Computação em grade

A computação em grade combina computadores de vários domínios administrativos para alcançar um objetivo comum, para resolver uma única tarefa e pode, então, desaparecer com a mesma rapidez. O tamanho de uma grade pode variar de pequena - confinada a uma rede de estações de trabalho de computador dentro de uma corporação, por exemplo - para colaborações públicas grandes em muitas empresas e redes. "A noção de uma rede confinada também pode ser conhecida como uma cooperação intra-nós, enquanto a noção de uma grade maior e mais ampla pode, portanto, referir-se a uma cooperação entre nós". As grades são uma forma de computação distribuída na qual um “supercomputador virtual” é composto de muitos computadores fracamente acoplados conectados em rede agindo em conjunto para executar tarefas muito grandes. Essa tecnologia tem sido aplicada a problemas científicos, matemáticos e acadêmicos computacionalmente intensivos por meio da computação voluntária e é usada em empresas comerciais para diversas aplicações, como descoberta de medicamentos, previsão econômica, análise sísmica e processamento de dados de back office em suporte a e-commerces e serviços da Web.

Computação “distribuída” ou “grid” em geral é um tipo especial de computação paralela que depende de computadores completos (com CPUs, armazenamento, fontes de alimentação, interfaces de rede, etc.) conectados a uma rede (privada, pública ou Internet ). por uma interface de rede convencional produzindo hardware de commodity, em comparação com a menor eficiência de projetar e construir um pequeno número de supercomputadores personalizados. A principal desvantagem do desempenho é que os vários processadores e áreas de armazenamento locais não possuem conexões de alta velocidade. Esse arranjo é, portanto, adequado para aplicações nas quais múltiplos cálculos paralelos podem ocorrer independentemente, sem a necessidade de comunicar resultados intermediários entre processadores. A escalabilidade das redes geograficamente dispersas é geralmente favorável, devido à baixa necessidade de conectividade entre nós em relação à capacidade da Internet pública. [ citação necessário ]

Um recurso das grades distribuídas é que elas podem ser formadas a partir de recursos computacionais pertencentes a um ou mais indivíduos ou organizações (conhecidos como vários domínios administrativos ). Isso pode facilitar as transações comerciais, como na computação utilitária , ou facilitar a montagem de redes de computação voluntárias . Uma desvantagem desse recurso é que os computadores que estão realmente realizando os cálculos podem não ser totalmente confiáveis. Os projetistas do sistema devem, portanto, introduzir medidas para evitar que maus funcionamentos ou participantes mal-intencionados produzam resultados falsos, enganosos ou errôneos, além de usar o sistema como um vetor de ataque. Isso geralmente envolve a atribuição aleatória de trabalho a nós diferentes (presumivelmente com proprietários diferentes) e a verificação de que pelo menos dois nós diferentes relatam a mesma resposta para uma determinada unidade de trabalho. Discrepâncias identificariam nós mal-funcionais e maliciosos. No entanto, devido à falta de controle central sobre o hardware, não há como garantir que os nós não caiam fora da rede em momentos aleatórios. Alguns nós (como laptops ou clientes de Internet dial-up ) também podem estar disponíveis para computação, mas não para comunicações de rede por períodos imprevisíveis. Essas variações podem ser acomodadas pela atribuição de grandes unidades de trabalho (reduzindo assim a necessidade de conectividade de rede contínua) e pela reatribuição de unidades de trabalho quando um determinado nó falha ao relatar seus resultados no tempo esperado.

Para a segmentação do mercado de computação em grade, duas perspectivas precisam ser consideradas: o lado do provedor e o lado do usuário:

Captura de CPU, eliminação de ciclos ou computação compartilhada cria uma “grade” a partir dos recursos não utilizados em uma rede de participantes (seja mundial ou interna a uma organização). Normalmente, essa técnica usa ciclos de instrução de um computador de mesa que seriam desperdiçados à noite, durante o almoço ou até mesmo nos segundos espalhados ao longo do dia, quando o computador está aguardando a entrada do usuário em dispositivos relativamente rápidos. Na prática, os computadores participantes também doam alguma quantia de suporte de espaço de armazenamento em disco, RAM e largura de banda de rede, além da energia bruta da CPU.[ citação necessário ] Muitos projetos de computação voluntários , como o BOINC , usam o modelo de limpeza da CPU. Como os nós tendem a ficar "off-line" de tempos em tempos, como seus proprietários usam seus recursos para sua finalidade principal, esse modelo deve ser projetado para lidar com tais contingências.

Milhares de físicos em todo o mundo quereram aceder aos dados do grande colisor de hádrons (LHC) para os analisar, e o CERN decidiu construir uma infraestrutura distribuída para armazenar e tratar o astronómico fluxo de dados (25 petabytes = 25 milhões de gigabytes) gerados anualmente pelas experiências do LHC. Assim nasceu a WLCG sigla inglesa de Worldwide LHC Computing Grid.

Nos anos 90 uma nova infraestrutura de computação distribuída foi proposta visando auxiliar atividades de pesquisa e desenvolvimento científico. Vários modelos desta infra-estrutura foram especificados, dentre elas, a tecnologia em grade, em analogia às Redes Elétricas (power grids), se propõe em apresentar ao usuário como um computador virtual, a VPN, mascarando toda a infra-estrutura distribuída, assim como a rede elétrica para uma pessoa que utiliza uma tomada sem saber como a energia chega a ela. Seu objetivo era casar tecnologias heterogêneas (e muitas vezes geograficamente dispersas) formando um sistema robusto, dinâmico e escalável onde se pudesse compartilhar processamento, espaço de armazenamento, dados, aplicações, dispositivos, entre outros. Foi o caso do SETI@home ou a dos cálculos para a fesabilidade do LHC do Cern com o LHC@home plataforma que com ajuda dos computadores pessoais ligados fora das horas de trabalho permitem ter muito poder de cálculo com pouca transferência de dados, e isso desde 2009.

Em si mesmo a computação em grade nasceu em setembro de 1997 aquando de uma reunião no Laboratório Nacional de Argonne sobre o tema "Construir uma grade de cálculo". Em 1998, Ian Foster, desse mesmo laboratório, e Carl Kesselman, da Universidade de Califórnia em Los Angeles (UCLA), publicaram um trabalho chamado A grade: plano para nova estrutura de cálculo - o que hoje é conhecido como a bíblia da grade. Por seu lado Ian Foster já havia participado no projeto I-WAY e o duo Foster-Kesselman tinham publicado em 1997 um artigo intitulado Globus: uma caixa de ferramenta para infraestrutura meta-informática fazendo assim referência direta a Globus e ao seu predecessor, a meta-informatica.

Os antecedentes das atuais grades de cálculo foram utilizados há muito tempo pela SUN, com a "SUN Grid Engine", ou pela Hewlett Packard, com a "HPC utilities", nomeadamente para:

No meio científico já pode-se encontrar várias grades em funcionamento espalhados por vários países, muitos sendo projetos multi-institucionais. Como exemplos tem-se: Ciclos de processamento são os recursos compartilhados neste tipo. Existem três formas de explorar os recursos computacionais em um grade: ● executar uma aplicação em qualquer máquina disponível do grade, independentemente de onde esteja localizada; ● quebrar o aplicativo em partes menores para que estas possam ser executadas paralelamente através do grade; ● executar uma tarefa que precisa rodar várias vezes em diferentes máquinas do grade. Este tipo de grade tem como principal funcionalidade prover serviços de comunicação tolerantes a falhas e com alta performance. Máquinas com conexões ociosas podem ser utilizadas para enviar porções de dados ou prover redundância nas transmissões O espaço de armazenamento disponível em cada máquina é compartilhado pelo grade. Desta forma aumenta a capacidade de armazenamento como um todo, além de aumentar a