Author: Rene Buest

Die Charakteristiken von Computercluster sind das Bereitstellen von reiner Rechnerleistung in einem lokalen begrenzten Bereich. Die nächste Herausforderung bestand also darin, die Rechenleistung nicht nur lokal, sondern auch global verfügbar zu machen und neben der Rechenleistung z.B. auch Daten und Applikationen bereitzustellen.

Mitte der 1990er wurde der Begriff des Metacomputing als Möglichkeit zur Erweiterung von Paralleler Datenverarbeitung und Custer Computing eingeführt. Die Idee bestand darin, große Computersysteme über WAN-Leitungen (Wide Area Network) miteinander zu verbinden. Im Jahr 1997 wurden erstmals zwei Supercomputer des High Performance Computing Center Stuttgart (HLRS) und des Pittsburgh Supercomputing Centre (PSC) miteinander verbunden. Trotz der Verfügbarkeit von hohen Bandbreiten innerhalb der nationalen und internationalen Forschungsnetzwerke scheiterte das Experiment auf Grund der Latenz.

Das Metacomputing bezieht sich aber lediglich nur auf Computer (Rechenleistung) im Allgemeinen. Ian Foster und Carl Kesselman stellten im Jahre 1999 ein neues erweitertes Konzept mit dem Namen Grid Computing vor, das neben Computer auch andere Arten von (IT-)Ressourcen wie Software, Datenbanken, Rechenleistung, Speicherplatz oder spezielle Hardware beinhalten und miteiander vernetzen kann. Der Begriff des Grid wird abgeleitet aus dem englischen Wort Electrical Power Grid (Deutsch: Stromnetz), dessen Idee darin besteht, die Ressourcen den Benutzern so zur Verfügung zu stellen, als wenn sie den Strom aus der Steckdose bekommen würden. Dabei verfügt das Grid über standardisierte Schnittstellen, über die der Benutzer seine Anfragen übermitteln kann und ihm die Ressourcen dann automatisiert zugeteilt werden. Die Ressourcen sind dabei über das Internet verteilt und können unterschiedlichen ’virtuellen’ Organisationen angehören. Anhand der Schnittstellen kann der Status der Ressourcen abgefragt und diese direkt angesprochen werden. Ein entscheidender Vorteil liegt darin, dass der geographische Ort an dem sich die Ressource befindet nicht mehr von Bedeutung ist – siehe Graphik. Auf Grund des beliebigen und weltweiten Zugriffs auf Ressourcen über das Internet gilt das Grid als Generalisierung des World Wide Web. Davon abgeleitet steht die Technologie des Grid Computing somit als die Basistechnologie für die Koordination und Verarbeitung organisationsübergreifender Geschäftsprozesse und den gemeinschaftlichen Austausch und die Nutzung von Ressourcen.

Das entscheidende Ziel des Grid Computings bestand also darin, Ressourcen gemeinschaftlich global zu nutzen sowie diese zu koordinieren und darüber hinaus gemeinsam Probleme institutionsübergreifend in dynamischen virtuellen Organisationen zu lösen. Genauer bedeutet dies, dass zu Beginn Formalitäten wie das Abrechnungsschema und die Zugangsrechte geklärt werden und anschließend der Zugriff auf die Ressourcen wie z.B. Rechnerleistung oder Anwendungen für die gemeinschaftliche Nutzung bereitgestellt werden. Der Begriff der virtuellen Organisation beschreibt in diesem Fall eine dynamische Allianz von Organisationen, die ein gemeinsames Interesse während der Nutzung des Grids vertreten.

Arten von Grid Computing

Je nachdem wie die Ressourcen miteinander vernetzt sind und um was für ein Anwendungsszenario es sich handelt, können Grids in unterschiedliche Arten unterteilt werden. Nachfolgend werden fünf unterschiedliche Arten betrachtet.

• Compute Grids
  Compute Grids werden verwendet um einem Benutzer Rechnerleistung bzw. Rechnerkapazität, die ihm in seiner eigenen Umgebung nicht zur Verfügung stehen, verteilt bereitzustellen. Das Bereitstellen kann hierbei eine derzeit nicht verwendete Ressource – z.B. eine Workstation außerhalb der Geschäftszeiten sein, oder aber auch ein Hochleistungclustersystem.
• Data Grids
  Data Grids werden eingesetzt um große verteilte Datenmengen gemeinsam zu Nutzen und diese zu verarbeiten. Dabei wird eine sogenannte Data-Federation, eine organisationübergreifende Sicht auf alle Daten, die beispielsweise einem Projekt zugewiesen sind, definiert. Bei so einer Data-Federation handelt es sich um ein dezentral verwaltetes System, bei dem derjenige, der die Daten in dieser Umgebung zur Verfügung stellt auch die uneingeschränkte Kontrolle über diese Daten behält.
• Application Grids
  Application Grids waren der erste Ansatz um virtuelle Organisationen zu etablieren und damit die organisationsübergreifende gemeinsame Nutzung von Ressourcen voranzutreiben. Die Betreiber der Grids sollten dadurch eine höhere Auslastung und die Benutzer ein besseres Angebot erfahren. Themen, die innerhalb dieses Grids auftreten, sind sichere und schnelle Datenverbindungen, Authentifikationen, Authorisierungen und Single-Sign-On sowie Accounting und Abbrechnungsmöglichkeiten.
• Resource Grids
  Resource Grids sind die Erweiterung der Application Grids. Diese definieren ein Rollenmodell, in dem eindeutig zwischen einem Grid Benutzer, einem Grid Provider und einem Resource Provider unterschieden wird. Die Hierarchie ist logisch geordnert. Ein Grid Benutzer verwendet die Grid Infrastruktur des Grid Provider um die dort vorhandenen Ressourcen des Resource Providers zu nutzen. Für den Grid Benutzer unterscheidet sich die Funktionalität des Application- und des Resource Grids nicht. Das Konzept der beiden hat aber einen gravierenden Unterschied. Application Grids werden vertikal integriert, was bedeutet dass der Bedarf an Fremdleistungen sehr gering gehalten wird und die Komponenten individuell hinzugefügt werden. Dagegen müssen bei einem Resource Grid alle Schnittstellen definiert und offen gelegt werden, da jeder Ressource Provider über die Spezifikation der Grid Infrastruktur des Grid Providers informiert sein muss um dort ggf. seine Ressourcen anbieten zu können.
• Service Grids
  Ein Service Grid verbindet das Konzept der Serviceorientierung mit der Technik der Resource Grids. Ein Service wird in diesem Zusammenhang als ein Bündel von mehreren Komponenten betrachtet, von dem jede einzelne Komponente wiederum als Utility von einem anderen Resource Provider zur Verfügung gestellt wird. In dieser Form des Grids existiert eine übergeordnete Form des Grid Providers, der so genannte Grid Service Provider, der im direkten Kontakt mit den Grid Benutzern steht und ihnen einen Komplettservice anbietet. Das bedeutet, dass der Grid Benutzer nicht darüber informiert ist, welcher Resource Provider ihm welche Ressource bereitstellt.