После egi — WGI?

ПОСЛЕ EGI — WGI?1

В.П. Шириков

Статья посвящена краткому обзору истории и авторской оценке состояния реализации проектов сбора и распределенной обработки данных, основанной на использовании Грид-технологий. Особое внимание уделяется этапам реализации и областям их применений в рамках панЕвропейского проекта EGI (European Grid Initiative), а также перспектив его развития для возможной реализации проекта типа WGI (Wordlewide Grid Initiative).

Ключевые слова: обработка данных, грид-технологии.

По существу, данный обзор можно считать продолжением тех вводных, что были сделаны автором на наших конференциях в Абрау в 2004 и 2007 годах (см. [1, 2]). При этом частично используется материал, нашедший отображение в докладе [3] на юбилейной конференции по электронным библиотекам и коллекциям в 2008 году (см. [3]), а также в авторских обзорах в периодических изданиях Информационных бюллетеней ЛИТ ОИЯИ [4, 5].

Речь шла и идет о том, как и в какой степени реализуются и развиваются идеи основоположников GRID - тематики (К.Кессельмана, Я.Фостера), ставших ключевыми фигурами для объединений Globus Alliance и Globus Grid Forum, занявшихся организацией проработки и реализации систем типа Grid: их технической и программной основы , т.е. тех наборов программных средств (Globus Toolkits, GT), с помощью которых можно создавать эксплуатационные варианты систем. Исходной целью было сравняться по масштабу и общедоступности с реализацией « Всемирной информационной паутины World Wide Web», созданной на основе идей и программного задела Тима Бернерс-Ли почти 20 лет назад. К сожалению, несмотря на то, что указанные выше объединения начали разработку универсальных пакетов программой поддержки подобных структур более 10 лет назад - единой вычислительной структуры не получилось, а история как-то изложена в указанных выше обзорах. Получилось своеобразное «лоскутное одеяло» использования вычислительных ресурсов: в Европе свое, (с применением версий пакетов GT стали строить «локальные гридики» в рамках локальных сетей организаций или стран (как NorduGrid для северных стран), в Америке свое. Реализация проекта EGEE (Enabling Grids for E-sciencE), в рамках которого до 2010-го года работали в основном те, кто был связан с обработкой данных с ускорителя LHC (и не только), вынудила ответственных за программное обеспечение своих GRID-структур организовывать программные системные мосты для перехода к использованию EGEE (эта ситуация охарактеризована в обзоре [4]); возникла проблема обеспечения интероперабельности средств EGEE и Американского OSG (Open Science Grid)... Наконец, в рамках расширения возможностей EGEE и унификации его использования по крайней мере для Европейских стран была запущена реализация панЕвропейского проекта EGI (European Grid Initiative) как преемника EGEE. Целью было и укрепление общей компьютерной ресурсной базы (например, включением в состав совместно используемого странами-участницами оборудования суперкомпьютерных центров из 15 европейских стран) плюс унификация использования того программного системного обеспечения, которое необходимо для доступа

1 Статья рекомендована к публикации программным комитетом международной научной конференции «Научный сервис в сети Интернет 2011»

и использования объединенного Европейского Грид. Как указывалось в обзоре [5], всеми организационными и финансовыми вопросами занялся Совет EGI Council, куда входят и представители от России и Белоруссии: в их ответственность входит и предоставить для общего использования: например, грид-инфраструктуру RDIG (Russian Data Intensive Grid) и оборудование федерации суперкомпьютерных центров «Скиф - полигон» (в которую вошли суперкомпьютерные центры ряда университетов и институтов России).

Ситуация с расширением рамок EGI за пределы Европы (скажем, объединением с Американскими Грид- структурами и не только, что позволило бы говорить о проекте WGI (Wordwide Grid Initiative)), не очевидная, хотя, казалось бы, общей системной программной основой начала работ по созданию всех грид- структур были упомянутые выше пакеты Globus Toolkits и их развитие. Так, в статье по адресу http://x-com.parallel.ru/about.html авторами из МГУ под руководством В.В.Воеводина отмечается: «Направление создания универсальных средств по созданию глобальных полигонов, объединяющих в рамках высокоскоростных сетей значительные распределенные ресурсы — интересное, однако реальные системы крайне тяжелы в установке, администрировании и сопровождении; организация расчетов на доступных компьютерах требует привилегированных административных полномочий, многие компьютерные платформы вообще не поддерживаются, тиражирование крайне затруднено. Примером работ в этом направлении является инфраструктура EGEE... ». Правда, в рамках проекта EGI усилия по преодолению указанных трудностей предпринимаются, но все же. Для ряда прикладных задач типа той, которая описана в статье «Grids for Experimental Science: The Virtual Control Room» (см. http://www.globus.org/alliance/publications/papers/clade_submitted_corrected.pdf), авторам вполне достаточно было взаимодействия с системой Access Grid, когда для контроля и интерпретации результатов в проведении экспериментов по термоядерному синтезу на установке Токамак требовалось оперативное привлечение вычислительного ресурса...

Отдельной проблемой можно считать и проблему создания информационных систем и коллекций, которые называют «Digital Libraries» (DL) и VDL («Virtual Digital Libraries»). Речь не идет в основном о библиотеках в традиционном смысле, к этому понятию относят цифровые коллекции разного типа - например, коллекцию фотографий или снимков событий в экспериментах, дополненную средствами поиска через Web интересующей фотографии (снимка) по определенным признакам. Для реализации таких средств должна быть предварительно проведена обработка каждого элемента коллекции, что может потребовать значительных вычислительных ресурсов. В своем авторском обзорном докладе на конференции RCDL‘2008 (Десятой Всероссийской конференции по тематике электронных библиотек и коллекций) я приводил пример реализации проекта DILIGENT (Digital Library Infrastructure on Grid Enabled Technology) и его предвидевшемся развитии в последующие годы в рамках проекта D4Science (сейчас он представлен на сайте по адресу http://www.d4science.eu). Одной из первых прикладных целей проекта DILIGENT было создание сервисов для проекта SAPIR (Search in Audio Visual Content Using Peer-to-Peer IR) как части проекта Chorus, т.е. для задачи создания в интересах этих проектов нового типа представления и поиска данных, отсутствовавших в традиционно используемых поисковых системах типа Google и Yandex. Указанным проектом DILIGENT авторов

из CNR-ISTI (Пиза, Италия) заинтересовались в ЦЕРН и помогли выделением компьютерных мощностей из ресурсов EGEE для создания и формализованного описания информационных объектов: с применением сервисов «gCube on top of gLite» (см. http://www.gcube-system.org ), разработанных авторами проекта, был проведен на инфраструктуре EGEE 16-недельный прогон (data challenge) по обработке 37 млн. фотографий из on-line базы данных Flickr (известного модифицированного Web-приложения для поиска и обмена фотографиями), сгенерировано около 112 млн. текстовых и image-объектов...

Может быть, полезно еще раз вспомнить и старую статью 2002-го года «The Semantic Grid: a Future e-Science Infrastruture»

(http://www.semanticgrid.org/documents/semgrid-journal/semgrid-journal.pdf), где авторы предсказывали, что программная среда компьютеризованной науки и все Grids должны будут включать в себя трехуровневую систему сервисов:

1) Data/Computation Services, средства размещения данных и их транспортировки между обрабатывающими программами, обеспечение вычислительных и сетевых ресурсов;

2) Information Services, средства представления, запоминания и доступа к информации, управления ею;

3) Knowledge Services, средства накопления, представления, обновления, «публикации» (сетевого распространения) знаний для помощи ученому в его исследовательском процессе.

Все положения демонстрировались детальным формализованным примером цикла полной автоматизации обработки экспериментальных данных в сетевой компьютерной среде (от начала поступления данных на анализ до подведения итогов результата обработки научным сообществом) с применением конкретного перечня сервисов каждого из указанных уровней; подчеркивалась роль семиуровневой системы онтологий (аппарата формализованного представления информации) для нормального функционирования всей клиент-сервисной структуры приведенного примера.

Когда-то, комментируя эту статью в обзорном докладе на конференции «Научный сервис в сети ИНТЕРНЕТ» в 2003 году (см. [7], я отмечал следующее (на основе ее авторских определений):

Разделение понятий «информация» и «знание» сделано просто: информация -это какие-то данные и их значения, определение, смысл («данное целое число относится к температуре во время реакции», «эта строка - имя человека»), а знание -это информация, побуждающая к действию («данное значение температуры критическое, необходима остановка реакции»). Соответственно “сервис” можно определить как программный процесс реализации какого-то действия из набора служебных и прикладных программ в какой-то научной предметной области или в междисциплинарных сферах: например, сервис автоматического уведомления ученых, заинтересованных в результатах проведенной другими сервисами обработки какого-то набора данных. Агенты в этой схеме - своеобразные “брокеры” на бирже (рынке) программных услуг-сервисов, программные инициаторы процессов : агент по своей инициативе или поручению от другого агента организует поиск нужного сервиса в каком-то репозитории, сверяет полномочия поручителя с указаниями в описании сервиса, запускает сервис в работу и предпринимает какие-то действия по концу его работы. Что касается упомянутой системы онтологий (документов или файлов с метадан-

ными, которые формально определяют классы, типы и свойства объектов, понятий, терминов, а также отношения между ними за счет использования описаний свойств классов и подклассов и логических правил вывода), то в упомянутой статье отмечается, что проблемы аннотирования контента (содержания коллекций информации разных типов) и сервисов определяют необходимость порождения аппаратом онтологий следующих типов метаданных:

• Domain ontologies: описания (концептуализация) важных объектов, их свойств и отношений между ними (согласованный набор аннотаций, понятий, определений в предметной области...);

• Task ontologies: описания задач и процессов, их свойств и отношений (например, набора характеристик фаз процесса химического анализа...);

• Quality ontologies: описание атрибутов знания (например, аннотации к тому, могут ли результаты, полученные какими-то средствами, быть более эффективно получены и расширены более совершенными средствами);

• Value ontologies: характеристика тех атрибутов, которые относятся к установлению значимости (важности) контента ("стоимость” полученных в эксперименте физических данных, например);

• Argumentation ontologies: широкий набор аннотаций, имеющих отношение к описанию причин - почему контент был накоплен (например, данные с какого-то эксперимента), почему он был использован тем или иным способом, кто его одобряет или не признает...

Понятно, что в реализации такой архитектуры накопления, обработки и использования ее результатов в значительной степени замешаны и понятие семантического Grid, и понятие семантического Web... В этом смысле интересен доклад Хорошевского В.Ф. из ВЦ РАН «Онтологические модели и Semantic Web: откуда и куда мы идем?» (http://ontology.ipi.ac.ru/files/f/f0/0M2008-khoroshevskiy.ppt#1).

Должен отметить, что многие работы по рассматриваемой в обзоре тематике рассматривались на четырех международных конференциях «Распределенные вычисления и грид-технологии в науке и образовании» в ЛИТ ОИЯИ: последняя прошла в 2010 году. Тезисы (ISBN 978-5-9530-0253-0) и полные тексты докладов (ISBN 9785-9530-0269-1) опубликованы. Впрочем, скажем, полный текст работы «Mediation Based Semantic Grid» сотрудников из ИПИ РАН (соучастников реализации и развития международного проекта AstroGrid) на русском языке и сейчас доступен по адресу http://synthesis.ipi.ac.ru/synthesis/publications/10semgrid/10semgrid.pdf.

Наконец, в заключение можно продолжить разговор по модной теме, которой посвящался заключительный раздел редакторского обзора [6]: о совместном ис-

пользовании грид-технологии и технологии «облачной обработки данных» (Cloud computing). Будет ли общий всемирный грид WGI или попрежнему будет многогри-довская структура - от указанной темы не уйти. В этом смысле интересующимся можно рекомендовать материалы Европейского исследовательского консорциума по информатике и математике (ERCIM), подготовившего в октябре 2010 года специальный выпуск по этой теме (см. http://ercim-news.ercim.eu/en83), где в принципе со страницы по этому адресу можно организовать скачивание 64-х страниц общим объемом в 17 мегабайт (файл в pdf-формате).

Литература

1. ТТТириков, В.П. Программное обеспечение Grid : переоценка ценностей / В.П. Ши-риков // Научный сервис в сети Интернет: тр. Всерос. науч. конф. (20-25 сент. 2004 г., г. Новороссийск). - М., 2004. - C. 142-144.

2. Шириков, В.П. Системное обеспечение «бесшовной» структуры и средств использования «Computational/Data Grid of Grids»для разных областей деятельности: достижения, нерешенные проблемы, виды на реализацию / В.П. Шириков // Научный сервис в сети Интернет: тр. Всерос. науч. конф. (24-29 сент. 2007 г., г. Новороссийск). - М., 2007. - C. 10-13.

3. Шириков, В.П. RCDL‘1999 - RCDL‘2008: DL, VDL, Semantic WEB/GRID... / В.П. Шириков // Научный сервис в сети Интернет: решение больших задач: тр. 10 Всерос. науч. конф. (22-27 сент. 2008 г., г. Новороссийск). - М., 2008. - C. 24-27.

4. Шириков, В.П. Программное обеспечение Grid: состояние и перспекти-

вы // http://lit.jinr.ru/Inf_Bul_3/bullet.htm#_Toc98590864 (дата обращения:

10.03.2012)

5. Шириков, В.П. Обеспечение «бесшовной» структуры и

средств использования «Computational /Data Grid of Grids»// http://lit.jinr.ru/Inf_Bul_4/bullet_6.htm#_Toc190687952 (дата обращения:

10.03.2012)

6. Шириков, В.П. О новом проекте общеевропейской GRID-инфраструктуры // http://Inf_Bul_5/bullet_8.htm

7. Шириков, В.П. Как у нас с интеллектом в Web и Grid для создания полноценного научного сервиса? / В.П. Шириков // Научный сервис в сети Интернет: тр. Всерос. науч. конф. - М., 2002. - C. 33-38.

Владислав Павлович Шириков, доктор физико-математических наук, профессор, Лаборатория информационных технологий Объединенного института ядерных исследований, shirikov@jinr.ru

AFTER EGI — WGI?

V.P. Shirikov, Joint Institute for Nuclear Research

This article concerns a short review of history and author’s estimation of realization state in projects for data handling, based on use of Grid-technologies (in particular, in frames of European Grid Initiative project: EGI). Some problems are mentioned, which concern the possible WGI (Worldwide Grid Initiative project) realization.

Keywords: data handling, grid technologies.

References

1. Shirikov V.P. Programmnoe obespechenie Grid: pereocenka cennostej [Grid Software: Reappraisal]. Proceedings of the "Nauchnyj servis v seti Internet" (Novorossiysk, 2004, Sept. 20-25). P. 142-144.

2. Shirikov V.P. Sistemnoe obespechenie "besshovnoj" struktury i sredstv ispol’zovanija "Computational/Data Grid of Grids" dlja raznyh oblastej dejatel’nosti: dostizhenija, nereshennye problemy, vidy na realizaciju [System Support of "Seamless" Structure and "Computational/Data Grid of Grids" for Different Areas. Progress, Unresolved Issues and Prospects.]. Proceedings of the "Nauchnyj servis v seti Internet" (Novorossiysk, 2007, Sept. 24-29). P. 10-13.

3. Shirikov V.P. RCDL‘1999 - RCDL‘2008: DL, VDL, Semantic WEB/GRID...

Proceedings of the "Nauchnyj servis v seti Internet" (Novorossiysk, 2008, Sept. 2227). P. 24-27.

4. Shirikov V.P. Programmnoe obespechenie Grid: sostojanie i

perspektivy [Grid Software: Current State and Prospects].

URL: http://lit.jinr.ru/Inf_Bul_3/bullet.htm#_Toc98590864 (дата обращения:

13.03.2012)

5. Shirikov V.P. Obespechenie "besshovnoj" struktury i sredstv

ispol’zovanija "Computational/Data Grid of Grids" [System Support of "Seamless" Structure and "Computational/Data Grid of Grids"]. URL: http://lit.jinr.ru/Inf_Bul_4/bullet_6.htm#_Toc190687952 (дата обра-

щения: 14.03.2012).

6. Shirikov V.P. O novom proekte obweevropejskoj GRID-infrastruktury [On a New Project of European GRID-infrastructure] http://Inf_Bul_5/bullet_8.htm (дата обращения: 10.03.2012).

7. Shirikov V.P. Kak u nas s intellektom v Web i Grid dlja sozdanija polnocennogo nauchnogo servisa? [Do We Have Good-enough AI for Full-fledged Scientific Service?] Proceedings of the "Nauchnyj servis v seti Internet" (Novorossiysk, 2002). P. 33-38.

Поступила в редакцию 11 ноября 2011 г.