ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Đức Thịnh
GIẢI HỆ PHƢƠNG TRÌNH TUYẾN TÍNH KÍCH
THƢỚC LỚN TRÊN NỀN TẢNG GRID
COMPUTING
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Công nghệ thông tin
Cán bộ hƣớng dẫn: Tiến sĩ. Nguyễn Minh Hằng
HÀ NỘI - 2010
Lời cảm ơn
Trước hết là lời cảm ơn sâu sắc của em đến những người đã giúp đỡ em hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp này, một dấu mấu quan trọng trong cuộc đời và sự nghiệp của
em.
Em xin chân thành cảm ơn Khoa công nghệ thông tin trường đại học Công Nghệ -
Đại học quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho em được thực hiện khóa luận này.
Khóa luận sẽ không thể hoàn thành nếu thiếu sự chỉ bảo tận tình của TS.Nguyễn
Minh Hằng, người đã định hướng, hỗ trợ em trong suốt thời gian 3 tháng thực hiện khóa
luận. Em xin chân thành cảm ơn cô.
Một lời cảm ơn từ đáy lòng con xin được gửi đến cha mẹ, những người đã nuôi
nấng con thành người để được có ngày hôm nay.
Em xin cảm ơn các quý thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt 4 năm học ở nhà trường,
cung cấp cho em những kiến thức quý báu để bước vào đời.
Cảm ơn các bạn của tôi đã là những người động viên tinh thần cũng như ở bên tôi
giúp đỡ tôi khi tôi gặp khó khăn.
Thời gian 3 tháng vừa qua, mặc dù đã cố gắng để hoàn thành khóa luận một cách
tốt nhất nhưng vẫn không thể tránh nổi những sai sót. Em xin kính mong nhận được sự
góp ý cũng như chỉ bảo của quý thầy cô. Xin chân thành cảm ơn
Sinh viên
Nguyễn Đức Thịnh
Mục lục
Lời mở đầu ................................................................................................. 1
Tóm tắt khóa luận ....................................................................................... 3
Chương 1 : Tổng quan về công nghệ Grid Computing ............................. 4
1.1. Lịch sử phát triển của công nghệ Grid ............................................................ 4
1.2. Khái niệm ......................................................................................................... 5
1.3. Các kiểu tài nguyên của Grid ........................................................................... 6
1.3.1. Tài nguyên tính toán ............................................................................................ 6
1.3.2. Tài nguyên lưu trữ ............................................................................................... 6
1.3.3. Phương tiện liên lạc ............................................................................................. 6
1.3.4. Phần mềm, ứng dụng ........................................................................................... 7
1.3.5. Các thiết bị đặc biệt ............................................................................................. 7
1.4. Phân lọai các hệ thống Grid ............................................................................. 7
1.4.1. Grid Tính toán (Computation Grid) ..................................................................... 7
1.4.2. Grid Dữ liệu (Data Grid) ..................................................................................... 8
1.4.3. Scavenging Grid .................................................................................................. 8
1.5. Kiến trúc Grid .................................................................................................. 8
1.5.1. Bản chất Kiến trúc Grid ....................................................................................... 8
1.5.2. Chi tiết Kiến trúc Grid tổng quát ....................................................................... 10
1.5.2.1. Tầng Fabric .................................................................................................. 10
1.5.2.2. Tầng Connectivity ....................................................................................... 11
1.5.2.3. Tầng Resource ............................................................................................. 12
1.5.2.4. Tầng Collective ........................................................................................... 13
1.5.2.5. Tầng Application ......................................................................................... 13
1.6. Grid computing đem lại những lợi ích gì ? .................................................... 13
1.6.1. Khai thác tối đa tài nguyên xử lý ....................................................................... 13
1.6.2. Khả năng xử lý song song.................................................................................. 14
1.6.3. Chia sẽ tài nguyên ảo và tổ chức ảo .................................................................. 14
1.6.4. Sự truy cập đến các tài nguyên khác.................................................................. 14
1.6.5. Cân bằng tài nguyên .......................................................................................... 15
1.6.6. Độ tin cậy ........................................................................................................... 16
Chương 2: Globus Toolkit 4 .................................................................... 17
2.1. Khái niệm về Globus ...................................................................................... 17
2.2. Nguyên nhân thúc đẩy sự phát triển của Globus ........................................... 18
2.3. Kiến trúc Globus ............................................................................................ 19
2.3.1. Các thành phần thường trực ............................................................................... 19
2.3.1.1. Java WS Core .............................................................................................. 19
2.3.1.2. C WS Core ................................................................................................... 19
2.3.2. Các thành phần bảo mật ................................................................................. 19
2.3.2.1. Cơ bản về bảo mật Grid và GSI .................................................................. 20
2.3.3. Các thành phần quản lý dữ liệu ......................................................................... 25
2.3.3.1. GridFTP ....................................................................................................... 25
2.3.3.2. Information services .................................................................................... 26
2.3.3.3. Index Service ............................................................................................... 27
2.3.4. Các thành phần quản lý tài nguyên .................................................................... 27
2.3.4.1. Kiến trúc quản lý tài nguyên của Globus Toolkit ....................................... 27
2.3.4.2. Chi tiết các thành phần ................................................................................ 29
2.3.4.2.1. GRAM ................................................................................................... 29
2.3.4.2.2. Pre-WS GRAM ..................................................................................... 32
2.3.4.2.3. WS-GRAM ........................................................................................... 34
Chương 3 : MPICH và MPICH-G2 ......................................................... 40
3.1. MPI ................................................................................................................. 40
3.2. MPICH ........................................................................................................... 41
3.3. MPICH-G2 ..................................................................................................... 41
3.3.1. Quá trình thực thi một ứng dụng ....................................................................... 42
Chương 4 : Thí nghiêm triển khai hệ thống Grid cơ bản cho mục đích
tính toán song song sử dụng Globus Toolkit và MPICH-G2 .................. 44
4.1. Triển khai Globus Toolkit .............................................................................. 44
4.1.1. Chuẩn bị về phần cứng và phần mềm hệ thống ................................................. 44
4.1.2. Cài đặt Globus Toolkit ....................................................................................... 45
4.1.3. Cấu hình các thành phần của globus toolkit ...................................................... 47
4.1.3.1. Cấu hình bảo mật ......................................................................................... 47
4.1.3.2. Cấu hình dich vụ GridFTP .......................................................................... 50
4.1.3.3. Cấu hình gatekeeper .................................................................................... 51
4.1.3.4. Cấu hình WS GRAM .................................................................................. 52
4.2. Triển khai MPICH-G2 ................................................................................... 53
Chương 5 : Chạy và đánh giá hiệu năng của hệ thống Grid .................... 54
5.1. Giới thiệu về 3 bài toán sẽ được thử nghiệm ................................................. 54
5.1.1. Tính toán số PI ................................................................................................... 54
5.1.2. Hệ phương trình tuyến tính ................................................................................ 54
5.1.3. Bài toán quy hoạch tuyến tính ........................................................................... 55
5.2. Cách thức chạy 1 bài toán trên hệ thống Grid được xây dựng bởi 2 công cụ
Globus Toolkit và MPICH .................................................................................... 57
5.3. Kết quả chạy các chương trình và đánh giá kết quả ...................................... 59
5.3.1. Kết quả chạy chương trình tính số PI ................................................................ 59
5.3.2. Kết quả chạy chương trình giải hệ phương trình tuyến tính .............................. 59
5.3.3. Kết quả giải bài toán quy hoạch tuyến tính ....................................................... 60
5.3.4. Nhận xét chung .................................................................................................. 62
Kết luận .................................................................................................... 63
Tài liệu tham khảo .................................................................................... 64