Grids Computacionais

1. O que são Grids?Walfredo Cirnewalfredo@dsc.ufcg.edu.br Laboratório de Sistemas Distribuídos - LSDUniversidade Federal de Campina Grande - UFCG

2. 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. MegaCiclos Databank Inc. Embratel Mastercard O Impacto de Grids VR Simul 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 • 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. publica consulta requisição resposta Descoberta de Serviços • Fundamental para Serviços sob Demanda • Uma visão simples da arquitetura “Catálogo” Cliente Provedor de Serviços

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

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

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

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

35. 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 Características das Plataformas de Execução

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 • SETI@home • 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 $PLAYPENremote: java Fat 3 18655 34789789799 output-$TASKfinal: get $PLAYPEN/output-$TASK results task:init: put ./Fat.class $PLAYPENremote: java Fat 18656 37307 34789789799 output-$TASKfinal: get $PLAYPEN/output-$TASK results task:init: put ./Fat.class $PLAYPENremote: java Fat 37308 55968 34789789799 output-$TASKfinal: get $PLAYPEN/output-$TASK results ....

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. 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 1000000 #Allow connections to trusted machines rule connect allow 200.18.98.120:80 rule connect allow 200.18.98.132:80 rule connect allow 200.18.99.221:80 #Allow SSH connection rule connect allow 200.18.98.22:22 #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. Escalonador de Aplicação Escalonador de Aplicação Escalonador de Recurso Escalonador de Recurso Escalonador de Recurso Escalonamento de Aplicação

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