Grille informatique

Une grille informatique (en anglais, grid) est une infrastructure virtuelle constituée d'un ensemble de ressources informatiques potentiellement partagées, distribuées, hétérogènes, délocalisées et autonomes.

Total de la puissance de calcul des 500 meilleurs supercalculateurs mondiaux de 1993 à 2008. Source : TOP500.

Une grille est en effet une infrastructure, c'est-à-dire des équipements techniques d'ordres matériel et logiciel. Cette infrastructure est qualifiée de virtuelle car les relations entre les entités qui la composent n'existent pas sur le plan matériel mais d'un point de vue logique.

Une grille garantit des qualités de service non triviales, c'est-à-dire qu'elle se distingue des autres infrastructures dans son aptitude à répondre adéquatement à des exigences (accessibilité, disponibilité, fiabilité…) compte tenu de la puissance de calcul ou de stockage qu'elle peut fournir.

Une grille se compose de ressources informatiques : tout élément qui permet l'exécution d'une tâche ou le stockage d'une donnée numérique. Cette définition inclut bien sûr les ordinateurs personnels, mais également les téléphones mobiles, les calculatrices et tout objet qui comprend un composant informatique^[1].

Grappe de serveurs (cluster) : ensemble de machines homogènes^[2] et localisées, organisées en grappe.
Grille : ensemble de ressources hétérogènes et dé-localisées (ordinateurs, serveurs, clusters…).

Propriétés d'une grille

Ces ressources sont potentiellement qualifiées de :

Partagées : elles sont mises à la disposition des différents consommateurs de la grille et éventuellement pour différents usages applicatifs ;
Distribuées : elles sont situées dans des lieux géographiques différents ;
Hétérogènes : elles sont toutes de nature différente par exemple par le système d'exploitation ou le système de gestion des fichiers ;
Coordonnées : les ressources sont organisées, connectées et gérées en fonction de besoins (objectifs) et contraintes (environnements). Ces dispositions sont souvent assurées par un ou plusieurs agents, qu'ils soient centralisés ou répartis ;
Non-contrôlées (ou autonomes) : les ressources ne sont pas contrôlées par une unité commune. Contrairement à un cluster, les ressources sont hors de la portée d'un moniteur de contrôle ;
Délocalisées : les ressources peuvent appartenir à plusieurs sites, organisations, réseaux et se situer en différents lieux.

« Le grid » est aussi une aspiration à utiliser des protocoles standards afin de pouvoir politiser les partages de ressources entre groupements autonomes d'individus et/ou d'institutions alors qualifiés d'organisations virtuelles (VO — virtual organizations). « Le grid » est aux grids, ce que « l'internet » est aux internets, c'est-à-dire aux inter-réseaux : une généralisation de cette technologie.

Grille de calcul

Une grille de calcul permet de faire du calcul distribué : elle exploite la puissance de calcul (processeurs, mémoires…) de milliers d'ordinateurs afin de donner l'illusion d'un ordinateur virtuel très puissant. Ce modèle permet de résoudre d'importants problèmes de calcul nécessitant des temps d'exécution très longs en environnement « classique ».

L'expression grille de calcul est parfois employée alors que d'autres termes conviennent mieux.

Il est utile de distinguer les concepts suivants :

calculateur ou super-calculateur : unité informatique (machine) dédiée au calcul, dont la puissance est notamment caractérisée par l'adjonction de plusieurs processeurs ;
réseau : association physique ou logique d'unités informatiques qui collaborent (par exemple : elles partagent des données), qui évoluent de manière indépendante sur le plan fonctionnel et qui dépendent d'une unité centrale de contrôle (domaine) sur le plan administratif^[3] ;
cluster : regroupement d'unités informatiques qui coopèrent (la finalité est commune) et forment une seule unité informatique virtuelle sur les plans fonctionnel et administratif ;
grille : agrégat de réseaux autonomes (l'autonomie s'exprime au niveau de chaque réseau) et hétérogènes (l'hétérogénéité se manifeste aussi bien au sein d'un réseau qu'entre deux réseaux) d'unités informatiques ou apparentées.

Une grille de calcul intègre un intergiciel (terme anglais : middleware) : littéralement « élément du milieu », l'ensemble des couches réseaux et services logiciels qui permettent le dialogue entre les différents composants d'une application répartie. L'intergiciel masque la complexité des échanges inter-applications.

Desktop Grid

Le desktop grid est une forme de grille informatique. Il s'agit d'exploiter pleinement l'ensemble des ressources inutilisées de PC tout à fait classique. Les unités de traitement — CPU ou processeurs — sont généralement exploitées à moins de 10 % de leurs capacités réelles.

Applications de grille informatique

Deux exemples d'application de grille informatique :

neuGRID, un projet du septième programme-cadre qui prévoit le développement d’une infrastructure pour l'étude des maladies neurodégénératives ;
SETI@home voué à l'identification de signe d'intelligence extraterrestre.

Divers

Grille informatique est la traduction de l'expression anglaise grid computing, laquelle est fréquemment utilisée en français.

Certains logiciels, comme Oracle 10g, incluent des fonctions de grille de calcul, le g signifiant « grid ».

Origine

Le terme anglais grid désigne un système distribué d'électricité. Initialement, le concept de grille partait du principe d'un tel système : les ressources d'un ordinateur (processeur, mémoire, espace disque) étaient mises à la disposition d'un utilisateur aussi facilement que l'on branche un appareil électrique à une prise électrique.

Le concept est né d'une constatation très simple : les nombreux cycles de processeurs inutilisés des ordinateurs peuvent être cédés, échangés ou prêtés en vue de les récupérer lors d'un besoin intensif de ressources. Très vite, l'idée s'est étendue pour toutes les autres ressources informatiques, aussi bien matérielles que logicielles.

Annexes

Articles connexes

Message Passing Interface (MPI)
Parallel Virtual Machine (PVM)
NaradaBrokering
Decrypthon : Le programme Decrypthon qui vise à propulser les recherches en sciences de la vie.
Calcul distribué
Grappe de serveurs
XtreemOS
BOINC Ce programme permet de gérer un ou plusieurs projets de calcul distribué.
Sun Grid Engine Un programme pour la gestion de grille de calcul.
Gearman Un outil permettant de gérer des tâches s'exécutants sur plusieurs machines.

Bibliographie

(en) Ian Foster et Carl Kesselman, The Grid : Blueprint for a New Computing Infrastructure, Morgan Kaufmann Publishers Inc., 1^er octobre 1998, 572 p. (ISBN 978-1-55860-475-9, DOI 10.5555/289914, lire en ligne )
Ouvrage de référence élaboré par les pionniers du concept de « grid computing ».
(en) Péter Kacsuk, Thomas Fahringer et Zsolt Németh, Distributed and Parallel Systems : From Cluster to Grid Computing (Conference proceedings of the 6th Biannual Austrian-Hungarian Workshop on Distributed and Parallel Systems, DAPSYS 2006), New York, Springer Verlag, 8 mai 2007, 223 p. (ISBN 978-0-387-69857-1, lire en ligne )
Vandy Berten, Fermes de calcul et grilles de calcul (mémoire de maitrise en informatique), Belgique, Université libre de Bruxelles, Département d’informatique, septembre 2003. [1][2]

Liens externes

Notices d'autorité :
- BnF (données)
- IdRef
- LCCN
- GND
- Espagne
- Israël
Cours sur le parallélisme et les grilles de calcul
Exposé sur les grilles informatiques et les grilles de calcul
(en) OGF : Open Grid Forum, organisation internationale réunissant des chercheurs et industriels du monde entier et publiant des spécifications recommandées pour les services de grille par le biais des multiples groupes de travail et de recherche qui la constituent.
EGI : Initiative dont l'un des objectifs est la mise en place d'une grille de calcul à l'échelle européenne
GIS France Grilles : GIS pour la coordination et la promotion des grilles de production en France (calculs et stockage de données scientifiques)
Site du projet expérimental français Grid5000 (5000 CPUS distribués sur 9 sites)

Notes et références

↑ Le concept de grille adresse originellement des entités proprement dédiées à du calcul et/ou à du stockage de données, telles que des (super-)calculateurs, des serveurs de bases de données ou des stations de travail. L'implication d'objets dont la fonctionnalité n'est pas intrinsèquement liée à une exploitation informatique, tels que des assistants personnels, des téléphones mobiles ou des calculatrices, ajoute une qualité supplémentaire — ou suppléante — à l'ensemble ainsi considéré : on parle alors davantage de « environnement pervasif », « système pervasif » ou « grille pervasive ».
↑ On peut rencontrer dans la littérature l'expression « cluster hétérogène », laquelle désigne un même ensemble de machines (dédiées au calcul habituellement) dont les caractéristiques matérielles (type de processeur ou capacité de la mémoire centrale) ou logicielles (type de système d'exploitation principalement) peuvent différer. Toutefois, la qualité de ressources localisées, au sens « réunies en un même lieu » que la notion de grappe induit, constitue un invariant.
↑ Cette dépendance centrale n'exclut pas une administration locale, propre à chaque machine intégrée dans le réseau. Cette administration locale s'étend alors uniquement à la machine considérée.

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[1] Le concept de grille adresse originellement des entités proprement dédiées à du calcul et/ou à du stockage de données, telles que des (super-)calculateurs, des serveurs de bases de données ou des stations de travail. L'implication d'objets dont la fonctionnalité n'est pas intrinsèquement liée à une exploitation informatique, tels que des assistants personnels, des téléphones mobiles ou des calculatrices, ajoute une qualité supplémentaire — ou suppléante — à l'ensemble ainsi considéré : on parle alors davantage de « environnement pervasif », « système pervasif » ou « grille pervasive ».

[2] On peut rencontrer dans la littérature l'expression « cluster hétérogène », laquelle désigne un même ensemble de machines (dédiées au calcul habituellement) dont les caractéristiques matérielles (type de processeur ou capacité de la mémoire centrale) ou logicielles (type de système d'exploitation principalement) peuvent différer. Toutefois, la qualité de ressources localisées, au sens « réunies en un même lieu » que la notion de grappe induit, constitue un invariant.

[3] Cette dépendance centrale n'exclut pas une administration locale, propre à chaque machine intégrée dans le réseau. Cette administration locale s'étend alors uniquement à la machine considérée.

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