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Rede Nacional de Ensino e Pesquisa Visão GeralTreinamento em GRADEp – junho de 2005

GT GRADEpGT GRADEpMiddleware GRADEp

Visão Geral


Autor• Rodrigo Real e Adenauer Yamin

Versão (número, data, autor)• V1, junho de 2005• V2, agosto de 2005, Geyer• V3, setembro de 2005, Geyer


Sumário da apresentação

1 Visão GRADEp: Desafios de uma Grade Pervasiva

2 GRADEp: cenários de utilização por exemplos

3 Funcionalidades do GRADEp

4 Aplicações Típicas

5 O GRADEp na RNP


GT GRADE PERVASIVA (GRADEp)

CoordenadorProf. Dr. Cláudio Resin Geyer (UFRGS)

EquipeProfa. Dra. Iara Augustin (UFSM)

Prof. Dr. Adenauer Correa Yamin (UCPel)Luciano Cavalheiro da Silva (UFRGS)

Rodrigo Araújo Real (UCPel)Gustavo Frainer (UFRGS)

Rafael Pereira Pires (UFSM)



ColaboradoresProf. Cristiano Cachapuz e Lima (URCAMP)Prof. João Ladislau Barbará Lopes (UFPel)Prof. Marcelo Trindade Rebonatto (UPF)



Atividades Relacionadas (doutorandos e mestrandos)Alberto Egon (UFRGS)

Felipe Fehlberg (UFRGS)Lincoln Morais (UFRGS)Lucas Santos (UFRGS)Marko Petek (UFRGS)

Maurício Moraes (UFRGS)Rômulo Rosinha (UFRGS)


GT GRADE PERVASIVA (GRADEp)Parcerias com outros grupos

Profa. Dra. Ines Dutra (COPPE/UFRJ)Patrícia Kayser Vargas (COPPE/UFRJ)modelo GRAND para DAGs em grades

Dr. Bruno Schulze (LNCC)projeto GIGA/RNP

Prof. Dr. Alberto Santoro (UERJ)HEP

CESUP (UFRGS)Grade - UFRGS


GT GRADEp

Foco em Grade Pervasiva Conceito novo que integra 3 grandes áreas:

• computação em grade

• computação sensível ao contexto

• computação móvel

• Objetivo do GT implementação de um middleware

• para gerenciamento de aplicações e do ambiente de grade pervasivo

e a disponibilização de uma interface de programação (API)• para a construção de aplicações que executam neste ambiente


GT GRADEp

• Participantes GRADErs

• II/UFRGS, CT/UFSM, EI/UCPel, UFPel, UPF, URCAMP/Bagé


Desde sua criação, a computação em grade tem atravessado diferentes fases ou gerações:

primeira geração – década de 90• permitiu a interconexão de grandes centros de super-computação para obter

poder computacional agregado não disponível em nenhum dos participantes da grade, ou para compor e coordenar computação distribuída em centenas de estações de trabalho dos usuários

• originou projetos como SETI@HOME , GLOBUS e CONDOR

• visa aplicações de dados intensivos (data grids) ou computação intensiva (computation grids)

• definição de grade era “uma grade computacional é uma infra-estrutura de software e hardware que fornece confiável, consistente, e pervasivo acesso a capacidades computacionais”

Motivação e Histórico da proposta do GRADEp


Gerações da Grade Computacional

• segunda geração caracterizada pela capacidade de ligar centros regionais, nacionais e

internacionais e pela adoção de padrões que permitem o emprego da infra-estrutura computacional em escala global

do ponto de vista arquitetural, a segunda geração usa middlewares de grade como 'cola' entre sistemas distribuídos heterogêneos, usuários, recursos e políticas locais

os middlewares têm desafios técnicos nas áreas de comunicação, escalonamento, segurança, informação, acesso a dados e tolerância a falhas

a grade é definida como ‘compartilhamento coordenado de recursos e resolução de problemas distribuídos em dinâmicas e multi-institucionais Organizações Virtuais'

um representante desta geração é a evolução do Globus: Globus Toolkit 2


Gerações da Grade Computacional

• terceira geração Open Grid Services Architecture (OGSA), adota Web Services como tecnologia

referencial o Globus Toolkit 3/4 é a versão atual. Este define grid services que estendem o

conceito de Web Services devido ao fato de que:• (a) serviços em grade devem ser dinâmicos e transientes, pois nem todos os serviços

participam da computação no nodo

• (b) serviços em grade são globalmente distribuídos, sem um controle central

• (c) aplicações podem requerer centenas de serviços, que devem ser coordenados de modo eficiente

• (d) aplicações podem ter vida longa (long-lived), impactando os requisitos dos serviços


Gerações de Grade Computacional

• próxima geração dirigida pelo uso eficiente e efetivo de dados armazenados e sua transformação

em informação (information grids) e conhecimento (knowledge grids) estudos recentes definem a Grade com Semântica (Semantic Grid) como uma

extensão da grade corrente na qual informação e serviços adquirem um significado bem-definido para permitir a pessoas e computadores trabalharem em cooperação

esses estudos propõem o emprego de tecnologias da Semantic Web na grade e despertam o interesse de novas áreas, como Ciências Sociais e Humanas e Inteligência Artificial

o advento de dispositivos sem fio, que estão aumentando em número e em poder de processamento, cria oportunidades de aumentar a diversidade de usuários e tecnologias que utilizam a grade

permitirão o desenvolvimento de novos tipos de aplicações motivação para o desenvolvimento do GRADEp


Projetos de Grade integrada com Mobilidade

• Interesse muito recente da comunidade científica de grade• Projetos representantes

projeto Akogrimo (www.mobilegrids.org) , início em 2004 projeto Ubigrid (http://ubigrid.lancs.ac.uk), lançamento em 2003 projeto ISAM (www.inf.ufrgs.br), início em 2001


Projetos Grade integrada com Mobilidade

• Akogrimo iniciado em setembro/2004 como parte do projeto da Grade Européia integra os conceitos de grade e comunicação móvel prevê três cenários de validação:

• e-learning, focaliza construir estudo de caso para novos modos de aprender utilizando a infraestrutura Akogrimo

• e-health, explora a tecnologia de grade e mobilidade no domínio da saúde

• atendimento a desastres, onde Akogrimo servirá como plataforma de colaboração



• Ubigrid na Universidade de Lancaster, o Grupo de Pesquisa UbiGrid investiga o

uso de tecnologias de grade no suporte a experimentos de sistemas de computação ubíqua (pervasiva) em larga escala

as idéias do grupo foram apresentadas no Ubicomp 2003 em um 'position paper'

os pontos de sinergia entre computação em grade e computação ubíqua relacionados pelo grupo são: heterogeneidade, interoperabilidade, pagamento pelo uso e interação de grande número de recursos

entretanto, o grupo reconhece que hoje há pouco reconhecimento na comunidade de grade computacional da necessidade da computação ubíqua

acreditam que esta situação deverá se alterar nos próximos anos



• Projeto ISAM iniciado em maio/2001 no II/UFRGS foco em Computação Pervasiva em Larga Escala na época, primeiro projeto a enfocar o uso de grade para criar uma infra-

estrutura de computação pervasiva integra conceitos de Grade computacional, computação sensível ao

contexto e computação móvel para construir um ambiente de Computação Pervasiva com mobilidade lógica e física em larga escala

enfatiza a adaptação ao contexto de execução para implementar a semântica ‘siga-me’

primeiras teses abordaram • definição de abstrações para a programação de aplicações pervasivas

(ISAMadapt)• projeto do middleware de suporte à execução das aplicações pervasivas e ao

gerenciamento do ambiente (EXEHDA) ponto de partida para a proposta do piloto GRADEp


Computação pervasiva+

Computação em grade+

Computação consciente do contexto

Computação pervasiva+

Computação em grade+

Computação consciente do contexto

Visão GRADEp: Desafios de uma Grade Pervasiva

Integrando conceitos

Infra-estrutura para

Grade PervasivaInfra-estrutura para

Grade Pervasiva

VisãoGRADEp

VisãoGRADEp



Principais tecnologias envolvidas

Computação emGrade

Pervasiva

RedessemfioGlobal

Computação DistribuídaGrid-Computing

WalkStationsDispositivos Portáteis

Semântica siga-meTransparênciadeLocalização

RedessemfioGlobal

Grid-Computing

WalkStationsDispositivos Portáteis

Adaptabilidade

Semântica siga-meTransparênciadeLocalização

A partir dequalquer lugar

Operando emmovimento

Deslocando oequipamento

Comodidadede uso

em Larga Escala



A organização física do GRADEp

Características:Organização celular (critério de vizinhança estático e/ou dinâmico)Gerência multi-institucionalComposição dinâmica (incremental)

Rede sem fio

Nodo móvelNodo

Célula de Execução

Ambiente de Grade Pervasiva

Nodo base

Combina rede infra-

estruturada, com suporte à

operação sem fio.

Computação móvel

Computação em grade


• Potencialização da: Heterogeneidade

• de recursos

• comportamentos operacionais (flutuação na banda das conexões, re-acomodação física dos nodos, etc.)

Escalabilidade (necessidade de) Variabilidade na disponibilidade e no acesso aos recursos

• gerência multi-institucional

• conexões transientes

• Semântica Siga-me (follow-me)

• Adaptação funcional e não-funcional ao meio


Principais aspectos operacionais


• Potencialização provocada pela mobilidade da: Heterogeneidade

• de recursos;

• comportamentos operacionais (flutuação na banda das conexões, reacomodação física dos nodos, etc.).

Escalabilidade Variabilidade na disponibilidade e no acesso aos recursos

• gerência multi-institucional;

• conexões transientes.



Aspectos antagônicos




• Potencialização provocada pela mobilidade da: Heterogeneidade

• de recursos;

• comportamentos operacionais (flutuação na banda das conexões, reacomodação física dos nodos, etc.).

Escalabilidade Variabilidade na disponibilidade e no acesso aos recursos

• gerência multi-institucional;

• conexões transientes.



Conciliar estes aspectos antagônicos!!!

Meta central no Meta central no desenvolvimento do GRADEpdesenvolvimento do GRADEp




Visão GRADEp: Desafios de uma Grade Pervasiva Objetivos

• Objetivos

conceber e implementar um middleware para Grades Pervasivas• um ambiente de desenvolvimento de aplicações

• um ambiente de execução com um conjunto de serviços

facilidades para o desenvolvimento e execução de aplicações• adaptação ao contexto

• mobilidade e pervasividade

• de grade







5 O GRADEp na RNP


GRADEp: cenários de utilização por exemplos

WalkEd (Editor de Texto Pervasivo)

Desktop Sharp Zaurus

Perfil: integração computação móvel e computação distribuída;Objetivo: funcionalidade e flexibilidade no uso da ferramenta de edição.




Desktop PDA Sharp Zaurus


Adaptação ao tipo do

dispositivo




Desktop


Adaptação ao tipo do

dispositivo

Adaptação Funcional

PDA Sharp Zaurus




Desktop


Texto

Código

1) Acesso pervasivo: - a dados; - a código.

2) Mobilidade de código.

PDA Sharp Zaurus


GRADEp: cenários de utilização por exemplos Aplicação GeneAl


Adaptação da interface ao

tipo de dispositivo

Perfil: execução distribuída multi-institucional;

Objetivo: busca de desempenho e flexibilidade na interação.

Interface gráfica




Adaptação da interface ao

tipo de dispositivo

Perfil: execução distribuída multi-institucional;

Objetivo: busca de desempenho e flexibilidade na interação.

Interface gráfica

Adaptação Funcional



Comportamento da distribuição

2 instanciação remota

do GeneAl Manager4 ativação dos

GeneAl Workers

3 instanciação remota dos entes

GeneAl Master

Descoberta de recursos:

localização de banco de genes

em ambiente multi-

institucional

Mobilidade e instanciação remota de código: os

componentes da aplicação são ativados em nodos

distribuídos

1 disparo aplicação

Adaptaçãonão-funcional

(escalonamento)







5 O GRADEp na RNP


Funcionalidades do GRADEp

Organização em Núcleo Mínimo

Supre os requisitos de:

Adaptação ao contexto (tipo de recurso);

Economia de recursos (instalação sob demanda).

Serviços Adaptativos:

Perfis (profile) definem qual instância do serviço será usada em um dispositivo específico através do processo de adaptação em tempo de carga

O serviço pode adaptar-se também considerando o contexto dinâmico como estado da conectividade através do processo de adaptação em tempo de execução


<EXEHDA> <PROFILE name="profileName"> <SERVICE name="sName" impl="className" loadPolicy="boot"|"demand"> <PROP name="paramName" value="paramValue" />

</SERVICE> </PROFILE> </EXEHDA>

Supre os requisitos de:

Adaptação ao contexto (tipo de recurso);

Economia de recursos (instalação sob demanda).


Organização em Núcleo Mínimo



Serviços em duas instâncias

Serviço

Aplicação

Visão unificada

Aplicação

Visão unificada

nodal

celular

Desconexão planejada

Aplicação

Visão unificada

nodal

celular

Estruturados em instância nodal e celular


Serviço

Aplicação

Visão unificada

Aplicação

Visão unificada

nodal

celular

Desconexão planejada

Aplicação

Visão unificada

nodal

celular

Supre o requisito do middleware de:

Operação desconectada


Serviços em duas instâncias



Requisitos exigidos do ponto de vista da aplicação

Suporte à execução distribuída;

Comunicação com desacoplamento temporal e espacial;

Suporte à mobilidade lógica;

Suporte à mobilidade física;

Acesso pervasivo a dados e a código;

Fornecimento de informações de contexto;

Suporte à adaptação dinâmica de aspectos funcionais;

Suporte à adaptação dinâmica de aspectos não funcionais;

Política cooperativa com a aplicação nas decisões de adaptação.



Atendendo a demanda de adaptação da aplicação

Aplicações

Ambiente de Execução da Linguagem(Java Virtual Machine)

Serviço deControle daAdaptação

Serviço deReconhecimento

de Contexto

Componentes do Ambiente Pervasivo (GRADEp)

Informações de estado(capacidade, utilização, etc.)

Especificaçãode Contextos

Comandosde Adaptação

Notificação dealteração de contexto

decisões no desenvolvimento

decisões na execução

Fornecimento de informações de contexto;Suporte à adaptação dinâmica de aspectos funcionais;

Suporte à adaptação dinâmica de aspectos não funcionais;

Política cooperativa com a aplicação nas decisões de adaptação.

Adaptação colaborativa multinível



Atendendo requisitos da aplicação

•Suporte à semântica siga-me



Gerenciando a execução de aplicações

Controle de sessão: Login, Logout, Save/Restore session,

Disconnect/Reconnect.

Disparo manual de aplicações: gradep-run descritor de disparo de

aplicações.

Disparo “pervasivo” de aplicações: Aplicação GRADEp Desktop Ambiente

Virtual do Usuário.

GRADEp Desktop







5 O GRADEp na RNP


Aplicações TípicasAlto Desempenho em Grade

• Alto Desempenho em Grade tipos

• aplicações intensivas em cpu

• aplicações intensivas em dados

• aplicações colaborativas

exemplos• GeneAl: resolução de problemas na área de biologia molecular classificado

como “Alinhamento de Seqüências Genéticas”

• TicTac::Brutus – aplicação distribuída para análise de atraso de Circuitos VLSI

• Mangoparrot – aplicação distribuída para posicionamento de células em circuitos VLSI

• aBrot e calcRay- perfis adaptativos para balanceamento de cargas no ISAM, aplicados ao problema dos fractais de Mandelbrot


Aplicações TípicasEditor de textos colaborativo

• Editor de textos colaborativo suporte para edição de textos em um grupo de trabalho se agregado a um sistema de videoconferência, aumentaria a

produtividade do grupo facilidade em circular a edição entre os membros do grupo, através da

migração da aplicação e dos dados


Aplicações TípicasAgenda Virtual

• Agenda Virtual acesso à agenda atualizada a partir de qualquer lugar possibilidade de determinadas pessoas editarem as agendas uns dos

outros avisos de compromissos via telefonia celular, e-mail, sistema instantâneo

de mensagens, etc


Aplicações TípicasDisco Virtual

• Disco Virtual acesso aos dados a partir de qualquer lugar fornecimento de abstração que elimine a necessidade de cópias para

arquivos temporários, possibilitando acesso direto aos arquivos remotos o disco virtual pode se tornar um disco comum a um grupo, tornando-se

um espaço para troca de arquivos


Aplicações TípicasServiço de Alerta

• Serviço de Alerta alertas baseados em informações de sensores (software ou hardware) usuários podem configurar faixas de valores de interesse, para as quais

desejam ser avisados aplicação em sistema de alerta meteorológico, útil tanto para segurança de

populações como também para otimização de recursos financeiros na agricultura, por exemplo

aplicação em sistemas financeiros, indicando valor de ações, sempre que eles atingem determinados limites

aplicação para serviços de acessoria de imprensa, a partir do sensoreamento de notícias na internet e filtros para seleção de notícias relevantes







5 O GRADEp na RNP


O GRADEp na RNPAmbiente de Execução em Grade

• Ambiente de execução em grade para aplicações de alto desempenho em grade usuários poderiam disparar e controlar uma aplicação a partir do seu

equipamento desktop aplicação seria executada sobre determinados nós da grade

• escolhidos pelos serviços do GRADEp

• escolhidos pela aplicação

• escolhidos por interação entre o GRADEp e a aplicação


O GRADEp na RNPMonitoramento de recursos

• Monitoramento de recursos monitoramento de links de dados, tentativas de invasão, spam alertas em situações como:

• risco de ataque de crackers

• congestionamentos na rede

• sobrecarga em servidores

• temperatura de salas e equipamentos

armazenamento de histórico e produção de estatísticas para análise posterior


O GRADEp na RNPDisco Virtual

• Disco Virtual espaço para troca de arquivos dos funcionários dos POPs edição de arquivos online, sem necessidade de cópias para arquivos

temporários redução nos custos de gerenciamento dos arquivos, eliminando trocas por

email ou cópias via FTP ou SCP


GT GRADEpGT GRADEpMiddleware GRADEp

Visão Geral

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