedniej jakości (QoS, musi • dawać coś więcej niż dotychczasowe rozwiązania).” • Popularna definicja • „Grid to infrastruktura sprzętowo-programowa, dynamicznie zmieniająca się, która • dostarcza niezawodnego, spójnego, powszechnego i taniego dostępu do zasobów • obliczeniowych, składowania, aparatury i danych, rozproszonych geograficznie i • należących do różnych organizacji.”

9. Grid umożliwia: • Wzajemne udostępnianie zasobów • mocy obliczeniowej, danych, aparatury pomiarowej, oprogramowania • Tworzenie Wirtualnych Organizacji • grupowanie użytkowników, organizacji • Zachowanie lokalnych polityk dostępu • Przezroczysty dostęp do zasobów • Rozwiązywanie problemów dużej skali

10. Technologie • Legion • http://legion.virginia.edu • UNICORE • http://www.unicore.org • Globus Toolkit • http://www.globus.org • Globus Toolkit jest to oprogramowanie middleware opracowywane w ramach projektu • Globus Alliance. Celem projektu jest dostarczenie środowiska do uruchamiania i • tworzenia aplikacji gridowych. Ponadto w ramach projektu powstają przykładowe • implementacje usług potrzebnych w tym środowisku.

11. Architektura Gridu • Standardy • OGSA(ang. OpenGridServices • Architecture) • WSRF (ang. WebServices • ResourceFramework) • Architektura warstwowa

12. Architektura Gridu Warstwa Fabric (struktura) - implementuje dostęp do zasobów w ramach całego Gridu. Zasób może być także logiczny. Globus: wykorzystuje istniejące mechanizmy (np. systemy kolejkowe do zarządzania zasobami), ale może także samodzielnie pozyskać dane o zasobie i zarządzać nim.

13. Architektura Gridu Warstwa Connectivity (połączenia) - podstawowe protokoły komunikacji i autentykacji. Globus: standardowe protokoły komunikacji: TCP/IP, ICMP, UDP. Do funkcji bezpieczeństwa (autentykacja, autoryzacja, delegacja) używane są wewnętrzne protokoły GSI (GridSecurityInfrastructure), certyfikaty X.509.

14. Architektura Gridu Warstwa Resource (współdzielenie zasobu) - protokoły negocjacji, rozpoczęcia, monitorowania, kontroli zadań, rozliczania z użycia współdzielonych usług na określonych zasobach. Globus:protokół informacyjny GRIP (GridResourceInformationProtocol) bazujący na LDAP (LightweightDirectoryAccessProtocol), protokół zarządzający GRAM (GridResourceAccessandManagement) bazujący na HTTP, rozszerzony protokół FTP – GridFTP.

15. Architektura Gridu Warstwa Collective - protokoły i usługi dotyczące zasobów widzianych globalnie i interakcji ich grup (np. w ramach VO) Globus:GIIS (GridInformationIndexService) agregujący dane z GRIS-ów, repozytorium autoryzacji “MyProxy”, ko-alokacja przy użyciu bibliotek DUROC. Warstwa Application - aplikacje wykorzystujące protokoły, usługi i API warstw niższych.

16. Architektura środowiska Clusterix Systemy kolejkowe Zarządzanie lokalnymi zasobami LSF, PBS, SGE

17. Projekty gridowe • DataGrid (http://web.datagrid.cnr.it ) • TeraGrid (http://www.teragrid.org) • Information Power Grid (http://www.ipg.nasa.gov) • CrossGrid (http://www.crossgrid.org) • GridLab (http://www.gridlab.org) • Progress (http://progress.psnc.pl) • SGIgrid (http://www.wcss.wroc.pl/pb/sgigrid) • EUROGRID (http://www.eurogrid.org) • EGEE (http://public.eu-egee.org) • Clusterix (http://clusterix.pcz.pl)

18. Projekt Clusterix Instalacja pilotowa

19. Badania wykonane przez użytkowników KDM • Badania mechaniczne z wykorzystaniem metody elementów • skończonych • (np. projektowanie elementów koparek - ABAQUS i MSC) • Teoretyczne badania matematyczne • (Matlab) • Różne badania z dzidziny chemii teoretycznej • (Gaussian, GAMESS, Molpro, CPMD, …)

20. Badania wykonane przez użytkowników KDM • Modelowanie molekularne • Rysunek przedstawia modelowanie drogi jaką odbywa reagent dyfundujący do • wnętrza katalizatora.

21. Podsumowanie Idea Gridu wydaje się być naturalnym etapem rozwoju systemów i struktur komputerowych. Tak jak Internet, stawia na powszechność, otwarte standardy i buduje płaszczyznę wymiany informacji, danych i zasobów.