Computación Grid

Introducción

La tecnología actual, y principalmente la informática, ha contribuido de forma única a la resolución de millones de problemas en diferentes ámbitos y disciplinas, constituyendo hoy en día el motor de procesamiento y fuente de recursos absolutamente imprescindible.

Figura 1

Una organización real puede participar en una o más OVs compartiendo algunos o todos sus recursos. Se muestran tres organizaciones reales (los círculos de puntos) y dos OVs (conformadas por los recursos compartidos en cada caso). Las políticas que controlan el acceso a los recursos varían de acuerdo a las organizaciones reales, los recursos y las OVs involucradas. Nótese que existen recursos que componen una o más OVs y otros que no se comparten.

¿Qué es Grid system?

La tecnología GRID se refiere a un conjunto heterogéneo de redes avanzadas, ordenadores, dispositivos de almacenamiento, de visualización e instrumentos científicos, que permite gestionar y distribuir la potencia de cálculo disponible sumando la de todos los ordenadores conectados. Los usuarios individuales se benefician de la potencia de los dispositivos , a veces dedicados y otras infrautilizados, que les ofrecerán sus recursos y les permitirán acceder a un superordenador virtual.

GRID debe su nombre al hecho de que construye un escenario informático ideal en el que los ciclos de baja actividad CPU y espacio de almacenamiento de millones de sistemas informáticos distribuidos a lo largo y ancho de una red mundial, funcionen como una reserva. Este fondo común será aprovechado por quien quiera que necesite, en un momento dado, potencia de cálculo o almacenamiento de una forma muy similar a cómo las compañías eléctricas y usuarios comparten la red eléctrica. El término GRID viene de hecho de una analogía con el nombre que se le da a la red eléctrica norteamericana, en la medida en que el concepto se pretende extender a Internet para ofrecer capacidad de proceso a la que “enchufarse” de la misma forma que la red eléctrica ofrece energía

Estos recursos se distribuyen en la red de forma transparente pero guardando unas pautas de seguridad y políticas de gestión de carácter tanto técnico como económico. Así pues, su objetivo será el de compartir una serie de recursos en la red de manera uniforme, segura, transparente, eficiente y fiable, ofreciendo un único punto de acceso a un conjunto de recursos distribuidos geográficamente en diferentes dominios de administración. Esto nos puede llevar a pensar que la computación Grid permite la creación de empresas virtuales. Es importante saber que una grid es un conjunto de maquinas distribuidas que ayudan a mejorar el trabajo sobre software pesados.

Historia

En los años 80, los protocolos intranet nos permitieron enlazar dos ordenadores y la red Internet estalló. En los años 90, el protocolo de transferencia de hipertextos nos permitía enlazar dos documentos, y una enorme biblioteca tipo "centro comercial" llamado el World Wide Web (la Red) estalló. Ahora, los llamados protocolos grid nos podrán enlazar casi cualquier cosa: bases de datos, herramientas de simulación y visualización y hasta la potencia grandísima, enorme, de los ordenadores en sí. Y puede ser que pronto nos encontremos en medio de la explosión más grande hasta la fecha.

Según Ian Foster de Argonne National Laboratory, "avanzamos hacía un futuro en el que la ubicación de recursos informáticos no importa". Se ha desarrollado el Globos Toolkit, una implementación "open-source de protocolos grid" que se ha convertido en un tipo estandarizado. Este tipo de protocolos pretenden aportar a las maquinas domésticas y de oficinas la capacidad de alcanzar el ciberespacio, encontrar los recursos que sean, y construirles en vivo en las aplicaciones que les hagan falta. La computación, el código abierto, de nuevo en alza.

Características

• Capacidad de balanceo de sistemas: no habría necesidad de calcular la capacidad de los sistemas en función de los picos de trabajo, ya que la capacidad se puede reasignar desde la granja de recursos a donde se necesite.



• Alta disponibilidad: con la nueva funcionalidad, si un servidor falla, se reasignan los servicios en los servidores restantes.



• Reducción de costes: con esta arquitectura los servicios son gestionados por "granjas de recursos". Ya no es necesario disponer de "grandes servidores" y podremos hacer uso de componentes de bajo coste. Cada sistema puede ser configurado siguiendo el mismo patrón

Se relaciona el concepto de grid con la nueva generación de Internet. El nuevo protocolo de Internet IPv6 permitirá trabajar con una Internet más rápida y accesible. Una de las ideas clave en la superación de las limitaciones actuales de Internet IPv4 es la aparición de nuevos niveles de servicio que harán uso de la nueva capacidad de la red para intercomunicar los ordenadores.
Este avance en la comunicación permitirá el avance de las ideas de grid computing al utilizar como soporte la altísima conectividad de Internet. Es por ello que uno de los campos de mayor innovación en el uso del grid computing, fuera de los conceptos de supercomputación, es el desarrollo de un estándar para definir los Grid Services frente a los actuales Web Services.

Desventajas

No obstante, la computación grid presenta algunos inconvenientes que deben solucionarse. Estos problemas son:

• Recursos heterogéneos: la computación grid debe ser capaz de poder manejar cualquier tipo de recurso que maneje el sistema, si no resultará totalmente inútil.



• Descubrimiento, selección, reserva, asignación, gestión y monitorización de recursos son procesos que deben controlarse externamente y que influyen en el funcionamiento del grid.


• Necesidad de desarrollo de aplicaciones para manejar el grid, así como desarrollo de modelos eficientes de uso.
  
• Comunicación lenta y no uniforme.


• Organizativos: dominios de administración, modelo de explotación y costes, política de seguridad...


• Económicos: precio de los recursos, oferta/demanda...

Ventajas y requisitos

En definitiva, grid supone un avance respecto a la World Wide Web:

El World Wide Web proporciona un acceso transparente a información que está almacenada en millones de ordenadores repartidos por todo el mundo. Frente a ello, el grid es una infraestructura nueva que proporciona acceso transparente a potencia de cálculo y capacidad de almacenamiento distribuida por una organización o por todo el mundo.

Los requisitos que debe cumplir cualquier grid son:

Los datos deben compartirse entre miles de usuarios con intereses distintos. Se deben enlazar los centros principales de supercomputación, no sólo los PC. Se debe asegurar que los datos sean accesibles en cualquier lugar y en cualquier momento. Debe armonizar las distintas políticas de gestión de muchos centros diferentes. Debe proporcionar seguridad.

Y los beneficios que se obtienen:

• Proporciona un mecanismo de colaboración transparente entre grupos dispersos, tanto científicos como comerciales.


• Posibilita el funcionamiento de aplicaciones a gran escala.
  
• Facilita el acceso a recursos distribuidos desde nuestros PC.

Todos estos objetivos y beneficios se engloban en la idea de "e-Ciencia".

Estos beneficios tendrán repercusión en muchos campos:

• Medicina (imágenes, diagnosis y tratamiento).


• Bioinformática (estudios en genómica y proteómica).


• Nanotecnología (diseño de nuevos materiales a escala molecular).


• Ingeniería (diseño, simulación, análisis de fallos y acceso remoto a instrumentos de control).


• Recursos naturales y medio ambiente (previsión meteorológica, observación
  del planeta, modelos y predicción de sistemas complejos).

Aplicaciones de la computación GRID al e-learning

Algunas de las más destacadas fueron:

• Pobre interoperabilidad entre los sistemas de aprendizaje TIC, debido a la ausencia de estándares suficientemente implantados en representación de datos (materiales de aprendizaje) y el uso de sistemas propietarios.
• Dificultad en adoptar sistemas avanzados de aprendizaje, p.ej. los que están basados en la experiencia (aprender haciendo). Estos nuevos enfoques pedagógicos son muy interactivos y están basados en un uso muy rico de multimedia (visualización, simulación, realidad virtual, etc.).

Entre los obstáculos más relevantes se cuenta la falta de un acceso transparente a herramientas sofisticadas y grandes repositorios de datos estructurados, debilidad en la estructura de red y ancho de banda, y pobre integración del software y cooperación sobre Web.

La tecnología GRID contempla como uno de sus elementos básicos el compartir recursos heterogéneos en red. En el caso del e-learning, estos podrían ser de varios tipos, como por ejemplo: Un sistema LMS (Learning Management System).

• Repositorios de contenidos formativos diversos
• Sistemas de personalización de materiales formativos
• Servicios que demanden grandes recursos de cálculo
• Todos estos recursos se usan de forma concurrente por un número elevado de participantes (educadores, estudiantes, etc.) en una comunidad educativa.

La infraestructura GRID, a través del uso cooperativo de computación distribuida y recursos educativos dentro de un entorno único de e-learning presenta un campo de investigación muy interesante. Tal infraestructura permitiría la elección de métodos pedagógicos, contenidos multimedia, soluciones tecnológicas innovadoras, además de plantear innovadoras estrategias de aprendizaje que satisfagan las demandas de formación continua en contenidos específicos.

Conclusión

La tecnología derivada del grid abre un enorme abanico de posibilidades para el desarrollo de aplicaciones en muchos sectores. Por ejemplo: desarrollo científico y tecnológico, educación, sanidad, y administración pública.

Con la GRID solicitas poder de cómputo o capacidad de almacenaje y lo obtienes, pagando por lo que recibes.

Los recursos computacionales remotos son accesibles desde distintas plataformas, escritorio, móviles, siempre accediendo desde tu navegador.

Podríamos decir que un comienzo de todo esto es el e-mail y la world wide web, proveyendo modos básicos de trabajo en conjunto, pero lógicamente no logrando crear una entidad virtual que vincule y comparta datos, computadores, sensores y demás recursos.

La Grid Computing Information Centre definen así; “tipo de sistema paralelo y distribuido que permite compartir, seleccionar y reunir recursos ‘autónomos’ geográficamente distribuidos en forma dinámica y en tiempo de ejecución, dependiendo de su disponibilidad, capacidad, desempeño, costo y calidad de servicio requerida por sus usuarios” .