15 noviembre 2008

La tecnología GRID en comunidades virtuales

Nuevamente abordamos la gestión de gran cantidad de datos en entornos industriales y en esta ocasión vamos a explorar qué hay en internet sobre la tecnología Grid y sus aplicaciones en la creación de comunidades virtuales. Las tecnologías Grid conectan ordenadores e instrumentos científicos, reuniendo a usuarios de todo el mundo y de empresas distintas en una única organización 'virtual'. A su vez, los miembros de esta organización virtual pueden intercambiar conocimientos de forma instantánea, así como almacenar datos y compartirlos con facilidad. Su impulso ha venido especialmente de la mano del VI Programa Marco de la UE, y más concretamente del proyecto XtreemOS.

El proyecto XtreemOS

XtreemOS es un proyecto de investigación cuyo objetivo es investigar y proponer nuevos servicios que sean añadidos a los sistemas operativos actuales para construir fácilmente una infraestructura GRID. Entre los objetivos de XtreemOS está que Linux sea bien aceptado como sistema operativo en código abierto. Instalado en cada máquina participante (ordenador personal, cluster de workstations o dispositivos móviles), el sistema XtreemOS proporciona al GRID lo que un sistema operativo convencional ofrece a un simple ordenador: abstracción del hardware y una forma de compartir datos de forma segura entre diferentes usuarios. Se libera a los usuarios de una organización. Integrando las capacidades Grid en Linux kernel, XtreemOS proporcionará una forma más robusta, segura y fácil de gestionar infraestructuras por los administradores de sistemas. Esta tecnología está ya probada por socios industriales, y cumplen un amplio espectro de campos de aplicación.

Organizaciones virtuales en GRID

Se considera actualmente que uno de los aspectos clave de la tecnología Grid es el desarrollo de de organizaciones virtuales, lo cual permite a Grid trabajar en escala. Una VO puede verse como una coalición temporal o permanente de entidades geográficamente dispersas (individuos, grupos, unidades organizativas u organizaciones completas) que aúnan recursos, capacidades e información para alcanzar objetivos comunes. Los componentes claves de una VO en el enfoque XtreemOS son los siguientes:

  • Un administrador de la VO.
  • Una serie de usuarios de diferentes dominios.
  • Una serie de recursos de diferentes dominios.
  • Una serie de roles que los usuarios y recursos pueden desempeñar en la VO.
  • Una serie de políticas para la disponibilidad de recursos y control de acceso.
  • Una fecha de finalización de la VO.

Infraestructura física en GRID

En una VO, la información se almacena y los servicios se ejecutan en una serie de computadores dispuestos en Grid. Un Grid se asume está formado por incontable número de ordenadores que se denominan nodos. Los ordenadores están interconectados en networks heterogéneas en el rango de un System Area Networks (SAN), LAN, networks metropolitanas, y WAN, incluyendo networks inalámbricos. Los computadores más poderosos pueden actuar tanto como punto de acceso a los recursos como para proporcionar servicios a una VO dada.

Aplicaciones y servicios

Las aplicaciones y servicios para los que está pensando la tecnología Grid son básicamente los siguientes:

  • Logging: Una persona que desea usar XtreemOS, para acceder a recursos y servicios proporcionados por uno o varios nodos primero necesita registrarse como usuario del Grid. El usuario tiene alguna cuenta local en un ordenador donde se almacena el certificado.
  • Utilización de aplicaciones: Para acceder a aplicaciones y a recursos, una verificada su identidad puede acceder a todos los recursos previstos en la VO apropiado. Los recursos los posee el propietario, que los hace disponibles a otras VO. El propietario tiene en cualquier caso acceso último al control de todos los recursos.
  • Autorización: La VO proporciona autorización para el uso de los recursos accesibles, sometido a la política de acceso prevista.
  • Política de seguridad: La seguridad de acceso especifica lo que cada uno puede hacer y cómo hacerlo. Pueden establecerse distintas entidades, cada una con sus propias políticas.

Gestión de la aplicación

  • Control integrado de ejecución: XtreemOS permite a los usuarios tener un mucho más simple y, al mismo tiempo poderoso ambiente para controlar la ejecución de las aplicaciones. Como todas las capas están integradas, el sistema es capaz de ofrecer información sobre el proceso del trabajo, control exacto de los recursos utilizados, información de error, etc. Esto supone una mejora respecto a los Grid actuales, ya que como en la tecnología Grid convencional las capas no están integradas, se pierde en el camino mucha información y la que llega no está correlacionada, por lo que es difícil saber por qué ha fallado una aplicación, cómo se están utilizando los recursos, etc.
  • Reducción del nivel de la planificación: En la tecnología Grid convencional, hay muchos niveles de planificación y estos no están coordinados, lo cual hace que decisiones en un nivel puedan ser contradictorias con las tomadas en otros niveles. La integración de la gestión de los recursos elimina este problema.

Gestión de datos

Los sistemas de archivo de Grid XtreemFS y XtreemOS exhiben un comportamiento similar a Unix (Posix) donde es posible. Será posible consecuentemente soportar meta-datos, nombres jerárquicos (estructura de directorios convencional), datos privados, compartidos y en colaboración, y archivos de datos. También soporta las denominadas Grid pipes, usadas por los workflows donde diferentes procesos producen datos y algunos otros los consumen, y los diferentes procesos están localizados en distintos nodos.

Visión general de XtreemOS

Los sistemas operativos para propósitos generales no están diseñados para soportar VOS. Cada sistema operativo se considera una isla. XtreemOS está diseñado como un sistema operativo destinado a facilitar el uso de VO para lo cual hace transparente el uso de los recursos y la heterogeneidad, así como las reconfiguraciones, todo ello por la naturaleza dinámica del VO. En cualquier momento, un ordenador puede unirse o dejar un VO de manera voluntaria, o un fallo en cualquier sistema no incide en el resto. Instalado en cada máquina participante, el sistema XtreemOS proporciona para el Grid lo que el sistema operativo ofrece a un PC: abstracción en el hardware y seguridad en los recursos compartidos entre los diferentes usuarios. Es fácil para los usuarios pertenecer o dejar la VO en cualquier momento.

Bibliografía:

  • XtreemOS: a Grid Operating System Making your Computer Ready for Participating in Virtual Organizations, Christine Morin (invited talk), IEEE International Symposium on Object/component/service-oriented Real-time distributed Computing (ISORC), Santorini Island, Greece, May 2007
  • Virtual Organization Management in XtreemOS: an Overview, E. Yang, B. Matthews, A. Lakhani, Y. Jégou, C. Morin, O. Sanchez, C. Franke, P. Robinson, A. Hohl, B. Scheuermann, D. Vladusic, H. Yu, A. Qin, R. Lee, E. Focht, M. Coppola. , CoreGrid Symposium, Rennes, France, August 2007
  • XOS-SSH: A Lightweight User-Centric Tool to Support Remote Execution in Virtual Organizations, An Qin, Haiyan Yu, Chengchun Shu, Bing Xu, First USENIX workshop on Large-Scale Computing (LASCO'08), Boston (USA), June 2008 (pdf)

Palabras clave: Virtual Organisation, grid nodes

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