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Griglie computazionali - a.a. 2008-09 1

LEZIONE N. 2LEZIONE N. 2

• Progetti Grid INFN-NA e UniNA• Sistemi di calcolo distribuito tradizionali e Gridcomputing• Architettura, livelli, protocolli e servizi Grid• Come funziona una Grid

Griglie Griglie computazionalicomputazionali

Università degli Studi di Napoli Federico IICorso di Laurea Magistrale in Informatica – I Anno


Progetti GRID INFNProgetti GRID INFN--NA e NA e UniNAUniNA


Campus GRIDCampus GRIDMonte SantMonte Sant ’’AngeloAngeloNAPOLINAPOLI

World Wide GRID

Calcolo Parallelo e Linux Farms

Campus GRID

Struttura comune di HPC (High Performace Computing) basata suGRID a livello di campus universitario per la ricerca scientifica in Fisica, Chimica, Matematica.

MatematicaICAR

Centro Stella di Campus

Centro Stella di Campus

ChimicaINSTM

FisicaINFN – INFM

CdC Reg.

Banda1 Gbit

Banda1 Gbit

Progetto Campus GRIDProgetto Campus GRID (2003-2004)


DSF: Locale 1G01 (sede infrastruttura principale del Campus Grid)

DSF : Locale 1M16

DMA

Campus Campus GridGrid a Monte a Monte SantSant’’AngeloAngelo

DiChi

DSF

C.S.I.GARR Collegamenti in fibrafra DSF, Chim. e Mat.


Dip. di ChimicaDip. di Scienze FisicheDip. di MatematicaICAR CNRINFNINFMINSTM

COSTITURE UNA STRUTTURA DI CALCOLO AVANZATO BASATA SU GRIGLIE COMPUTAZIONALI (“CAMPUS GRID”)


Progetto Progetto S.Co.P.ES.Co.P.E (2005(2005--2008)2008)““SSistema istema CoCooperativo Distribuito ad alte operativo Distribuito ad alte PPrestazioni per restazioni per

EElaborazioni Scientifiche laborazioni Scientifiche MultidisciplinariMultidisciplinari””

Obiettivo finale del progetto è la realizzazione di un Sistema di Calcolo ad Alte Prestazioni, orientato ad applicazioni scientifiche multidisciplinari, che operi anche secondo il paradigma GRID, dedicato alla modellistica computazionale ed alla gestione di grosse banche dati, per ricerche nelle aree applicative di interesse del progetto, ovvero:

Scienze del Microcosmo e del Macrocosmo, Scienze della Vita, Scienze dei Materiali e dell’Ambiente.

+ area tecnologica: Middleware


MacroareaScie

nzeM.F.N.

MacroareaMedicina

Struttura centrale (CSI)

Area delleScienze MM.FF.NN.(Campus – GRID)

Area delle Scienze Ingegneristiche

Area delle ScienzeMediche e

Biotecnologie

Dip.Informatica e Sistemistica

Dip. Ingegneria Elettrica

Dip.Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni

Dip. Biochimica e Biotecnologie

mediche

MacroareaMedicina

Area delle Scienze

Umane e Sociali

Dip.Matematico-Statistico

Dip. di Scienze Fisiche

Dip.Ingegneria Chimica

Organizzazioni esterne

ma collegate

INFN Sezione di Napoli

CNR-SPACI Napoli

INFM Unitàdi Napoli

CEINGE

CRIAI

ARPA

CINI

Dip. di Analisie ProgettazioneStrutturale

Dipartimentodi SociologiaCentro di

Eccellenza per lo Studio delle Malattie Genetiche

Dip. di Matematica

Dip. di Chimica

19Departments and Research Institutes128Professors and Senior researchers from

UniNA + many others from ResearchInstitutes (INFN, etc.)

35 Young researchers (assegni di ricerca)28 Technology specialists (co.co.co.)


� Astrophysics group• Search for gravitational waves• Data mining and visualization of astronomical massive data setshttp://virgo.infn.it and http://www.eurovotech.org/

� Particle Physics (subnuclear physics) groupStudy of proton-proton interactions at the CERN-LHC La rge Hadron Collider and implementation of a Tier2 Data Centre for large scale, data intensive M ontecarlo simulations and data analysishttp://lxatlas.na.infn.it

�Bioinformatics groupStudy of genome sequence analysis and image analyses for cell motility and other dynamicalphenomenahttp://bioinfo.ceinge.unina.it/ and http://www.ceinge.unina.it

� Numerical Mathematics and Scientific computing groupStudy and design of algorithms for distributed scienti fic applications and implementation on HPC infrastructures� Statistical mechanics groupStudy of applications of statistical mechanics to compl ex systemshttp://smcs.na.infn.it/�Electromagnetism and Telecommunication groupStudy of models and measurements of electromagnetic field in the Napoli metropolitan areahttp://www.diet.unina.it/gruppoCE/GruppoEl.html

� Material Science groupStudy of molecular dynamics and optical properties of nano-structured materialshttp://lsdm.campusgrid.unina.it/ and http://www.nanomat.unina.it

� Soft Matter Engineering groupStudy of models and simulations of the flux of micro-structured materials http://wpage.unina.it/p.maffettone


The The SCoPESCoPEData CenterData Center

33 Racks (of which 10 for Tier2 ATLAS)304 Servers for a total of 2.432 processors130 TeraByte storage

2 remote sites: Fac. Medicine: 60 TB storageDep. Chemistry: 8 server multiCPU(4-proc)


INGRESSO

Data CenterData CenterSCOPESCOPE

Control RoomControl RoomSCOPESCOPE

Biologia

Fisica


SCoPESCoPE DataCenterDataCenter & Tier2 ATLAS& Tier2 ATLAS

Cabina elettrica 1 MW1 MW


Control room

Chem . Med.

Data Center

Low latency network2432 core


CAMPUS GRIDMonte Sant’Angelo

DMADMADMADMADiChDiChDiChDiCh

iiii

DSF DSF INFNINFN

C.S.IC.S.IC.S.IC.S.I

....GARR

Fibra ottica

S.CO.P.ES.CO.P.E..

GARR2.4 Gb/s

Centro Centro S.CO.P.ES.CO.P.E..

DDipartimento diipartimento diSScienzecienze FFisicheisicheSezioneSezione INFNINFN

Cabina elettricaG.E. 1 MW

Control roomControl roomS.CO.P.ES.CO.P.E..

The The MetropolitanMetropolitan NetworkNetwork

Griglie computazionali - a.a. 2008-09

14

ENEA

INFN NAPOLI

POP GARR BARI

UNINA SCOPE2x

1 G

bit

1 Gbit2x1 Gbit

TIER2

10 Gbit

1 Gbit

1 G

bit

2x10 Gbit

POP GARR ROMA

POP GARR M.S. Angelo

POP GARR CATANIACITTADELLA

2.5 Gbit

2.5 Gbit

2.5 Gbit

TIER21 Gbit


Programma Operativo Nazionale 2000-2006“Ricerca, Sviluppo Tecnologico, Alta Formazione”Asse II “Rafforzamento e apertura del sistema scient ifico a di alta formazione meridionale”Misura II.2 “Società dell’Informazione per il Sistema Sc ientifico Meridionale”Azione a – Sistemi di calcolo e simulazione ad alte presta zioni

InteroperabilitInteroperabilit ààfra i Progetti dellfra i Progetti dell ’’Avviso 1575/2004Avviso 1575/2004

ESPERIENZA VIRTUOSA E DI SUCCESSO NEL MERIDIONE

NASCITA DI UNA NUOVA COMUNITA’ SCIENTIFICA STIMABILE NELL’ORDINE DI 800 TRA RICERCATORI E TECNICI

5 DOCUMENTI STRATEGICI E TECNICI OPERATIVI

15 TECNICI DEDICATIALL’INTEROPERABILITA’

10.000 UNITA’ DI CALCOLO


Favorire una proficua sinergia finalizzata a delineare la struttura portante della infrastruttura GRID meridionale che presenti fattori manifesti o latenti di attrattivitàper il sistema industriale

Aprire ad altri soggetti che operano in ambito GRID per promuovere un proficuo interscambio nazionale ed internazionale

Promuovere e favorire gli elementi di novità:

� Nuove comunità di utenti scientifici� Grid Computing anche per il

mondo produttivo e e sociale

Obiettivi della comunitObiettivi della comunit àà ““ 15751575””

E’ stata creata una community e sono state gettate l e basi per le prossime sfide della programmazione 2007-2013:

LA REALIZZAZIONE DELLLA REALIZZAZIONE DELL ’’ee--INFRASTRUTTURA ITALIANA APERTA ALLA COLLABORAZIONE INFRASTRUTTURA ITALIANA APERTA ALLA COLLABORAZIONE E ALLE ALL ’’ INTERAZIONE TRA RICERCA E IMPRESAINTERAZIONE TRA RICERCA E IMPRESA


Il nuovo soggetto: GRISUIl nuovo soggetto: GRISU ’’L’attività di interoperabilità proseguirà al terminedei progetti dell’Avviso 1575 nell’ambito di unastruttura organizzativa denominataGRISU’(Griglia del Sud).

Protocollo di Intesa stipulato trai soggetti attuatori dei quattroprogetti ( ENEA, UniNA Federico II, Cons. COSMOLAB, Cons. COMETA ) e il Cons. SPACI (già fruitore del progetto omonimo cofinanziatotramite l’Avviso 68 dellaprogrammazione 2000-2006).� Ricerca, Sviluppo e Innovazione� Cooperazione con le Imprese� Integrazione nell’Italian Grid Infrastructure e nell’ European G. I.


Strategia di InteroperabilitStrategia di Interoperabilit àà

GARR

PI2S2

GARR Altri Enti e realtà

SPACI


PORTICIPORTICI BRINDISIBRINDISILECCELECCE

TRISAIATRISAIA

GRISU’

EGIEuropean GRID Infrastructure

IGIItalian GRID Infrastructure

INFN-GRID

ENEA-GRID


INFNINFN--GRID ENEAGRID ENEA--GRIDGRID


LA RETE DELLARICERCA OGGI

IL FUTUROGARR-X NEL MERIDIONE

FASE ZERO:INTEGRAZIONE TRA I 4 PON

Il futuro dellIl futuro dell ’’ ee--Infrastruttura della rete GARRInfrastruttura della rete GARR


Le Regioni Le Regioni ““ ObiettivoObiettivo ””per la programmazione 2007per la programmazione 2007 --2013 dell2013 dell ’’UEUE

Convergenza (CONV) (in ritardo di sviluppo)Phasing Out (out da CONV, gode del Sostegno Transitorio)Phasing In (in CRO)Competività Regionale e Occupazione (CRO)

Ph IN

PhOUT


BeyondBeyond SCoPESCoPE

• High bandwidth network and services

• Cloud computing Scientific and industrial applications

• High Performance Computing e GridComputing.

• Data Mining

• Development of algorithms and software

• Aerospace, Automobile

• Telecommunications, Informatics, Elettronics

• Security

• Chemistry, Farmaceutica, Biomedicine

• Transportation e logistics

• Finance and Economy

• Services for Public

�� CooperationCooperation betweenbetween ScienceScience and and IndustryIndustry�� InteroperabilityInteroperability and and IntegrationIntegration in in GriSGriS ùù �� IGI IGI �� EGIEGI


e-Infrastructuree-Infrastructure security

mobility

semanticweb.

automatic

managem

ent

e-sience

e-business

aeronauticsgenomics

environment

astronomy

broadband

Oltre lOltre l’’ee--ScienceScience verso . . .verso . . .

““ La luce della scienza cerco e La luce della scienza cerco e ‘‘l beneficio l beneficio ““ (Galileo Galilei)


Sistemi di calcolo distribuitoSistemi di calcolo distribuitotradizionali e tradizionali e GridGrid computingcomputing


Che cosa Che cosa èè un sistema distribuito ?un sistema distribuito ?

E’ un sistema di molti processori distribuiti su rete locale o geografica, interconnessi tra loro, accessibili agli utenti nelmodo più trasparente possibile e capaci di cooperare tra loro alla soluzione di un problema (ad es. un’applicazione dell’utente).

Mass storagecondiviso

Cluster di PC

Utenti

Esempio

R e t e


““ ProPro”” e e ““ ControContro”” di un sistema distribuitodi un sistema distribuitorispetto a rispetto a MainframesMainframes o a PC indipendentio a PC indipendenti

Vantaggi:• Basso costo in rapporto alle prestazioni.• Potenza integrata scalabile.• Reti a banda larga e affidabili (100 Mb/s – 10 Gb/s).• Distribuzione delle risorse di calcolo su più sedi (es. banche,

aziende, industrie, istituzioni scientifiche, università).• Affidabilità dell’intero sistema (riduzione dei single points of

failure).• Condivisione di dati su più sedi (es. database comuni).• Lavoro collaborativo (es. video e audio conferenza, e-mail, web).Problemi:• Gestione “globale” e “controllata”.• Riservatezza e Sicurezza delle informazioni.• Disaster Recoverysu scala geografica.


L A N

cache

CPU

M cache

CPU

M cache

CPU

M

File Server

Submit job LSF, PBS, …Job Manager

Run job

Esempio di loosely coupled SW su loosely coupled HW: Network Operating System Network Operating System (file condivisi)


Problema:Controllo centralizzato, mancanza di coordinameno per l’esecuzione dei processi e scarsa interazione tra i sistemi componenti.

Soluzione:SistemaSistemaoperativooperativo distribuitodistribuito :: tightly-coupled SW su loosely-coupled HW come se fosse un singolo sistema invece che una collezione di singoli sistemi.

Obiettivi da raggiungere:Meccanismo unico di comunicazione fra i processi(Interprocess communication)Schema unico di protezione globale (Security).Unica gestione dei processi (Process management).Unico meccanismo di accesso ai dati (Data management).Sistema informativo globale (Information system).Autonomia di utilizzo delle risorse locali(Governance).


Requisiti di un sistema distribuitoRequisiti di un sistema distribuitoTrasparenzaTrasparenza::

Il sistema deve apparire come un sistema singolo. Si puo’ ottenere a due livelli:FlessibilitFlessibilitàà:Adattabilità a nuove esigenze.

AffidabilitAffidabilit àà (reliability):

Caratteristica intrinseca del sistema distribuito: se una macchina ha problemi il job puòandare su altre.

EfficienzaEfficienza (performance):

Parametri di efficienza (performance metrics):

• Response time.

• Throughput (numero di job in un’ora, strettamente dipendente dal tipo di job:

cpu bound o I/O bound).

• Uso di banda trasmissiva sulla rete.

Granularita’ del calcolo (grain size):

• Fine-grain parallelism (difficile per un SD).

• Coarse-grain parallelism (si adatta meglio a un SD).

ScalabilitScalabilitàà:

L’espandibilità è un requisito fondamentale di un sistema distribuito.


CHE COSA ECHE COSA E’’ UNA GRID ?UNA GRID ?

Si parla di molti tipi di griglie computazionali: Science Grid, Bio Grid, Campus Grid, Data Grid, Sensor Grid,Cluster Grid, ecc.(In passato, analoga confusione di termini: SNA, DECNET erano parte di Internet o no ? Chiarimento: Internet è architettura basata su IP (InternetProtocol).

� Necessità di una definizione di GRID non ambigua !

1969 (Len Kleinrock) –Analogia con le reti elettriche e telefoniche.“We will probably see the spread of ‘computer utilities’, which, like presentelectric and telephone utilities, will service individual homes and officesacross the country”.


1998 (Ian Foster e Carl Kesselman) –“A computational grid is a hardware and software infrastructure that providesdependable, consistent, pervasive and inexpensive access to high-end computational capabilities”.

2000 (Ian Foster, Carl Kesselman e Steve Tuecke) –Grid computing is concerned with “coordinated resource sharing and problemsolving in dynamic, multi-istitutional virtual organizations”.

Punti chiave:

• Capacità di negoziare secondo regole stabilite la condivisione di risorse (computers, software, dati, ecc.) da parte di organizzazioni o istituzioni (scientifiche, industriali, governative, ecc.) cheagiscono da VirtualVirtual OrganizationsOrganizations.

• Importanza di definire protocolli standard per consentire la interoperabilità e realizzare una infrastruttura comune .


DEFINIZIONE DI GRID IN 3 PUNTIDEFINIZIONE DI GRID IN 3 PUNTI

GRID è un sistema che:

1) Coordina risorse che non devono essere soggette ad alcun controllo centralizzato.

(es. PC desktop personali, nodi di calcolo e database di istituzioni sparse su territorio nazionale e nel mondo, senza lanecessità del controllo tipico di un sistema a gestione locale, pur garantendo la sicurezza e la realizzazione delle politiche di utilizzo all’interno di un’organizzazione virtuale).


2) Usa protocolli e interfacce standard, open, general-purpose.

(essenziali per assicurare in modo trasparente funzionalità di base quali autenticazione, autorizzazione, ricerca e accesso alle risorse).

3) Assicura un’elevata qualità di servizio (QoS -Quality of Service).

(es. tempi di risposta, throughput, disponibilità, sicurezza, co-allocazione di risorse).


Non sono GRID (ad esempio):

a) Un sistema di gestione di code batch che utilizzano le CPU di un computer multi-processore o di computer inseriti in un cluster o su una LAN: c’è controllo centralizzato delle risorse e conoscenza completa dello stato del sistema.

b) Il Web: benché usi protocolli standard, aperti e general-purpose, manca l’uso coordinato delle risorse per assicurare la migliore QoS.

Sono approssimativamente GRID (ad esempio):

c) I sistemi di schedulers multi-site(es. Condor, Entropia) o di database federati (es. Storage Resource Broker) che distribuiscono risorse in modo non centralizzato e assicurano seppur limitate QoS, pur non basandosi completamente su standards.


Sono GRID (ad esempio):

I progetti di “Data Grid” per il calcolo intensivo e distribuito in ambito accademico e scientifico in EU (EDG, CrossGRID, Data Tag, LCG, EGEE), in USA (GriPhyN, PPDG, iVDGL) e in Asia (ApGrid) e molti altri ancora.

Essi si propongono di:

• Integrare risorse anche non omogenee appartenenti a molte istituzioni che conservano in ogni caso le loro politiche di utilizzo. Accesso on-demandalle risorse.

• Usare protocolli aperti, standard e general-purpose per la gestione delle risorse (ad es. il Globus Toolkit, l’EDG Toolkit, l’Open GridService Architecture- OGSA).

• Garantire qualità di servizio in vari settori (sicurezza, affidabilità, prestazioni, ecc.).


Architettura, livelli, protocolli Architettura, livelli, protocolli e servizi e servizi GridGrid


IL PROBLEMA GRIDIL PROBLEMA GRID

Realizzare la condivisione coordinata di risorse su larga scalaRealizzare la condivisione coordinata di risorse su larga scalain un contesto di organizzazione virtuale, in un contesto di organizzazione virtuale, multimulti --instituzionaleinstituzionalee dinamicae dinamica..

Occorre una nuova architettura che:

• identifichi le componentiprincipali del sistema.• specifichi lo scopoe la funzionedi queste componenti.• indichi come queste componenti interagiscono fra di loro.

• definisca servizi e protocolli comuni per garantire l’ interoperabilità attraverso la rete (flessibilità di aggiungere nuovi utenti, servizi e piattaforme hw/sw in modo dinamico) e costituire così un sistema aperto.


PROTOCOLLO:PROTOCOLLO:Insieme di regole e formati per lo scambio di Insieme di regole e formati per lo scambio di informazioni.informazioni.

Protocolli standard sono fondamentali per assicurare l’interoperabilità.Esempi:

• Internet Protocol (IP): trasferimento di pacchetti senza garanzia di affidabilità.

• Transmission Control Protocol (TCP): costruito su IP per definire un protocollo affidabile.

• Transport Layer Security Protocol (TLS): costruito su TCP, garantisce sicurezza e integrità dei dati.

• Lightweight Direct Access Protocol (LDAP):costruito su TCP, èun protocollo per l’accesso a directories (anche database).

DEFINIZIONIDEFINIZIONI


SERVIZIO: protocollo + funzione.SERVIZIO: protocollo + funzione.CapacitCapacit àà di svolgere una funzionalitdi svolgere una funzionalit àà sulla retesulla rete(ad es. muovere files, creare processi, verificare diritti di accesso). Un servizio è definito in base alla funzione che svolge ed al protocollo che “parla”.

Esempi:• FTP server: parla il File Transfer Protocol e gestisce l’accesso in

lettura e scrittura di files remoti. Opera il trasferimento di pacchetti senza garanzia di affidabilità.

• LDAP server: parla il protocollo LDAP e supporta le risposte alle interrogazioni (ad es. usando informazioni presenti in un database).

Più servizi possono parlare lo stesso protocollo: ad es. nel Globus Toolkit il Replica Catalog(RC) e l’Information Service (IS) usano entrambi LDAP.


L’ARCHITETTURA A CLESSIDRALL ’’ ARCHITETTURA A CLESSIDRAARCHITETTURA A CLESSIDRASi tratta di un modello a strati (layers).Il modello di riferimento è la clessidra(hourglass):

• Il centro (neck) della clessidra definisce un piccolo insieme di astrazioni di base (core) e di protocolli (servizi di base).

• La parte superiore contiene high levelservices (o behaviors) che si basano sui servizi e protocolli sottostanti.

• La parte inferiore contiene le risorse della grid.



Fabric

Connectivity

Resource

Collective

Application


Fornisce le risorse per l’accesso condiviso da parte della Grid.Ad esempio:

• Risorse computazionali• Sistemi di storage• Cataloghi• Risorse di rete• Sensori

Le risorse devono assicurare un meccanismo di enquiry che consenta di scoprire la loro struttura, lo stato e la loro capacitàed un meccanismo di managementper il controllo della qualità del servizio offerto.

FABRIC Layer: Interfacce per il controllo locale

FABRIC FABRIC LayerLayer: : Interfacce per il controllo localeInterfacce per il controllo locale


Definisce i protocolli base per la comunicazione e l’autenticazione.

I protocolli di comunicazione abilitano lo scambio deidati fra le risorse del fabric layer e si basano sui protocolli dell’architettura Internet (IP, TCP, UDP, DNS, RSVP).

I protocolli di autenticazione sono costruiti sui servizidi comunicazione per fornire meccanismi crittograficisicuri per verificare l’identità di utenti e risorse.

CONNECTIVITY Layer: Comunicazione facile e sicura

CONNECTIVITY CONNECTIVITY LayerLayer: : Comunicazione facile e sicuraComunicazione facile e sicura


I protocolli di autenticazione devono avere le seguenti caratteristiche:

• Single sign on: l’utente si deve autenticare una volta sola.• Delegation: propagazione delle credenziali ai programmi• Integration with local security: non sostituiscono ma si mappano nell’environment locale.• User-based trust relationships: il sistema di security nondeve richiedere che i sistemi di security locali interagiscano tradi loro per configurare l’ambiente di sicurezza.

Il Globus Toolkit usa i protocolli GSI (Grid SecurityInfrastructure) per l’autenticazione (certificati con formato X.509), la protezione della comunicazione (estende i protocolli di TLS - Transport Layer Security) e l’autorizzazione.


Definisce i protocolli per negoziare, iniziare, monitorare, controllare, addebitare l’utilizzo di risorse singole, cioè non distribuite.

Questi protocolli utilizzano funzioni del Fabric peraccedere e controllare risorse locali.Due classi principali di protocolli dello strato Resource:

• Information protocols , per ottenere informazioni sulla configurazione e lo stato di una risorsa.

• Management protocols , per negoziare l’accesso alla risorsa condivisa.

RESOURCE Layer: Condivisione di risorse singole

RESOURCE RESOURCE LayerLayer: : Condivisione di risorse singoleCondivisione di risorse singole


Il Globus Toolkit usa protocolli standard:

• GRIP (Grid Resource Information Protocol), basato su LDAP per definire uno standard resource information protocole il relativo information model.• GRRP (Grid Resource Registration Protocol), per registrare le risorse.• GRAM (Grid Resource Access Management), basato su HTTP, per l’allocazione delle risorse di calcolo e per il monitoring e il controllo del calcolo su queste risorse. GRAM utilizza il linguaggio RSL (Resource Specification Language)per la specifica delle richieste.• GridFTP (Grid File Transfer Protocol), basato su FTP, per l’accesso ai dati; ha funzionalità estese rispetto a FTP (usa i protocolli di sicurezza dello strato Connectivity, gestisce una sorta di parallelismo per i trasferimenti ad alta velocità, ecc.).

• LDAP (Lightweight Directory Access Protocol), per l’accesso a directories.

A ciò si aggiungono servizi quali: GIIS (Grid Index Information Service); GIS (GridInformation Service); GRIS (Grid Resource Information Service). GSS(GenericSecurity Service).

L’ Information Service ha un ruolo fondamentale nella grid perché sta alla base del resource discovery e del decision making.



Definisce protocolli e servizi (e API e SDK) che non sono associati a una singola risorsa ma a una collezione di risorse. Essi si basano sui protocolli definiti nel Resourcee nel Connectivity layer. Quindi possono implementare una vasta gamma di servizi senza porre nuovi requisiti sulle risorse condivise.

Esempi di servizi:

� Directory services: consentono ai membri di una VO di identificare le risorse a disposizione della VO. Utilizzano i protocolli GRRP e GRIP.� Co-allocation, scheduling and brokering services: consentono ai membri di una VO di richiedere e schedulare l’allocazione di una o più risorse (es. Condor-G).� Monitoring and diagnostics services: consentono il monitoraggio delle risorse di una VO, inclusi gli attacchi (intrusion detection).� Data replication services: consentono la gestione ottimizzata delle risorse di storage di una VO per massimizzarne le prestazioni (tempi di risposta, affidabilità, ecc.).

COLLECTIVE Layer: Coordinamento di collezioni di risorse

COLLECTIVE COLLECTIVE LayerLayer: : Coordinamento di collezioni di risorseCoordinamento di collezioni di risorse


� Grid-enabled programming systems: consentono l’utilizzo di modelli di programmazione utili in ambienti Grid per l’implementazione dei vari servizi Grid(es. Message Passing Interface).� Workload management systems and collaboration frameworks: chiamati anche PSE (Problem Solving Environments) per l’utilizzo e la gestione dei carichi di lavoro in ambienti collaborativi.� Software discovery services: consentono di scegliere software e piattaforme adatte per il problema specifico da risolvere (es. NetSolve).� Community authorization servers: consentono di gestire le politiche di accesso alle risorse di una comunità in modo da renderle fruibili all’utente.� Community accounting and payment services: consentono di raccogliere informazioni sull’utilizzo delle risorse ai fini di resoconti, pagamenti, limitazioni di uso.� Collaboratory services: consentono lo scambio di informazioni all’interno di vaste comunità di utenti (es. CavernSoft).

Il Globus Toolkit utilizza i servizi di cui sopra e altri, fra cui MDS (Meta Directory Service)per la gestione informativa delle risorse.


APPLICATIONS LayerAPPLICATIONS APPLICATIONS LayerLayer

Comprende le applicazioni degli utenti appartenenti ad una Virtual Organization.Le applicazioni sono costruite sulla base dei servizi definiti in ciascuno strato.



Middleware INFNGRIDMiddleware INFNGRID

� Servizi “core” (presenti in ciascun sito)� Repository pacchetti del middleware

(YAIM - INFNGRID 3.0.0 - Scientific Linux CERN 3.x - Istallazione e aggiornamenti automatici via PXE – Framework Globus 2.x)

� Servizi di computing

(Computing Element � gestione dei Worker Node – Servizi Globus: globus-gatekeeper, globus-gridftp, GRIS – Batch system: PBS, Torque, LSF)

� Servizi di storage

(Storage Element � gestione dello storage – Servizi Globus: globus-gridftp, GRIS)

� User Interface

(sottomissione di job, visualizzazione stato di un job, cancellazione di un job, recupero dell'output di un job, via remota SSH o web GENIUS)

Piena compatibilità con il m/wEGEE (gLite/LCG) con releasee aggiornamenti frequentie controllati centralmente.


� Servizi “collective” (gestiti centralmente)� Servizi di autenticazione/autorizzazione

(VOMS - Virtual Organization Membership Service)

� Servizi di allocazione dei job

(Resource Broker – allocazione job via matchmaking con le risorse)

� Servizi informativi

(GRIS Grid Resource Information Service � Information Index

� Cataloghi di file / repliche

(LFC LCG File Catalog � localizzazione dei dati, copia dei dati, gestione e replica dei dati, gestione dei meta-dati, MySQL)

� User interface


� Servizi aggiuntivi di supporto e gestione

dell’infrastruttura� Certification Authority

(Certificati personali e server di una Registration Authority locale)

� Servizi di Monitoring

(GridIce � monitoring delle risorse, SAM Service Availability Monitoring �monitoring dei servizi)

� Servizi di Accounting

(DGAS - Distributed Grid Accounting: le informazioni sono raccolte in un database Home Location Register)

� Servizi di Ticketing per la risoluzione di problemi

(Gestione dei trouble ticket)


SE

WNCE

YAIM

UI

GRID

UI

DGAS

TS

SAM

MS

LFC

II

VOMS

RB

Grid Service Center

Grid Site


Il portale web GENIUS


Il laboratorio GILDA per la “dissemination”


Open Grid Services Architecture (OGSA) è un nuovo paradigmaconcettuale che vuole mettere insieme le potenzialità dei serviziWeb con il Grid computing. Le applicazioni invocheranno i Web services tramite il Web Services Description Language (WSDL).

Molti progetti (es. LCG ,EGEE) già prevedono il passaggio da un’architetturabasata su Globus ad unabasata su OGSA.

gLite è il m/w EGEE

EVOLUZIONE EVOLUZIONE DELLDELL ’’ ARCHITETTURA GRIDARCHITETTURA GRID

Globus 2 based

OGSA based

EDG

VDT

. . .

LCG EGEE

. . .

EGEE-3EGEE-2EGEE-1LCG-2LCG-1

gLite



Collective ServicesCollective Services

Information&

Monitoring

Information&

Monitoring

Replica ManagerReplica

ManagerGrid

SchedulerGrid

Scheduler

Local ApplicationLocal Application Local DatabaseLocal Database

Underlying Grid ServicesUnderlying Grid Services

Computing ElementServices


AuthorizationAuthenticationand Accounting


Replica CatalogReplica Catalog

StorageElementServices


SQL Database Services


Fabric servicesFabric services

ConfigurationManagement


Node Installation &Management


Monitoringand

Fault Tolerance

Monitoringand

Fault Tolerance

ResourceManagement

ResourceManagement

Fabric StorageManagement


Grid

Fabric

Local Computing

Grid Grid Application LayerGrid Application Layer

Data Management

Data Management

Job Management

Job Management

MetadataManagement

MetadataManagement

Service Index

Service Index

APPLICATIONS

GLOBUS

M / W

LL ’’ ARCHITETTURA DEL M/WARCHITETTURA DEL M/W


Collective ServicesCollective Services

Information & Monitoring

Information & Monitoring Replica

ManagerReplica Manager Grid

SchedulerGrid

Scheduler

Local ApplicationLocal Application Local DatabaseLocal Database

Underlying Grid ServicesUnderlying Grid Services





Replica Catalog

Replica CatalogStorage

ElementServices




Fabric servicesFabric services





Monitoringand

Fault Tolerance

Monitoringand

Fault ToleranceResource

ManagementResource

ManagementFabric StorageManagement


Grid Application LayerGrid Application Layer

Data Management

Data ManagementJob

ManagementJob

ManagementMetadata

ManagementMetadata

Management Object to File Mapping

Object to File Mapping

Service IndexService Index

ComputingComputing ElementsElements

SystemSystemManagersManagers

ScientistsScientists

OperatingOperatingSystemsSystems

FileFile SystemsSystems

StorageStorageElementsElementsMassMass Storage SystemsStorage Systems

HPSS, CastorHPSS, Castor

UserUser AccountsAccounts

CertificateCertificate AuthoritiesAuthorities

ApplicationApplicationDevelopersDevelopers

BatchBatch SystemsSystemsPBS, LSF, etc.PBS, LSF, etc.

I COMPONENTII COMPONENTI


Come funziona una Come funziona una GridGrid


Autenticazione e Accesso Autenticazione e Accesso

� L’identità dell’utente deve essere certificata dalle CA (Certification Authorities) nazionali.

� Le risorse devono essere certificate dalle CA e sono rese accessibili solo agli utenti certificati ed identificati (X.509 Public Key Infrastructure).

� L’utente passa ai propri processi temporaneamente il diritto di essere eseguiti.

� Ciascuna organizzazione virtuale si dota di politiche per l’accesso dei propri utenti alle risorse appartenenti a domini differenti (diverse sedi).


Computing Element

Storage Element

Site X

Information System

submit

submit

queryretrieve

retrieve

Resource Broker

User Interface

publishstate

R-GMA

Replica LocationService

VOMS

query

updatecredential

ESEMPIO DI JOB SUBMISSIONESEMPIO DI JOB SUBMISSION


� User Interface (UI) : punto di accesso dell’utente al Workload Management System.

� Resource Broker(RB) : gestore delle risorse di GRID, ha il compito di trovare le migliori risorse dove sottomettere i jobs.

� Job Submission Service(JSS) :fornisce un sistemaaffidabile di sottomissione jobs.

� Information Index (II) : servizio specializzato usato dalResource Broker come filtro per l’Information Service per selezionare le risorse.

� Logging and Bookkeeping services (LB) :fornisce le informazioni sui jobs su richiesta degli utenti.


UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

CE characts& status

SE characts& status

RB node

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager Inform.

Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

submitted

UI: allows users to access the functionalitiesof the WMS

Job Status

RLS

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

ReplicaCatalog

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

edg-job-submit myjob.jdlMyjob.jdl

JobType = “Normal”;

Executable = "$(CMS)/exe/sum.exe";

InputSandbox = {"/home/user/WP1testC","/home/file*”, "/home/user/DATA/*"};

OutputSandbox = {“sim.err”, “test.out”, “sim.log"};

Requirements = other. GlueHostOperatingSystemName == “linux" &&

other. GlueHostOperatingSystemRelease == "Red Hat 6.2“ && other.GlueCEPolicyMaxWallClockTime > 10000;

Rank = other.GlueCEStateFreeCPUs;

submitted

Job Status

Job Description Language(JDL) to specify job characteristics and requirements

gliteglite--jobjob--submit submit file.jdlfile.jdl

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

Input Sandboxfiles

Job

waiting

submitted

NS: network daemon responsible for acceptingincoming requests

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

waiting

submitted

WM: responsible to takethe appropriate actions to satisfy the request

Job

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

waiting

submitted

Match-Maker/Broker

Where must thisjob be executed ?

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

waiting

submitted

Match-Maker/ Broker

Matchmaker: responsible to find the “best” CE where to submit a job

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

waiting

submitted

Match-Maker/ Broker

Where are (which SEs) the needed data ?

What is thestatus of the

Grid ?

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

waiting

submitted

Match-Maker/Broker

CE choice

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

waiting

submitted

JobAdapter

JA: responsible for the final “touches”to the job before performing submission(e.g. creation of wrapper script, etc.)

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

JC: responsible for theactual job managementoperations (done via CondorG)

Job

submitted

waiting

ready

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

CE characts& status

SE characts& status

RBstorage

Job

InputSandboxfiles

submitted

waiting

ready

scheduled

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

StorageElement

RB node

RBstorage

InputSandbox

submitted

waiting

ready

scheduled

running

“Grid enabled”data transfers/

accesses

Job

Job Status

ComputingElement

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

RBstorage

OutputSandboxfiles

submitted

waiting

ready

scheduled

running

done

Job Status

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

RBstorage

OutputSandbox

submitted

waiting

ready

scheduled

running

done

edg-job-get-output <dg-job-id>

Job Status

gliteglite--jobjob--output output jobidjobid

UI

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

RLS

Inform.Service

ComputingElement

StorageElement

RB node

RBstorage

OutputSandboxfiles

Job Status

cleared

submitted

waiting

ready

scheduled

running

done


UI

Log Monitor

Logging &Bookkeeping

NetworkServer

Job Contr.-

CondorG

WorkloadManager

ComputingElement

RB node

LM: parses CondorG logfile (where CondorG logsinfo about jobs) and notifies LB

LB: receives and stores job events; processes corresponding job status

Log ofjob events

edg-job-status <dg-job-id>edg-job-get-logging-info <dg-job-id>

Job status

gliteglite--jobjob--status status jobidjobid


http://grid-it.cnaf.infn.it

Grid.IT Production Grid: Operations PortalGrid.IT Production Grid: Operations Portal


Access to the Grid



Grid Monitoring



Date post:	06-Jun-2020
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