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OurGrid O que são Grids? Walfredo Cirne Laboratório de Sistemas Distribuídos - LSD Universidade Federal de Campina Grande - UFCG.

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1 OurGrid O que são Grids? Walfredo Cirne Laboratório de Sistemas Distribuídos - LSD Universidade Federal de Campina Grande - UFCG

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

3 3 Para que serve um Grid?

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5 5

6 6

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

8 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 9 Agenda Histórico Grids de Serviços –Aspectos Fundamentais Grids para Alto Desempenho –Desafios adicionais

10 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 11 Grids de Serviços Infra-estrutura de Serviços sob Demanda Características –Heterogeneidade –Dispersão –Controle Distribuído –Vários Domínios Administrativos Interoperabilidade –Padronização

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

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

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

15 15 MDS Monitoring and Discovery System –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 16 Aspectos Fundamentais Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

17 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 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 19 Aspectos Fundamentais Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

20 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 21 Aspectos Fundamentais Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

22 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 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 24 Aspectos Fundamentais Descoberta de Serviços Autenticação e Autorização Auditoria de Serviços Composição de Serviços Padronização

25 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 26 WSRF Stateless ou Stateful OGSI define: –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 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 28 Agenda Histórico Grids de Serviços –Aspectos Fundamentais Grids para Alto Desempenho –Desafios Adicionais

29 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 30 Plataformas de Execução de Aplicações Paralelas SMPs acoplamento MPPs NOWs Grids distribuição

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

32 32 MPP: Massive Parallel Processor CPU Mem. CPU Mem. CPU Mem.... Escalonado r requisições

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

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

35 35 Características das Plataformas de Execução SMPsMPPsNOWsGrids Conectividadeexcelentemuito boaboamédia/ruim Heterogeneidadenulabaixamédiaalta Compartilhadonão sim Imagemúnicacomum múltipla Escala

36 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 37 Desafios Adicionais em Grids para Alto Desempenho Execução Remota e Identidade Local Imagem do Sistema Proteção dos Recursos e das Aplicações Escalonamento

38 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 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 40 Redirecionamento de System Calls do Condor

41 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 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 43 Segurança Autenticação e Autorização –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 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 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 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 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 48 Escalonamento de Aplicação Escalonador de Aplicação Escalonador de Recurso

49 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 50 Distribuição de Trabalho Jacobi para um MPP

51 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 –T i = A i P i + C i, onde: –T i é o tempo para o processador i executar uma iteração –A i é a área da submatriz alocada ao processador i –P i é o tempo que o processador i leva para computar um elemento –C i é o tempo que o processador i leva para comunicar suas fronteiras

52 52 Distribuição de Trabalho AppLeS Jacobi

53 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 54 Desempenho do WRQ

55 55 Desperdício do WQR

56 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 WQR Desvio Padrão Média (segundos) X-SuffrageStorage Affinity

57 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 58 Algumas Referências

59 59 Fim


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