Технологии

Система выполнения массовых запросов на множестве распределённых реляционных баз данных

В.Н. Коваленко, Е.И. Коваленко, А.Ю. Куликов
В работе излагаются основные положения подхода к разработке программных средств для выполнения массовых распределённых поисковых запросов. Под распределённым понимается запрос, который выполняет поиск и доставку данных из множества пространственно распределённых автономных баз данных. В отличие от известных подходов, рассматривается выполнение запросов над большим количеством баз данных (десятки), поэтому запрос охарактеризован как массовый.

Проведение оптимизационных расчётов для магнитного компрессора с использованием грида персональных компьютеров, управляемых системой SARD

П.С. Березовский, А.С. Родин
В работе рассмотрена проблема оптимизации выходного импульса тока в магнитном компрессоре, работа которого основана на сжатии магнитного поля пластинчатым лайнером. На основе построенных математических и численных моделей работы компрессора проведено несколько серий вычислительных экспериментов, в которых варьировались различные входные параметры системы.
Применение грид-технологий для поддержки вычислительного процесса позволило в несколько раз сократить время моделирования путём использования периодов простоя (или незанятых ресурсов) персональных компьютеров. Представлены результаты вычислительных экспериментов и проведён их анализ.

Healthgrid Белая книга

Винсент Бретон, Кевин Дин и Тони Соломонидес, редакторы по поручению создателей Белой книги Healthgrid’а
Замечания публикаторов. Мы начинаем публикацию перевода Белой книги Healthgrid'а, посвященной проблемам и возможностям использования грид-технологий в здравоохранении. Перевод выполнен специалистами в области информационных- и грид-технологий, но хотим оговориться, что переводчики недостаточно компетентны в области медицины, биологии и генетики. Поэтому данную публикацию нужно рассматривать как первую версию перевода, которая, несомненно, потребует поправок со стороны медиков, биологов и генетиков. Все поправки будут с благодарностью приняты и учтены в следующих версиях перевода. Публикацию данной версии мы считаем целесообразной ввиду актуальности затрагиваемых в ней вопросов.



Контактный адрес:
E-mail: zusman@keldysh.ru
Зусман Ирена Харитоновна



Аннотация

В течение последних четырех лет в сообществе исследователей, работающих над грид-технологиями и технологиями высокопроизводительного компьютинга, велись дискуссии о препятствиях, с которыми столкнутся грид-технологии в области здравоохранения, и возможностях, предоставляемых ими для разработки медицинских приложений. Итогом дискуссий стала первая конференция по Healthgrid’у, прошедшая в Лионе, Франция, 16-17 января 2003 года. Конференция должна была расширить представления участников о возможностях и преимуществах применения грид-технологий для создания европейской / международной грид-инфраструктуры для здравоохранения.

Вопросы, обсуждавшиеся на этой конференции, сошлись с позицией отделения Еврокомиссии по е-здравоохранению, чьим предписанием, принятым на встрече в Лиссабоне, было "Создать интеллектуальную среду, которая сделает возможным повсеместное наблюдение за состоянием здоровья граждан и поможет профессионалам здравоохранения справиться с некоторыми главными проблемами, учитывать факторы риска и вводить в клиническую практику новые медицинские знания". В этом контексте понятие "Охрана здоровья" включает не только клинические процедуры, но работу со всем спектром информации – от молекулярного уровня (генетическая и протеомическая информация), затрагивающего клетки и ткани, до уровня отдельного человека и населения в целом (социальное здравоохранение). Грид-технологии предлагают возможность создания общей работоспособной основы для всех различных членов этого большого "семейства охраны здоровья" и должны привести к расширению знаний и взаимодействию различных дисциплин.

Следствием первой конференции по HealthGrid’у было создание HealthGrid-ассоциации, некоммерческой исследовательской организации, юридически зарегистрированной во Франции, но включающей широкий круг исследователей и институтов, объединяющих опыт создания гридов для здравоохранения.

После второй конференции, прошедшей в Клермон-Ферране 29-30 января 2004 года, возникла потребность в создании "Белой книги", отражающей текущее состояние дел и будущее гридов для здравоохранения. В подготовке этого документа приняли участие свыше пятидесяти экспертов из разных областей грид-технологий, приложений е-здравоохранения и медицины.

Оглавление

1. ОТ ГРИДА К HEALTHGRID’у: ПЛАНЫ И ТРЕБОВАНИЯ

2. СОЗДАНИЕ УБЕДИТЕЛЬНОГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ДЛЯ HEALTHGRID'а

3. МЕДИЦИНСКИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ И ИХ ОБРАБОТКА

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

5. ПРИМЕНЕНИЕ ГРИДА В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ R&D: ФАРМАГРИДЫ

6. ГРИДЫ ДЛЯ ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

7. ГЕНОМНАЯ МЕДИЦИНА И ГРИД-КОМПЬЮТИНГ

8. ВОПРОСЫ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ И ЭТИКИ В HEALTHGRID’е

9. HEALTHGRID С ПРАВОВОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

Состав и функции системы диспетчеризации заданий в гриде с некластеризованными ресурсами

П.С.Березовский, В.Н.Коваленко
На сегодняшний день известен ряд систем для организации вычислений на множестве пространственно распределённых компьютеров путём занятия процессорного времени, которое не используется их владельцами. Каждая из них внесла вклад в развитие методов распределённого компьютинга. В то же время, ни одна из рассмотренных систем не решает всех задач, существенных для создания полноценных грид-инфрастуктур. В работе определены требования к программному обеспечению грида с формой организации ресурсов, которая не предполагает кластеризацию компьютеров, и предложена архитектура системы диспетчеризации заданий.

Управление параллельными заданиями в гриде с неотчуждаемыми ресурсами

В.Н. Коваленко, Е.И. Коваленко, Д.А. Корягин, Д.А. Семячкин
Задача управления параллельными заданиями много раз решалась для ближайшего аналога грида — кластерных систем, однако в условиях грида она усложняется, и для её решения требуются новые подходы. Основная трудность состоит в необходимости накопления и затем гарантированного синхронного выделения ресурсов в нескольких кластерах (коаллокация ресурсов). В настоящей работе предлагается решение этой задачи с помощью метода опережающего планирования, разработанного для практически важной формы организации грида с неотчуждаемыми ресурсами, когда они не выделяются в грид полностью, а используются в режиме разделения с их владельцами.

Новейшие информационные ГРИД-технологии в электронной медицине

А.М.Ходжибаев, профессор, первый зам. министра здравоохранения Узбекистана; Ф.Т.Адылова, зав. лабораторией, Институт информатики Академии Наук Республики Узбекистан
Инновационным использованием появляющихся информационных технологий в здравоохранении являются Грид-технологии (Health-Grid). Обзор представляет основные понятия грид-медицины, грид-технологий и акцентирует внимание на областях их применения. Это создание и обработка медицинских изображений, моделирование тела человека для планирования терапии различного назначения, фармацевтическая наука и практика, эпидемиологические исследования, медицинская генетика, бизнес в медицине.

Комплексное программное обеспечение грида вычислительного типа

В.Н.Коваленко
Появление развитого программного обеспечения, реализующего подход грид, способствовало возникновению вычислительных инфраструктур, которые объединяют пространственно распределенные (в мировом масштабе) компьютерные установки. Ресурсы таких инфраструктур используются совместно большими коллективами специалистов различных областей науки. Работа посвящена анализу наиболее полной формы современного программного обеспечения грида – программных платформ. Рассмотрены: формы пользовательской деятельности с распределенными компьютерными, файловыми и информационными ресурсами; программные методы интеграции ресурсов; технологии поддержки функционирования грида и виртуальных организаций. Результаты выполненного исследования показывают, что имеющаяся программная база грида может служить основой для массовых распределённых приложений, способных комплексно обслуживать профессиональную деятельность в сферах производства, бизнеса и управления.

Перспективы развития грида: распределенные приложения

Коваленко В.Н., Коваленко Е.И., Корягин Д.А., Любимский Э.З.
Рассматривается программное обеспечение современных гридов. Показывается, что оно имеет потенциал для эффективного применения в более широкой области, чем чисто счетные приложения, и определяются возможные способы освоения этого потенциала.

Управление параллельными заданиями в грид с помощью метода опережающего планирования

Коваленко В.Н., Семячкин Д.А.
Рассматривается решение задачи управления параллельными заданиями в грид с помощью метода опережающего планирования, дается формальная постановка задачи коаллокации. Показывается, что алгоритм обратного заполнения Backfill, применяемый в локальных системах для подбора ресурсов для параллельных заданий, не дает линейных оценок сложности от количества слотов. Основной результат работы — построение алгоритма с такой сложностью.

Способ построения грид из некластеризованных ресурсов

Березовский П.С., Коваленко В.Н.
Наибольшее распространение получил метод построения грид-инфраструктур из находящихся в разных точках сети кластерных узлов, однако помимо кластеров имеются вычислительные ресурсы – ПК, серверы приложений и т.д., суммарная производительность которых во много раз превосходит производительность самого мощного суперкомпьютера. В статье описываются принципы построения системы диспетчеризации, осуществляющей распределение заданий в гриде с некластеризованными неотчуждаемыми ресурсами.

Распределенный компьютинг и грид

В.Н Коваленко, Д.А. Корягин
Статья посвящена оценке современного состояния распределенного компьютинга.

Технологии грид

Рассматривается развитие концепции распределенного компьютинга и ее современное состояние, а также деятельность ИПМ им. М.В.Келдыша РАН в этой области за прошедшие годы. Первый том сборника содержит статьи, посвященные концепции, архитектуре и технологиям грид, написанные сотрудниками ИПМ РАН начиная с 1999 года. Второй том сборника состоит из выполненных сотрудниками ИПМ им. Келдыша РАН переводов статей ведущих зарубежных специалистов. В статьях обсуждаются наиболее важные понятия, архитектурные и технологические принципы грид, на основе которых разрабатываются стандарты в этой области и реализуется базовое программное обеспечение.

Метакомпьютинг: прошлое, настоящее и будущее

А.В.Родин, А.В.Кареева
Идея формирования "компьютерных коммунальных услуг" появилась еще в 60-е годы. В статье "Что такое грид? Три критерия" Ян Фостер приводит высказывание Лена Клейнрока, датируемое 1969 годом: "Вероятно, мы скоро увидим распространение "компьютерных коммунальных услуг", которые, подобно электричеству и телефону, придут в дома и офисы по всей стране"

Метод опережающего планирования для грид

В.Н.Коваленко, Е.И.Коваленко, Д.А.Корягин, Э.З.Любимский
В работе предлагается метод планирования распределения ресурсов между вычислительными заданиями для практически важной формы организации грид, когда ресурсы не отдаются в грид полностью, а используются в разделяемом с их владельцами режиме. Особенностью этого метода, названного опережающим планированием, является то, что ресурсы распределяются не в момент их освобождения, а строится план их использования на некоторый период времени. Благодаря этому, планирование в условиях разделения ресурсов с владельцами обладает свойством детерминированности – выполнение плана обеспечивается путем предварительного резервирования ресурсов. Свойство детерминированности делает метод опережающего планирования пригодным для обслуживания многопроцессорных заданий.

Параллельные или распределенные вычислительные системы?

А.В. Родин, В.Л. Бурцев
На сегодняшний день существуют различные типы распределенных вычислительных систем. В данной статье приведена классификация такого рода систем, а также показана разница между терминами «распределенные вычислительные системы» и «параллельные вычислительные системы».

Классификации распределенных систем

А.В. Родин, В.Л. Бурцев
Распределенные системы создавались и создаются для решения конкретного вида задач. Из-за различных требований к функциональности существует большое разнообразие таких систем. Для упрощения рассмотрения распределенные системы условно подразделяются на несколько типов.

Разработка диспетчера заданий грид, основанного на опережающем планировании

В.Н. Коваленко, Е.И. Коваленко, О.Н. Шорин
В работе рассматривается реализация программного комплекса GrAS (Grid Advanced Scheduler), который выполняет задачу диспетчеризации заданий в грид. Особенностью GrAS является использование механизмов локального прогнозирования и опережающего планирования. С помощью прогноза загрузки ресурсов можно построить план эффективного распределения ресурсов таким образом, чтобы избежать перегрузки одних ресурсов во время простоя других. Опережающее планирование позволяет осуществить заблаговременную доставку входных файлов задания на освобождающийся вычислительный ресурс, что приводит к минимизации простоя ресурсов. Программная реализация GrAS поддерживает полный цикл обработки заданий и выполнена на основе Globus Toolkit 3.

Общественный компьютинг: вовлечение людей в науку

Дэвид П. Андерсон
В статье рассматривается принцип "общественного компьютинга", который обеспечивает основу для образования глобальных сообществ, концентрирующихся вокруг общих интересов и целей, заставляет общественность интересоваться текущими научными исследованиями. А в конечном итоге призван дать общественности возможность непосредственного контроля за направлениями научного прогресса.

Организация ресурсов грид

Коваленко В.Н., Корягин Д.А.
В работе рассматриваются принципы организации вычислительных ресурсов грид, а также методы и программные средства их обслуживания. Сравниваются два типа грид: наиболее распространенный двухуровневый (его поддерживает Globus Toolkit), в котором применяются кластеризованные ресурсы, и одноуровневый, поддерживаемый коммерческими продуктами нескольких компаний. Второй тип грид интересен тем, что позволяет строить ресурсную инфраструктуру из компьютеров, которые не отчуждаются от владельцев, работая на грид в периоды простоя.

Безопасность Грид-диспетчера, реализованная средствами грид-служб

Хухлаев Е.В.
Проект Грид-диспетчера – разработанной в ИПМ им. М.В.Келдыша РАН системы централизованного управления вычислительными заданиями в Грид – исходит из представления о грид как о совокупности узлов, доступных средствами инструментальной среды Globus Toolkit 3 (GT3). Описаны функциональность и архитектура Грид-диспетчера, сетевые компоненты которого реализованы средствами грид-служб GT3. Изложена система безопасности GT3 GSI, основанная на инфраструктуре открытых ключей (PKI). Рассмотрена модель безопасности Грид-диспетчера, реализуемая применением средств GT3 GSI.