Grids Computacionais

OurGrid

O que são Grids?

Walfredo [email protected]

Laboratório de Sistemas Distribuídos - LSDUniversidade Federal de Campina Grande - UFCG

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Grids Computacionais• A metáfora da Rede Elétrica

Grid Computacional(fonte de serviços e

recursos)

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Para que serve um Grid?

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O Impacto de Grids

VR Simul

Grid Auditing

MegaCiclos

Databank Inc.

Mastercard

Embratel

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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

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Agenda

• Histórico

• Grids de Serviços– Aspectos Fundamentais

• Grids para Alto Desempenho– Desafios adicionais

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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

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Grids de Serviços

• Infra-estrutura de Serviços sob Demanda

• Características– Heterogeneidade– Dispersão– Controle Distribuído– Vários Domínios Administrativos

• Interoperabilidade– Padronização

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Aspectos Fundamentais

• Descoberta de Serviços

• Autenticação e Autorização

• Auditoria de Serviços

• Composição de Serviços

• Padronização

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Descoberta de Serviços

• Fundamental para Serviços sob Demanda

• Uma visão simples da arquitetura“Catálogo”

Cliente Provedor de Serviços

requisição

resposta

publicaconsulta

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Descoberta de Serviços

• Universal Description, Discovery and Integration (UDDI)

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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)

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• Padronização

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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

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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

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• Padronização

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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

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• Padronização

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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...

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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)

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• Padronização

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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

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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

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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)

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Agenda

• Histórico

• Grids de Serviços– Aspectos Fundamentais

• Grids para Alto Desempenho– Desafios Adicionais

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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

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Plataformas de Execução de Aplicações Paralelas

• SMPs acoplamento

• MPPs

• NOWs

• Grids distribuição

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SMP: Symmetric MultiProcessor

Memória

CPU

CPU

...

CPU

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MPP: Massive Parallel Processor

CPU

Mem.

CPU

Mem.

CPU

Mem.

...

Escalonador

requisições

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NoW: Network of Workstations

CPU

Mem.

CPU

Mem.

CPU

Mem.

...

requisições requisições requisições

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Grids

CPU

Mem.

CPU

Mem.

CPU

Mem.

...

Internet

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Características das Plataformas de Execução

SMPs MPPs NOWs Grids

Conectividade excelente muito boa boa média/ruim

Heterogeneidade nula baixa média alta

Compartilhado não não sim sim

Imagem única comum comum múltipla

Escala 10 1.000 1.000 100.000

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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

• SETI@home– Ciclos ociosos de 3.6 milhões de processadores

espalhados em 224 países

– Computa em média a uma velocidade de 14 Teraflops

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Desafios Adicionais em Grids para Alto Desempenho• Execução Remota e Identidade Local

• Imagem do Sistema

• Proteção dos Recursos e das Aplicações

• Escalonamento

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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

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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]

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Redirecionamento de System Calls do Condor

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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

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Fatorando com OurGrid

task:init: put ./Fat.class $PLAYPENremote: java Fat 3 18655 34789789799 output-$TASKfinal: get $PLAYPEN/output-$TASK results



....

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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!!

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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

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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.txtrule fopen allow output.txt#Allow read-only access to#/etc/hosts filerule fopen readonly /etc/hosts#Disable all other accessesrule fopen deny *#Limit maximum file sizelimit FILE_SIZE 1000000

#Allow connections to trusted machinesrule connect allow 200.18.98.120:80rule connect allow 200.18.98.132:80rule connect allow 200.18.99.221:80#Allow SSH connectionrule connect allow 200.18.98.22:22#Disallow any other connectionrule connect deny *:*

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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

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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

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Escalonamento de Aplicação

...

Application Scheduler

Application Scheduler

Resource Scheduler

...

...

Resource Scheduler

Resource Scheduler

...

Escalonador de Aplicação


Escalonador de Recurso



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• 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

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Distribuição de Trabalho Jacobi para um MPP

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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

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Distribuição de Trabalho AppLeS Jacobi

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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

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Desempenho do WRQ

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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

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Algumas Referências

• http://www.ourgrid.org

• http://www.globus.org

• http://www.cs.wisc.edu/condor/

• http://ggf.org

• http://gridcafe.web.cern.ch/gridcafe/

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Fim

Documents

Grids Computacionais