O que são Grids. Walfredo Cirne ufcg. edu

Apresentação em tema: "O que são Grids. Walfredo Cirne ufcg. edu"— Transcrição da apresentação:

1 O que são Grids. Walfredo Cirne walfredo@dsc. ufcg. edu
O que são Grids? Walfredo Cirne Laboratório de Sistemas Distribuídos - LSD Universidade Federal de Campina Grande - UFCG

2 (fonte de serviços e recursos)
Grids Computacionais A metáfora da Rede Elétrica Grid Computacional (fonte de serviços e recursos)

3 Para que serve um Grid?

4 Para que serve um Grid?

5 Para que serve um Grid?

6 Para que serve um Grid?

7 O Impacto de Grids VR Simul MegaCiclos Databank Inc. Embratel
Mastercard Embratel Grid Auditing

8 Histórico de Grids A idéia de Grid surgiu na comunidade de Computação de Alto Desempenho há pouco menos de 10 anos Agora os primeiros Grids para Alto Desempenho começam a entrar em produção Há 3 anos, o mainstream da computação percebeu a possibilidade de usar tecnologia Grid para transformar computação em serviço A tecnologia Grid está se fundindo com Web Services Grids para Alto Desempenho = Grids de Serviço + Serviço de Execução Remota

9 Agenda Histórico Grids de Serviços Grids para Alto Desempenho
Aspectos Fundamentais Grids para Alto Desempenho Desafios adicionais

10 Serviços Computacionais
Definição de Serviço Mercadoria imaterial provida por uma entidade legal para satisfazer as necessidades de outra entidade Arquiteturas Orientadas a Serviços (SOA) Já existiam tecnologias para SOA Ex.: CORBA, RMI, etc... Interoperabilidade é muito importante Padronização Fraco acoplamento Web Services

11 Grids de Serviços Infra-estrutura de Serviços sob Demanda
Características Heterogeneidade Dispersão Controle Distribuído Vários Domínios Administrativos Interoperabilidade Padronização

12 Aspectos Fundamentais
Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

13 Descoberta de Serviços
Fundamental para Serviços sob Demanda Uma visão simples da arquitetura “Catálogo” publica consulta requisição resposta Cliente Provedor de Serviços

14 Descoberta de Serviços
Universal Description, Discovery and Integration (UDDI)

15 MDS Monitoring and Discovery System Utilização Globus Toolkit 4 (MDS4)
Index Service Trigger Service Aggregator Service Utilização Escalonamento e seleção de réplicas Avaliar estado dos serviços Notificação sobre a situação de serviços e recursos Globus Toolkit 4 (MDS4)

16 Aspectos Fundamentais
Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

17 Autenticação e Autorização
Com vários domínios administrativos, como se dá a autenticação e autorização? Idealmente gostaríamos de ter um login único Segurança é um aspecto muito importante Algumas especificações WS-Security Mensagens SOAP assinadas e criptografadas WS-SecureConversation Contexto seguro para troca de mensagens WS-Policy Define políticas de uso do serviço

18 Autenticação e Autorização
Globus GSI – Grid Security Infrastructure Transport-level security Privacidade no canal de comunicação Message-level security Proteção das mensagens SOAP Autenticação baseada em: Certificados X.509 / Login Autorização baseada em: grid-mapfile SAML – Security Association Markup Language

19 Aspectos Fundamentais
Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

20 Auditoria de Serviços Clientes e Provedores desejam garantias
SLA – Service Level Agreements (contrato) Falta de confiabilidade entre as partes Provedor pode não fornecer o serviço como prometido no contrato Cliente pode não cumprir o contrato de utilização do serviço Mecanismos de Auditoria Monitoração de Serviços e Clientes

21 Aspectos Fundamentais
Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

22 Composição de Serviços
Construção de novos serviços através da agregação de funcionalidades Novos serviços baseados em serviços mais básicos Uma agência de turismo fornece o serviço de venda de pacotes de viagens compondo serviços de reserva em hotéis, locadora de carros, consulta em administradoras de cartões de crédito, etc...

23 Composição de Serviços
Vantagens Abstração da Complexidade Reutilização de funcionalidades Linguagens para composição Definem um fluxo para integração de serviços XLANG, WSFL, BPEL BPEL = WSFL (IBM) + XLANG (Microsoft)

24 Aspectos Fundamentais
Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

25 Padronização Open Grid Services Architecture – OGSA
Define padrões arquiteturais e requisitos para a infra-estrutura OGSA = O que? Open Grid Services Infrastructure – OGSI Define o comportamento e relacionamento dos componentes da arquitetura OGSI = Como? Globus Toolkit 3 Alinhamento com Web Services Web Service Resource Framework - WSRF

26 WSRF Stateless ou Stateful OGSI define: WSRF evoluiu de OGSI
Stateful Web Services = Grid Services WSRF evoluiu de OGSI Stateful Web Services = Web Service + Stateful Resources Introdução do conceito WS Resource Quem possui estado agora é um “Recurso” controlado pelo Serviço Padronização no gerenciamento de estados Recurso tem uma conotação diferente daquela usada pela comunidade de Alto Desempenho, o que torna esta discussão um pouco confusa

27 Padronização ainda complexa
ASAP (Asynchronous Service Access Protocol), BPEL4WS (Business Process Execution Language), ebSOA TC (Electronic Business Service Oriented Architecture), ebXML (Electronic Business XML), International Health Continuum TC, oBIX TC , SAML (Security Assertion Markup Language), SOAP (Simple Object Access Protocol), SOAP MTOM (SOAP Message Transmission Optimization Mechanism), ranslation WS TC , UBL (Universal Business Language), UDDI (Universal Description, Discovery, and Integration), WS-Addressing, WS-AtomicTransaction, WSBPEL (Business Process Execution Language), WS-CAF (WS Composite Application Framework ), WS-CF (WS Coordination Framework), WS-Choreography , WS-CDL (Web Services Choreography Description Language), WS-Coordination, WS-CTX, WS Context, WS-Discovery (Web Services Dynamic Discovery), WSDL (WS Description Language), WSDM (WS Distributed Management), WS- Enumeration, WS-Eventing, WS-Federation (Web Services Federation Language), WSIL (WS Inspection Language), WS-Manageability, WS-MetadataExchange (Web Services Metadata Exchange), WS-MessageDelivery, WS-Notification, WS-Policy, WS-Provisioning, WS-Reliability, WS Reliable Messaging, WS-RF (WS-Resource Framework), WS-Reliablemessaging , WSRP (WS Remote Portals), WS-Security, WS-SecureConversation, WS-SecurityPolicy, WS Security Services TC, WS-TM (WS Transaction Management), WS-Transfer, WS-Trust, XML-Encryption, XML-Signature, CDDLM (Configuration Description, Deployment, and Lifecycle Management)

28 Agenda Histórico Grids de Serviços Grids para Alto Desempenho
Aspectos Fundamentais Grids para Alto Desempenho Desafios Adicionais

29 Grids para Alto Desempenho
Grids surgiram como plataformas de execução de aplicações paralelas São os grids para alto desempenho Grids para alto desempenho necessitam do serviço de execução remota Maior flexibilidade Serviço pode ser convertido em qualquer outro Maior complexidade Segurança Escalonamento

30 Plataformas de Execução de Aplicações Paralelas
SMPs acoplamento MPPs NOWs Grids distribuição

31 SMP: Symmetric MultiProcessor
Memória CPU CPU ... CPU

32 MPP: Massive Parallel Processor
CPU Mem. ... Escalonador requisições

33 NoW: Network of Workstations
requisições requisições requisições CPU CPU CPU ... Mem. Mem. Mem.

34 Grids CPU CPU CPU ... Mem. Mem. Mem. Internet

35 Características das Plataformas de Execução
SMPs MPPs NOWs Grids Conectividade excelente muito boa boa média/ruim Heterogeneidade nula baixa média alta Compartilhado não sim Imagem única comum múltipla Escala 10 1.000

36 Grids podem diferir bastante
TeraGrid 4 centros de supercomputação norte-americanos Cada centro com milhares de processadores dedicados ao TeraGrid Canais de altíssima velocidade (40 GBits/s) Poder agregado de 13,6 TeraFlops Ciclos ociosos de 3.6 milhões de processadores espalhados em 224 países Computa em média a uma velocidade de 14 Teraflops

37 Desafios Adicionais em Grids para Alto Desempenho
Execução Remota e Identidade Local Imagem do Sistema Proteção dos Recursos e das Aplicações Escalonamento

38 Globus GRAM e GSI Mapeamento seguro da identificação GSI global para um userid local Global: C=US, O=University of California San Diego, OU=Grid Computing Lab, CN=Walfredo Cirne Local: walfredo (em thing1), u15595 (em bh) Submissão e controle de tarefas via GRAM Independência do escalonador de recurso Proxy para delegação de autenticação

39 Imagem do Sistema Imagem do sistema são as abstrações que nos permite lidar com um sistema computacional Arquivo, diretório, processo, usuário, grupo, etc Com vários domínios administrativos, a imagem do sistema é heterogênea Complica tremendamente o uso do Grid Soluções Imagem do sistema implementada a nível de usuário [exemplo: Condor] Novas abstrações para se lidar com o Grid [exemplo: MyGrid]

40 Redirecionamento de System Calls do Condor

41 Abstrações OurGrid Máquina base  máquina do grid
Tarefa = inicial + remota + final inicial e final rodam na máquina do grid remota roda na máquina do grid Armazenamento Playpen Storage Transferência de arquivos/Espelhamento

42 Fatorando com OurGrid task: init: put ./Fat.class $PLAYPEN remote: java Fat output-$TASK final: get $PLAYPEN/output-$TASK results task: init: put ./Fat.class $PLAYPEN remote: java Fat output-$TASK final: get $PLAYPEN/output-$TASK results task: init: put ./Fat.class $PLAYPEN remote: java Fat output-$TASK final: get $PLAYPEN/output-$TASK results ....

43 Segurança Autenticação e Autorização Proteção do Recurso
Requisito de qualquer grid, porém insuficiente quando há execução remota Proteção do Recurso Recurso roda código de terceiros Proteção da Aplicação Aplicação roda em recurso de terceiros Privacidade dos Dados Dado é processado em recurso de terceiros Problema muito complexo!!

44 Proteção ao Recurso Política por aplicação através de interceptação de system call Fácil de instalar, suporta qualquer linguagem, difícil de configurar para garantir segurança Virtualização específica: Java Fácil de instalar, suporta linguagem específica, fácil de configurar Virtualização geral: VMWare, Virtual PC, Xen Difícil de instalar, suporta qualquer linguagem, fácil de configurar

45 GridBox: Interceptação de System Call
Interceptação pela substituição de shared libraries Define política de acesso por aplicação #Allow read-write access #to "input.txt"and "output.txt" rule fopen allow input.txt rule fopen allow output.txt #Allow read-only access to #/etc/hosts file rule fopen readonly /etc/hosts #Disable all other accesses rule fopen deny * #Limit maximum file size limit FILE_SIZE #Allow connections to trusted machines rule connect allow :80 rule connect allow :80 rule connect allow :80 #Allow SSH connection rule connect allow :22 #Disallow any other connection rule connect deny *:*

46 SWAN: Segurança no OurGrid
Aplicações Bag-of-Tasks só precisarem se comunicar para receber a entrada e devolver a saída Isto é feito pelo próprio OurGrid A tarefa remota roda dentro de uma máquina virtual Xen, sem acesso a rede, e com acesso a disco limitado “por hardware” a uma partição especifica

47 Escalonamento de Aplicação
Não é possível ter um escalonador controlando o Grid Tamanho e dispersão Múltiplos domínios administrativos Escalonadores de recurso Controlam alguns recursos no Grid Escalonadores de aplicação Escolhem quais recursos usar Particionam o trabalho da aplicação

48 Escalonamento de Aplicação
Escalonador de Aplicação Escalonador de Recurso

49 Escalonador de Aplicação
Necessita de informações sobre o Grid Sistemas de monitoramento: NWS, Remos Informações de monitoração são usadas em previsões de performance Necessita de um modelo de performance da aplicação Portanto, funciona apenas para uma classe de aplicações

50 Distribuição de Trabalho Jacobi para um MPP

51 Jacobi AppLeS Escalonador pioneiro para Jacobi 2D
Escolhe quais processadores usar Distribui o trabalho entre os processadores escolhidos Usa predições NWS Usa um modelo de performance de Jacobi Ti = Ai  Pi + Ci, onde: Ti é o tempo para o processador i executar uma iteração Ai é a área da submatriz alocada ao processador i Pi é o tempo que o processador i leva para computar um elemento Ci é o tempo que o processador i leva para comunicar suas fronteiras

52 Distribuição de Trabalho AppLeS Jacobi

53 Work Queue with Replication
Solução de escalonamento para aplicações Bag of Tasks Não depende de informação sobre o Grid ou sobre as tarefas Envia uma tarefa para cada máquina disponível Quando não há mais tarefas para enviar, as ainda em execução são replicadas Eficiente, mas desperdiça ciclos Escalonador do OurGrid

54 Desempenho do WRQ

55 Desperdício do WQR

56 Escalonando Aplicações Intensivas em Dados
WQR obtém bom desempenho para aplicações intensivas em CPU Todavia, várias aplicações BoT importantes são também intensivas em dados Grandes volumes de dados são hoje a grande razão para processamento de alto desempenho Storage Affinity usa replicação e informação estática (a localização dos arquivos) no escalonamento de aplicações intensivas em dados Storage Affinity X-Suffrage WQR Média (segundos) 57.046 59.523 Desvio Padrão 39.605 30.213

57 Conclusões e Tendências
Grids de Alta Performance estão se consolidando Grids de Serviços fazem parte do futuro da computação distribuída Interoperabilidade e Padronização são palavras de ordem

58 Algumas Referências http://www.ourgrid.org http://www.globus.org

59 Fim