Các vấn đề cơ bản trong việc tính toán lưới

Grid là một loại hệ thống phân tán, bố trí song song, cho phép linh hoạt chia sẻ, tuyển lựa và tập hợp các nguồn tài nguyên độc lập và rải rác về địa lý, tùy theo khả năng sẵn có, công s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÀI THU HOẠCH MÔN MÁY HỌC

Đề tài: Các vấn đề cơ bản trong việc

tính toán lưới

GVHD: PGS.TS NGUYỄN PHI KHỨ

Học viên: Lương Văn Nguyên

Mã học viên: CH1102005 Lớp: Cao học 06 – Hà Nội

TP Hà Nội – 5/2013

LỜI CẢM ƠN



Em xin chân thành cảm ơn các Thày Cô trong Trường Đại học Công nghệ thông tin, đã tận tình giúp đỡ chúng em học tập, nghiên cứu.

Em vô cùng biết ơn phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Phi Khứ đã cho phép em tìm hiểu, nghiên

cứu đề tài “Các vấn đề cơ bản trong việc tính toán lưới” và Thày đã dành nhiều thời gian, tận tình

hướng dẫn em trên diễn đàn môn học Tính toán lưới.

Học viên: Lương Văn Nguyên

Mục lục

2 Đặt vấn đề 7

3 Công nghệ Grid Computing (tính toán lưới) 9

4 Mục tiêu của đề tài 12

5 Giới thiệu môi trường lưới .12

Lớp ứng dụng: 12

Lớp cơ sở hạ tầng: 12

Lớp giữa: 13

5.1 Định nghĩa Grid Middleware 14

5.2 Nhiêm vụ và lợi ích của grid middleware 14

Lớp giao thức kết nối – Connectivity layer 16

Lớp giao thức tài nguyên – Resource layer 17

Lớp giao thức nhóm – Collective layer 18

6.1 Giới thiệu 19

6.2 Lịch sử phát triển 20

a) OGSA là gì? 22

b) Open Grid Services Infrastructure 23

Các đặc tính của OGSI 23

Grid service descriptions and instances 23

Service state, metadata, and introspection 24

Naming và name resolution 24

Service life cycle 25

Fault type 25

Service groups 26

6.5 Các Core Service của OGSI 26

6.7 Resource and Service Management 27

6.8 Tổng quan về WSRF 27

6.9 Hiện thực WSRFs 30

7 Các công nghệ 30

7.1 Service Oriented Architeture (SOA) 30

7.2 Giới thiệu về SOA 30

7.3 Kiến trúc của SOA 32

1 Sơ lược về tính toán lưới

Tính toán mạng lưới ngày nay không còn là một giải pháp hàn lâm hay thử nghiệm Với những tiến bộ quan trọng về phần mềm triển khai, người ta hy vọng nó sẽ đem sức mạnh của siêu máy tính tới tất cả người dùng PC đơn lẻ trên thế giới

Grid là gì và hoạt động như thế nào?

Grid là một loại hệ thống phân tán, bố trí song song, cho phép linh hoạt chia sẻ, tuyển lựa và tập hợp các nguồn tài nguyên độc lập và rải rác về địa lý, tùy theo khả năng sẵn có, công suất, hoạt động, chi phí và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người

sử dụng

Điện toán mạng lưới (ĐTML) có nghĩa là tất cả hoặc một phần của một nhóm máy tính, máy chủ và thiết bị lưu trữ trong mạng doanh nghiệp, được “ảo hóa” (virtualize) thành một cỗ máy tính lớn Vì ĐTML giải phóng những khả năng tính toán không được sử dụng vào một thời điểm bất kỳ, chúng có thể cho phép các doanh nghiệp tăng cường rất nhiều về tốc độ, sức mạnh xử lý thông tin và sự liên kết, thúc đẩy các quy trình tính toán mật độ cao Trong khi đó, chi phí vẫn sẽ được giữ ở mức thấp vì ĐTML có thể được xây dựng từ chính hạ tầng hiện có, góp phần đảm bảo sự huy động tối ưu các khả năng tính toán

ĐTML cho phép ảo hóa các chức năng tính toán phân tán cũng như các nguồn xử lý, băng thông mạng và khả năng lưu trữ, để từ đó tạo ra một hệ thống đơn đồng nhất, cho phép người sử dụng và các ứng dụng truy cập thông suốt vào các tính năng điện toán rộng lớn Giống như người lướt web xem một nội dung thống nhất qua web, người sử dụng ĐTML cũng nhìn thấy một máy tính ảo cực lớn duy nhất

Trọng tâm của ĐTML dựa trên một tập hợp mở của nhiều chuẩn và giao thức, ví dụ Kiến trúc dịch vụ lưới mở (OGSA), cho phép liên lạc qua nhiều môi trường hỗn tạp và phân tán về địa lý Với ĐTML, các tổ chức và doanh nghiệp có thể tối ưu hóa khả năng tính toán và các nguồn dữ liệu, tập trung chúng lại thành những khối sức mạnh lớn, chia sẻ chúng qua mạng và thúc đẩy sự phối hợp, tương tác

Giả dụ, khi một người có chiếc máy tính cá nhân tham gia đóng góp sức mạnh xử lý trong một mạng lưới grid muốn chạy một ứng dụng đòi hỏi thêm sức mạnh xử lý thì công việc đang được giải quyết trên chiếc máy đó sẽ được tự động tái phân bổ tới một máy khác trong lưới đang “rảnh rỗi” và không bị trưng dụng sức mạnh tính toàn vào công việc nào.

Xây dựng một lưới grid có thể đơn giản như việc cho phép một số lượng nhỏ PC hoặc server hoặc mạng lưu trữ tận dụng những khả năng chưa được khai thác hết Từ một quy mô triển khai ban đầu nhỏ, người sử dụng có thể dần dần hoặc lập tức mở rộng lưới tùy theo nhu cầu của doanh nghiệp Lưới này không chỉ có thể liên kết các quy trình hoạt động của một bộ phận mà có thể phối hợp các phòng ban với nhau hoặc thậm chí liên kết sức mạnh hạ tầng của một số doanh nghiệp độc lập

Ích lợi của tính toán lưới

Điện toán mạng lưới (ĐTML) có thể đem lại những ích lợi rất rộng lớn

 Nó tăng tốc độ xử lý để rút ngắn thời gian thu được kết quả, từ đó cho phép tiết kiệm thời gian và tài nguyên phục vụ cho việc giải quyết những vấn đề mà trước đó chưa được xử lý

 ĐTML nâng cao năng suất và sự phối hợp trong doanh nghiệp bằng cách cho phép các bộ phận và phòng ban phân tán ở nhiều nơi tạo ra các “tổ chức ảo” để chia sẻ dữ liệu và tài nguyên

 Grid khiến cho hạ tầng hoạt động của doanh nghiệp linh hoạt hơn với việc cho phép truy nhập lập tức vào hệ thống tính toán và các kho dữ liệu để “cảm nhận”

và phản hồi kịp thời những yêu cầu

 Grid cũng góp phần đảm bảo khai thác tốt nhất các khả năng tính toán hiện có của một công ty dựa trên những khoản đã đầu tư Triển khai ĐTML cũng góp phần tránh được nguy cơ phân bổ tài nguyên không cân đối xảy ra rất phổ biến

và tránh được các chi phí phát sinh

 Một ích lợi lớn khác của ĐTML là nó giải phóng các bộ phận quản lý CNTT khỏi gánh nặng của việc quản lý các hệ thống không đồng nhất.

So sánh grid với các công nghệ khác

So với khái niệm cluster và điện toán phân tán khác, grid có điểm chung là đem các nguồn sức mạnh tính toán lại làm một nhưng khác ở chỗ nó không cần có sự giới hạn về không gian địa lý hay sự đồng nhất về nền điều hành Khác biệt cơ bản giữa khái niệm cluster (bó) với grid (lưới) chủ yếu nằm ở phương thức quản lý các nguồn tài nguyên Đối với cluster, việc phân bổ tài nguyên được thực hiện bởi một đối tượng quản lý tài nguyên trung tâm và tất cả các nút (node) mạng hoạt động phối hợp với nhau như một nguồn đơn thống nhất Đối với grid, mỗi nút có đối tượng quản lý tài nguyên riêng và các nguồn tài nguyên độc lập trong lưới có thể trải rộng khắp một hoặc nhiều tổ chức

Trên thực tế grid không phải là một cuộc cách mạng mới mà có thể coi nó là một bước tiến hóa trong công nghệ điện toán phân tán, giống như web, chia sẻ file ngang hàng và các công nghệ ảo khác Giống như web, ĐTML giảm bớt tính phức tạp khi mà nhiều người cùng khai thác một nền hoạt động thống nhất Cái khác của nó đối với web chủ yếu là sự hỗ trợ liên lạc

So với mạng ngang hàng (P2P), ĐTML có điểm chung là cho phép người sử dụng chia sẻ file nhưng khác ở chỗ việc chia sẻ đó không chỉ là các file mà có thể là nhiều tài nguyên khác So với các công nghệ ảo khác, grid giống ở chỗ cho phép ảo hóa các nguồn lực CNTT Điểm khác là trong khi đối tượng và mục tiêu của các công nghệ ảo là một hệ thống đơn thì grid cho phép ảo hóa những nguồn tài nguyên tản mát

và vô cùng rộng lớn

2 Đặt vấn đề

- Sự phát triển ngày càng phổ biến của Internet, cùng với năng lực tính toán của máy tính ngày càng mạnh và mạng tốc độ cao cũng như các thiết bị có chi phí ngày càng thấp đang thay đổi cách tính toán và sử dụng các máy tính Các tài

nguyên được phân bố theo các vị trí địa lý khác nhau, cần phải được liên kết kết với nhau để phục vụ các bài toán tính toán lớn Chính vì vậy cần áp dụng tính toán lưới để giải quyết việc kết hợp các tài nguyên đó lại

- Trong môi trường này, nhiều tài nguyên tính toán như các siêu máy tính, các cụm máy tính, thiết bị trực quan, hệ thống lưu trữ và cơ sở dữ liệu, đặc biệt các thiết bị khoa học như kính thiên văn kết nối ở mức luận lý với nhau và thể hiện

ra bên ngoài đến người sử dụng như là một tài nguyên tích hợp đơn (single

integrated resource).

- Về cơ bản, người sử dụng tương tác với resource broker Như vậy sẽ không

thấy được những phức tạp của tính toán lưới Khi Broker phát hiện ra tài

nguyên mà người sử dụng có thể truy cập thông qua một hoặc nhiều hệ thống

quản lý thông tin lưới (grid information server), Broker sẽ thương lượng (negotiates) với các resource hoặc các agent của chúng bằng cách sử dụng

middleware services Khi đã đạt được thỏa thuận với các resource, sẽ thực hiện

việc lập lịch (scheduling) bằng cách ánh xạ các task đến các resource, sắp xếp

ứng dụng và dữ liệu để xử lý và cuối cùng trả về tập hợp kết quả Trong quá trình đó, cần theo dõi tiến trình thực hiện ứng dụng để việc quản lý các thay đổi

trong cơ sở hạ tầng lưới (grid infrastructure) và resource failure.

- Có một số dự án trên thế giới, đang phát triển các thành phần, các dịch vụ và các ứng dụng trên hệ thống tính toán lưới: Globus, Legion, NetSolve, Ninf, Apple, Nimrod/G, và JaWS

(Hình 1 Góc nhìn tổng quát của hệ thống GRID)

- Trong môi trường tính toán lưới, việc truy cập vào các tài nguyên phân bố theo

cơ chế truy cập ngang hàng Vì vậy cần phải áp dụng các chính sách bảo mật cũng như xác thực quyền truy cập của người dùng

- Với việc Internet ngày càng phát triển manh, nhu cầu sử dụng các tài nguyên sẵn có ngày càng nhiều, và các tài nguyên đó tương tác với nhau để phục vụ các yêu cầu của người sử dụng Tuy nhiên, trong môi trường phân bố, các tài nguyên đó lại được quản lý bởi các tổ chức khác nhau, có chính sách khác nhau

vì vậy sẽ phát sinh các vấn đề rất phức tạp trong việc kết hợp các tài nguyên này với nhau

→ Vì vậy cần có mô hình quản lý tài nguyên

3 Công nghệ Grid Computing (tính toán lưới)

 Với những tiến bộ trong nền công nghiệp sản xuất phần cứng máy tính, các thế

hệ máy tính ngay nay đã trở nên mạnh mẽ và rẻ hơn rất nhiều so với các thế hệ trước đó Cùng với sự hữu ích, máy tính đã trở nên phổ dụng khắp nơi trên thế giới, đi sâu vào mọi công việc của con người, từ công việc hàng ngày, công sở, kinh doanh đến sản xuất, nghiên cứu khoa học Do đó số lượng máy tính hiện nay trên thế giới là rất lớn với tổng cộng năng lực xử lý và lưu trữ khổng lồ

 Tuy nhiên, các ứng dụng ngày nay chỉ mới sử dụng được một phần rất nhỏ năng lực xử lý và lưu trữ do các ứng dụng chỉ chạy trên máy tính cục bộ, đơn lẻ, phân tán khắp nơi theo địa lý Từ đó dẫn đến lãng phí rất lớn Một câu hỏi đặt

ra là làm sao tận dụng tốt hơn năng lực của máy tính

 Mặt khác, theo đà phát triển, con người ngày càng đối mặt với nhiều vấn đề lớn, phức tạp trong khoa học, thương mại đòi hỏi năng lực xử lý tính toán, lưu trữ lớn :

 Trong khoa học :

 Cách đây hơn 10 năm các nhà sinh học đã rất vui mừng khi họ có thể giả lập một đơn phân tử trên máy tính Ngày nay họ muốn giả lập hàng ngàn phân tử thuốc, protein và tác dụng tương hỗ giữa chúng để tạo ra các loại thuốc mới

 Để nghiên cứu các hạt cơ bản và tương tác giữa chúng, hàng năm ngành vật lý năng lượng cao (High Enegy Physics) tạo ra khoảng 10 Petabyte (dung lượng khoảng 20 triệu đĩa CD-ROM) dữ liệu hay các nhà vật lý địa cầu thực hiện theo dõi bầu khí quyển, tầng ozone, hàng ngày phải lưu trữ và phân tích khoảng 100 Gigabytes dữ liệu ảnh chụp từ vệ tinh

 Việc phân tích, giải mã bộ gen người, các dự án nghiên cứu vũ trụ, cũng cần năng lực xử lý rất lớn

 Vấn đề hợp tác giữa hàng ngàn nhà khoa học trên toàn thế giới, hỗ trợ việc chia sẻ một lượng lớn dữ liệu, thực hiện các tính toán phức tạp trực tuyến trên các dữ liệu đó

 Trong thương mại :

 Các bài toán phân tích xử lý số liệu kinh tế của các quốc gia, các công ty

đa quốc gia,

 Các công ty cung cấp dịch vụ mạng cho hàng triệu người dùng trên toàn thế giới

 Các bài toán mô phỏng, giả lập trong thiết kế sản phẩm công nghiệp

 Bài toán xử lý thông tin trong quản trị mạng, các hệ thống phát hiện tấn công, xâm nhập mạng

 Một máy tính đơn, một nhóm các máy tính (cluster) hay thậm chí một siêu máy tính thông dụng cũng không thể đáp ứng được nhu cầu tính toán, lưu trữ ngày càng lớn như vậy Một số bài toán cũng có thể được giải quyết nhưng rất khó khăn, với chi phí rất cao mà không phải quốc gia, tổ chức nào cũng thực hiện được (đặc biệt là các nước đang phát triển), còn những bài toán khác có thể nói

là không thể giải quyết được với công nghệ tính toán hiện nay

 Thực tế khiến người ta nảy sinh ý tưởng phải kết hợp các máy tính phân tán khắp nơi trên thế giới trở thành một siêu máy tính khổng lồ nhằm tận dụng năng lực tính toán, lưu trữ hiện đang lãng phí để giải quyết bài toán phức tạp trên đây với chi phí thấp hơn

 Trước đây, khi các công nghệ mạng chưa phát triển thì ý tưởng trên hầu như chưa thực hiện được Nhưng hiện nay, các công nghệ máy tính đã phát triển vược bậc, hiệu năng mạng tăng gấp đôi sau mỗi năm, ý tưởng về “siêu máy tính” toàn cầu đã có cơ sở để trở thành hiện thực Đến những năm cuối thế kỷ

XX, các dự án nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực này đã khai sinh ra công nghệ Grid Computing

 Công nghệ Gird Computing ra đời đượcdự đoán là công nghệ nền tảng của thế

kỷ XXI, làm thay đổi cách thức tính toán của chúng ta, giống như internet đã từng làm thay đổi cách thức trao đổi thông tin trong thế kỷ XX Công nghệ Grid Computing đã mở ra một cơ hội mới cho các nước không có nền công nghiệp thiết kế, chế tạo phần cứng máy tính mạng, tạo ra các siêu máy tính để giải quyết các bài toán của riêng mình với chi phí thấp và độ làm chủ cao

 Ở việt nam, nhu cầu ứng dụng công nghệ thông tin vào các hoạt động nghiên cứu khoa học, quản lý kinh tế xã hội ngày càng cao, đòi hỏi phải xử lý những khối lượng dữ liệu lớn, khối lượng tính toán khổng lồ (vì nước chúng ta còn nghèo, kinh phí đầu tư cho nghành công nghệ thông tin chưa cao)

 Do đó, việc nghiên cứu, phát triển công nghệ Grid Computing vào thực tế được xem là một giải pháp quang trọng để giải quyết các bài toán trên

4 Mục tiêu của đề tài

 Tìm hiểu về công nghệ Grid Computing hiện nay để có một bức tranh tổng quan về công nghệ, các vấn đề, các hướng giải quyết chủ yếu của nó nhằm làm tiền đề tham khảo cho việc ứng dụng, phát triển công nghệ Grid Computing trong tương lai

 Cài đặt, tìm hiểu mô hình, kiến trúc môi trường, cách thức lập trình và phát triển ứng dụng của bộ Globus Toolkit, một bộ công cụ xây dựng Grid hàng đầu hiện nay

5 Giới thiệu môi trường lưới

Về khía cạnh người sử dụng thì môi trường lưới có thể được chia làm 3 lớp:

để trực quan hóa các kết quả thí nghiệm

Lớp cơ sở hạ tầng:

Bao gồm các hệ thống siêu máy tính, clusters, các hệ thống lưu trữ dữ liệu, các phòng thí nghiệm, hệ thống mạng internet toàn cầu, … Các hệ thống cơ sở hạ tầng này cung cấp khả năng tính toán rất lớn, có khả năng lưu trữ lượng dữ liệu vô cùng lớn, chẳng hạn như dữ liệu thu được từ việc thu thập dữ liệu khi theo dõi chuyển động của các vì sao,…

Lớp giữa:

Khi đó lớp giữa (grid middleware) chính là lớp đóng vai trò như là 1 bức tường

mỏng bao bọc lấy lớp cơ sở hạ tầng Nó có khả năng che dấu mọi sự phức hợp bên dưới của lớp cơ sở hạ tầng, nhưng lại cung cấp cho lớp ứng dụng những giao tiếp được chuẩn hóa nhằm làm đơn giản hóa cho các user có khả năng sử dụng dễ dàng hơn Hình 1 dưới đây sẽ minh họa cho 3 lớp này:

(Hình 2 minh họa: Người dùng chỉ cần cắm và sử dụng dịch vụ mà không cần

quan tâm đến phía sau đó là gì)

Từ đó, ta rút ra được 3 kết quả chính mà môi trường lưới phải đối mặt:

• Sự phức hợp (Heterogeneity): Như đã nói ở trên, cơ sở hạ tầng lưới bao gồm rất

nhiều loại tài nguyên khác nhau, và thuộc vào nhưng vùng quản trị, địa lý khác nhau, có tiềm năng mở rộng toàn cầu

• Khả năng mở rộng (Scalability): tức là làm sao để đảm bảo được rằng, khi độ

phức tạp của bài toán tăng lên N lần thì cùng với sự tăng lên khả năng tính toán

N lần mà vẫn đảm bảo được hiệu quả của bài toán gần như ban đầu Điều này làm tăng mức độ thử thách cho môi trường lưới, bởi vì như đã nhấn mạnh rằng

môi trường lưới có tính phức hợp Việc mở rộng bài toán sẽ làm vượt ra ngoài việc sử dụng tài nguyên cục bộ, làm phát sinh như cầu về sự xác thực, tin tưởng hay về bảo mật Việc mở rộng bài toán cũng làm tăng mức độ phức hợp của bài toán vì phải sử dụng đến tài nguyên của các hệ thống bên ngoài có thể không đồng nhất với hệ thống bên trong.

• Khả năng thích nghi (Adaptability): Trong môi trường lưới, việc xảy ra lỗi là

chuyện tất yếu, không phải là 1 ngoại lệ Việc sử dụng càng nhiều tài nguyên sẽ làm tăng xác suất xảy ra lỗi Do đó, các nhà quản lý tài nguyên lẫn ứng dụng phải làm sao để phản ứng 1 cách linh động để có được hiệu suất tính toán cao nhất từ những tài nguyên và dịch vụ có sẵn

5.1 Định nghĩa Grid Middleware

 Grid middleware là gói phần mềm nằm giữa lớp ứng dụng và hệ điều hành.

 Grid middleware quản lý sercurity, truy cập và trao đổi thông tin:

• Cung cấp khả năng kết nối số lượng lớn user

• Che dấu các tài nguyên chia sẽ rời rạc như máy tính, trung tâm dữ liệu,các thiết bị khác…

 Cung cấp các công cụ để quản lý,khởi tạo các liên kết trao đổi thông tin

5.2 Nhiêm vụ và lợi ích của grid middleware

• Định nghĩa các giao thức chuẩn: Nó định nghĩa nội dung và chuỗi các sự kiện

trao đổi thông điệp sử dụng các thao tác yêu cầu từ xa Điều này rất quan trọng

và thiết để thực hiện tính interoperability (nghĩa là khả năng mà 2 thực thể khác

nhau có thể làm việc với nhau, và được thực hiện bởi các giao thức thông thường) mà hệ thống lưới phụ thuộc vào

• Cung cấp các API chuẩn: đó là các giao diện lập trình ứng dụng chuẩn, định

nghĩa các giao tiếp chuẩn để viết mã thư viện, và cấu trúc các thành phần của Grid bằng cách cho phép các thành phần mã được sử dụng lại

Khi có grid middleware thì giúp:

 Tránh cho các nhà phát triển ứng dụng không cần lập trình các mức thấp, tránh

error-prone flatform như việc lập trình mạng mức socket.

 Giảm chi phí thời gian phát triển phần mềm khi tập trung phát triển chuyên môn

trước rồi mới phát triển ứng dụng bằng cách tái sử dụng framework chứ không

cần xây dựng lại từ đầu

 Cung cấp các trừu tượng hướng mạng ở mức cao gần với yêu cầu ứng dụng cho việc phát triển hệ thống rời rạc

 Cung cấp nhiều dịch vụ phát triển, như đăng nhập và bảo mật giúp cho việc hoạt động hiệu quả trong môi trường mạng

5.3 Kiến trúc phân tầng của lưới:

(Hình 3 Kiến trúc phân tầng của hệ thống lưới)

Kiến trúc lưới bao gồm nhiều tầng với những độ rộng khác nhau, được thể hiện thông qua minh họa dạng hình đồng hồ cát như hình 2 (hình 2.2 – chương 2 – trong quyển “F.Berman,G.Fox,T.Hey-Grid Computing-Making The Global Infrastructure a Reality (Wiley2003)” Phần hẹp nhất, phần cổ của đồng hồ cát là lớp về các giao thức

kết nối và giao thức tài nguyên (Resource and connectivity protocols) Lớp này chứa 1

tập rất nhỏ các giao thức chính và giao diện lập trình ứng dụng mà sẽ được hiện thực ở mọi nơi Lớp trên cùng của đồng hồ cát là tập các ứng dụng và công cụ hỗ trợ Và phần nằm dưới cùng của đồng hồ cát là lớp cở sở hạ tầng, nó phụ thuộc nhiều vào công nghệ

Grid middleware gồm 3 lớp chính:

• Lớp giao thức kết nối – Connectivity layer

• Lớp giao thức tài nguyên – Resource layer

• Lớp giao thức nhóm – Collective layer

Lớp giao thức kết nối – Connectivity layer

Đây là lớp có chức năng giao tiếp một cách dễ dàng và an toàn Lớp kết nối định

nghĩa giao thức giao tiếp (communication) và giao thức xác thực (authentication).

• Giao thức giao tiếp cho phép các thông điệp có thể được trao đổi với nhau giữa

các tài nguyên của lớp Fabric.

• Giao thức xác thực xây dựng trên các dịch vụ giao tiếp bằng cách cung cấp cơ chế bảo mật mã hóa cho việc xác định user và tài nguyên Các giải pháp xác thực

cho môi trường tổ chức ảo (VO – Virtual Organization) có thể có 4 đặc tính sau:

o Single sign-on: User có thể được xác thực chỉ 1 lần bằng cách đăng nhập vào hệ thống và có thể truy xuất vào nhiều tài nguyên lưới

o Việc ủy quyền: User có khả năng ủy quyền cho 1 chương trình khác để thực thi giống như những hành vi của user khi user đã được xác thực Đến lượt chương trình có thể ủy quyền cho nhưng chương trình khác 1 cách tùy chọn

o Việc tích hợp với nhiều giải pháp bảo mật cục bộ: Đó là việc mỗi tổ chức, mỗi tài nguyên đã có nhưng giải pháp bảo mật riêng cho mình Do đó, các giải pháp bảo mật của hệ thống lưới sẽ tận dụng các giải pháp bảo mật cục

bộ có sẵn này mà không cần phải thay thế 1 giải pháp bảo mật mới, và chỉ cần cho phép ánh xạ vào môi trường cục bộ

o Mối quan hệ đáng tin cậy dựa trên user: Để user có khả năng truy xuất vào tài nguyên từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, thì hệ thống bảo mật không cần phải yêu cầu các nhà cung cấp tài nguyên phải liên lạc với nhau để cấu hình cho môi trường mạng Chẳng hạn, nếu user có quyền truy xuất vào tài nguyên của tổ chức A và B, thì user có thể truy xuất vào cả 2 tài nguyên của

tổ chức A và B với nhau mà không cần sự liên lạc giữa những nhà quản trị bảo mật của tổ chức A và B

Lớp giao thức tài nguyên – Resource layer

Đây là lớp có khả năng chia sẻ các tài nguyên đơn lẻ Nó định nghĩa các giao thức về sự thương lượng an toàn, khởi tạo, theo dõi, điều khiển, tài khoản và sự trả chi phí cho việc chia sẽ các thao tác trên những tài nguyên đơn lẻ Lớp tài nguyên sẽ được hiện thực bởi các giao thức để truy xuất và điều khiển các tài nguyên cục bộ, bao gồm

2 lớp chính:

• Giao thức thông tin (Information protocol) được sử dụng để rút ra thông tin

về cấu trúc và trạng thái của tài nguyên chẳng hạn như cấu hình của tài nguyên, tải hiện thời, hay chính sách sử dụng,…

• Giao thức quản lý (Management protocol) được sử dụng để thỏa thuận việc

truy xuất vào tài nguyên chia sẽ, chẳng hạn về yêu cầu tài nguyên (bao gồm việc đặt chỗ và chất lượng dịch vụ) và các thao tác thực hiện như khởi tạo, truy xuất tài nguyên,…

Lớp giao thức nhóm – Collective layer

Có khả năng quản lý 1 tập các tài nguyên trong khi lớp tài nguyên chỉ tập trung vào việc tương tác giữa các tài nguyên đơn lẻ Và nó dựa trên lớp kết nối và lớp tài nguyên để hiện thực rất nhiều hành vi chia sẽ mà không cần phải thay thế những yêu cầu mới ứng với mỗi tài nguyên được chia sẽ Chẳng hạn:

 Directory service cho phép các thành viên tham gia vào tổ chức ảo có thể

khám phá ra tài nguyên hay các thuộc tính của tài nguyên Nó cho phép user truy vấn về tài nguyên bằng tên hoặc các thuộc tính như kiểu, sự sẵn sàng, hay tải

 Coallocation-allocation, scheduling, and brokering services cho phép các

thành viên của tổ chức ảo yêu cầu việc định vị cho 1 hay nhiều tài nguyên

và phân bổ các task cho các tài nguyên thích hợp

 Monitoring and diagnotics services hỗ trợ việc theo dõi các tài nguyên của

tổ chức ảo về lỗi, việc tấn công hay việc quá tải

 Data replication services hỗ trợ quản lý việc lưu trữ tài nguyên để tối đa

hiệu quả truy xuất như thời gian đáp ứng, khả năng tin cậy, chi phí,…

 Grid-enabled programming systems cho phép các mô hình lập trình thân thiện, chẳng hạn như MPI (Message-passing Interfaces),…

 Workload management systems and collaboration frameworks

 Software discovery service

 Community authorization servers

 Community accounting and payment services

- Globus toolkit cho phép thực hiện hóa các ý tưởng, mục tiêu đằng sau khái niệm grid Bộ toolkit bao gồm : các dịch vụ và thư viện phục vụ việc bảo mật, hạ tầng thông tin grid, quản lý tài nguyên quản lý dữ liệu, liên lạc, phát hiện lỗi, Nó được đóng gói như một tập các thành phần có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp với nhau Mỗi tổ chức đều có những hoạt động, chính sách khác nhau, việc kết hợp, chia sẽ tài nguyên từ nhiều tổ chức bị cản trở bởi tính không tương thích giữa các tài nguyên Globus toolkit được xây dựng để loại bỏ những trở ngại này, các dịch vụ, interface và protocol của nó cho phép người dùng truy cập đến các tài nguyên ở xa như thể nó đang nằm trong máy tính của họ trong khi vẫn cho phép các tổ chức thiết lập các chính sách cục bộ của mình như quản lý việc ai được phép dùng tài nguyên và khi nào.

- Mặc dù Globus được phát triển để phục vụ các dự án về khoa học và kỹ thuật, nhưng hiện nay Globus cũng đã được áp dụng vào lĩnh vực thương mại Từ năm

2000 các công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực công nghệ thông tin như : Avaki, Datasynapse, Entropia, Hewlett-Packerd, IBM, NEC, Oracle, Platform, Sun và United device, Microsoft đã bắt đầu xây dựng các chiến lược về Grid computing trên nền tảng Globus

6.2 Lịch sử phát triển

- Cuối năm 1994 Rick Stevens (Argonne National Laboratory) và Tom DeFanti (Electronic Visualization Laboratory, University of Illinois, Chicago) đề nghị tạo một đường kết nối tạm thời giữa 11 mạng nguyên cứu tốc độ cao để tạo ra một Grid xuyên quốc gia (I-WAY) trong 2 tuần trước và trong hội nghị Supercomputing ’95

- Một đội ngũ phát triển nhỏ đứng đầu là tiến sỹ Lan Foster (Argonne National Laboratory) đã tạo nên các protocol cho phép người dùng của I-WAY chạy các ứng dụng trên máy tính nằm rải rác khắp nước Mỹ Thành công này đã được sự tài trợ của tổ chức Defense Advance Research Projects Agency (DARPA) để tiếp tục nguyên cứu và phát triển

- Đến năm 1997 phiên bản đầu tiên của Globus toolkit ra đời, rồi tiếp theo là sự phát hành của Globus toolkit Version 1.0 (GT1-1998), Globus toolkit Version 2.0 (GT2-2002), Globus toolkit Version 3.0 (GT3-2003) và hiện nay là Globus toolkit Version 4.0 (GT4-2005) GT1 và GT2 là các phiên bản xây dựng theo các mô hình và giao thức độc quyền của tổ chức Globus, đến GT3 và GT4 thì chuyển sang xây dựng các Grid Service theo các chuẩn OGSA và OGSI

6.3 Kiến trúc Globus toolkit

(Hình 4: Kiến trúc Globus toolkit)

- Bộ Globus Toolkit giải quyết các vấn đề của công nghệ Grid Computing dựa trên 4 thành phần chính: 3 thành phần là Resource Management, Information Service, Data Management liên kết hoạt động trên nền tảng bảo mật chung, 1 thành phần là Security Infrastructure Ngoài ra Globus Toolkit còn cung cấp một bộ các hàm API và SDK nhằm giúp phát triển, xây dựng các ứng dụng Grid

- Globus Toolkit 4 được thiết kế để hỗ trợ hoàn toàn OGSI và bao gồm rất nhiều dịch vụ, chương trình, công cụ, Một số trong chúng được xây dựng trên OGSI và được gọi là WS (Web Service) components, một số khác không dựa trên OGSI thì được gọi là pre-WS component

6.4 Open Grid Service Architecture (OGSA)

(Hình 5 : Open Grid Service Architecture – OGSA)

a) OGSA là gì?

Open Grid Services Architecture (OGSA) được phát triển bởi The Global Grid

lưới OGSA hướng đến việc chuẩn hóa các service trong ứng dụng lưới bằng cách đưa các interface chuẩn cho các service này

Hình dưới cho thấy mô hình của OGSA

(Hình 6: Mô hình OGSA)

OGSA gồm 3 thành phần chính:

 Open Grid Services Infrastructure,

 OGSA services

 OGSA schemas

OGSA được xây dựng dựa trên Web services OGSA có thể được triển khai trên nhiều môi trường khác nhau, giao tiếp với nhau thông qua các giao thức

(protocol) Ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn các thành phần này trong các phần tiếp theo

Web services là công cụ được sử dụng khá phổ biến tuy nhiên bản thân Web services vẫn còn một số những hạn chế như:

 Khởi tạo webservice

 Thời gian sống của webservice

 Quản lý lỗi

OGSA giải quyết các vấn đề trên và được hiện thực ở lớp cơ sở hạng tầng (OGSI) Web services tuân theo các chuẩn OGSI được gọi là Grid Service

OGSI định nghĩa các chuẩn của giao tiếp và các hành vi phục vụ cho việc mô tả

và tìm kiếm dịch vụ, khởi tao instance, quản lý thời gian sống, nhóm service…

b) Open Grid Services Infrastructure

Các đặc tính của OGSI

 Grid service descriptions and instances

Trong mô hình Web services chuẩn, service được tạo ra cũng như bị hủy nằm ngoài phạm vi của bản thân Web services Tuy nhiên trong thực tế, ứng dụng thường xuyên khởi tạo service mới và khi các tác vụ đã hoàn tất thì Web services bị hủy đi

OGSI cung cấp một cơ chế phân biệt giữa phần mô tả và phần instance của service Phần mô tả định nghĩa các interface và hành vi của service Các service

instance sẽ hiện thực các hành vi này

 Service state, metadata, and introspection

WSDL chuẩn không có khái niệm “trạng thái” của service Vì thế OGSI đưa ra khái niệm service data để biểu diễn siêu dữ liệu và các trạng thái Các thông tin này được xem như một phần mô tả của service và có thể được truy xuất từ service instance

Ứng dụng client có thể yêu cầu service instance trả về các thông tin của chính service đó Ví dụ: các interface, đặc tả thông tin trạng thái hiện tại của service, thời điểm kết thúc của service…

OGSI cung cấp hai cơ chế truy xuất trạng thái ứng dụng: pull và push

 Pull mode: OGSI cung cấp tác vụ findServiceData kết hợp với service

interface cho phép client có thể query thông tin trạng thái ứng dụng

 Push mode: client đăng ký các với service thông tin trạng thái mình mong muốn thông qua các interface NotificationSource, NotificationSubscription,

và NotificationSink Khi trạng thái service thay đổi, service sẽ thực hiện hành vi callback thông báo cho client biết

 Naming và name resolution

Vì Grid service được khởi tạo động và có trạng thái nên cần phải có cách thức để phân biệt giữa các instance của grid service Do đó ta cần phương thức đặt tên cho các instance này

OGSI đưa ra cơ chế đặt tên hai mức Mỗi grid instance sẽ được gán một Grid Service Handle(GSH) và được quản lý bởi HandleResolver GSH là toàn cục và duy nhất tồn tại trong suốt thời gian sống của instance

Client thể giao tiếp với service instance cũng như các service instance với nhau thông qua Grid Service Reference(GSR)

Không giống với GSH, GSR được tạo ra, thay đổi, hủy trong suốt thời gian sống của service instance

Hình dưới minh họa cơ chế hoạt động của naming