Добровольные вычисления - это тип распределенных вычислений, при котором люди жертвуют неиспользованные ресурсы своих компьютеров на исследовательский проект. [1]
Эта практика, восходящая к середине 1990-х годов, потенциально может предоставить исследователям значительную вычислительную мощность при минимальных затратах. Как правило, программа, запущенная на компьютере добровольца, периодически обращается к исследовательскому приложению, чтобы запросить работу и сообщить о результатах. Система промежуточного программного обеспечения обычно выступает в роли посредника.
История
Первым проектом добровольных вычислений был Great Internet Mersenne Prime Search , который был начат в январе 1996 года. [2] За ним в 1997 году последовал distribution.net . В 1997 и 1998 годах в рамках нескольких академических исследовательских проектов были разработаны системы на основе Java для добровольных вычислений; примеры включают Bayanihan, [3] Popcorn, [4] Superweb, [5] и Charlotte. [6]
Термин « добровольные вычисления» был придуман Луисом Ф. Г. Сармента, разработчиком Bayanihan. Он также является призывом к глобальным усилиям в области социальной ответственности или корпоративной социальной ответственности, о которых сообщается в Harvard Business Review [7] или используется на форуме Responsible IT. [8]
В 1999 году были запущены проекты SETI @ home и Folding @ home . Эти проекты получили широкое освещение в СМИ, и каждый привлек несколько сотен тысяч волонтеров.
В период с 1998 по 2002 год было создано несколько компаний с бизнес-моделями, включающими добровольные вычисления. Примеры включают Popular Power , Porivo , Entropia и United Devices .
В 2002 году в Лаборатории космических наук Беркли при Калифорнийском университете был основан проект открытой инфраструктуры для сетевых вычислений (BOINC) , финансируемый Национальным научным фондом. BOINC предоставляет полную систему промежуточного программного обеспечения для добровольных вычислений, включая клиент, клиентский графический интерфейс, систему времени выполнения приложений, серверное программное обеспечение и программное обеспечение, реализующее веб-сайт проекта. Первым проектом, основанным на BOINC, был Predictor @ home , основанный в Исследовательском институте Скриппса, который начал работу в 2004 году. Вскоре после этого SETI @ home и ClimatePrediction.net начали использовать BOINC. В течение следующих нескольких лет был создан ряд новых проектов на основе BOINC, в том числе Rosetta @ home , Einstein @ home и AQUA @ home . В 2007 году IBM World Community Grid перешла с платформы United Devices на BOINC. [9]
ПО промежуточного слоя
Клиентское программное обеспечение ранних проектов добровольных вычислений состояло из единой программы, объединяющей научные вычисления и распределенную вычислительную инфраструктуру. Эта монолитная архитектура была негибкой. Например, было сложно развернуть новые версии приложений.
Совсем недавно добровольные вычисления переместились в системы промежуточного программного обеспечения, которые обеспечивают распределенную вычислительную инфраструктуру, независимую от научных вычислений. Примеры включают:
- Berkeley Open Infrastructure для Network Computing (BOINC) является наиболее широко используется система промежуточного слоя. Он предлагает клиентское программное обеспечение для Windows, Mac OS X, Linux, Android и других вариантов Unix.
- XtremWeb используется в основном как инструмент исследования. Он разработан группой из Университета Париж-Юг.
- Xgrid разработан Apple . Его клиентские и серверные компоненты работают только в Mac OS X.
- Grid MP - это коммерческая платформа промежуточного программного обеспечения, разработанная United Devices и использовавшаяся в добровольных вычислительных проектах, включая grid.org , World Community Grid , Cell Computing и Hikari Grid .
Большинство этих систем имеют одинаковую базовую структуру: клиентская программа запускается на компьютере добровольца. Он периодически связывается с серверами проекта через Интернет, запрашивая задания и сообщая о результатах выполненных заданий. Эта модель «вытягивания» необходима, поскольку многие компьютеры-добровольцы находятся за брандмауэрами, которые не разрешают входящие соединения. Система отслеживает «кредит» каждого пользователя, это числовая мера того, сколько работы эти компьютеры пользователя выполнили для проекта.
Вычислительные системы добровольцев должны иметь дело с несколькими проблемами, связанными с компьютерами-добровольцами: их неоднородностью, их оттоком (тенденция отдельных компьютеров присоединяться к сети и покидать ее с течением времени), их нерегулярной доступности и необходимости не мешать их работе во время регулярного использования.
Кроме того, добровольные вычислительные системы должны решать проблемы, связанные с корректностью:
- Добровольцы неподотчетны и по сути анонимны.
- Некоторые добровольные компьютеры (особенно разогнанные) иногда дают сбой и выдают неверные результаты.
- Некоторые добровольцы намеренно возвращают неверные результаты или требуют завышенной оценки результатов.
Один из распространенных подходов к этим проблемам - это репликационные вычисления, при которых каждое задание выполняется как минимум на двух компьютерах. Результаты (и соответствующий зачет) принимаются только в том случае, если они в достаточной степени согласуются.
Недостатки для участников
- Повышенное энергопотребление: ЦП обычно потребляет больше электроэнергии, когда он активен, чем когда он простаивает. Кроме того, желание участвовать может привести к тому, что доброволец оставит компьютер включенным на ночь или отключит функции энергосбережения, такие как приостановка. Более того, если компьютер не может должным образом охладиться, дополнительная нагрузка на ЦП добровольца может вызвать его перегрев.
- Снижение производительности ПК: если приложение для добровольных вычислений запускается во время использования компьютера, это может повлиять на производительность ПК. Это связано с повышенным использованием ЦП, кеш-памяти ЦП, локального хранилища и сетевого подключения. Если ОЗУ является ограничением, это может привести к увеличению пропусков кеш-памяти диска и / или увеличению числа страниц. Вычислительные приложения-добровольцы обычно выполняются с более низким приоритетом планирования ЦП, что помогает уменьшить конкуренцию ЦП. [10]
Эти эффекты могут быть или не быть заметными, и даже если они заметны, доброволец может продолжить участие. Однако повышенное энергопотребление можно до некоторой степени устранить, установив параметр, ограничивающий процентную долю процессора, используемого клиентом, который доступен в некоторых клиентских программах.
Преимущества для исследователей
Мощность
Добровольные вычисления могут предоставить исследователям вычислительную мощность, недоступную другим способом. Например, Folding @ home был признан одной из самых быстрых компьютерных систем в мире. С повышенным интересом и участием добровольцев в проекте в результате COVID-19 пандемии , [11] системы достигается скорость примерно 1,22 exaflops к концу марта 2020 года и достиг 2,43 exaflops от 12 апреля 2020 г. [12] , что делает его первая в мире вычислительная система exaflop .
Расходы
Добровольные вычисления часто дешевле, чем другие формы распределенных вычислений. [13]
Важность
Хотя при реализации проектов существуют такие проблемы, как отсутствие подотчетности и доверия между участниками и исследователями, волонтерские вычисления имеют решающее значение, особенно для проектов с ограниченным финансированием. [ необходима цитата ]
- Поскольку в мире насчитывается более одного миллиарда компьютеров, добровольные вычисления могут предоставить больше вычислительной мощности для исследователей, не обладающих необходимой компетенцией в отношении вычислительной мощности по любой теме; такие как академические (университетские) или научные исследования. Кроме того, развитие технологий обеспечит продвижение потребительских товаров, таких как ПК и игровые приставки, быстрее, чем любые другие специализированные продукты, что, соответственно, увеличит количество ПК и вычислительную мощность в мире. [ необходима цитата ]
- Суперкомпьютеры с огромной вычислительной мощностью чрезвычайно дороги и доступны только для некоторых приложений, только если они могут себе это позволить. В то время как волонтерские вычисления нельзя купить, их сила проистекает из общественной поддержки. Исследовательский проект, имеющий ограниченные источники и финансирование, может получить огромную вычислительную мощность, привлекая внимание общественности. [ необходима цитата ]
- Благодаря волонтерской деятельности и предоставлению поддержки и вычислительной мощности исследованиям по таким темам, как наука, граждане поощряются проявлять интерес к науке, а также гражданам разрешается иметь право голоса в направлениях научных исследований и, в конечном итоге, в науке будущего, оказывая поддержку или не поддерживая исследования. [1]
Смотрите также
- Гражданская наука
- Облачные вычисления
- Список распределенных вычислительных проектов
- Пиринговый
- Рой интеллект
- Виртуальное волонтерство
- BOINC
Рекомендации
- ^ a b "VolunteerComputing - BOINC" . boinc.Berkeley.edu . Проверено 18 ноября 2017 года .
- ^ «История ГИМПС» . Mersenne.org . Отличный поиск простых чисел Мерсенна в Интернете . Проверено 29 декабря 2013 года .
- ^ Сармента, LFG (1998). «Баянихан: веб-волонтерские вычисления с использованием Java» . Мировые вычисления и их приложения - WWCA'98: Вторая международная конференция Цукуба, Япония, 4–5 марта 1998 г. Труды . Конспект лекций по информатике. 1368 . Springer Berlin Heidelberg. С. 444–461. CiteSeerX 10.1.1.37.6643 . DOI : 10.1007 / 3-540-64216-1_67 . ISBN 978-3-540-64216-9. • ISBN 978-3-540-64216-9 (печатный) • ISBN 978-3-540-69704-6 (онлайн)
- ^ О Регев; Ноам Нисан (28 октября 1998 г.). «Рынок POPCORN - онлайн-рынок вычислительных ресурсов» . Труды первой международной конференции по информационной и вычислительной экономике (в Чарльстоне, Южная Каролина) . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: ACM Press. С. 148–157. DOI : 10.1145 / 288994.289027 . ISBN 1-58113-076-7.
- ^ Александров, АД; Ibel, M .; Schauser, KE; Шейман, К.Е. (1996). «SuperWeb: проблемы исследований в области глобальных вычислений на основе Java». Труды семинара по Java для высокопроизводительного моделирования и моделирования научных и инженерных вычислений . Нью-Йорк: Сиракузский университет.
- ^ Baratloo, A .; Караул, М .; Kedem, Z .; Вайкофф, П. (сентябрь 1996 г.). «Шарлотта: метакомпьютинг в Интернете» . Материалы 9-й Международной конференции по параллельным и распределенным вычислительным системам .
- ^ Майкл Портер; Марк Крамер. «Связь между конкурентными преимуществами и корпоративной социальной ответственностью» (PDF) . Harvard Business Review. Архивировано 14 июля 2007 года (PDF) . Проверено 25 августа 2007 года .
- ^ «ResponsI.TK» . Ответственный IT-форум.
- ^ "Объявление о миграции BOINC" . 17 августа 2007 . Проверено 29 декабря 2013 года .
- ^ Джефф Гасиор (11 ноября 2002 г.). «Измерение влияния Folding @ Home на производительность» . Проверено 29 декабря 2013 года .
- ^ Новости 12 Лонг-Айленд 2020 : «С начала пандемии COVID-19 на Folding @ home наблюдался значительный рост загрузок, что является четким признаком того, что люди во всем мире озабочены тем, чтобы внести свой вклад, чтобы помочь исследователям найти лекарство от этого вируса», - сказал доктор Сина Раббани, декан школы DeMatteis ».
- ^ Pande lab. «Клиентская статистика по ОС» . Archive.is. Архивировано из оригинального 12 апреля 2020 года . Проверено 12 апреля 2020 года .
- ^ http://mescal.imag.fr/membres/derrick.kondo/pubs/kondo_hcw09.pdf
Внешние ссылки
- Разыскивается: свободное время вашего компьютера Physics.org, сентябрь 2009 г.
- Самому мощному суперкомпьютеру на Земле по-прежнему нужен ноутбук для лечения рака Inverse.com, декабрь 2015 г.