7.2اهميت محاسبات گرید

تقريبا در همه سازمان‌ها و شركت‌هاي بزرگ تعدادي كامپيوتر بدون استفاده وجود دارد. مثلاً سرورهاي يونيكس از تقريباً ده تا بيست درصد از ظرفيت حقيقي خود استفاده مي‌كنند و كامپيوترهاي شخصي حدوداً از 95 درصد از ظرفيت خود اصلاً استفاده نمي‌كنند.  با استفاده از محاسبات گرید در يك سازمان يا شركت بزرگ مي‌توان از منابع بلا‌استفاده كامپيوترهاي سازمان  كمال استفاده را برد و سرعت پردازش اطلاعات در سيستم‌هايي كه با كمبود حافظه مواجهند را جبران نمود. از طرف ديگر، سرعت نرم‌افزارهايي كه از اين منبع بزرگ سخت‌افزاري استفاده مي‌كنند، بسيار بالاتر خواهد بود و در نتيجه مي‌توانيم به ‌فكر درست كردن نرم‌افزارهايي با قابليت‌هاي بالاتر باشيم و منابع بيشتري را در اختيار استفاده‌كنندگان قرار دهيم.

فناوري‌هاي گرید در واقع مي‌توانند از منابع و سيستم‌هاي غيرمتمركز پشتيباني كنند و امكان ارتباط سيستم‌ها را با هم فراهم ‌سازند. وقتي براي اولين بار فناوري گرید ابداع شد، هدف آن تنها  به‌اشتراك گذاشتن منابع سيستم و در اختيارداشتن سيستمي‌قدرتمند بود و به‌طور كلي بيشتر در اختيار مؤسسات تحقيقاتي قرار داشت. اما امروزه از گرید توقع بيش‌تري مي‌رود و اهميت بيشتري پيدا كرده است؛ به‌ويژه در تجارت الكترونيك و سيستم‌هاي تجاري غيرمتمركز و توزيع‌يافته. به‌ عنوان نمونه، مدل تجارت الكترونيك B2B[1] را در نظر بگيريد كه دو مؤسسه تجاري اطلاعات خود را از طريق اينترنت با هم مبادله مي‌كنند. گرید نيز مي‌تواند كاري مشابه ‌را انجام دهد و دو يا چند سيستم تجاري را به‌هم مرتبط سازد. به‌طوري كه  بتوانند اطلاعات خود را به‌اشتراك بگذارند. فناوري گرید همچنين مي‌تواند راه‌حل مناسبي براي افزايش دسترسي، قابليت اطمينان و امنيت سيستم‌هاي غيرمتمركز نيز باشد.   

8.2 Globus

يكي از قدرتمند‌ترين ابزارهاي ايجاد، كنترل و مديريت سيستم‌هاي گرید، ابزار Globus است. پروژه Globus حدود سال 2003 به‌صورت عملي درآمد. اين پروژه حاصل تلاش مشترك محققان و برنامه‌نويسان گرید در سرتاسر دنياست كه بر حول چهار محور بنا شده است: تحقيق، ابزارهاي نرم‌افزاري، آزمون و نرم‌افزار‌ها. اين ابزار در نسخه 2.2 خود خدمات بسياري به‌مديران سيستم‌هاي گرید ارائه مي‌كند كه   مي‌توان به امنيت، مديريت منابع و مديريت دقيق  اطلاعات اشاره كرد. Globus با در اختيار گذاشتن  [2]APIها و فايل‌هاي Header زبان C براي ساختن و كامپايل برنامه‌ها به ‌برنامه‌نويسان اجازه مي‌دهد سيستم‌هاي خود را به گرید متصل نمايند و به ‌مديران امكان مي‌دهد منابع متصل به گرید را به‌راحتي مديريت كنند.

اضافه براين، Globus با در اختيار گذاشتن مولفه هايي مخصوص، كار مديران گرید را آسان‌تر مي‌كند. مثلاًGlobus يك ابزار بسيار كارا به‌نام Commodity COG كه زبان‌هاي برنامه‌نويسي مانند Python، جاوا و فناوري‌هاي روز مانند سرويس‌هاي وب و كوربا را مي‌شناسد و مي‌تواند در دو بخش تهيه نرم‌افزارهاي سازگار با گرید و مديريت سيستم‌هاي گرید به ‌ما كمك كند. البته نسخه 2.2 ابزار Globus در برخي موارد ضعف‌هايي نيز دارد. اين نسخه از سرويس‌هايي مثل مديريت چرخه زندگي نرم‌افزار و سيستم‌هاي ذخيره و بازيابي پشتيباني نمي‌كند. البته نسخه جديد Globus يعني نسخه 3 از آن جا كه سعي داشته است با OGSA[3] هم‌خواني داشته باشد، توانسته‌است بسياري از نقاط ضعف نسخه قبلي را رفع كند.

 9.2نگاهي به‌اجزاي گرید
اجزاي تشكيل دهنده گرید عبارتند از:

– رابط كاربر

– اجزاي امنيت‌

– مديريت كنترل كار سيستم

– زمانبند

–  مديريت اطلاعات

–  مديريت منابع

 1.9.2رابط كاربر

دسترسي به ‌اطلاعات در گرید اهميت شاياني دارد و رابط كاربر اين مسئوليت مهم را عهده‌دار است. رابط كاربر مي‌تواند يا در برنامه‌اي كه كاربر از آن مستقيما استفاده مي‌كند يا در ابزارهاي  مديريتي گرید كه مورد استفاده مدير سيستم است، نقش ايفا كند. همانطور كه شما براي استفاده از برق فقط وسيله برقي خود را به ‌پريز برق متصل مي‌كنيد و لازم نيست از مكان منبع يا منابع اصلي اين قدرت اطلاعي داشته باشيد، استفاده كننده سيستم گرید نيز الزاماً نبايد از پيچيدگي‌هاي داخل اين سيستم‌ها مطلع باشد.  مثال ديگر اين‌كه، شما از مرورگر وب جهت استفاده از اينترنت استفاده مي‌كنيد؛ بدون اين‌كه از مكان سرور وب سايت اطلاعي داشته باشيد و تنها با وارد كردن آدرس سايت موردنظر، وب سايت آن در مرورگر نمايش داده مي‌شود. رابط گرید نيز بايد مانند مرورگر باشد. يعني استفاده‌كننده گرید نيز از پيچيدگي‌هاي اين سيستم اطلاعاتي ندارد و فقط با ورود يك پارامتر ورودي، يك خروجي دريافت مي‌كند.

 2.9.2 اجزای امنیت

كامپيوترها در گرید به ‌شبكه متصلند. اين سيستم‌ها همچنين مي‌توانند حاوي اطلاعات بسيار مهم و حساسي باشند. در نتيجه امنيت را مي‌توان يكي از مهم‌ترين اجزايي اين سيستم‌ها دانست كه خود حاوي اجزاي فرعي مانند احراز هويت ، اختيارات  و رمزدهي است.

امنیت گرید بر پایه [4]PKI استوار است و طراحان شبکه های  گرید PKI را هدفی برای پیاده سازی گرید در نظر می گیرند. اولین گام برای استفاده از گرید اخذ و فراگیری گواهینامه ای به عنوان X.509  میباشد.هر گواهینامه داری یک کلید شخصی میباشد که مجوز استفاده ار محیط گرید را فراهم می آورد. در سیستم های مبتنی بر PKI نکته ای حیاتی وجود دارد که کلید شخصی فقط نزد مالک حقیقی شناخته شود و در حقیقت مالک حقیقی تنها باید از کلید شخصی گواهینامه با خبر باشد. چرا که افشا شدن این کلید باعث میشود که امتیاز کاربر جعل شود. افشای کلید شخصی معادل با بی اعتبار شدن گواهینامه میباشد.  PKI شیوه ای است که در آن از کلید ها برای رمز نگاری استفاده می شود.

دو روش برای جلوگیری از افشا شدن کلید شخصی وجود دارد:

1- رمزگذاری گواهینامه توسط کاربر

2- نگهداری گواهینامه بر روی یک سیستم فایل محلی که فقط مالک آن گواهینامه مجوز دسترسی به آنرا داشته باشد.

 

ابزار Globus حاوي يك مولفه به‌  [5]GSIيا ساختار زير بنايي امنيت گرید است كه مسئوليت امنيت در محيط را برعهده دارد.

 3.9.2مديريت كنترل كار سيستم

استفاده كننده از يك سيستم گرید بايد از منابع موجود و قابل دسترس  در سيستم اطلاع داشته باشد. مديريت كنترل كار سيستم مي‌تواند اين كار را به‌ راحتي انجام دهد. درخواست‌كننده سرويس مي‌تواند با ارتباط با اين قسمت از منابع آزاد سيستم، ظرفيت هر منبع و موقعيت آن‌ها اطلاع حاصل نمايد.  در سيستم‌هاي گرید كه توسط Globus هدايت مي‌شوند، زماني كه يك استفاده كننده شناسايي شد و برنامه موردنظر آن كاربر اجرا گرديد، با توجه به ‌نوع نرم‌افزار و پارامترهاي ورودي كاربر، سيستم گرید به‌دنبال منابع آزاد موجود در شبكه مي‌گردد. Globus به‌صورت عادي، از سرويس‌هايي مانند GIS[6] و    MDS[7]پشتيباني مي‌كند كه به‌سيستم اطلاع مي‌دهند كدام منبع يا منابع قادرند منابع خود را در اختيار بگذارند.

4.9.2 زمانبند

يكي ديگر از اجزايي كه در سيستم‌هاي گرید بسيار اهميت دارد، زمانبند است. در اين سيستم‌ها از آن جايي كه بايد هر كاري را كامپيوتر مشخصي به‌عهده بگيرد و هر كامپيوتر بايد مدت زماني را در اختيار گرید قرار دهد، سيستم نياز به‌ يك زمانبند دارد. اين زمانبند مي‌تواند بسيار ساده باشد، اما اكثر زمانبند‌ها بايد بتوانند كارها را اولويت‌بندي كنند و سيستم را كنترل نمايند. در ابزار Globus زمانبند‌هايي با قابليت بالا  وجود ندارند، اما تعدادي سازوكار زمانبند وجود دارد كه كار زمانبندهاي دقيق را تا حدي انجام مي‌دهد.

5.9.2 مدیریت اطلاعات

جزء ديگر گرید‌ها، مديريت اطلاعات اين سيستم‌ها است كه وظيفه ذخيره‌سازي اطلاعات را در سيستم  به عهده‌ دارد.  اين بخش وظيفه محافظت از اطلاعات و جابه‌جايي اين اطلاعات در تمامي‌دستگاه‌هاي متصل به ‌گرید را عهده‌دار است. جابه‌جايي و انتقال اطلاعات كار بسيار مشكلي است و اطلاعات بايد از كانالي مطمئن منتقل شود.

با استفاده از ابزار Globus و بخش مديريت اطلاعات اين ابزار، مي‌توان محيطي امن براي انتقال اين اطلاعات به ‌وجود آورد. اين قسمت از Globus به GASS[8] معروف است كه امكاناتي مانند [9]FTPگرید را دربردارد كه مانند FTP است، اما امكانات امنيتي مانند GSI را نيز دربرمي‌گيرد.

6.9.2 مديريت منابع

از ديگر بخش‌هاي مهم گرید، بخش مديريت منابع است كه به‌ GRAM [10]شهرت دارد. اين بخش وظايف هر دستگاه را مشخص مي‌كند و باعث هماهنگي دستگاه‌هاي متصل به ‌شبكه در انجام‌دادن امور محوله است.

10.2 گرید از ديد برنامه نويسان

از ديد برنامه‌نويسان،گرید از سازمان‌هاي مجازي‌اي تشكيل شده است كه از پروتكل‌هاي مخصوصي براي ارتباط با هم استفاده مي‌كنند. اين پروتكل‌ها به ‌استفاده‌كنندگان گرید و برنامه‌ها اجازه مي‌دهند سرويس‌هاي خود را در محيطي كنترل شده و امن اجرا كنند. اين سازمان‌هاي مجازي مي‌توانند يك كامپيوتر شخصي، سروري قدرتمند يا كامپيوترهاي متصل به‌ شبكه باشند كه از آن جا كه پروتكل يكساني دارند، مي‌توانند با هم متصل باشند و از منابع يكديگر استفاده نمايند.

1.10.2 سرویسهای گرید

گروه جهاني گرید با ارائه معماري باز سرويس‌هاي گرید يOGSA[11] و جمعآوري استانداردهاي باز، مانند زبان تعريف سرويس‌هاي وب يا   WSDL[12] توانسته است استانداردي آسان و در عين حال دقيق براي سيستم‌هاي گرید تعريف كند. از آن گذشته، OGSA از تجربيات به‌ دست آمده از پروژه‌هاي بزرگي مانند Globus نيز بهره‌مند است. استانداردهاي باز و پروتكل‌هاي اين معماري راه توليد سرويس‌ها را نشان مي‌دهند. اين سرويس‌ها قلب گرید هستند و در واقع به ‌استفاده‌كننده اجازه مي‌دهند با گرید كار كند. اين سرويس‌ها عبارتند از:

– سرويس درخواست‌هاي پردازنده مركزي

– سرويس مديريت كنترل كار سيستم

– سرويس جست‌وجوي اطلاعات

– سرويس تعيين پهناي باند شبكه‌

– سرويس مديريت اطلاعات‌

وقتي متخصصان گرید درباره شروع شدن يك سرويس صحبت مي‌كنند، مثلاً شروع شدن سرويس جست‌وجوي اطلاعات، منظور يك نمونه سرويس است كه مي‌تواند تكاليف بلند مدت يا موقتي داشته باشد. اين سرويس‌ها مي‌توانند به‌صورت فعال يا غير فعال باشند و زمان فعاليت را مي‌توان با زمانبند يا به‌صورت اختياري تعيين نمود. ‌سرويسي خوب است كه بتواند به‌راحتي امكانات خود را در اختيار استفاده كننده قرار دهد. مثلاً وقتي يك وسيله الكترونيكي را به ‌پريز برق متصل مي‌كنيد، براي شما هيچ اهميتي ندارد كه برق مورد نيازتان از كجا مي‌آيد؛ فقط مي‌خواهيد از برق استفاده كنيد.
سرويس خوب گرید نيز سرويسي است كه بتواند سرويس موردنظر ‌استفاده‌كننده  را به‌راحتي دراختيار او قرار دهد و استفاده‌كننده بتواند به ‌سادگي از آن استفاده كند. مثلا سرويس بانك‌اطلاعاتي در گرید بايد به‌صورتي عمل كند كه استفاده كننده فقط يك جست‌وجو وارد كند و  جواب جست‌وجوي خود را بگيرد؛ بدون اين‌كه از جايگاه و عمليات بانك‌اطلاعاتي خبر داشته باشد.

11.2   نرم افزار گرید

1.11.2لایه های نرم افزار گرید

دستاورد فن آوری فعلی با هدف تعریف از زیرساخت های جهانی قادر به اشتراک گذاری منابع توزیع شده جغرافیایی مانند داده ها ، ذخیره سازی ، رایانه ،نرم افزار ، ابزار ، برنامه های کاربردی ، ابزارها و شبکه با شیوه ای امن در هر زمان و هر کجا به اشتراک بگذارد. عمده تلاش ها ، منابع عظیم و را درتحقیق و توسعه  از محاسبات گرید هسته ای ،فن آوری ها ، زیرساخت های گرید و برنامه  های کاربردی شبکه درانواع زمینه های علوم از جمله مراقبت های بهداشتی قرار داده اند. لایه های نرم افزار گرید در شکل5 نشان داده شده است.

 

اخیرا ، افزایش استفاده ازفن آوری های گریددر بسیاری از زمینه های بهداشت و درمان از جمله پزشکی وبرنامه های کاربردی زیاد شده است. گرید ، زیرساخت هایی را ایجاد می کند
که تأمین کننده منابعی هستند که پرسنل پزشکی به دلیل سیاست های لازم در مراقبت های پزشکی باید به آنها دسترسی داشته باشند.
این منابع ممکن است شامل منابع محاسباتی ، ذخیره سازی ، تجهیزات ،و متخصصان منابع انسانی باشد. دسترسی به منابع پزشکی به پزشکان هنگام ورود به سیستم گرید داده می شود . سیستم اطلاعات مراقبت های بهداشتی می تواند سیاست های مشخص خاصی مانند: احراز هویت ، اختیار ها و حسابرسی باشد که با توجه به سطح خدمات توافق نامه اجرا می شود.
از ترکیب فن آوری های فوق ،مرحله ای در تحقیقات که شامل محاسبات توسعه یافته گرید در شبکه های بی سیم است بوجود می آید که آن شبکه های حسگر است.نتیجه این ادغام ، اتصال یک شبکه گیرنده بی سیم با شبکه باسیم گرید متعارف، است. گرید حسگر مرحله ی نسبتا جدیدی از تحقیقات است. اما هنوز، بر خلاف محاسبات گریدو داده های گرید ،طراحی گرید سنسور به خوبی درک نشده است.شبکه های حسگر بی سیم معمولا بر اساس طرح ها و پروتکل های اختصاصی ایجاد شده اند و ترکیب آنها با معماری گرید استاندارد وپروتکل ها چالش برانگیز است.

[1] Business 2 Business

[2] Application Programming Interface

[3] Open Grid Services Architecture

[4] Public Key Interface

[5] Grid Security Infrastructure

[6] Information Service Grid

[7] Monitoring and Discovery Service

[8] Access to Secondary Storage Grid

[9] File Transfer Protocol

[10] Allocation Grid Resource Manager

[11]  Open Grid Services Architecture

[12] Web Services Description Language