پردازش موازی

پردازش موازی

اسلاید 1: موضوع: Grid computingپردازش موازی

اسلاید 2: چکیده :در زمانهاي قديم رسم بر اين بود كه براي آب آوردن خانمها يك كوزه روي سرشان مي گذاشتند بعد تا چشمه مي رفتند و آب مي آوردند سيستمي بعدها اجرا شد كه ديگر نيازي به اين كار نبود لوله كشي آب (و اين سيستم كاري مي كردكه آب خودش به خانه هاي مردم مي آمد.) يا مثال ديگري در اين مورد مي توان گفت ، در قديم هر كس در خانه خود يك شمع داشت و از نور آن استفاده مي گرد بدون اينكه اين شمع مورد استفاده شخص ديگري قرار گيرد يعني همه استفاده از آن شخصي بود ولي بعدها با سيم كشي برق اين سيستم به صورت يك سيستم توزيع شده در آمد كه برق را به خانه هاي افراد توزيع مي كرد.

اسلاید 3: تعریف کلی از Grid گريد يك سيستمي به وجود مي آورد كه همه بتوانند توسط كامپيوتر شخصي خود از هر منبع موجود در دنيا استفاده كنند در هر كجا كه باشند يعني محدوديت مكاني نداشته باشند.

اسلاید 4: مقدمه: پردازش موازی تکنولوژی جدیدی است که توجه بسیاری از فعالان عرصه کامپیوتر و ارتباطات را به خود جلب کرده است. حدود 33 سال از به ‌وجود آمدن اینترنت می‌گذرد و از سال 1989 كه وب پدید آمد، بیشتر مردم از آن استفاده می‌كنند و به‌ صورت بخشی از زندگی ایشان در آمده امروزه تقریباً تمامی ‌شركت‌ها و سازمان‌های بزرگ، برای تبادل اطلاعات و فرستادن ایمیل به‌مشتریان خود از اینترنت استفاده می‌كنند.

اسلاید 5: پرسش این است كه آیا به‌راستی امكاناتی كه اینترنت در اختیار ما قرار می‌دهد، فقط در فرستادن ایمیل و داشتن وب‌ سایت خلاصه می‌شود؟ آیا اینترنت امكان استفاده از منابع سخت‌افزاری سیستم‌های دیگر را نیز به‌ ما می‌دهد؟پس ازاینترنت چه ابزاریا بستری خواهدآمد؟ 

اسلاید 6: تاریخچه: از سال 1996 گریدها ارتباطات بسیار سریعی  را میان دانشكده‌ها، مراكز آموزشی، صنعتی و دولتی به منظور ایجاد قابلیت عظیم شبكه ای جهت پژوهش و توسعه  ، امكان آزمودن محصولات فیبری و روترها و ایجاد سرویس‌های جدید شبكه و نرم افزارهای مربوط به اینترنت استاندارد فعلی فراهم كرده‌اند. یکی از روشهای تقریبا جدید و پر طرفدار اقتصاد دانان که بعد از 11 سپتامبر2002 توجه بیشتری را به خود جلب کرد توزیع کردن فعالیتها بود و الگوی این مسئله نیز از فعالیتهای گروهی و تخصص گرایی انسانها نشات میگرفت

اسلاید 7: در واقع موج جدیدی به نام توزیع شدگی (distributed) در برابر سیستمهای سنتی که به صورت مرکزی  (Centralized) پیاده سازی می شدند به وجود آمده است. بعد از مدتی علاوه بر شرکتهای تجاری شرکتهای بزرگ سازنده تکنولوژی مثل UN,Oracle,IBM تصمیم گرفتند که از خاصیت توزیع شدگی محاسبات در تکنولوژی نیز استفاده کنند که مباحث محاسبات شبکه ای درهم (Grid Computing) به وجود آمد .

اسلاید 8: در اصطلاح نرم افزار  Grid نوعی از سیستمهای پردازش موازی توام با توزیع شدگی می باشد که در واقع فاکتور قدرت اینگونه سیستمها ایجاد توان بالای محاسباتی از منابع کم ( سخت افزاری یا نرم افزاری) می باشد. با توجه به اینکه سیستمهای Grid نیز ازنُدهای  (Node) توزیع شده تشکیل شده اند ممکن است با سیستمهای Cluster ( خوشه ای ) اشتباه شوند .

اسلاید 9: از جمله مثالهای پیاده سازی grid ازموارد زیرمی توان نام برد: 1- پروژه N1 شرکت Sun که ابزاری است برای ساده سازی عملیات IT در یک پایگاه داده ای مرکزی  (Data Center) 2- نسخه جدید مشهورترین بانک اطلاعاتی دنیا به نام Oracle 10g که حرف g بیانگر grid است و بیان می کند پایه تکنولوژی این بانک اطلاعاتی براساس grid Computing است. -3درباره فن آوری رایانش مشبک (Grid Computing Technology)

اسلاید 10: امروزه از پردازش موازی در شاخه های مختلف علوم، تجارت و .... استفاده می شود. برای مثال از کاربرد های این فن آوری نوین می توان به کاربرد های وسیع آن در محاسبات DNA، محاسبات فیزیک کوانتومی، کاربرد های وسیع نجومی (فضایی)، حل مسائل سنگین رایانشی و غیره اشاره نمود.

اسلاید 11: Grid computing و قابلیت های آن براساس آن با دانلود كردن یك محافظ نمایشگر مخصوص می‌توانیم به‌كامپیوترهای شخصی خود اجازه دهیم كه وقتی از آن استفاده نمی‌كنیم، به ‌شبكه جهانی متصل شوند و به ‌سیستم‌های بزرگ تحقیقاتی اجازه دهند از منابع آزاد و بلااستفاده سیستم ما  استفاده نمایند. این سیستم در واقع مجموعه ای ازنرم افزارها، سخت افزارها و جریان‌های اطلاع‌رسانی است كه به كاربر امكان استفاده كامل و همزمان از بانكهای اطلاعاتی پراكنده و سایر منابع از قبیل سخت افزار و نرم افزار را می‌دهد.

اسلاید 12: Gridها در واقع از منابع كامپیوترهای متصل به‌شبكه استفاده می‌كنند و می‌توانند با استفاده از برآیند نیروی این منابع، محاسبات بسیار پیچیده را به‌راحتی انجام دهند. آن‌ها این كار را با قطعه قطعه كردن این عملیات و سپردن هر قطعه به‌كامپیوتری در شبكه انجام می‌دهند. به عنوان مثال وقتی شما از كامپیوترتان برای مدتی استفاده نمی‌كنید و كامپیوتر شما به‌ اصطلاح به‌وضعیت محافظ نمایشگر یا Screensaver می‌رود، از پردازشگر كامپیوتر شما هیچ استفاده‌ای نمی‌شود.

اسلاید 13: اما با استفاده از شبكه‌های Grid می‌توان ازحداكثر توانایی‌های پردازشگر‌ها استفاده نمود و برنامه‌ای را در كامپیوتر قرار داد كه وقتی از سیستم استفاده‌ای نمی‌شود، این برنامه بتواند از نیروی بلااستفاده دستگاه بهره بگیرد و قسمتی از محاسبات بزرگ عملیاتی را انجام دهد.   Grid در واقع به‌شما اجازه می‌دهد با استفاده از منابع سیستم‌های متصل به‌ شبكه وایجاد یك منبع بزرگ ازسرویس‌ها

اسلاید 14: و امكانات این سیستم‌های، مركزی بزرگ و قدرتمند به‌ وجود آوریم كه توانایی انجام‌دادن عملیات بسیار پیچیده‌ای را داشته باشد كه یك سیستم به‌تنهایی نمی‌تواند انجام دهد. به‌نحوی كه از دید استفاده‌كنندگان این سیستم‌های بزرگ، این عملیات تنها از طریق یك سیستم انجام می‌شود. Computing Gridدر حقیقت نسل جدیدی از شبكه‌های توزیع یافته است و همانند اینترنت به‌ كاربران خود اجازه می‌دهد فایل‌ها را به ‌اشتراك بگذارند.

اسلاید 15: برای رفع مسائل و مشکلات سیستمهای یکپارچه به همراه منابع پراکنده ، Grid Computing یک تعادل بین مزایای مدیریت منابع در دید کلی ازیک سو و کنترل هر یک از منابع بطور انعطاف پذیراز سوی دیگر، برقرار می کند. که این منابع مدیریت شده درGrid Computing عبارتند از:

اسلاید 16: * زیرساخت : مجموعه ای از سخت افزارها و نرم افزارها که محیطی را جهت ذخیره داده ها و اجرای برنامه ها فراهم می کنند. * برنامه های کاربردی : که منطق و جرایان فرآیندهای خاص مؤسسات را تعریف می کنند. * اطلاعات : مفاهیم اصلی در مدیریت.

اسلاید 17: اصول هسته Grid Computing : دو اصل در هسته Grid Computing آنرا به طور منحصربفردی از دیگر روشهای Computing ازقبیل Mainframe، Client/Server یا چند لایه ای (Multi-tier) متمایز می سازد : مجازی سازی و تأمین

اسلاید 18: مجازی سازی:با مجازی سازی ، منابع خاص (مانند رایانه ها ، دیسکها اجراء نرم افزاری و منابع اطلاعاتی) به عنوان منابع درهم آمیخته و مشترک جهت دسترسی مصرف کنندگان (از قبیل افراد و برنامه های نرم افزاری) بطور انتزاعی در نظر گرفته می شود.مجازی سازی یعنی شکستن اتصالاتی که بسختی بین ارائه کننده و مصرف کننده (مشتری) منابع برقرار شده است و مهیا ساختن منابع برای سرویس دهی به نیازهای خاص ، بدون اینکه مشتری نگران چگونگی انجام آن باشد.

اسلاید 19: تامین:تأمین یعنی اینکه ، وقتی مشتری از طریق لایه مجازی سازی نیاز به منبع خاصی دارد ، در پشت پرده ، آن منبع جهت انجام درخواست،شناسایی شده وبه مشتری تخصیص داده شود.تأمین بعنوان بخشی از GridComputing به این معنی است که سیستم تعیین می کند چگونه نیاز مشتری را برآورده سازد در حالیکه عملیات در کل ، به صورت بهینه انجام شود.

اسلاید 20: انواع Grid: سه نوع اصلی این پدیده تكنولوژیك عبارتند از:الف -  گریدهای اطلاعاتی ب - گریدهای جوینده منابع پ - گریدهای محاسباتی گریدهای اطلاعاتی یا Data Grid كار ذخیره‌سازی اطلا‌عات وسپس ارائه آن به كاربران رابعهده دارند.كاربران این سیستم‌ها بدون آگاهی از موقعیت جغرافیایی و مكانی این اطلاعات ، قابلیت دسترسی به آن را دارند.

اسلاید 21: فرض كنید دو دانشگاه در دو سوی دنیا  روی یك مطلب علمی ‌مشترك تحقیق می‌كنند . هر یك از آن‌ها اطلاعات خاص خود را ذخیره و قابلیت دسترسی یكدیگر را به ‌برخی از ‌این اطلاعات (نه تمامی‌آن) فراهم می‌كنند.. این دانشگاه‌ها می‌توانند از یك Data Grid استفاده و اطلاعات خود را با ضریب امنیتی بالایی با هم به‌اشتراك بگذارند. در این نوع گرید دستگاه‌های متصل به‌سیستم نیاز به‌قدرت زیاد ندارند و فقط مسئول به ‌اشتراك گذاشتن اطلاعات هستند.

اسلاید 22: اما گرید ‌های محاسباتی یا Computational Grid از آن جا كه نیاز زیادی به ‌قدرت پردازنده‌ها دارند، باید از ماشین‌هایی با قدرت بسیار بالا استفاده كنند. سیستم‌های جوینده منابع یا Scavenging Grid نیز نوع دیگری از گرید است كه به ‌صورت مداوم به‌دنبال ظرفیت‌ها، منابع آزاد و چرخه پردازنده (CPU Cycle) كامپیوترهای متصل به گرید است تا از این منابع با كسب اجازه قبلی صاحبان این كامپیوترهای شخصی ، استفاده بهینه كند.

اسلاید 23: نگاهی به اجزای تشكیل دهنده : Grid Computing رابط كاربر اجزای امنیت‌مدیریت كنترل كارسیستم (worklod management) زمانبند (Scheduler) مدیریت اطلاعات (Data Management) مدیریت منابع (Resource management)

اسلاید 24: در این قسمت به‌صورت مختصر در مورد هر یك از این اجزا توضیح داده می‌شود. دسترسی به ‌اطلاعات در Grid اهمیت شایانی دارد و رابط كاربر یا User Interface این مسئولیت مهم را عهده‌دار است. رابط كاربر می‌تواند یا در برنامه‌ای كه كاربر از آن مستقیما استفاده می‌كند یا در ابزارهای  مدیریتی Grid كه مورد استفاده مدیر سیستم است، نقش ایفا كند. همانطور كه شما برای استفاده از برق فقط وسیله برقی خود را به ‌پریز برق متصل می‌كنید و لازم نیست از مكان منبع یا منابع اصلی این قدرت اطلاعی داشته باشید، استفاده كننده سیستم Grid نیز الزاماً نباید از پیچیدگی‌های داخل این سیستم‌ها مطلع باشد. 

اسلاید 25: مثال دیگر این‌كه، شما از مرورگر وب جهت استفاده از اینترنت استفاده می‌كنید؛ بدون این‌كه از مكان سرور وب سایت اطلاعی داشته باشید و تنها با وارد كردن آدرس سایت موردنظر، وب سایت آن در مرورگر نمایش داده می‌شود. اینترفیس Grid نیز باید مانند مرورگر باشد. یعنی استفاده‌كننده Grid نیز از پیچیدگی‌های این سیستم اطلاعاتی ندارد و فقط با ورود یك پارامتر ورودی، یك خروجی دریافت می‌كند.

اسلاید 26: سیستم‌های Gird از دید استفاده کنندگان

اسلاید 27:   كامپیوترها در Grid به ‌شبكه متصلند. این سیستم‌ها همچنین می‌توانند حاوی اطلاعات بسیار مهم و حساسی باشند. در نتیجه امنیت را می‌توان یكی از مهم‌ترین اجزایی این سیستم‌ها دانست كه خود حاوی اجزای فرعی است . Infrastructure) GSI Grid Security ) ساختار زیر بنایی امنیت Grid است كه مسئولیت امنیت در محیط را برعهده دارد.

اسلاید 28: -  GSI در Gird

اسلاید 29: استفاده كننده از یك سیستم Grid باید از منابع موجود و قابل دسترس  در سیستم اطلاع داشته باشد. مدیریت كنترل كار سیستم یا Management Workload می‌تواند این كار را به‌ راحتی انجام دهد. درخواست‌كننده سرویس می‌تواند با ارتباط با این قسمت از منابع آزاد سیستم، ظرفیت هر منبع و موقعیت آن‌ها اطلاع حاصل نماید.  در سیستم‌های Grid ، زمانی كه یك استفاده كننده شناسایی شد و برنامه موردنظر آن كاربر اجرا گردید، با توجه به ‌نوع نرم‌افزار و پارامترهای ورودی كاربر، سیستم Grid به‌دنبال منابع آزاد موجود در شبكه می‌گردد. این وظیفه اغلب  به‌ عهده Broker ها است. و Monitoring and Discovery Service) MDS) كه به‌سیستم اطلاع می‌دهند كدام منبع یا منابع قادرند منابع خود را در اختیار بگذارند.

اسلاید 30:

اسلاید 31: یكی دیگر از اجزایی كه در سیستم‌های Grid بسیار اهمیت دارد، زمانبند یا Scheduler است. در این سیستم‌ها از آن جایی كه باید هر كاری را كامپیوتر مشخصی به‌عهده بگیرد و هر كامپیوتر باید مدت زمانی را در اختیار Grid قرار دهد، سیستم نیاز به‌ یك زمانبند دارد. این زمانبند می‌تواند بسیار ساده باشد، اما اكثر زمانبند‌ها باید بتوانند كارها را اولویت‌بندی كنند و سیستم را كنترل نمایند.

اسلاید 32: موقعیت زمانبند‌ها در Grid

اسلاید 33: جزء دیگر Grid‌ها، مدیریت اطلاعات این سیستم‌ها است كه وظیفه ذخیره‌سازی اطلاعات را در سیستم  به عهده‌ دارد.  این بخش وظیفه محافظت از اطلاعات و جابه‌جایی این اطلاعات در تمامی‌دستگاه‌های متصل به ‌Grid را عهده‌دار است. جابه‌جایی و انتقال اطلاعات كار بسیار مشكلی است و اطلاعات باید از كانالی مطمئن منتقل شود.

اسلاید 34: - GASS در Gird

اسلاید 35: از دیگر بخش‌های مهم Grid، بخش مدیریت منابع است كه به‌ Grid Resource Allocation Manager) GRAM) شهرت دارد. این بخش وظایف هر دستگاه را مشخص می‌كند و باعث هماهنگی دستگاه‌های متصل به ‌شبكه در انجام‌دادن امور محوله است.

اسلاید 36: بخش مدیریت منابع در Grid

اسلاید 37: پروژه های Grid Computing شاید برایتان جالب باشد اگر بدانید که Google با گریدی معادل 15000 کامپیوتر شخصی به مراجعه کنندگان خود سرویس می‌دهد! این یک نمونه بارز عملی شدن پروژه Grid Computing است. یكی دیگر از قدرتمند‌ترین ابزارهای ایجاد، كنترل و مدیریت سیستم‌های گرید ، ابزار Globus است. این پروژه كه از سال 2003 بصورت عملی در آمد حاصل تلاش مشترك محققان و برنامه‌نویسان گرید در سراسر دنیاست. امنیت، مدیریت منابع و مدیریت دقیق اطلاعات از جمله خدمات اصلی این ابزار است.

اسلاید 38: Grid از دید برنامه نویساناز دید برنامه‌نویسان، Grid از سازمان‌های مجازی‌ای تشكیل شده است كه از پروتكل‌های مخصوصی برای ارتباط با هم استفاده می‌كنند. این پروتكل‌ها به ‌استفاده‌كنندگان Gridو برنامه‌ها اجازه می‌دهند سرویس‌های خود را در محیطی كنترل شده و امن اجرا كنند. این سازمان‌های مجازی می‌توانند یك كامپیوتر شخصی، سرور قدرتمند یا كامپیوترهای متصل به‌ شبكه باشند كه از آن جا كه پروتكل یكسانی دارند، می‌توانند با هم متصل باشند و از منابع یكدیگراستفاده نمایند.

اسلاید 39: گروه جهانی Grid با ارائه معماری باز سرویس‌های Grid یا Open Grid Services Architecture) OGSA) و جمع آوری استانداردهای باز، مانند زبان تعریف سرویس‌های وب یا Web Services Description Language) WSDL) توانسته است استانداردی آسان و در عین حال دقیق برای سیستم‌های Grid تعریف كند. از آن گذشته، OGSA از تجربیات به‌ دست آمده از پروژه‌های بزرگی مانند Globus نیز بهره‌مند است. شكل 7 ساختار معماری این استاندارد را نشان می‌دهد.

اسلاید 40: ساختار معماری باز سرویس های Grid

اسلاید 41: استانداردهای باز و پروتكل‌های این معماری راه تولید سرویس‌ها را نشان می‌دهند. این سرویس‌ها قلب Grid  هستند و در واقع به ‌استفاده‌كننده اجازه می‌دهند با Grid كار كند. این سرویس‌ها عبارتند از: - سرویس درخواست‌های پردازنده مركزی - سرویس مدیریت كنترل كار سیستم و sessionها - سرویس جست‌وجوی اطلاعات - سرویس تعیین پهنای باند شبكه‌ - سرویس مدیریت اطلاعات‌

اسلاید 42: نمای آینده  با ورود فن آوری جدید Grid یا اینترنت2 به عرصه ارتباطات ، اینترنت دیگر وسیله ای نخواهد بود كه صرفا به كار ارسال ایمیل و یا داشتن وب سایت خلاصه بیاید. این پدیده با برخورداری از بهترین و سریع ترین امكانات جست‌و‌جو ، سرعت بسیار بالا و داشتن امكانات قوی برای هر نوع تحقیق علمی جایگزین به حق اینترنت در پنج سال آینده خواهد بود.  

اسلاید 43: پ منابع   www.gridcomputing.com http://www.gridcomputingplanet.com www-128.ibm.com/developerworks   http://www-03.ibm.com   http://www.oracle.com   http://www.gridcomputing.com   http://de.wikipedia.org