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IL MIDDLEWAREIL MIDDLEWARE
• Richiami sulla caratterizzazione dei sistemi GRID• Il Concetto di Virtual Organization• L’architettura a Clessidra• Il middleware• Il modello gLite• Servizi Collective e Servizi Core
Griglie computazionali Griglie computazionali
Università degli Studi di Napoli Federico IICorso di Laurea Magistrale in Informatica – I Anno
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Introduzione Introduzione (1/2)(1/2)
Concetto ispiratori delle “Computational Grids”:
• risorse di computing/storage eterogenee, distribuite geograficamente, accessibili facilmente e senza conoscere i dettagli della loro collocazione
(come avviene per l’utilizzo dell’energia elettrica)
• utenti distribuiti geograficamente, ottengono l’ accesso alle risorse tramite un insieme di servizi
• diverse virtual organization condividono risorse per il raggiungimento di uno scopo comune.
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Introduzione Introduzione (2/2)(2/2)
Il concetto di condivisione delle risorse (resource sharing) non e’ una novità:• printer sharing, RPC, networked file systems, ...
Grid viene considerato il successore dei sistemi di calcolodistribuiti convenzionali. Non è semplice trovare un’unica definizione di Grid:
• high-performance distributed computing environment
• geographically distributed computing
• “Coordinated resource sharing and problem solving in dynamic , multi-institutional virtual organizations”.
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G R I D
Per identificare meglio il concetto di griglia computazionale, mettiamolo in confronto con un sistema distribuito tradizionale.
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Applicazioni distribuiteApplicazioni distribuite
Applicazione distribuitanumero (finito) di processi cooperativi che utilizzano risorsedebolmente accoppiate (loosely coupled resources)
• Processi indipendenti lavorano su dati Geograficamente distribuiti.
• Simulazioni mediante processi comunicanti tra loro.
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Metodologia per la caratterizzazioneMetodologia per la caratterizzazione
La macchina virtuale su cui viene eseguita un’applicazionedistribuita differisce nelle sue caratteristiche se consideriamo
• un sistema di calcolo distribuito convenzionale• un sistema di calcolo Grid
E’ possibile definire un sistema Grid caratterizzando la macchina virtuale
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A1 A2
risorsa
nodoApplication
Virtualmachine
level
Virtualpoollevel
Physicallevel
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A1 A2
risorsa
nodoApplication
Virtualmachine
level
Virtualpoollevel
Physicallevel
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Sistemi di calcolo distribuito convenzionali Sistemi di calcolo Grid
pool virtuale di nodi di calcolo pool virtuale di risorse
l’utente ha accesso ai nodi del pool l’utente ha accesso al pool ma non ai nodi
l’accesso al nodo implica l’utilizzo di tutte le risorse del nodo
l’accesso ad una risorsa può essere ristretto
l’utente e’ a conoscenza delle caratteristiche dei nodi
l’utente non ha idea delle caratteristiche delle risorse
i nodi appartengono solitamente ad un singolo dominio di gestione
le risorse appartengono a più domini di gestione
elementi nel pool: 100-1000, statici elementi nel pool: >> 1000, dinamici
Riepilogo e comparazioneRiepilogo e comparazione
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Virtualizzazione su più LivelliVirtualizzazione su più Livelli
Il Grid computing fornisce un layer di interoperabiltià sulle tecnologie eterogenee di storage, computing e data aquisition mediante la virtualizzazione su due livelli:
• virtualizzazione degli utenti
• virtualizzazione delle risorse
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Un insieme di utenti, site-indipendent ed uniti da un obiettivo comune, che condividono risorse hardware, software e conoscenza.
Esempi di Virtual Organization:L’insieme degli ingegneri di una compagnia di progettazione aerea, distribuiti su diversi centri, che condividono brevetti, risorse di calcolo e software di simulazione
L’insieme di ricercatori di un esperimento di fisica distribuiti in differenti università europee, che condividono software e risorse di calcolo e modelli.
Il Concetto di Virtual Organization Il Concetto di Virtual Organization
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Membership Management
Policy Management
Single-Sign On sulle risorse della GRID
Offerta di servizi e di supporto agli utenti
Management del software
Il Concetto di Virtual Organization Il Concetto di Virtual Organization
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Organizazione di una VO Organizazione di una VO
VO Manager
VO ResourcesMember RoleLuca AdminAnna StudentMario Mngr.... .....
VO Member
USERS
UTENTIRISORSE
VOSite Indipendent
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Organizazione di una VO Organizazione di una VO
Una VO nasce come una struttura dinamica
Un utente può appartenere a più virtual organization ed avere ruoli diversi in diverse VO
All’interno di una VO si possono creare gruppi con differenti policy ed eseguire il management per gruppi o con granularità del singolo utente
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Organizazione di una VO Organizazione di una VO
VO ATLAS: VO tematica dedicata alla fisica delle particelle che unisce fisici di tutto il mondo impegnati nell’esperimento ATLAS che si svolge presso il CERN
UTENTI: 2.500 fisici provenienti da università e centri di ricerca di tutto il mondo.
RISORSE: Migliaia di CPU distribuite su scala geografica
VO-MANAGER: Unico al CERN
SOFT-MANAGER: Unico a Roma
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Architettura di un sistema GRID Architettura di un sistema GRID
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Livello Fabric Livello Fabric
Costituito dall’insieme delle risorse computazionali, di storage, telescopi, microscopi, apparati sperimentali che producono dati, virtual instruments e così via.
E’ un livello fortemente eterogeneo in cui ciascuna delle risorse è dotata del proprio sistema operativo mediante il quale offre servizi direttamente agli utenti o ai livelli superiori dell’architettura GRID.
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Livello Connectivity Livello Connectivity
Definisce i protocolli core per l’autenticazione e la connettività tra servizi GRID.Rappresenta il principale strato di interoperabiltà tra le tecnologie di terze parti eterogenee implementate a livello fabric. In particolare il livello connectivity è responsabile di:
Single-sign On
Delegation
Integrazioni con i sistemi locali di autenticazione
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Livello ResourceLivello Resource
Definisce i protocolli per la pubblicazione delle informazioni locali sullo stato di risorse e fornisce i servizi per il management poggiandosi sul livello connectivity:
Information Protocols
Management Protocols
Protocolli tipici di questo livello sono il gridFTP per lo storage e il GRAM (Grid Resource Access and Management) protocollo http-based usato per l’allocazione di risorse computazionali.
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Livello CollectiveLivello Collective
Definisce i protocolli e servizi di alto livello per la gestione delle risorse distribuite. E’ il livello che di fatto virtualizza le risorse presenti sulla griglia e le esporta in maniera trasparente verso l’utente.
I servizi offerti a livello collective sono di vario tipo, legati sia al management dello storage, sia alla gestione delle risorse di calcolo e di rete. Tali servizi si basano tutti su un sistema informativo dovendo agire su una visione globale della griglia
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Livello CollectiveLivello Collective
Servizi tipici di questo livello sono:
Directory services Co-allocation, scheduling, and brokering services Monitoring and diagnostics services Data replication services Grid-enabled programming systems Workload management systems and collaboration
frameworks Software discovery services Community accounting and payment services Collaboratory services
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Livello ApplicationLivello Application
Costituisce l’insieme di tutte le applicazioni che si appoggiano ai servizi di GRID per la risoluzione di problemi.
Le applicazioni utilizzano i metodi dei livelli sottostanti per accedere alle risorse, e possono interagire a più livelli accedendo alle risorse o tramite i servizi Collective, o tramite i servizi Resources o direttamente tramite il livello
Connectivity.
Il livello application è il livello che completa l’architettura a clessidra.
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L’architettura a clessidraL’architettura a clessidra
L’architettura a clessidra è presa come riferimento in tutte le maggiori implementazioni di GRID.
I protocolli stanno subendo un processo di standardizzazione nell’ambito di collaborazioni internazionali (come è successo per il TCP), ovvero partendo da soluzioni esistenti e tentando di creare degli RFC.
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Introduzione al Grid MiddlewareIntroduzione al Grid Middleware
RISORSE FISICHE
MACCHINE VIRTUALI LOCALI
MACCHINA VIRTUALE GRID
APPLICAZIONI
RISORSE HARDWARE, CPU, MEMORIE, APPARATI FISICI
SISTEMI OPERATIVI LOCALI LINUX, UNIX, WINDOWS, PROPRIETARI
GRID MIDDLEWARE: LCG, gLite, globus
APPLICAZIONI DISTRIBUITE, ANALISI DATI, CALCOLO SCIENTIFICO
Il Grid middleware di base è la componente software che realizza ma macchina virtuale di griglia, esso va inteso come strato di mezzo tra i sistemi operativi delle singole risorse e le applicazioni distribuite.
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Introduzione al Grid MiddlewareIntroduzione al Grid Middleware
Globus Project• Sviluppato dal 1998, standard “de facto”
per le tecnologie GRID.• partner: Argonne NL (Chicago), USC/ISI
(California), EPCC (Edimburgo) ...• sviluppo open source del Globus Toolkit • http://www.globus.org
Globus Toolkit• insieme di librerie e servizi “nucleo”
dell’infrastruttura Grid”• architettura a livelli• modello modulare: bag of services
ServiziGlobusdi base
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Introduzione al Grid MiddlewareIntroduzione al Grid MiddlewareLCG - LHC Computing Grid
• Sviluppato a partire dalla fine degli anni 90• Partner: CERN e le comunità di fisica delle
alte energie• sviluppo open source a partire Globus
Toolkit 2• http://www.cern.ch/lcg
gLite – Grid Lite• Sviluppato a partire dal 2004• Partner: Comunità del progetto europeo
EGEE• Middleware di nuova generazione orientato
ai servizi• http://glite.web.cern.ch
ServiziGlobusdi base
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http://glite.web.cern.chhttp://glite.web.cern.ch
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Il middleware gLiteIl middleware gLite
gLite: Grid Lite - Middleware Europeo completamente riscritto
a partire dal modello del Globus toolkit 2.4
Piattaforma multidisciplinare: gLite nasce per fornire servizi di basso livello sui quali costruire applicazioni scientifiche e commerciali. Nasce sulla base dei feedback di alcune comunità pilota.
gLite offre protocolli di base per l’accesso alle risorse computazionali, di storage e per la creazione di virtual instrument.
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Il middleware gLiteIl middleware gLite
gLite prevede un modello fortemente strutturato per l’implementazione dei livelli COLLECTIVE, RESOURCE e CONNECTIVITY, interagendo con prodotti
di terze parti per i livelli APPLICATION e FABRIC
In particolare il modello gLite si basa sul concetto di ELEMENTO e SITO ed implementa due classi di servizi
SERVIZI COLLECTIVE
SERVIZI CORE
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Il middleware gLiteIl middleware gLiteServizi CoreServizi Core
I servizi di tipo CORE sono servizi locali che permettono di condividere risorse di calcolo, di storage e virtual
instruments. Sono implementati da GRID Element e sono presenti in tutti i siti.
I servizi COLLECTIVE sono servizi distribuiti o centralizzati che lavorano al di sopra delle risorse locali e che di fatto costituiscono l’infrastruttura distribuita. Sono implementati da Grid Element e hanno valenza collettiva.
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Il middleware gLiteIl middleware gLiteIl concetto di ELEMENTO in gLiteIl concetto di ELEMENTO in gLite
Un ELEMENTO o GRID ELEMENT in gLite è un host che
Fornisce uno o più servizi (di tipo collective o core)
Fornisce metodi per l’accesso a tali servizi
È in grado di pubblicare informazioni sulle caratteristiche e sullo stato dei servizi.
E’ in grado di interagire con altri elementi grid o con gli utenti direttamente
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Il middleware gLiteIl middleware gLiteI GRID ELEMENT ed i servizi CORE di gLiteI GRID ELEMENT ed i servizi CORE di gLite
COMPUTING ELEMENT (CE): Fornisce tutti i servizi necessari per l’accesso alle risorse computazionali, interagisce con i local resource manager, pubblica le informazioni sui suoi servizi
STORAGE ELEMENT (SE): Fornisce servizi ed interfacce per la gestione dello storage locale in ambiente GRID in maniera trasparente all’utente.
WORKER NODE (WN): Fornisce servizi per il calcolo: sono le macchine utilizzate per la computazione pura.
SITE BDII (SBDII): Pubblica informazioni sulle risorse locali
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Il middleware gLiteIl middleware gLiteIl concetto di SITO in gLiteIl concetto di SITO in gLite
Un SITO in gLite è un insieme di risorse che:
Possiede almeno un site BDII, un CE, un SE ed una serie di WNgLite SITE
CEComputing Element
SEStorage Element
WORKER NODE
SiteBDII
Nell’architettura gLite i SITE rappresentano
i nodi della GRID, centri di risorse e di servizi locali
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Il middleware gLiteIl middleware gLiteI Servizi COLLECTIVE in gLiteI Servizi COLLECTIVE in gLite
VIRTUAL ORGANIZATION MEMBERSHISP SERVER (VOMS): Servizio per la gestione delle membership ad una VO e per la gestione delle policy sulle risorse.
WORKLOAD MANAGEMENT SYSTEM (WMS): Ha una visione globale della GRID e schedula l’esecuzione dei job sui singoli SITI.
LOGGING AND BOOKKEEPING SERVER (LB): Tiene traccia dei job e del loro stato.
TOP BDII (TBDII): Pubblica informazioni su tutte le risorse della GRID, viene usato dal WMS.
LOGICAL FILE CATALOG (LFC): Fornisce servizi di naming ed un filesystem virtuale di alto livello per il mapping di nomi logici a file fisici distribuiti sugli Stroage Element
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Il middleware gLiteIl middleware gLite
gLite SITE
CEComputing Element
SEStorage Element
WORKER NODE
SiteBDII
CEComputing Element
SEStorage Element
WORKER NODE
SiteBDII
CEComputing Element
SEStorage ElementWORKER NODE
SiteBDIIWMS BDII LFC VOMS
SERVIZI COLLECTIVE
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Il middleware gLiteIl middleware gLite
Il Middleware gLite prevede un’architettura di tipo SOA (Service Oriented Architecture) che garantisce una maggiore modularità, un alto livello di astrazione e consente il reutilizzo del codice e delle applicazioni di terze parti.
I servizi comunicano tra di loro attraverso interfacce e protocolli ben definite che possono comprendere coordinamento di servizi e scambio di dati.
Molti servizi oggi sono basati su tecnologie web-services
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Il middleware gLiteIl middleware gLite
Schema dell’architettura di gLite con l’elenco dei servizi presenti
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Il middleware gLiteIl middleware gLite
Il middeware pubblica API e metodi che possono essere utilizzati direttamente dall’utente o dalle applicazioni per la creazione di applicazioni Grid compliant su piattaforma gLite
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Il middleware gLiteIl middleware gLite
Schema dell’interazionetra un utente ed i servizinecessari per la sottomissione di JOB