Chương 1:
Chương 1:
Tổng quan về
Tổng quan về
Tính toán lưới
Tính toán lưới
Giảng viên: TS Đàm Quang Hồng Hải
Giảng viên: TS Đàm Quang Hồng Hải
TÍNH TOÁN LƯỚI
TÍNH TOÁN LƯỚI
Giới thiệu
Giới thiệu
•
Ti1ng toán lưới (Grid computing) là khái
niệm về liên kết các tài nguyên phân tán
để giải quyết các bài toán quy mô lớn
•
Các tài nguyên như supercomputers,
clusters, cơ sở dữ liệu, đặc biệt các thiết bị
khoa học (như radio telescopes) kết nối ở
mức luận lý với nhau và biểu diễn như một
tài nguyên chung cho người sử dụng
Tính toán lưới để làm gì
Tính toán lưới để làm gì
•
Tính toán lưới là một giải pháp tập hợp tài
nguyên tính toán chi phí thấp để thực hiện
những bài toán lớn.
•
Hệ thống tính toán cho phép bố trí song
song, linh hoạt, chia sẻ, tập hợp các nguồn

tài nguyên hỗn hợp về mặt địa lý,
•
Grid có thể đạt đến quy mô toàn cầu và
người sử dụng không cần biết vị trí nguồn
tài nguyên
Nhu cầu người sử dụng
Nhu cầu người sử dụng
•
Người dùng nào đó có thể truy nhập vào
các tài nguyên như bộ xử lý, ổ lưu trữ, dữ
liệu mà không cần biết các tài nguyên này
nằm ở đâu, chúng dùng công nghệ gì, cấu
hình phần cứng như thế nào,.v.v
•
Tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên, liên
kết nhiều máy chủ và thiết bị lưu trữ thành
một siêu máy tính nhằm giảm thiểu đến
mức thấp nhất chi phí.
Grid computing
Grid computing
Lịch sử ra đời
Lịch sử ra đời
của tính toán lưới
của tính toán lưới
•
Quá trình ra đời của tính toán lưới như
sau:
•
Những khái niệm và công nghệ lưới bắt
đầu phát triển từ các nghiên cứu của

Foster và Kesselman vào năm 1998
Lịch sử ra đời
Lịch sử ra đời
của tính toán lưới (2)
của tính toán lưới (2)
•
Lưới dữ liệu được bắt đầu năm 1999 với
Globus Tookit 2.0+.
•
Giai đoạn tiếp theo với sự ra đời của kiến
trúc dịch vụ lưới mở rộng (OGSA) vào năm
2001 và sản phẩm Globus Tookit 3.0.
•
Giai đoạn hiện tại tính từ năm 2003 đến
nay, được đánh giá bởi các cố gắng chuẩn
hóa công nghệ và giao thức tính toán.
Phân tán các thiết bị tính toán
Phân tán các thiết bị tính toán
•
Nhân tố cơ bản của Grid là công nghệ phân
tán các thiết bị tính toán – sử dụng công
nghệ ảo hóa
•
Với công nghệ này, ta có thể chia sẻ tài
nguyên và liên kết các tổ chức lại với nhau.
•
Sự ảo hóa trong môi trường grid có nhiều
cấp độ khác nhau. Mỗi cấp độ phụ thuộc
vào phạm vi và tính đồng nhất của tổ chức
Sự ảo hóa với nhiều cấp độ

Sự ảo hóa với nhiều cấp độ
M
M
ôi trường tính toán lưới
ôi trường tính toán lưới
•
Tính toán lưới là một môi trường tính toán
ảo nhằm cung cấp môi trường tính toán ảo
duy nhất với hiệu năng cao cho người sử
dụng.
•
Trong môi trường lưới, nguồn tài nguyên
được hình thành bằng cách kết hợp các
nguồn tài nguyên lại nhỏ hơn, ít được sử
dụng với nhau.
•
Hạ tầng kết nối hệ thống máy tính, hệ
thống mạng, hệ thống cơ sở dữ liệu được
sở hữu và quản lý bởi nhiều tổ chức, cá
nhân
Đ
Đ
ặc điểm chung
ặc điểm chung
•
Kích thước lớn: theo số lượng tài nguyên và
khoảng cách địa lý giữa chúng
•
Phân tán: có độ trễ đáng kể trong truyền dữ
liệu, tài nguyên trải dài trên các vùng địa lý

khác nhau
•
Hỗn tạp: kiến trúc và tính chất của các nút
lưới có thể là hoàn toàn khác nhau. Tài
nguyên lưới có thể là các máy đơn hoặc
mạng con khác nhau
•
Cơ chế và chính sách an toàn bảo mật phức
tạp. Cơ chế quản lý tài nguyên đa dạng,
phức tạp
Mục đích của môi trường lưới
Mục đích của môi trường lưới
•
Khai thác tài nguyên trống
•
Xử lý song song tài nguyên
•
Tài nguyên ảo và hệ thống ảo
•
Sử dụng các tài nguyên đặc biệt
•
Cân bằng tài nguyên
•
Độ tin cậy cao
•
Hệ thống quản lý thuận tiện
Khai thác tài nguyên trống
Khai thác tài nguyên trống
•
Tính năng cơ bản của Grid là khả năng

chạy một chương trình trên nhiều máy tính
khác nhau.
–
Trung bình mỗi ngày, mỗi máy tính có thời gian
trung ở trạng thái thái bận là 5%
– Grid cung cấp một khung làm việc (framework)
để tận dụng những tài nguyên này và vì thế có
thể tăng hiệu quả trong việc sử dụng các tài
nguyên
•
Grid tận dụng các dung lượng đĩa cứng còn
trống trong các máy tính để tập hợp thành
một tài nguyên lưu trữ ảo trọng mạng
Xử lý song song tài nguyên
Xử lý song song tài nguyên
•
Grid computing có khả năng kết hợp nhiều
CPU cùng xử lý song song
•
Các chương trình chạy trên môi trường
Grid sử dụng các thuật toán để phân chia
công việc xử lý thành nhiều thành phần
độc lập, mỗi CPU trên mỗi máy tính trong
mạng đảm nhận việc xử lý một hay nhiều
thành phần đó
•
Khả năng xử lý song song của một chương
trình trên mạng lưới phụ thuộc vào người
thiết kế
Tài nguyên ảo và tổ chức ảo

Tài nguyên ảo và tổ chức ảo
•
Grid computing là tạo nên môi trường cộng
tác rộng lớn, đồng nhất; mỗi môi trường
đó được gọi là một tổ chức ảo
•
Chia sẻ tài nguyên bắt đầu với dữ liệu
dạng tệp hay cơ sở dữ liệu. Lưới dữ liệu có
thể mở rộng dữ liệu theo nhiều cách khác
nhau
•
Những tài nguyên này được “ảo hóa” để
giữ chúng đồng bộ trong một hệ thống
mạng luới không đồng nhất; các tài
nguyên đó gọi là các tài nguyên ảo
Mạng grid ảo không đồng nhất
Mạng grid ảo không đồng nhất
Sử dụng các tài nguyên đặc biệt
Sử dụng các tài nguyên đặc biệt
• Grid còn có thể truy nhập đến những tài nguyên
khác dưới dạng số hóa hoặc khả năng lưu trữ,
băng thông …
–
Một người muốn tăng băng thông truy nhập
Internet để thực hiện việc khai thác dữ có thể
phân chia giữa các máy trong mạng grid có
đường truyền Internet không phụ thuộc nhau
–
Người sử dụng máy tính không cài đặt phần
mềm bản quyền có thể sử dụng phần mềm bằng

cách gửi công việc đến máy tính được cài phần
mềm để yêu cầu xử lý
– Grid có thể chia sẻ những thiết bị, tài nguyên
phức tạp như máy chuẩn đoán bệnh hay robot
hỗ trợ phẫu thuật
Cân bằng tài nguyên
Cân bằng tài nguyên
•
Grid có thể thực hiện cân bằng tài nguyên
trong các chương trình bằng cách lập lịch
làm việc cho các công việc.
•
Chức năng cân bằng có thể được thực theo
2 cách sau:
– Những điểm quá tải được đưa đến những máy
rỗi trên mạng lưới.
–
Nếu toàn mạng grid đã bận, những công việc có
độ ưu tiên thấp được tạm ngừng nhường cho
những công việc khác có độ ưu tiên cao.
Chức năng cân bằng
Chức năng cân bằng
Nâng cao độ tin cậy
Nâng cao độ tin cậy
•
Thông thường những hệ thống tính toán
mạnh sử dụng phần cứng đắt tiền để tăng
độ tin cậy - giá thành cho hệ thống cao
•
Một Grid có thể có thể là một hệ thống

đáng tin cậy
– Một mạng lưới gồm nhiều máy tính được phân bố
khắp nơi, khi có một sự cố tại một nốt mạng nào
đó trên mạng lưới, các điểm khác sẽ không bị
ảnh hưởng.
–
Khi một máy tính bị hỏng hóc, phần mềm quản lý
trong Grid có thể tự động chuyển công việc xử lý
từ máy này đến một máy khác
Các bản sao của công việc
Các bản sao của công việc
Hệ thống quản lý thuận tiện
Hệ thống quản lý thuận tiện
•
Việc ảo hóa tài nguyên và nhiều hệ thống
hỗn hợp được tạo ra trên grid sẽ tạo nên
quy mô rộng hơn, các thiết bị được phân
phối nhiều hơn
•
Grid quản lý độ ưu tiên giữa các dự án.
Trước đây, mỗi dự án quản lý riêng tài
nguyên và chi phí của nó.
•
Những tài nguyên đang rỗi trong khi các
dự án khác gặp sự cố, cần thêm những tài
nguyên khác.
Quản trị tài nguyên
Quản trị tài nguyên
Kiến trúc và thành phần chính
Kiến trúc và thành phần chính

•
Lưới được xây dựng trên nền tảng kiến trúc
mở và phân tầng.
•
Trong mỗi tầng của lưới, các thành phần
chia sẻ những thuộc tính chung và được bổ
sung những tính năng mới mà không làm
ảnh hưởng đến các tầng khác
Kiến trúc của
Kiến trúc của
Grid
Grid
•
Grid được xây dựng trên nền tảng kiến trúc
mở và phân tầng.
•
Trong mỗi tầng của Grid, các thành phần
chia sẻ những thuộc tính chung và được bổ
sung những tính năng mới mà không làm
ảnh hưởng đến các tầng khác