Моделювання Grid-систем з використанням мереж Петрі

Бурхливий розвиток обчислювальної техніки і систем телекомунікацій, супроводжуваний ускладненням інфраструктури розподілених інформаційно-аналітичних систем, привів до необхідності розвитку засобів і методів моделювання подібних систем. Однією з технологій створення розподілених систем, що активно розвиваються, на сьогодні є Grid-технологія, направлена на забезпечення роботи обчислювальних об’єктів, що вирішують обчислювально складні задачі з використанням розподілених сховищ даних і могутніх обчислювальних ресурсів.
Grid-система – узгоджене, відкрите і стандартизоване комп’ютерне середовище, яке забезпечує гнучке, безпечне, скоординоване розподілення обчислювальних ресурсів і ресурсів зберігання інформації, які є частиною цього середовища, в рамках одної віртуальної організації.
Для моделювання подібних систем використовують різні підходи, жоден з яких не може претендувати на вичерпний опис системи, а представляє лише один з аспектів її функціонування або структури. В даній роботі для моделювання динаміки таких систем пропонується використовувати математичний апарат мереж Петрі (МП), оскільки Grid-система є набором взаємодіючих між собою компонентів (обчислювальних вузлів і сховищ даних), які можуть функціонувати паралельно і в роботі яких повинна бути забезпечений синхронізація.
Основним елементом структурної моделі Grid-системи є вузол, який виконує обчислювальні задачі (обчислювальний вузол) або задачі доступу до даних сховища (інформаційний вузол) по запиту користувача або в режимі операційного сервісу (на періодичній основі). Оскільки вузол може складатися з декількох різних обчислювальних пристроїв (однопроцесорних або багатопроцесорних комп'ютерів), які при рішенні покладених на них задач звертаються до загальної пам'яті, то робота окремих пристроїв координується керуючими вузлами (КВ). Отже, обчислювальні, інформаційні і управляючі Grid-вузли є базовими елементами розподіленої системи доступу і обробки даних, що складається з таких основних компонентів.
1. Користувачі, формуючі запити до системи;
2. Вузли, які можуть бути обчислювальними вузлами, що виконують обробку даних, або сховища даних. В якості обчислювальних вузлів можуть розглядатися однопроцесорні або багатопроцесорні комп'ютери (у тому числі могутні кластери), а також розподілені обчислювальні пристрої (наприклад, Grid-кластери — об'єднання обчислювальних пристроїв під управлінням Grid). Інформаційні вузли (або сховища даних) забезпечують короткочасне або довготривале зберігання даних, а також надають доступ до них. При цьому дані можуть розташовуватися в розподілених базах даних, архівах або реєстрах або локалізуватися в загальній пам'яті (у разі багатопроцесорної системи із загальною пам'яттю). В найпростішому випадку в якості сховища може виступати однопроцесорний обчислювальний вузол (наприклад, персональний комп'ютер), і дані можуть розташовуватися в його пам'яті.
3. КВ (або планувальники). Це необхідний елемент кожної Grid-системи, що відповідає за розподіл завдань між ресурсами і знаходження необхідних даних в розподілених сховищах. Без цього елемента система втрачає властивості Grid і перестає бути прозорою для користувача. Планувальники можуть бути локальними і управляти конкретним обчислювальним вузлом або глобальними і відповідати за розподіл задач і пошук ресурсів серед всіх компонентів системи.
Задача полягає в побудові Grid-системи, що забезпечує прозоре для користувача виконання його запитів на пошук і обробку даних, у тому числі, синхронізацію доступу до необхідної інформації, обробку цієї інформації і надання користувачу її результатів. Така Grid-система відноситься до Grid-систем змішаного типу (тобто вона одночасно і обчислювальна і інформаційна), оскільки включає як високопродуктивні обчислювальні вузли, так і забезпечує доступ до даних розподілених сховищ .
Враховуючи високу вартість компонентів Grid-систем, перш ніж приступати до побудови системи, що володіє вказаними властивостями, необхідно побудувати модель взаємодії вузлів системи, що працюють із загальною пам'яттю, і досліджувати властивості цієї моделі. З урахуванням специфіки роботи Grid-системи і необхідності синхронізації доступу до загальних сегментів даних при організації паралельних обчислень, як математичний апарат для моделювання доцільно використовувати апарат мереж Петрі.

Forums: