Grid Computing

Grid Computing ist

"The sharing that we are concerned with is not primarily file exchange but rather direct access to computers, software, data, and other resources, as is required by a range of collaborative problem-solving and resource-brokering strategies emerging in industry, science, and engineering. This sharing is, necessarily, highly controlled, with resource providers and consumers defining clearly and carefully just what is shared, who is allowed to share, and the conditions under which sharing occurs. A set of individuals and/or institutions defined by such sharing rules form what we call a virtual organization."

(The Anatomy of the Grid, Ian Foster, Carl Kesselman, Steven Tuecke)

Übersetzt bedeutet dies:

"Die gemeinsame Nutzung von Ressourcen, mit der wir uns hier beschäftigen, ist nicht primär der Austausch von Dateien, sondern vielmehr der direkte Zugriff auf Computer, Software, Daten und andere Ressourcen, wie sie bei einer Reihe von kollaborativen, problemlösenden und Ressourcen vermittelnden Strategien benötigt werden, die zurzeit in Industrie, Wissenschaft und im Ingenieurwesen auftauchen. Diese gemeinsame Nutzung von Ressourcen ist, notwendigerweise, in einem Höchstmaß kontrolliert, wobei die Anbieter und Konsumenten der Ressourcen klar und eindeutig festlegen, welche Ressourcen geteilt werden, wem die gemeinsame Nutzung erlaubt ist, und unter welchen Konditionen die gemeinsame Nutzung erfolgt. Eine Menge von Individuen und/oder Institutionen die sich durch solche Richtlinien zur gemeinsamen Nutzung von Ressourcen ergeben formen das, was wir eine Virtuelle Organisation nennen."

Mit dem wissenschaftlichen Fortschritt wachsen auch die Leistungsfähigkeit von Forschungsmethoden und Simulationen werden immer detaillierter. Experimente und theoretische Berechnungen liefern daher immer mehr Daten, die verarbeitet und gespeichert werden müssen. Zwar nimmt gleichzeitig die Rechenleistung immer weiter zu, aber der Bedarf kann dadurch allein nicht gedeckt werden. Mit Hilfe der Grid Computing-Technologie können Nutzer ihre Berechnungen in einem virtuellen Netzwerk durchführen lassen, wobei das Grid selbst die Zuteilung eines freien Prozessors sowie das Auffinden und Abspeichern der genutzten Daten übernimmt.

Der Begriff Grid hat seinen Ursprung im Stromnetzwerk (engl. electrical power grid). Das Grid soll einem Benutzer ebenso einfach Ressourcen wie z. B. Rechenleistung oder Speicherplatz über das Internet zur Verfügung stellen, so wie es heute möglich ist Strom überall aus einer Steckdose zu beziehen. Der Benutzer übergibt seinen Auftrag über genormte Schnittstellen an das Grid, welches die benötigten Ressourcen zur Verfügung stellt. Der Vergleich mit dem Stromnetzwerk hat allerdings seine Grenzen. Beim elektrischen Strom gibt es nur wenige anzupassende Parameter (Spannung, Frequenz). Dagegen sind beim Austausch von Rechnerleistung wesentlich mehr Grundeigenschaften zu berücksichtigen. Die zu einem Grid zusammengeschlossenen Computer können sich in Architektur, Betriebssystem, Middleware, Batch System, Anbindung an das Netzwerk, usw. unterscheiden.

Eigenschaften eines Grid-Systems:

Koordiniert Ressourcen, die keiner zentralen Instanz untergeordnet sind
Verwendung von standardisierten Protokollen und Schnittstellen
Verwendung von standardisierter Hardware

Bestandteile eines Grid:

Ein Grid ist der Zusammenschluss von Rechnern, die über eine gemeinsame Software, die sog. Middleware, angesprochen werden können. Diese Middleware kann als eine Art Betriebssystem für das Grid angesehen werden. Es vermittelt zwischen den Bedürfnissen der Nutzer und der Grid-Infrastruktur und kümmert sich gleichzeitig um Sicherheitsaspekte und den Zugriffsschutz.

Es gibt nicht nur eine Grid-Middleware, sondern verschiedene Systeme , z.B.: Globus und gLite. Bei einigen übernehmen sog. Resource Broker die Aufgaben der Ressourcenzuteilung. Die Entscheidung wird dabei anhand von Angaben getroffen, mit denen der Nutzer sein Programm beschreibt. Der Benutzer kann dabei etwa einen minimalen Speicherplatz oder die Notwendigkeit zum Vorhandensein bestimmter Daten auf dem Zielsystem einfordern. Der Resource Broker wählt dann anhand der ihm vorliegenden Informationen eine passende Ressource aus und schickt das Programm des Benutzers an dieses System. Der Benutzer erhält dabei einen eindeutigen Zugriffsschlüssel, mit dem er Informationen über den Programmablauf abfragen kann und der Schlüssel dient ebenfalls dazu um Zugang zu den Ergebnissen der Berechnung zu erhalten.

Ziel der Grid Technologie:

Ziel ist die gemeinsame, koordinierte Nutzung von Ressourcen und die gemeinsame Lösung von Problemen innerhalb dynamischer, Institutionsübergreifender, virtueller Organisationen. Das bedeutet, nach der Festlegung von Abrechnungsdaten und Rechten soll ein direkter Zugang zu Rechenleistungen, Anwendungen, Daten oder Instrumenten gemeinschaftlich ermöglicht werden. Eine virtuelle Organisation (VO) ist in diesem Zusammenhang ein dynamischer Zusammenschluss von Individuen und/oder Institutionen, die gemeinsame Ziele bei der Nutzung des Grids verfolgen. Zwar liegt der Fokus vieler Arbeiten im Bereich des verteilten Rechnens, dennoch ist oberstes Ziel, analog zu der Entstehung des Internets, die Entwicklung eines einheitlichen, globalen Grids.

Klassifikation:

Man kann Grid Computing in folgende Klassen unterteilen:

Rechengrids (Computing Grids): Zugriff auf verteilte Rechenressourcen
Datengrids (Data Grids): Zugriff auf verteilte Datenbanken
Ressource Grids
Service Grids
Knowledge Grids