Algoritmo de Escalonamento para Aplicações em uma Grade Computacional Extensível aos Receptores Digitais de Televisão Bruno Guazzelli Batista Orientadora:

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1 Algoritmo de Escalonamento para Aplicações em uma Grade Computacional Extensível aos Receptores Digitais de Televisão Bruno Guazzelli Batista Orientadora: Profª Drª Regina Helena Carlucci Santana

2 Grid@TV ICMC USP 2 Roteiro Introdução Grades Computacionais Televisão Digital Grid@TV Objetivos

3 Grid@TV ICMC USP 3 Introdução Busca pelo aumento do poder de processamento Compartilhamento de recursos em diferentes instituições Uma das soluções: Computação em Grade – Vários computadores conectados por uma rede onde o trabalho é dividido e executado paralelamente. Baixo Custo Maior potencia computacional

4 Grid@TV ICMC USP 4 Introdução Implantação do Sistema Digital de Televisão no país Será necessário que os telespectadores tenham um receptor digital (Set-Top Box) dotado de recursos computacionais para fazerem uso das vantagens providas por esse sistema Muitos desses recursos podem permanecer ociosos, possibilitando a criação de uma grade computacional.

5 Grid@TV ICMC USP 5 Introdução Grid Anyware é um middleware para grades computacionais que tem como objetivo agregar elementos computacionais de diversas naturezas (Teixeira, 2009). Grid@TV - middleware de grade computacional ponto-a- ponto(P2P), capaz de agrupar em uma única organização virtual computadores convencionais e set-top boxes Em um ambiente de Televisão Digital Interativa é possível que a emissora envie uma aplicação a ser executada no receptor do telespectador e o resultado pode ser enviado de volta via IP Necessário que o mecanismo de escalonamento seja bastante robusto e eficaz.

6 Grid@TV ICMC USP 6 Grades Computacionais Supercomputador virtual composto por equipamentos geograficamente distribuídos que visa o compartilhamento de recursos computacionais (processadores, discos, licenças de software, etc) entre as OV. Surgiu na metade do anos 90 Coordenar os recursos computacionais de maneira descentralizada usando padrões, interfaces e protocolos abertos. – Alto desempenho com qualidade de serviço sob demanda do usuário da grade sem que este saiba o que está acontecendo -> transparência do sistema.

7 Grid@TV ICMC USP 7 Arquitetura Modelo em camadas semelhante a uma ampulheta Modelo de Camadas de uma Grade Computacional (Teixeira, 2009)

8 Grid@TV ICMC USP 8 OGSA, OGSI e WSRF Padronização é uma questão muito importante. Possibilita que soluções desenvolvidas por diferentes instituições possam interagir entre si. OGSA (Open Grid Services Architecture) OGSI (Open Grid Services Infrastructure) WSRF (Web Services Resource Framework)

9 Grid@TV ICMC USP 9 Televisão Digital 2 de Dezembro de 2007- primeira transmissão de sinais digitais na cidade de São Paulo. Decreto presidencial 4901 – SBTVD, além de promover recursos de entretenimento e cultura, deve promover diversos outros benefícios como, por exemplo, a democratização da informação por meio da inclusão digital e aprendizagem à distância.

10 Grid@TV ICMC USP 10 Televisão Digital Benefícios oferecidos aos telespectadores: – Melhor qualidade de áudio e vídeo – Maior programação – Mobilidade – Interatividade Aparelhos de televisão devem ser capazes de realizar todos os procedimentos necessários para apresentar uma programação. Para isso, utilizam Set-Top Box.

11 Grid@TV ICMC USP 11 Set-Top Box Realiza: processamento de fluxo de transporte, decodificação, apresentação de áudio e vídeo, execução de programas, comunicação com emissoras de televisão, entre outras funcionalidades. Necessita de recursos computacionais como unidade de processamento e memória. Grande número de receptores + natureza computacional do Set-Top Box = grande número de recursos computacionais ociosos.

12 Grid@TV ICMC USP 12 Grid Anyware – Contexto TV Digital Proposta de middleware de grade computacional P2P capaz de agrupar em uma única OV computadores convencionais e Set-Top Boxes (Teixeira, 2009). Compartilhamento bi-direcional, onde set-top box pode ser provedor e consumidor de recursos. – Provedor: compartilha seus ciclos ociosos da CPU para que usuários remotos possam utiliza-los. – Consumidor: faz uso de recursos remotos aumentando a potência computacional da grade.

13 Grid@TV ICMC USP 13 Grid Anyware – Contexto TV Digital Na arquitetura P2P torna-se pré-requisito a existência, no set-top box, de um canal de retorno com acesso a Internet. Possibilita que receptor se comunique diretamente com outros equipamentos de mesma natureza ou computadores convencionais. Baseia-se na migração de objetos Java e invocação remota de métodos

14 Grid@TV ICMC USP 14 Arquitetura Grid Anyware – Contexto TV Digital Arquitetura Grid@TV(Teixeira, 2009)

15 Grid@TV ICMC USP 15 Objetivos Determinar como deverão ser distribuídas as aplicações para os PC Peers, Broadcaster Peers e TV Peers. Essa distribuição poderá ser feita considerando tanto o envio via broadcast quanto o envio unicast. Propor e avaliar algoritmos de escalonamento que possibilitem uma distribuição adequada de processos nos elementos da grade computacional proposta pelo Grid@TV.

16 Grid@TV ICMC USP 16 Objetivos Devem ser considerados: – Comportamento com bastante dinamismo; – Capacidade atual de processamento do Broadcaster Peer: determinado pela audiência; – Características e objetivos dos consumidores de recursos; – Informações sobre os tipos de nós disponíveis. Serão utilizados os simuladores: – GridSim – Simulador de Grids computacionais; – GSSIM – Simulador de escalonamento Grid.

17 Grid@TV ICMC USP 17 GridSim – Simulator Grid Permite a modelagem e simulação de recursos de um Grid, bem como os usuários e aplicações. Também fornece primitivas para: – Criação de tarefas; – Mapeamento e gerenciamento das tarefas nos recursos. Com isso escalonadores de recursos podem ser simulados.

18 Grid@TV ICMC USP 18 GSSIM – Grid Scheduling SIMulator Ferramenta baseada em pacotes do GridSim e do SimJava2. Fornece uma camada acima da camada do GridSim que adiciona funcionalidades para modelar os componentes de escalonamento em Grids. Permite a simulação de todos os requisitos que compôem um Grid, como recursos, cargas de trabalho, políticas de escalonamento, topologias de rede, etc.

19 Arquitetura GSSIM GSSIM GridSim SimJava2 JVM Arquitetura GSSIM em camadas Máquina Virtual Java (JMV), cuja implementação é disponível para sistemas simples ou multiprocessados. Fornece uma infraestrutura de controlador de eventos discretos em cima da JVM para conduzir a simulação no GridSim. Permite a modelagem e a simulação do núcleo de entidades Grid. Permite a simulação de recursos agregados chamados Grids brokers ou escalonadores.

20 GSSIM – Dados de entrada Consistem de um arquivo de configuração que descreve as cargas de trabalho e os recursos. Os parâmetros que caracterizam a geração de carga de trabalho são especificados em um arquivo XML – permite definir parâmetros como: contador de processos, taxa de chegada, contador de tarefas, tempos de execução das tarefas, tempo de simulação.

21 GSSIM – Dados de entrada Descrição dos recursos consiste de dois tipos de informação: provedores de recursos e topologia de rede. Provedores de recursos – possuem parâmetros e informações dos recursos Topologia de rede – define os links de rede e seus parâmetros

22 GSSIM – Dados de entrada Os recursos também são descritos em um arquivo XML. Cada provedor de recurso consiste de 3 elementos: – Uma lista de filas incluindo seus parâmetros, ex: prioridade, número de processadores atribuidos a fila, etc. – Informações coletivas sobre os recursos disponíveis em um determinado provedor de recursos ou a descrição de todas a máquinas, ex: número de CPUs livres, memória, etc. – Disponibilidade do mecanismo de reserva antecipada AR

23 Grid@TV ICMC USP 23 Dúvidas e Sugestões? Obrigado!