グリッドコンピューティングの仕組み

タンパク質を研究している科学者はコンピューターにログインし、コンピューターのネットワーク全体を使用してデータを分析します。ビジネスマンは、特定の株の将来を予測するために、 PDAを通じて会社のネットワークにアクセスします。陸軍当局者は、3 つの異なる軍事ネットワーク上のコンピューター リソースにアクセスして調整し、戦闘戦略を策定します。これらのシナリオにはすべて、グリッド コンピューティングと呼ばれる概念に依存しているという共通点があります。

最も基本的なレベルでは、グリッド コンピューティングは、各コンピュータのリソースがシステム内の他のすべてのコンピュータと共有されるコンピュータ ネットワークです。処理能力、メモリ、データ ストレージはすべて、承認されたユーザーが特定のタスクに活用できるコミュニティ リソースです。グリッド コンピューティング システムは、同じオペレーティング システム上で実行される同様のコンピューターの集合のような単純なものもあれば、考えられるすべてのコンピューター プラットフォームで構成される相互ネットワーク システムのような複雑なものもあります。

グリッド コンピューティングの概念は新しいものではありません。これは特殊な種類の分散コンピューティングです。分散コンピューティングでは、同じネットワーク内の異なるコンピュータが 1 つ以上のリソースを共有します。理想的なグリッド コンピューティング システムでは、すべてのリソースが共有され、コンピューター ネットワークが強力なスーパーコンピューターに変わります。適切なユーザー インターフェイスがあれば、グリッド コンピューティング システムへのアクセスは、ローカル マシンのリソースにアクセスするのと何ら変わりません。許可されたすべてのコンピュータは、膨大な処理能力とストレージ容量にアクセスできるようになります。

このコンセプトは新しいものではありませんが、まだ完成していません。コンピューター科学者、プログラマー、エンジニアは現在も標準とプロトコルの作成、確立、実装に取り​​組んでいます。現在、既存のグリッド コンピューター システムの多くは独自のソフトウェアとツールに依存しています。信頼できる標準とプロトコルのセットに人々が同意すると、組織がグリッド コンピューティング モデルを採用するのがより簡単かつ効率的になります。

では、グリッド コンピューティング システムとは一体何でしょうか?読み続けて調べてください。

グリッドコンピューティングの概要

グリッド コンピューティング システムは、プールされたリソースの原理に基づいて動作します。あなたと数人の友人がキャンプ旅行に行くことにしたとします。あなたは大きなテントを所有しているので、他の人たちとそれを共有することを志願しました。あなたの友人の 1 人が食べ物を持ってくると申し出、もう 1 人は自分の SUV でグループ全員を連れて行くと言いました。旅に出たら、3人で知識やス​​キルを共有し、旅を楽しく快適にします。もし自分で旅行を行っていたら、必要なリソースを集めるのにもっと時間がかかり、おそらく旅行自体にもっと労力を費やす必要があったでしょう。

グリッド コンピューティング システムも同じ概念を使用しています。つまり、複数のコンピューター間で負荷を共有し、タスクをより効率的かつ迅速に完了します。さらに詳しく説明する前に、コンピューターのリソースを簡単に見てみましょう。

通常、コンピュータはそれ自体のリソースの制限内でのみ動作できます。操作を完了できる速度や保存できる情報の量には上限があります。ほとんどのコンピューターはアップグレード可能です。つまり、1 台のコンピューターにさらに電力や容量を追加することができますが、それでもパフォーマンスは段階的に向上するだけです。

グリッド コンピューティング システムは、1 台のコンピュータを使用して、システム内のすべてのコンピュータの収集された能力にアクセスして活用できるように、コンピュータ リソースをリンクします。ユーザー個人にとっては、ユーザーのコンピューターがスーパーコンピューターに変身したかのようです。

グリッド コンピューティングに関するレポートを読むと、珍しい用語や専門用語がたくさん出てきます。それはどういう意味ですか?読み続けて調べてください。

グリッドコンピューティング辞典

専門用語を知らないと、グリッド コンピューティングについて読むと非常に混乱する可能性があります。ここでは、グリッド コンピューティングについて議論するときに遭遇する可能性のある用語のいくつかを簡単にまとめます。

それでは、グリッド コンピューティング システムは正確にどのようにしてコンピューター リソースをリンクするのでしょうか?次のセクションで調べてください。

リソースの共有

いくつかの企業や組織が協力して、グリッド コンピューティング環境のセットアップを容易にするプロトコルと呼ばれる標準化されたルールのセットを作成しています。グリッド コンピューティング システムは今すぐに作成することが可能であり、すでにいくつかのシステムが存在しています。しかし、欠けているのは合意されたアプローチです。つまり、2 つの異なるグリッド コンピューティング システムは、それぞれ独自のプロトコルとツールのセットを使用して動作するため、相互に互換性がない可能性があります。

一般に、グリッド コンピューティング システムには次のものが必要です。

ミドルウェアがグリッド コンピューティング システムの主力である場合、制御ノードはディスパッチャーです。制御ノードは、ネットワーク全体でタスクに優先順位を付け、スケジュールを設定する必要があります。各タスクがアクセスできるリソースを決定するのは制御ノードの仕事です。制御ノードは、システムが過負荷になっていないことを確認するためにシステムを監視する必要もあります。ネットワークに接続している各ユーザーのコンピューターのパフォーマンスが低下しないことも重要です。グリッド コンピューティング システムは、他のすべてに影響を与えることなく、未使用のコンピューター リソースを活用する必要があります。

標準化されたプロトコルとツールについて全員が同意すれば、グリッド コンピューティング アプリケーションの可能性は無限大です。標準フォーマットがなければ、サードパーティ開発者（グリッド コンピューティング プラットフォーム上でアプリケーションを作成したい独立系プログラマ）は、さまざまなシステムで動作するアプリケーションを作成する能力に欠けていることが多いためです。異なるシステム用に同じアプリケーションの異なるバージョンを作成することは可能ですが、それには時間がかかるため、多くの開発者は同じ作業を 2 回行いたくありません。標準化されたプロトコルのセットにより、開発者はアプリケーションの作成中に 1 つの形式に集中できます。

グリッド コンピューティングに対して人々が抱いている批判や懸念にはどのようなものがありますか?読み続けて調べてください。

グリッドコンピューティングに対する懸念

2 台以上のコンピュータをリンクするときは常に、特定の質問に備える必要があります。個人情報のプライバシーをどのように保っていますか?悪意のあるハッカーからシステムをどのように保護しますか?誰がシステムにアクセスしてそのリソースを使用できるかをどのように制御しますか?ユーザーがシステムのリソースをすべて使い果たしていないことを確認するにはどうすればよいでしょうか?

この質問に対する簡単な答えはミドルウェアです。グリッド コンピューティング システムには、これらの質問に答えることができる本質的なものは何もありません。グリッド コンピューティング システム用の新しいプロトコルは、開発者がアプリケーションを簡単に作成し、コンピューター間の通信を容易にするように設計されています。

コンピュータ エンジニアがデータを保護するために使用する最も一般的な技術は暗号化です。データの暗号化とは、適切なキーを持っている人だけがデータを復号してアクセスできるように、データをエンコードすることです。皮肉なことに、ハッカーが暗号化された情報を解読する目的でグリッド コンピューティング システムを作成する可能性もあります。暗号化技術では複雑なデータのエンコードが使用されるため、通常のコンピューターではコードを解読するには数年かかります (通常、コードを解読するには、信じられないほど大きな数の最大 2 つの素約数を見つける必要があります)。十分に強力なグリッド コンピューティング システムがあれば、ハッカーは暗号化データの解読にかかる時間を短縮する方法を見つけられるかもしれません。

特にシステムがオープン スタンダードに依存している場合、ハッカーからシステムを保護することは困難です。グリッド コンピューティング システム内のすべてのコンピューターには、システム全体に接続して対話できるようにするための特定のソフトウェアが必要です。コンピューターは、それを自分で行う方法を知りません。コンピュータ システムのソフトウェアが独自のものである場合、ハッカーがシステムにアクセスするのはより困難になる可能性があります (不可能ではありません)。

ほとんどのグリッド コンピューティング システムでは、特定のユーザーのみがネットワークの全機能へのアクセスを許可されています。そうしないと、制御ノードに処理要求が殺到し、何も起こらなくなります (IT ビジネスでデッドロックと呼ばれる状況)。セキュリティ目的でアクセスを制限することも重要です。そのため、ほとんどのシステムには認可プロトコルと認証プロトコルが備わっています。これらのプロトコルは、ネットワーク アクセスを選択された数のユーザーに制限します。他のユーザーは引き続き自分のマシンにアクセスできますが、ネットワーク全体を利用することはできません。

グリッド コンピューティング システムのミドルウェアと制御ノードは、システムをスムーズに実行し続ける責任を負います。これらは連携して、各コンピューターがネットワークのリソースにどれだけアクセスできるかを制御し、またその逆も制御します。 1 台のコンピュータがネットワークを支配しないようにすることは重要ですが、ネットワーク アプリケーションが 1 台のコンピュータのすべてのリソースを占有しないようにすることも同様に重要です。システムがユーザーのコンピューティング リソースを奪う場合、それは効率的なシステムとは言えません。

現在、人々はグリッド コンピューティング システムをどのように使用していますか?読み続けて調べてください。

グリッドコンピューティングアプリケーション

グリッド コンピューティング システムはいくつかありますが、そのほとんどは真のグリッド コンピューティング システムの定義の一部にしか当てはまりません。現在運用されているシステムの多くは学術研究機関のプロジェクトが占めています。これらのシステムは、未使用のコンピュータ処理能力を利用します。このようなネットワークを表す最も正確な用語は、共有コンピューティング システムです。

Search for Extraterrestrial Intelligence ( SETI ) プロジェクトは、最も早くから世間の注目を集めたグリッド コンピューティング システムの 1 つです。 SETI プロジェクトの使命は、宇宙人との知的通信の証拠を求めて、電波望遠鏡によって収集されたデータを分析することです。 1 台のコンピューターで効果的に分析するには情報が多すぎます。 SETI プロジェクトは、 SETI@homeと呼ばれるプログラムを作成しました。これは、コンピュータをネットワーク化して代わりに仮想スーパーコンピュータを形成します。

同様のプログラムとして、スタンフォード大学化学科の非営利機関である Pande Group が運営する Folding@home プロジェクトがあります。 Pande Group はタンパク質を研究しています。この研究には、タンパク質がどのようにして折り目と呼ばれる特定の形状をとるのか、そしてそれがタンパク質の働きにどのように関係するのかが含まれます。科学者たちは、タンパク質の「ミスフォールディング」がパーキンソン病やアルツハイマー病などの病気の原因である可能性があると考えています。パンデ・グループはタンパク質を研究することで、これらの病気を治療したり、治したりする新しい方法を発見する可能性があります。

同様のアクティブなグリッド コンピューティング プロジェクトが数十件あります。これらのプロジェクトの多くは永続的ではないため、それぞれのプロジェクトの目標が達成されるとシステムは解散します。場合によっては、完了したプロジェクトの代わりに、新しい関連プロジェクトが登場する可能性があります。

これらのプロジェクトにはそれぞれ独自の特徴がありますが、一般的に、参加プロセスは同じです。参加に興味のあるユーザーは、それぞれのプロジェクトのWeb サイトからアプリケーションをダウンロードします。インストール後、アプリケーションはそれぞれのプロジェクトの制御ノードに接続します。コントロール ノードは、分析のためにデータのチャンクをユーザーのコンピューターに送信します。ソフトウェアは、未利用の CPU リソースを利用してデータを分析します。プロジェクトのソフトウェアのリソース優先度は非常に低く、ユーザーが大量の処理能力を必要とするプログラムをアクティブにする必要がある場合、プロジェクト ソフトウェアは一時的にシャットダウンします。 CPU 使用率が通常に戻ると、ソフトウェアはデータの分析を再開します。

最終的に、ユーザーのコンピュータは要求されたデータ分析を完了します。その時点で、プロジェクト ソフトウェアはデータを制御ノードに送り返し、制御ノードはそれを適切なデータベースに中継します。次に、コントロール ノードが新しいデータ チャンクをユーザーのコンピュータに送信し、このサイクルが繰り返されます。プロジェクトに十分なユーザーが集まれば、比較的短い期間で野心的な目標を達成できる可能性があります。

グリッド コンピューティング システムの洗練度が高まるにつれて、より多くの組織や企業が多用途のネットワークを構築するようになるでしょう。企業が他の企業とインターネット接続する日も来るかもしれません。その環境では、今は不可能と思われる計算問題が、数時間かかるプロジェクトに短縮される可能性があります。様子を見る必要があります。

グリッド コンピューティングと関連トピックの詳細については、次のページのリンクを参照してください。