Che cos'è il grid computing?
Il grid computing è un'infrastruttura di calcolo che combina risorse informatiche distribuite in diverse località geografiche per raggiungere un obiettivo comune. Tutte le risorse inutilizzate su più computer vengono aggregate e rese disponibili per un'unica attività. Le organizzazioni utilizzano il grid computing per eseguire operazioni di grandi dimensioni o risolvere problemi troppo complessi per un singolo computer.
Ad esempio, i meteorologi utilizzano il grid computing per la modellazione meteorologica. La modellazione meteorologica è un problema ad alta intensità di calcolo che comporta processi di gestione e analisi dei dati complessi. L'elaborazione di enormi quantità di dati meteorologici su un singolo computer è lenta e richiede molto tempo. Per questo motivo, i meteorologi eseguono l'analisi su un'infrastruttura di grid computing geograficamente distribuita e alla fine combinano i risultati.
Perché il grid computing è importante?
Le organizzazioni utilizzano il grid computing per vari motivi.
Efficienza
Il grid computing permette di suddividere un'operazione complessa di grandi dimensioni in più operazioni secondarie. Queste possono essere elaborate simultaneamente da molteplici computer e ciò fa del grid computing una soluzione di calcolo efficiente.
Costo
Il grid computing sfrutta l'hardware esistente, pertanto si possono riutilizzare i computer già presenti. Ciò consente un risparmio sui costi e l'accesso alle risorse di calcolo in eccesso. È inoltre possibile accedere in modo conveniente alle risorse del cloud.
Flessibilità
Il grid computing non è legato a un particolare edificio o luogo. È possibile impostare una rete di grid computing estesa a più regioni. Ciò permette ai ricercatori situati in diversi paesi di collaborare con la stessa potenza di supercalcolo.
Quali sono i casi d'uso del grid computing?
Di seguito sono riportate alcune applicazioni tipiche di grid computing.
Servizi finanziari
Gli istituti finanziari utilizzano il grid computing principalmente per risolvere problemi che comportano la gestione del rischio. Sfruttando le capacità di calcolo combinate nella griglia, possono ridurre la durata delle modifiche ai portafogli di precisione nei mercati soggetti a oscillazioni.
Videogiochi
L'industria dei videogiochi utilizza il grid computing per fornire ulteriori risorse di calcolo per gli sviluppatori. Il sistema del grid computing suddivide le operazioni di grandi dimensioni, ad esempio la creazione di design nel gioco, e le assegna a diverse macchine. Ciò si traduce in un'accelerazione dei tempi di risposta per gli sviluppatori di videogiochi.
Intrattenimento
Alcuni film prevedono effetti speciali complessi la cui creazione richiede un computer potente. I progettisti degli effetti speciali utilizzano il grid computing per accelerare la timeline di produzione. Dispongono di un software supportato dalla griglia che condivide le risorse di calcolo per il rendering delle grafiche degli effetti speciali.
Ingegneria
Gli ingegneri sfruttano il grid computing per eseguire simulazioni, creare modelli e analizzare progetti. Eseguono applicazioni specializzate su più macchine in concomitanza per elaborare volumi di dati massicci. Ad esempio, gli ingegneri si avvalgono del grid computing per ridurre la durata di una simulazione di Monte Carlo, un processo software che utilizza i dati passati per fare previsioni future.
Quali sono i componenti del grid computing?
Nel grid computing, una rete di computer coopera per eseguire una stessa operazione. Di seguito sono descritti i componenti di una rete di grid computing.
Nodi
I computer o i server in una rete di grid computing si chiamano nodi. Ogni nodo offre alla rete a griglia risorse di calcolo inutilizzate quali CPU, memoria e spazio di archiviazione. Allo stesso tempo, è possibile utilizzare i nodi per eseguire altre operazioni non correlate. Il numero di nodi nel grid computing è potenzialmente illimitato. Ne esistono tre tipi principali: nodo di controllo, nodo fornitore e nodo utente.
Middleware di griglia
Il middleware di griglia è un'applicazione software specialistica che collega le risorse di calcolo nelle operazioni di griglia con applicazioni di alto livello. Ad esempio, gestisce le richieste di ulteriore potenza di elaborazione dal sistema di grid computing.
Controlla la condivisione tra utenti delle risorse disponibili per impedire il sovraccarico della griglia. Il middleware di griglia fornisce inoltre misure di sicurezza per impedire l'uso improprio delle risorse nel grid computing.
Architettura di grid computing
L'architettura a griglia rappresenta la struttura interna dei computer di griglia. In un nodo di griglia sono ampiamente presenti i seguenti livelli:
- Il livello superiore consiste in applicazioni di alto livello, come un'applicazione destinata alla modellazione predittiva.
- Il secondo livello, detto anche middleware, gestisce e alloca le risorse richieste dalle applicazioni.
- Il terzo livello è composto dalle risorse di computer disponibili, tra cui CPU, memoria e spazio di archiviazione.
- Il livello inferiore consente al computer di connettersi a una rete di grid computing.
Come funziona il grid computing?
Nodi e middleware di griglia lavorano in sinergia per eseguire il task di grid computing. Nelle operazioni di griglia, i tre principali tipi di nodi di griglia svolgono tre ruoli distinti.
Nodo utente
Un nodo utente è un computer che richiede risorse condivise da altri computer nel grid computing. Quando il nodo utente richiede ulteriori risorse, la richiesta passa per il middleware e viene consegnata ad altri nodi nel sistema di grid computing.
Nodo fornitore
Nel grid computing, spesso i nodi possono alternarsi tra ruolo utente e ruolo fornitore.
Un nodo fornitore è un computer che condivide le sue risorse per il grid computing. Quando ricevono richieste di risorse, le macchine fornitrici eseguono operazioni secondarie per i nodi utente, ad esempio la previsione dei prezzi delle azioni per vari mercati. Al termine del processo, il middleware raccoglie e compila tutti i risultati per ottenere una previsione globale.
Nodo di controllo
Un nodo di controllo amministra la rete e gestisce l'allocazione delle risorse di grid computing. Il middleware è in esecuzione sul nodo di controllo. Quando il nodo utente richiede una risorsa, il middleware verifica quali sono le risorse disponibili e assegna l'operazione a un nodo fornitore specifico.
Quali sono i tipi di grid computing?
Il grid computing viene generalmente classificato come segue.
Griglia di calcolo
Una griglia di calcolo è costituita da computer ad alte prestazioni. Consente ai ricercatori di utilizzare la potenza di calcolo combinata dei computer. I ricercatori sfruttano il grid computing per eseguire operazioni ad alta intensità di risorse, come le simulazioni matematiche.
Griglia di scavenging
Benché simili alle griglie di calcolo, le griglie di scavenging di CPU dispongono di molti computer normali. Il termine scavenging descrive il processo di ricerca delle risorse di calcolo disponibili in una rete di computer normali. Mentre altri utenti di rete accedono ai computer per operazioni non relative alla griglia, il software della griglia sfrutta tali nodi quando sono liberi. La griglia di scavenging è anche nota come scavenging di CPU o scavenging di ciclo.
Griglia di dati
Una griglia di dati è una rete di grid computing che si connette ai diversi computer per fornire una capacità di archiviazione di dati estesa. È possibile accedere ai dati archiviati come in una macchina locale senza doversi preoccupare della posizione fisica dei dati nella griglia.
Che cos'è il calcolo distribuito?
Il calcolo distribuito si riferisce a un sistema computazionale in cui i componenti software sono condivisi da un gruppo di computer in rete. Tuttavia, gli utenti che utilizzano il software visualizzano un'unica interfaccia coerente. Un motore di ricerca Web, ad esempio, è un sistema di calcolo distribuito. Permette di creare un sito Web specifico inviando la richiesta a diversi server.
Differenze tra calcolo distribuito e grid computing
Il calcolo distribuito mira a raggiungere un unico obiettivo in un dato momento. Al contrario, il grid computing non agisce in modo coeso ma assegna le risorse nella sua rete a varie operazioni secondarie correlate. Una rete di grid computing potrebbe articolarsi in diversi sistemi di calcolo distribuito.
Che cos'è il cluster computing?
Cluster computing descrive un sistema di rete composto da computer omogenei. I computer omogenei dispongono di hardware e software identici. È possibile connetterli a una rete locale ad alta velocità per creare un cluster di computer che esegua operazioni simili. Un server centralizzato controlla e coordina le macchine.
Differenze tra cluster computing e grid computing
Il cluster computing è caratterizzato da hardware, operazioni e struttura di controllo rigidi e specifici. Il grid computing, invece, è flessibile per quanto riguarda la condivisione delle risorse. I computer in una rete a griglia funzionano in modo indipendente e non sono costretti a condividere risorse. Dispongono di un gestore di risorse che condivide le risorse inutilizzate durante il runtime.
Come funziona AWS HPC per il grid computing?
Il calcolo ad alte prestazioni (HPC) su AWS è una suite di prodotti e servizi che si possono usare per superare i limiti del calcolo convenzionale, in particolare in termini di potenza di elaborazione, configurazione di rete e gestione dei file system. Ad esempio, è possibile ridurre il tempo di elaborazione dei dati ed eseguire ricerche approfondite con i seguenti servizi:
- Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) archivia i carichi di lavoro su ambienti cloud sicuri, scalabili e ad alte prestazioni.
- Batch AWS programma e dimensiona migliaia di carichi di lavoro di calcolo nei vari servizi AWS.
- Amazon FSx per Lustre elabora set di dati massicci on demand e su vasta scala con un file system ad alte prestazioni che offre latenze inferiori al millisecondo.
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