Современная наука опирается на вычислительные мощности, которые могут быть предоставлены практически бесплатно. Как? Очень просто: нужно всего лишь установить небольшую программу, которая будет получать задания и использовать мощности вашего ЭВУ для совершения новейших научных открытий! Научные распределённые вычисления представляют собой систему выполнения сложных научных расчётов путём их разделения между множеством ЭВУ. Идеи
В основе проекта лежат две основные идеи:
- потребности в вычислениях (для проведения исследований и обработки данных) и
- неиспользуемых вычислительных возможностей (из-за архитектуры ЭВУ, при которой большинство из не использует и половины своей вычислительной мощности большую часть времени)
- добровольное участие множества людей, которые осознают себя, как помогающих научной деятельности.
В сущности идея распределённых вычислений дополняет идею распределённой передачи данных, используемой сегодня в обмене файлами. Причём если пользователь оставляет ЭВУ работать круглосуточно, используя своё подключение к сети на полную мощность для передачи информации, то очевидным продолжением является полная загрузка вычислительных мощностей этой ЭВУ, что обеспечит наибольший общественный эффект от применения ЭВУ. Отличием является необходимость дополнительного потребления энергии и отсутствие очевидных результатов от таких вычислений, хотя уже появляются не только научные проекты, а, например, занимающиеся структурированием содержимого сети для работы поисковой системы.
Об обеспечении
Программа Открытая инфраструктура Берклей для сетевых вычислений или ОИБСВ (англ. BOINC или Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) представляет собой некоммерческое обеспечение для добровольного участия в вычислительных сетях для решения научных задач. Возникновение движения изначально связано с поиском внеземных цивилизаций проектом SETI@home, однако позднее оно развилось до масштабов платформы запуска распределенных вычислительных сетей, применимых в таких областях как математика, медицина, молекулярная биология, климатология, астрофизика.
Возможности
Существуют версии программы для всех основных платформ. Она не требует специальных знаний и имеет наглядное и доступное представление и настройки. Существует базовый режим, в котором основные действия заключаются в простом добавлении новых проектов путём указания адреса и создания учётной записи, после чего программа сама занимается загрузкой, обработкой и отправкой данных и режим расширенных настроек, отличающийся предоставлением большей информации о ходе выполнения отдельных заданий, занимаемом месте, отправляемых файлах, начисляемых баллах, возможностями управления заданиями и самой программой.
Работа
Для выполнения вычислений нужно либо подключиться к проекту самостоятельно, либо выбрать распределяющего, который определит приоритетные проекты. Для подключения к проекту требуется учётная запись, которая чаще всего может быть создана прямо в программе, указанием адреса почты и пароля, а затем данные могут быть уточнены на узле проекта, где можно подключиться к группам. Но иногда требуется предварительная регистрация непосредственно на узле проекта.
Группы пользователей являются важным элементом сообщества, служат главным образом для обсуждения направлений использования их мощностей и могут оказывать влияние на решение пользователей о тех или иных проектах.
В принципе достаточно подключиться только к одному проекту, но если Вы располагаете достаточным количеством вычислительных мощностей, то можете присоединиться к нескольким проектам сразу.
Особенности обеспечения таковы, что задания могут приходить не сразу и их результаты отправляться и проверяться некоторое время. Однако всё это происходит в автоматическом режиме, а неработающие сервера рано или поздно вновь вводятся в действие.
Направления
Области исследований
Ключевыми направлениями на сегодняшний день являются: - лечение болезней (создание лекарств),
- изучение белковых структур,
- изучение климата,
- обнаружения звезд,
- изучение физических явлений,
- решение математических задач,
- поиск внеземных цивилизаций.
УсловияРазличные проекты имеют различные требования к системе (загрузка процессора, дисковое пространство) и различное время для обработки порции данных. Если ваша система не справляется с выделенной ей порцией в срок, то данные переходят к другому участнику, поэтому лучше заранее убедиться, что проект будет работать на Вашей ЭВУ, и узнать, сколько это займёт времени.
Также можете проверить политику раскрытия информации проекта о результатах, например, о накопленных баллах.
Популярные проекты могут насчитывать тысячи вовлечённых ЭВУ из разных стран мира, но при этом могут существовать проекты с недостаточным числом участников.
Российские проекты
Россия представлена в сети распределённых вычислений как некоторым числом команд с множеством пользователей, так и несколькими проектами, правда находящиеся пока в стадии альфа:
- Открытие лекарств (drugdiscovery) (http://distributed.ru/pro/drugdiscovery) Заявлен, как отличающийся от всех других благодаря уникальной цели: созданию лекарственных средств путём нахождения органических биологически активных молекул, которые могли бы быть использованы в регенеративной медицине,
- Gerasim (http://gerasim.boinc.ru/) Изучение схем логического управления, на данный момент проводится анализ качества разбиений граф-схем параллельных алгоритмов логического управления, полученных эвристическими методами.
Последствия и значение
Конкуренция и псевдорынок
Добровольные начинания, как ни странно, оканчиваются появлением конкуренции, поскольку создаваемые ими блага являются столь же ограниченными, как и любые другие. Вот только цену за некоммерческие проекты не назначают, а в идеале сами добровольцы должны определять те направления, которым они готовы помочь, но для этого они должны потратить время. Как именно и правильно ли они это делают - тема для отдельного исследования.
Форма выбора конкретных проектов подобна массовому потребительскому рынку, на котором существуют широко известные проекты и менее известные. Для получения дополнительных пользователей авторы проекта должны рекламировать своё исследование, осуществлять его продвижение. Однако в отличии от традиционных рынков на рынке добровольных вычислений большую роль играет простое раскрытие информации о целях, развитии, итогах исследований, а также собственно кода программных средств и получаемых результатов. Затраты
Даже если для осуществления научных распределённых вычислений не требуются серьёзные денежные вложения. однако очевидно, что каждый участник вкладывает свои: - вычислительные мощности, для которых требуется электроэнергия.
- время людей на изучение, обслуживание клиентского обеспечения типа BOINC.
Время и информация
Время может тратиться как на изучение проектов, так и на текущее поддержание работы, распределение ресурсов ЭВУ, но также и на общение участников, создание групп пользователей и т. д. Эта проблема может быть решена (и решается) созданием управляющих проектами, к которым нужно всего лишь подключиться (интересно, что такое положение похоже на многие коммерческие отрасли хозяйственной деятельности, да и любой деятельности. требующей специальных знаний). Но при этом пользователь лишается возможности самостоятельно принимать отдельные решения, которые могут оказаться для него довольно важными (решения и действия при этом принимают самые различные формы, вплоть до изучения открытого исходного кода работы программы). По существу это проявление информационной ассиметрии, когда либо вы являетесь создателем чего либо и знаете, как это устроено, либо вы являетесь пользователем, для которого получение информации о системе - лишь побочное желание).
В более широком значении затраты времени превращаются в порчу здоровья за счёт проведения времени около ЭВУ, а также в потерю возможности применить свои силы в это время другими способами.
Вычислительные мощности
Во-первых, сама по себе большая загрузка оборудования способна приводит к увеличению вероятности выхода его из строя (начиная от процессора, вентиляторов до состояния жёстких дисков). Однако её влияние оказывается не слишком существенным, если, среди прочих условий, обеспечена приемлемая система охлаждения и выделяемый размер на диске не приводит к его чрезмерному заполнению. Во-вторых, затраты электричества и вычислительной мощности связаны не линейным образом, но при этом каждая доля увеличения производительности приведёт к увеличению энергопотребления, а следовательно к неблагоприятному воздействию на окружающую среду (отнюдь не только на всю планету, но прежде всего на уровень шума и температуру в комнате :).
Основной проблемой является непривлечение внимания к вопросу энергосбережения, поскольку, например, программа позволяет определить производительность, загруженность диска, пользователь может оценить затраченное время на обеспечение распределённых вычислений, но к вопросу энергопотребления при этом внимание пользователя не привлекается.
С другой стороны, если объективно оценить энергопотребление, то его увеличение будет несущественно по сравнению с возможными потерями от простаивающих мощностей. Следует признать, что при более полной загрузке ЭВУ во всём мире эффективность их использования значительно возрастёт, обеспечив более высокий уровень научного прогресса, который будет способствовать снижению энергопотребления в большей мере, чем затрачиваемая энергия на работу ЭВУ (если бы была обратная ситуация, то вероятно, ЭВУ потребляли бы уже большую часть электроэнергии в мире, учитывая скорость прогресса).
Вознаграждение
Система мотивации
Казалось бы, что в системе добровольных вычислений распределение ресурсов однонаправлено: от добровольцев в науку, на абстрактную пользу общества и человечества. Но это совсем не так, поскольку существует система баллов, которая имеет определённое стимулирующее воздействие, распределяя при этом простые очки. Сама по себе система рейтингов интересна, она сходна с денежной системой по следующим причинам: - позволяет чувствовать увеличение чего-то, чем человек обладает,
- позволяет сравнивать себя с другими на основе количества баллов,
- обнаруживает сходство в условности денежных единиц и баллов, их несоответствии конкретным условиям,
- обнаруживает инфляционные явления при присоединении к системе большего числа участников и развитии технологий,
- позволяет проводить сравнения затраченного времени и денег с количеством накопленных баллов, показывая эффективность собственной деятельности.
Как это ни странно, она показывает свою эффективность, а люди, участвующие в ней стремятся подключить к системе всё больше ЭВУ, даже стремятся не выключать их ночью и подключать графические карты с высоким потреблением энергии. Стимулирование при этом осуществляется на основе соединения благородной, полезной и применимой идеи с скрытым поощрением. Выпускающими баллы институтами при этом служат заказчики выполнения проектов, центральный институт отсутствует.
Абсолютное преимущество
Но ключевой особенностью, которая обеспечивает теоретическую эффективность (полезность для общества) является создание самой возможности осуществлять некоммерческие проекты, используя при этом огромные вычислительные мощности. Учитывая высокую стоимость альтернативных вычислительных возможностей (создания суперкомпьютеров или других специальных вычислительных центров) сеть распределённых вычислений оказывается вне конкуренции.
Домашняя страница российских групп
Узел описания проектов распределённых вычислений на русском языке
Об установке и настойке BOINC и других программ под linux
Источник: http://nazame.clubos.net/mwiki/index.php/Научные_распределённые_вычисления |
