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1 Università degli Studi di Napoli Federico II Scuola Politecnica e delle Scienze di Base Area Didattica Scienze MM.FF.NN. Master di I Livello in Tecnologie per il CAlcolo Scientifico ad Alte Prestazioni - CASAP Tesi di Master Unina Datacenter Portal (UDP): verso la realizzazione di un portale unico per l'accesso a servizi GRID/CLOUD Relatori Prof. Giuliano Laccetti Dott.ssa Vania Boccia Candidato Salvatore Scamardella matr. Z62/ Anno Accademico

2 Indice Introduzione Le Grid e i sistemi di accesso disponibili Le Grid Il Grid middleware Il progetto EGI per la realizzazione del middleware UMD/EMI I sistemi di accesso: stato dell'arte Command Line Interface: la EMI User Interface Portali Unina Datacenter Portal: Analisi dei requisiti Ambiente software di riferimento e progettazione Liferay e le Portlet EMI UI Unina Datacenter Portal: Progettazione e implementazione Progettazione Implementazione Autenticazione Resource information La gestione dei job Presentazione del portale Unina Datacenter Portal Autenticazione Resource information Job Management...36 Pagina 2 di 45

3 4.3.1 Job Submission Job Monitoring Get Output e Cancel...41 Conclusioni Bibliografia...44 Pagina 3 di 45

4 Indice delle illustrazioni Illustrazione 1: Evoluzione del middleware EMI...9 Illustrazione 2: Finestra gestione certificato IGI Portal...12 Illustrazione 3: Catania Science Gateways Portal...14 Illustrazione 4: Finestra gestione certificato di P-Grade...15 Illustrazione 5: Schema generale del sistema...22 Illustrazione 6: Diagramma delle classi...25 Illustrazione 7: Sequence diagram Autorization...26 Illustrazione 8: Sequence diagram Information...27 Illustrazione 9: Sequence diagram Job Submit...29 Illustrazione 10: SQL Table...30 Illustrazione 11: Sequence diagram Job Status and Output...31 Illustrazione 12: Schema a Blocchi...33 Illustrazione 13: Home Page dell'applicazione...34 Illustrazione 14: Certificate State...34 Illustrazione 15: System Information...35 Illustrazione 16: Job Management...36 Illustrazione 17: Job Submission caso Illustrazione 18: Job Submission caso Illustrazione 19: Job Status Table...39 Illustrazione 20: Job Status Page...40 Illustrazione 21: I possibili stati di un Job...40 Illustrazione 22: Get output...42 Pagina 4 di 45

5 Prefazione Il lavoro svolto in questa tesi si colloca in un contesto progettuale più ampio che ha l'obiettivo di realizzare una piattaforma, GaaS, per l'integrazione dei paradigmi di Grid e Cloud computing. L'idea progettuale è un'iniziativa del gruppo di gestione del datacenter SCoPE (scopeadmin). Il Master CASAP ha fornito l'occasione e le persone per consolidare l'idea progettuale, già in parte realizzata negli ultimi due anni, attraverso la costituzione di un gruppo di lavoro al quale hanno partecipato quattro studenti del Master CASAP (F. Iannone, C. Napolitano, S. Scamardella e A. Solla) e i membri del gruppo di gestione del datacenter SCoPE (tutor relatori delle rispettive tesi di Master). Ciascuno degli studenti coinvolti ha contribuito alla definizione e all'arricchimento dell'architettura generale di GaaS, nonchè all'implementazione di specifici servizi di gestione o di accesso. L'approccio utilizzato per lo svolgimento delle attività ha richiesto periodici incontri di coordinamento tra tutti i partecipanti al gruppo di lavoro, nonchè una stretta collaborazione tra gli studenti coinvolti nella realizzazione delle varie attività. Tutto il lavoro è stato svolto su un set di risorse del datacenter SCoPE dedicate all'allestimento dell'architettura di riferimento e una versione prototipale del prodotto realizzato è attualmente disponibile sulle risorse suddette. Pagina 5 di 45

6 Introduzione Il presente lavoro di tesi ha riguardato la realizzazione di un portale, l' Unina Datacenter Portal, che consenta ad una classe eterogenea di utenti, più o meno esperti nell'utilizzo di ambienti di calcolo complessi, di accedere ai servizi di calcolo e storage messi a disposizione da infrastrutture di calcolo distribuito. In particolare l'infrastruttura di calcolo dell'ateneo, lo SCoPE datacenter, attualmente basata sul paradigma di calcolo distribuito del Grid computing, presto integrerà anche servizi Cloud, che saranno offerti agli utenti mediante altri modelli di accesso. Se da un lato è naturale e, in qualche caso, doveroso che le infrastrutture di calcolo si tengano al passo con l'evoluzione delle tecnologie, dall'altro non si può sottovalutare che spesso tale evoluzione comporta un disagio per le comunità di utenti che devono nuovamente imparare ad interagire con l'infrastruttura. Quanto detto spesso porta generalmente a defezioni e/o insoddisfazione tra le comunità di utenti poiché il tempo necessario ad imparare i nuovi strumenti di accesso, comporta rallentamenti alle loro attività. Sia le infrastrutture Grid che quelle Cloud, infatti, hanno specifici strumenti per l'accesso alle risorse: User Interface Linux con command line client e portali general purpose per Grid e interfacce OCCI e dashboard Cloud per l'utilizzo dei servizi Cloud. Le motivazioni che hanno portato alla realizzazione di questo lavoro di tesi, vanno dunque ricercate nella volontà di realizzare ad alto livello l'interoperabilità tra i differenti modelli di accesso ai vari servizi: Grid e Cloud. Dal punto di vista dell'utente quanto detto significa poter disporre di un unico strumento per l'accesso alle infrastrutture complesse che, di fatto, ne nasconda la complessità. Il lavoro di tesi si è focalizzato al momento sull'ambiente Grid, ma la progettazione modulare consentirà di integrare in modo rapido anche servizi di accesso al mondo Pagina 6 di 45

7 Cloud. In particolare il lavoro è stato condotto con l'obiettivo di produrre una web application flessibile che fosse in grado di rendere il più semplice possibile l'interazione dell'utente con la Grid, tenendo presente le esigenze degli utenti meno esperti senza però limitare le esigenze di utenti più esperti a cui va comunque garantito un livello adeguato di servizio (confrontabile cioè con quello fornito dalla User Interface Linux). Nel Capitolo 1, dopo una breve introduzione al Grid Computing e ai principali servizi per il calcolo, lo storage e la gestione delle risorse, viene trattato lo stato dell'arte relativo alle attuali soluzioni disponibili per l'accesso alle Grid, focalizzando l'attenzione su come avviene l'interazione utente/servizi. Nel capitolo 2 viene fatta l'analisi dei requisiti e riportata la relativa descrizione dei strumenti utilizzati per la realizzazione del portale. Nel capitolo 3, Progettazione e implementazione, sono descritte più nel dettaglio le varie componenti che costituiscono le operazioni base di una sessione di lavoro tipica: dalla fase di autenticazione a quella di recupero dell'output del job. Nel capitolo 4 viene presentato il portale UDP in tutte le sue funzionalità attraverso gli screenshot della GUI relativi a tutti i servizi implementati. Pagina 7 di 45

8 1 Le Grid e i sistemi di accesso disponibili 1.1 Le Grid Il termine the Grid (Griglia Computazionale) è stato introdotto negli anni novanta da Ian Foster e Carl Kesselman, per definire un nuovo paradigma di calcolo distribuito, per applicazioni scientifiche di grande complessità. In breve tempo il modello di condivisione delle risorse Grid si è diffuso in tutto il mondo soprattutto negli ambienti accademici. Senza scendere nel dettaglio delle architetture Grid e di come le varie componenti interagiscono tra di loro, argomenti ampiamente trattati in [1,2] qui soffermeremo l'attenzione sul cosidetto Grid middleware che consente alle infrastrutture distribuite di funzionare e agli utenti di utilizzarne i servizi offerti. 1.2 Il Grid middleware Storicamente il primo Grid middleware realizzato fu il Globus Toolkit nel 1998, che è stato per lungo tempo considerato lo standard de facto. Alla fine degli anni '90 il Grid middleware si è evoluto grazie al progetto LCG (LHC Computing GRID) del CERN, che, a partire dal Globus Toolkit 2 ha sviluppato l'omonimo middleware, anch'esso open source, LCG. Dal 2004 il middleware, in Europa, ha subito un'ulteriore evoluzione durante il progetto EGEE che ha portato alla realizzazione del middleware glite (Grid Lite). In Europa, come nel resto del mondo, negli ultimi 15 anni si sono prodotti diversi Grid middleware e agli inizi del 2010, nell'ambito del progetto EGI (European Grid Initiative) si è pensato di realizzare finalmente un middleware integrato ed unico almeno per l'europa: il middleware EMI. Pagina 8 di 45

9 1.3 Il progetto EGI per la realizzazione del middleware UMD/EMI L'ambizione del progetto EGI, è stata quella di unificare il middleware Grid con il fine ultimo di raggiungere i seguenti traguardi: ottenere un maggior coordinamento nelle attività di sviluppo sul middleware Grid; realizzare procedure di supporto uniche per gli utenti; avere una release unica per tutto il middleware; Illustrazione 1: Evoluzione del middleware EMI. In EMI sono confluite le attività di supporto, manutenzione e sviluppo dei middleware Grid realizzati nei principali progetti a livello europeo; Europe - ARC, dcache, glite e UNICORE. Pagina 9 di 45

10 La prima versione EMI si concentra principalmente sull'integrazione tra i differenti middleware esistenti, realizzando finalmente la EMI UI (User Interface), un unico punto di accesso alla Grid con client per tutti i middleware consolidati suddetti. 1.4 I sistemi di accesso: stato dell'arte Command Line Interface: la EMI User Interface Anche se oggi esistono diversi strumenti per accedere alla Grid, la maggior parte degli utenti, soprattutto i più esperti, continuano ad utilizzare come punto d'accesso alla Grid EMI-UI, che consente l'interazione con la Grid attraverso l'esecuzione di uno specifico insieme di comandi eseguiti all'interno di shell Unix. Ciò vuol dire che un utente che utilizza un sistema operativo differente, ad esempio Windows necessita di installare un emulatore di terminale (tipo Putty), per effettuare una connessione SSH alla User Interface. Ma utilizzare i comandi di shell non è semplice per chi è abituato a utilizzare sistemi operativi differenti ed un'interfaccia grafica. Le operazioni da compiere per accedere e utilizzare le funzionalità della UI sono elencate di seguito: Accesso: La fase d'accesso, richiede di effettuare una connessione ssh sulla macchina su cui è installata una UI. Autenticazione: La sicurezza in Grid è basata sull'utilizzo dei certificati X.509, che vengono rilasciati da una delle Certification Authority riconosciute a livello internazionale. Una volta ottenuto il certificato personale, l'utente dovrà metterne una copia nel proprio account della User Interface. La copia va effettuata da terminale Linux attraverso il comando scp oppure mediante un client ftp da macchine con sistema operativo Windows. Una volta effettuata la copia del proprio certificato personale sulla UI è possibile Pagina 10 di 45

11 generare un certificato Proxy, necessario per essere riconosciuti ed autorizzati ad effettuare le diverse operazioni nell'ambiente Grid Tutte le operazioni che intercorrono tra la fase di autenticazione, gestione e esecuzione dei Job (Job Managment), e gestione dei dati (data managment), sono disponibili sulla User Interface attraverso l'utilizzo di comandi correlati da numerose opzioni. Da quanto detto in questo paragrafo, risultano chiare le motivazioni per cui l'accesso alle Grid risulta molto poco user friendly ed è per questo che negli ultimi anni si è preferito investire sullo sviluppo di portali general puropose e science gateways Portali Un portale è un punto di accesso ad un insieme di risorse e servizi resi disponibili tramite Internet. Nel corso degli ultimi anni, la tecnologia ha fornito diversi strumenti per la realizzazione di portali di servizio; oggi la maggior parte di essi si basa sull'utilizzo di componenti software denominate portlet e rientrano nella categoria dei Corporate Portals (o Enterprise Information Portal). Generalmente la tipica interfaccia di un portale può essere suddivisa in due differenti aree denominate: Personalization: in cui si dà la possibilità di visualizzare i contenuti in base ai propri interessi, oscurando tutto cioè che in quel momento non fa parte delle informazioni che si ritengono utili; Customization, in cui è l'utente che decide come modificare il proprio profilo, mediante i servizi messi a disposizione dal portale. L'architettura di un Corporate Portal segue una struttura che, in generale, viene vista come una Web Application che ha il compito di elaborare, lato server, le richieste immesse dall'utente, lato client, da interfaccia web. Pagina 11 di 45

12 Per quanto detto nel precedente paragrafo, l'utilizzo di un portale è utile a risolvere le difficoltà degli utenti meno esperti. Negli ultimi anni, in ambito Grid, molti sono stati i portali sviluppati a tal fine e, ad oggi, i progetti attualmente più accreditati risultano essere IGI Portal, Catania Science Gateways e P-GRADE. Nei prossimi paragrafi sono riportate brevemente le caratteristiche di tali portali. IGI Portal Italian Grid Portal (IGP) [3], sviluppato nell'ambito del progetto europeo EGI, è un portale web general purpose che semplifica l'accesso alle risorse Grid della Italian Grid Infrastructure, basata sul middleware EMI. Il portale implementa tutte le funzionalità generalmente utilizzate dall' utente medio : gestione delle credenziali di accesso, sottomettere di job, creazione di workflow di applicazioni e gestione dati in Grid. Illustrazione 2: Finestra gestione certificato IGI Portal Pagina 12 di 45

13 Affinché un utente possa ottenere in modo agevole un certificato, la fase di registrazione viene demandata alla Federazione Italiana delle Università e degli Enti di Ricerca per l Autenticazione e l Autorizzazione (IDEM) [4] (realizzata nell'ambito dell'omonimo progetto pilota del GARR). Non è prevista la creazione di utenti locali, ragion per cui è obbligatorio far parte di una federazione tipo IDEM per poterlo utilizzare. IGP utilizza DIRAC [5] per la gestione dei workflow ed implementa un servizio per la gestione dei dati in Grid attraverso il quale gli utenti possono, dal portale, fare upload e download di file, vedere quali file sono in Grid (namespace browsing) e gestire i file sui quali si hanno i necessari privilegi. Il portale è distribuito interamente con licenza free e open source. Catania Science Gateway Catania Science Gateways [6] è il prodotto di una comunità di persone che sviluppa da diversi anni strumenti e applicazioni per l'interazione utente/grid. La differenza rispetto ad IGP è che non è un prodotto general-purpose ma un portale personalizzabile sulla base delle esigenze delle comunità di utenti appartenenti allo stesso settore scientifico. Il framework è completamente web-based e adotta norme e protocolli standard utilizzati un tutto il mondo. Anche in questo caso, la fase di autenticazione viene demandata a una federazione esterna la Grid IDentity Pool (GrIDP) [7] gestita congiuntamente da GARR e INFN di Catania. Attraverso GrIDP, gli utenti possono accedere ai servizi di alto livello, quali portali web e Science Gateway, in modo semplice ma sicuro, utilizzando le credenziali fornite dalle organizzazioni a cui appartengono. Pagina 13 di 45

14 Illustrazione 3: Catania Science Gateways Portal P-Grade Il portale P-GRADE [8] (Parallel Grid di run-time e Application Development Environment) è uno dei portali Grid general-purpose più utilizzato in Europa. Esso fornisce un ambiente grafico per eseguire tutte quelle operazioni di interazione con la Grid che altrimenti andrebbero eseguite da linea di comando: la gestione del certificato, la sottomissione job, il trasferimento di file ed il recupero di tutte quelle informazioni sull'infrastruttura. E` un prodotto utilizzato anche in ambito non Europeo poiché è in grado di gestire l'interoperatività con altri middleware non europei (es. Globus). Purtroppo il portale è stato sviluppato come software free ma basato sull'utilizzo di soluzioni proprietarie, per cui è utilizzabile gratuitamente solo nel mondo accademico previo accordo con gli sviluppatori. Pagina 14 di 45

15 Illustrazione 4: Finestra gestione certificato di P-Grade Pagina 15 di 45

16 2 Unina Datacenter Portal: Analisi dei requisiti L'Unina Datacenter Portal, nasce con l'obiettivo di creare un contenitore unico per un insieme di base, ma estendibile, di funzionalità a disposizione degli utenti per l'interazione con il mondo Grid. L'insieme base di servizi da implementare ed includere già nella prima versione del portale doveva comprendere: servizio di registrazione per nuovi utenti (già in possesso di certificato X.509) servizio di login automatico mediante certificato X.509 creazione Grid proxy servizio di estensione del Grid proxy per una durata maggiore di 12 h servizi di job managment (import di JDL già esistenti e read only, import e modifica di template di JDL, tiny editor di JDL, upload di file di input e di eseguibili, monitoraggio dello stato dei job, download dell'output dei job); servizio per il ritiro delle informazioni sull'infrastruttura (risorse di calcolo e di storage totali e disponibili e software installato sui nodi di calcolo). Nei prossimi paragrafi sono riportati gli strumenti utilizzati ed elencate le caratteristiche per le quali sono stati scelti per la realizzazione del portale. 2.1 Ambiente software di riferimento e progettazione Alla base della progettazione di Unina Datacenter Portal, risiede la necessità di creare un prodotto disponibile sul web ed utilizzabile in tutte le sue funzionalità senza la necessità di installare alcun software aggiuntivo sul client dell'utente. A tal fine la scelta è ricaduta, come per i portali descritti nel capitolo precedente, sulle web application, sviluppate utilizzando gli standard JSR-168 e JSR 286 delle Pagina 16 di 45

17 portlet. Gli strumenti utilizzati per l'implementazione sono stati i seguenti: Liferay Portal: caratterizzato dall'essere free e open source totalmente scritto in Java e strutturato in due parti: un kernel (Liferay Portal), che funge da base per le applicazioni e i contenuti, e da un Content Management System (Liferay CMS), per facilitare la gestione dei contenuti web. Inoltre è basato su un'architettura service-oriented (SOA), che rende possibile lo sviluppo di portlet, a partire dai servizi web esistenti; Apache Tomcat: software open source sviluppato dalla Apache Software Foundation. Implementa le specifiche JSP e Servlet fornendo quindi una piattaforma software per l'esecuzione di applicazioni web sviluppate in linguaggio Java. La sua distribuzione standard include anche le funzionalità di un web server tradizionale; MySQL: è un Relational database management system (RDBMS), composto da un client con interfaccia a riga di comando e un server, entrambi disponibili per sistemi Unix o Unix-like come GNU/Linux. L'utilizzo di un DBMS, oltre che essere un prerequisito di installazione di Liferay, si è rilevato utile anche alla gestione delle informazioni degli utenti rel portale (ID di sessione, dati e configurazioni personali, ). Lo sviluppo del codice, interamente scritto in Java, è avvenuto attraverso l'utilizzo dell'integrated development environment (IDE) Eclipse, nella release suggerita dagli sviluppatori di Liferay, validata per la realizzazione delle portlet attraverso il plugin Liferay SDK. Per l'implementazione dei servizi Grid, infine, si è scelto di non utilizzare le Application Program Interface (API) del middleware EMI (che non sempre sono manutenute parallelamente all'avanzamento di versione della release principale), ma le command line della EMI UI. Pagina 17 di 45

18 Per tale ragione sul sistema destinato ad ospitare Unina Datacenter Portal, oltre agli strumenti su descritti, è richiesta la presenza di una EMI User Interface (UI) configurata per interagire con il sistema Grid di riferimento per la comunità di utenti. 2.2 Liferay e le Portlet Le portlet sono usate dai portali come componenti d interfaccia utente al fine di fornire il livello di presentazione. Esse sono quindi le entità fondamentali alla base di un portale web. Il contenuto generato da una portlet corrisponde a frammenti di codice (HTML, XHTML, WML). Ciascuna portlet rappresenta di fatto un applicazione web indipendente inserita all interno di una finestra del portale: come per le applicazioni desktop, può essere chiusa, spostata o ridotta ad icona per permettere di visualizzare i contenuti a seconda delle proprie necessità. Da questa definizione di portlet si può osservare una certa somiglianza con le servlet, anch'esse componenti java che operano all'interno di un server web; questo perchè effettivamente una portlet è un tipo speciale di servlet. Le caratteristiche comuni a questi due tipi di applicazioni lato server sono: si basano entrambi su tecnologia Java; vengono gestite da un contenitore specializzato; generano contenuti dinamici; permettono l interazione con il client web mediante un paradigma di tipo request/response. Andando a ricercare invece le differenze si può osservare che: le portlet generano singoli frammenti di codice HTML, non documenti interi, poiché è il portale a occuparsi dell aggregazione dei frammenti in una pagina web completa; le portlet non sono limitate ad una unica URL; Pagina 18 di 45

19 il client web interagisce con la portlet in maniera indiretta attraverso il portale; le portlet possiedono delle modalità predefinite e degli stati delle finestre che indicano la funzione che la portlet sta eseguendo; ciascuna portlet può essere presente più volte in una pagina del portale; le portlet possono essere configurate e dispongono di alcune funzionalità utili per la memorizzazione delle impostazioni; le portlet hanno accesso ai profili dell utente; I metodi più utilizzati per le portlet sono sostanzialmente due: processaction(): che elabora le richieste del container; doview(): si occupa del rendering della la pagina richiesta. Ogni pulsante premuto sulla pagine web, corrisponde una richiesta dell'utente e quindi l'esecuzione di un'operazione differente. Tramite l'oggetto request è possibile recuperare le richieste dell'utente e processarle. public void processaction(actionrequest request, ActionResponse response) throws PortletException, IOException { //il valore COMMAND specifica quale operazione far eseguire alla processaction String COMMAND = request.getparameter("command"); if("certificato".equals(command)){... }else if("createproxy".equals(command)){... } Una volta terminata ogni richiesta, verrà chiamato automaticamente il metodo doview per mostrare la pagine web corrispondente: Pagina 19 di 45

20 public void doview(renderrequest request, RenderResponse response) throws PortletException,IOException { response.setcontenttype("text/html"); PortletRequestDispatcher dispatcher; if (request.getparameter("page") == null) dispatcher = getportletcontext().getrequestdispatcher("/webinf/home.jsp"); else dispatcher = getportletcontext().getrequestdispatcher("/web-inf/" + request.getparameter("page")); dispatcher.include(request, response); } Nella struttura di una web application che implementa una portlet, sono comprese un certo numero di pagine JSP che vengono utilizzate per la parte grafica verso l'utente. La tecnologia JSP permette di creare pagine web sia statiche sia dinamiche. Per dinamico s intende il contenuto delle pagine che può essere generato a partire dai risultati di un'elaborazione di una query ad un database, oppure da parametri inseriti dall utente. JSP è un buon connubio tra le funzionalità dinamiche di una portlet e la staticità di una tradizionale pagina scritta in HTML. Infatti, l inserimento di contenuti statici e costrutti di formattazione all interno di una portlet è difficoltoso, per questo motivo solitamente si utilizza la tecnologia JSP. Pagina 20 di 45

21 2.4 EMI UI Come anticipato nel paragrafo 2.1, per l'implementazione dei servizi di interazione con la Grid, la soluzione più pulita sarebbe stata quelle di utilizzare le Application Programming Interface (API) del middleware EMI. Tuttavia a causa di carenza di personale dedicato alle attività di sviluppo del middleware EMI, negli ultimi anni, lo sviluppo delle API EMI non è avvenuto di pari passo con l'avanzamento delle release middleware e ciò lasciava intravedere futuri problemi per la manutenzione di Unina Datacenter Portal. Questo è stato uno dei motivi che hanno spinto per l'utilizzo della Command Line Interface, per interfacciarsi con la Grid, garantendo cosi la portabilità del prodotto sviluppato anche in vista di eventuali release future del middleware. Tutti i comandi di servizio sulla User Interface, utili ai fini di questo lavoro di tesi, sono stati quindi richiamati all'interno di System Call nelle classi di servizio specifiche. I comandi utilizzati sono stati i seguenti: voms-proxy-init: per la creazione del certificato Proxy; glite-wms-job-submit: per sottomettere un Job alla Grid; glite-wms-job-status: per recuperare lo stato di un Job: glite-wms-job-output: per recuperare l'output di un Job; glite-wms-job-cancel: per cancellare il Job dalla Grid. Pagina 21 di 45

22 3 Unina Datacenter implementazione Portal: Progettazione e 3.1 Progettazione Come anticipato nel precedente capitolo, il cuore del progetto software alla base del portale pone le fondamenta sull'utilizzo di una portlet principale che ha il compito di controllare ed eseguire tutte le richieste che vengono veicolate dall'utente attraverso il portale. Il progetto può essere schematizzato mediante un architettura del tipo Model Control View, in cui il controllore centralizzato, Control, è implementato con la portlet, il Model, è costituito dalle classi Java, che hanno il vero compito di soddisfare le richieste utenti, interagiscono effettivamente con la Grid. Infine la sezione View, è quella con cui l'utente interagisce e nasconde tutti i dettagli implementativi, mostrando a video le sole informazioni utili all'utente per comprendere l'esito delle proprie operazioni. L'interazione tra le varie componenti sono schematizzate nella figura seguente: Illustrazione 5: Schema generale del sistema. Pagina 22 di 45

23 Come possiamo vedere, ogni richiesta che l'utente compie all'interno della pagine web, corrisponde a una serie di operazioni nascoste che gli consentono di interagire col mondo Grid. Di seguito sono esaminate più in dettaglio le specifiche relative alle principali funzionalità del sistema già elencate nella sezione dedicata all'analisi dei requisiti. Per prima cosa, l'utente deve essere in grado di autenticarsi e creare un certificato temporaneo, detto Grid proxy, per poter usufruire del sistema Grid. L'utente deve essere altresì in grado di generare Grid proxy più lunghi di 12h (durata di default del proxy Grid) nel caso che i suoi job abbiano una durata maggiore di 12 h. In merito alla gestione dei job, all'utente deve essere consentito di: sottomettere job con relativo recupero dell'id; interrogare il sistema per recuperare lo stato dei job partendo dal loro ID; essere in grado di recuperare eventuali output presenti sul sistema per un job terminato correttamente e infine cancellare un job qualora non fosse ancora terminato e su esplicita richiesta dell'utente. Per quello che riguarda la sezione relativa all'information System, il portale deve essere dotato di un servizio per recuperare le informazioni sul sistema Grid. Una volta che il job ha completato la sua esecuzione, deve essere infine possibile scaricare in formato compresso, una directory utente contenente l'output dell'esecuzione. Tutte le suddette operazioni devono essere coordinate. Per rispondere ai requisiti su elencati, il progetto è stato organizzato nelle seguenti componenti: Web Application: è l'entità centrale dell'applicazione; ha il compito di gestire le componenti, di elaborare i dati ricevuti dal client e di riorganizzare gli output Pagina 23 di 45

24 View Unit: E' formata dalle componenti che servono all'acquisizione dei dati di input, come ad esempio i codici dell'applicazione da eseguire e tutti i file necessari alla sua esecuzione. Comprende perciò tutte le interfacce grafiche con cui l'utente interagisce Certificate Class: Necessaria per la fase di login e per la gestione del certificato utente Proxy Class: Si occupa di creare il proxy e il proxy esteso per l'utente. Log Class: tiene traccia di tutti gli errori che si verificano durante l'esecuzione. CancelJob Class: E' il componente a cui è delegata la cancellazione del job richiesto dall'utente. Status Class: E' la componente che interroga il sistema Grid, per recuperare lo stato attuale di un job. Output Class: La componente recupera l'output di un job terminato con successo. Di solito si tratta di pochi file, che l'utente può scaricare. Sql Class: La componente ha il compito di gestire tutte le comunicazioni con il database centrale, che tiene traccia degli utenti e dei job. SubmitJob Class: E' la componente che si occupa dell'invio del job sulle risorse Grid JobStatus Class: Restituisce le informazioni relative allo stato del Job. Information Class: Si occupa di recuperare informazioni relative alle risorse Grid (storage, calcolo e software) FileController Class: E' responsabile della gestione dei file sul server. Pagina 24 di 45

25 Le suddette classi interagiscono con la portlet Web Application secondo lo schema riportato in figura 6. Illustrazione 6: Diagramma delle classi. 3.2 Implementazione Autenticazione Come già detto in precedenza, per poter utilizzare il sistema, è necessario autenticarsi mediante un certificato X.509, fornito precedentemente da una Certification Authority. Di seguito è riportato il sequence diagram relativo alle fasi di login, autenticazione ed autorizzazione Pagina 25 di 45

26 Illustrazione 7: Sequence diagram Autorization In particolare, soffermando l'attenzione sulla classe Certificate, grazie ai comandi di OpenSSL, dal certificato X.509, rilasciato dalla CA, vengono estratte tutte le informazioni necessarie a riconoscere l'utente (informazione utilizzata poi dalla WebApplication per la fase di login dell'utente) a separare la chiave pubblica da quella privata. openssl pkcs12 -nocerts -in "Path Certificate" -out "Path Output"; openssl pkcs12 -clcerts -nokeys -in "Path Certificate" -out "Path Output"; Tali informazioni verranno memorizzate nei file usercert.pem e userkey.pem sotto la directory./globus creata per l'utente che saranno utilizzate dalla classe proxy per creare il proxy di 12 ore. Pagina 26 di 45

27 La creazione del Proxy, avviene utilizzando i comandi della user interface di EMI (opportunamente complicato dall'utilizzo di diverse opzioni) tramite l'utilizzo del metodo exec() dell'oggetto Java Runtime. voms-proxy-init -voms unina.it -pwstdin --cert usercert.pem key userkey.pem -out X509; Resource information Per recuperare le informazioni sul sistema, viene utilizzata la classe Job_Status. L'output di ogni richiesta viene visualizzato grazie alla pagina jsp corrispondente. Illustrazione 8: Sequence diagram Information Il comando principale utilizzato per richiedere informazioni è: lcg-infosites vo unina.it info dove info è una variabile, che a seconda del suo valore restituisce a video Pagina 27 di 45

28 informazioni differenti. I valori assunti possono essere: ce: mostra la lista dei CE disponibili; se: mostra la lista degli SE; lfg: rappresenta il Logical File Catalogue; tag: mostra la lista dei software installati sui CE; all: raggruppa le informazioni fornite dalla CE, SE, LRC(Local Replica Catalog) e RMC(Replica Metadata Catalog) La gestione dei job Per rendere il quadro completo non resta che parlare delle componenti che si occupano della sottomissione e gestione dei Job. Il ciclo di vita di un job si compone di 5 passi principali: 1. l'utente carica il file JDL(in cui sono descritte le direttive per l'esecuzione del job) e il codice da eseguire; 2. l'utente sottomette il Job alla GRID; 3. l'utente recupera lo stato del Job; 4. l'utente recupera l'output; 5. l'utente cancella il Job nel caso di accorga di errori. Fase di caricamento del codice La prima fase è quella relativa al caricamento del codice necessario per la sottomissione del Job. Prima di fare questo, verrà creato per ogni utente che accede al portale, una directory avente nome uguale a quello dell'id di sessione, che conterrà a sua volta tutte le directory utili per la gestione degli utenti. Un'altra classe necessaria alla corretta sottomissione del Job è PathInputSandBox, che ha il compito di dare il corretto valore alla variabile InputSandBox all'interno del file JDL. Tale valore corrisponde ad una sottodirectory dell'ambiente creato per Pagina 28 di 45

29 l'utente sul portale. Sottomissione del Job Di seguito sono riportate schematicamente le operazioni che intercorrono tra l'utente e la web application nella fase di sottomissione di un Job. Illustrazione 9: Sequence diagram Job Submit La sottomissione viene eseguita tramite il metodo Submit appartenente alla classe SubmitJob, che richiede come parametri d'ingresso; la locazione del proxy, quella del jdl e l'identificativo dell'utente. SubmitJob.Submit(proxy_file, jdl_path, id); La classe effettuerà il controllo della validità del certificato proxy per poi inviare il job alla Grid. La fase di invio viene effettuata tramite delle chiamate di sistema; Pagina 29 di 45

30 export X509_USER_PROXY="+PROXY+" && glite-wms-job-submit -a "+JDL+" > sottomissione_"+name_output+".txt"; in cui è necessario specificare il valore della variabile d'ambiente X509_USER_PROXY( in cui è specificata la locazione del certificato proxy utente), con il valore corrente, differente da quello di default. La redirezione dell'output del comando glite-wms-job-submit in un file è necessaria per i seguenti due motivi: 1. per effettuare un controllo sulla lunghezza del file, dato che la risposta del comando non è immediata 2. e per poter recuperare l'id del Job e memorizzarlo in un DBMS. operazione necessaria per monitorare il job durante l'esecuzione e recuperarne l'output al termine. Tale valore è anche utile nel caso in cui l'utente utilizzi un'altra sessione di lavoro per gestire i propri job. Di seguito è illustrato un esempio della tabella del DBMS che contiene le informazioni sui Job. Illustrazione 10: SQL Table. Recupero dello stato del Job Durante l'arco di tempo in cui un Job è presente sulla Grid, attraversa determinati stati. L'informazione circa lo stato del nostro Job, ci è restituita richiamando il comando della user interface: export X509_USER_PROXY="+PROXY+" glite-wms-job-status "+ID; Pagina 30 di 45

31 dove l'id rappresenta l'identificativo del Job restituito dal comando di sottomissione. Recupero dell'output Sia nel caso in cui un job termini con successo, sia che si presentano degli errori, è possibile recuperarne l'output mediante il seguente comando: export X509_USER_PROXY="+PROXY+" && glite-wms-job-output --dir "+DIR_HOST+" "+ID+" > "+path_out; Anche in questo caso il messaggio stampato a video dal comando, verrà reindirizzato in un file, utilizzato temporaneamente per le fasi di controllo e per dare il tempo al sistema di recuperare l'output. Per garantire il corretto funzionamento del servizio di job monitoring è stato necessario implementare il metodo ReturnStatus (della classe SubmitJob), che, tra l'altro, restituisce sotto forma di stringa lo stato del Job Illustrazione 11: Sequence diagram Job Status and Output Pagina 31 di 45

32 Le fasi di recupero dello stato del job e dell'output sono schematizzati nel diagramma di figura 11. Pagina 32 di 45

33 4 Presentazione del portale Unina Datacenter Portal Fino ad ora abbiamo analizzato gli strumenti e le strategie implementative del portale. Di seguito, in figura, viene illustrato un esempio di sessione di lavoro per l'utente generico, dall'accesso al portale al ritiro dell'output delle proprie esecuzioni mediante Unina Datacenter Portal, Illustrazione 12: Schema a Blocchi. Tutte le operazioni da parte dell'utente per interagire con la Grid passano attraverso la web user interface. Mostriamo un tipico utilizzo del portale, mostrando separatamente le fasi che intercorrono dall'operazione di autenticazione a quella di recupero dell'output. 4.1 Autenticazione Partendo dal presupposto di aver già superato la fase di ottenimento del certificato personale presso una Certification Authority, siamo pronti per il nostro primo accesso alla Grid. L'utente si trova davanti la seguente home page: Pagina 33 di 45

34 Illustrazione 13: Home Page dell'applicazione nella quale, all'interno della sezione Certificate State potrà selezionare il certificato (certificato_utente.p12), inserire la password che protegge il file, e mediante il tasto Upload Certificate, caricare il certificato sul server. Nella sezione relativa al certificato comparirà un logo, grazie al quale l'utente avrà riscontro del corretto (o errato) caricamento del certificato. Nel caso in cui la password sia corretta, il certificato valido e l'operazione di estrazione di usercert.pem e userkey.pem andrà a buon fine avremo: Illustrazione 14: Certificate State in caso contrario sarà necessario ripetere l'operazione. A questo punto nella sezione Proxy State sarà possibile creare il proxy, ed eventualmente, nel caso in cui l'utente abbia la necessità di avere un proxy di durata maggiore, creare un MyProxy sul server. Pagina 34 di 45

35 4.2 Resource information Per accedere all'information System basterà cliccare nella home page il tasto relativo, che consentirà di recuperare varie informazioni relative alla Grid. Le informazioni che possono essere recuperate sono riassunte nei nomi dei relativi pulsanti. Illustrazione 15: System Information Cliccando su ogni pulsante è possibile mostrare una lista di informazioni differenti. Per quanto riguarda CE List, mostra la lista di tutti i Computing Element presenti sul Grid; il pulsante SE List, mostra quella degli SE disponibili. Logical File Catalogue invece ritorna il nome del LFC; Software List restituisce la lista di tutti i software installati sui CE mentre Resource List è una sorta di riassunto completo, che mostra tutte le informazioni prima citate in un'unica finestra. Pagina 35 di 45

36 4.3 Job Management La figura 16 mostra la schermata di Job management, di cui di seguito sono distinte le funzionalità. Illustrazione 16: Job Management Job Submission La fase di sottomissione di un Job si compone di un prima parte in cui avviene la definizione del Job a cui segue quella di sottomissione. La fase di definizione del Job, richiede la compilazione di un file di testo in una precisa sintassi denominata Job Description Language. Una trattazione completa di tale sintassi è reperibile in [9]. Dall'Unina Datacenter Portal tale fase può avvenire in due modi: Il primo è relativo alla sezione Import Job and Submit ; in cui e possibile caricare sia il file JDL(ad esempio casap.jdl) che il codice da eseguire, che in questo caso è un semplice script testjob.sh, che restituisce l'output dei comandi Linux hostname e id. Inoltre nella sezione Loaded File verranno mostrati a video i file caricati sul server dall'utente, cioè quelli contenuti nella directory File. Pagina 36 di 45

37 Illustrazione 17: Job Submission caso1 Finita la fase di caricamento, la sottomissione avviene attraverso il tasto Submit, a cui seguirà un'attesa, che dipende dallle latenze dell'infrastruttura Grid. Terminata l'attesa, l'utente verrà reindirizzato sulla home page. Il secondo metodo per definire un Job è fornito dal tasto Java Advanced Editor dove, all'interno delle caselle di testo, possiamo inserire tutti i parametri necessari alla definizione del job. Illustrazione 18: Job Submission caso2 Pagina 37 di 45

38 Un esempio di file JDL contiene sostanzialmente le seguenti informazioni : Requisiti fisici del Job (spazio sul disco, memoria disponibile,...) Requisiti logici del Job(librerie presenti, software installato,...) Dati di Input e Output Se prendiamo in esempio il Job precedente, per sottomettere tale job alla griglia, è necessario compilare i campi della casella di testo, come illustrato nell'esempio di file Jdl riportato di seguito. Executable = "testjob1.sh"; StdOutput = testjob1.out"; StdError = "testjob1.err"; InputSandbox = {"/home/testjob1.sh"}; OutputSandbox = {"testjob1.out","testjob1.err"}; Requirements=other.GlueSiteUniqueID!="emi-ce02.scope.unina.it:8443/creampbs-unina_hpc"; Ogni linea del file contiene una sintassi del tipo Attributo=Valore Gli attributi indispensabili sono: Executable: è il nome del file che contiene il codice eseguibile StdOutput: è il nome del file che conterrà lo standard output StdError: è il nome del file che conterrà lo standard error InputSandbox: è la lista dei file che devono essere copiati dalla UI al nodo di esecuzione OutputSandbox: è la lista dei file da recuperare al termine dell'esecuzione, cioè quelli da riportare dal nodo alla UI. Requirements: sono i requisiti che devono avere le risorse di calcolo per eseguire il job, il formato viene specificato utilizzando i nomi degli attributi presenti nel sistema informativo. A questi si potranno eventualmente aggiungerne, ad esempio: Pagina 38 di 45

39 Type : è una stringa che descrive il tipo di job, tra cui i possibili valori sono, Job, DAG e Collection (se non è presente di default è Job); JobType: è una stringa che rappresenta il tipo di lavoro descritto dal JDL, tracciacui i possibili valori sono, Normal, MPICH (Deprecated) e Parametric ( se non è presente di default è Normal); MyProxyServer: è una stringa che specifica il MyProxy server; RetryCount: è un intero che specifica il numero massimo di tentativi di risottomissione. Anche in questo caso, come nel precedente, sarà presente una sezione con i file creati e caricati, e due tasti uno che sottomette il Job, e l'altro Cancel che azzera i valori delle caselle di testo e riporta alla home page Job Monitoring Sia nel caso in cui viene creato un file jdl e poi caricato, sia nel caso in cui viene utilizzato l'editor, alla fine della sottomissione, l'utente sarà riportato nella home. Nella tabella relativa alla sezione Job Status, comparirà una nuova riga per ogni job sottomesso. Illustrazione 19: Job Status Table Cliccando sul nome di ciascun Job si accede alla GUI di dettaglio relativa alle informazioni di monitoraggio del job in questione. Pagina 39 di 45

40 Illustrazione 20: Job Status Page Durante l'arco di tempo in cui un Job è presente sulla Grid, attraversa determinati stati che ne identificano l'attività. In pratica un Job inoltrato non viene immediatamente eseguito ma attraversa varie fasi, prima di trovarsi nello stato running. Illustrazione 21: I possibili stati di un Job Pagina 40 di 45

41 Un job rimarrà in esecuzione finché non terminerà con successo, o con errore (aborted), oppure se verrà fatta richiesta di cancellazione del job da parte dell'utente. Al termine dell'esecuzione, dopo che l'utente ne avrà ritirato l'output, un job entra nello stato Cleared. Nel seguente elenco vengono presentati i vari stati di un job: Submitted: Il job è inoltrato dall'utente ma non ancora trasferito al Workerload Managment System; Waiting: Il job è accettato nella Task Queue (coda), e attende l'elaborazione da parte del Workerload Managment System; Ready: Il job viene eseguito dal Workerload Managment System ma non è ancora trasferito nel Computing Element (CE); Scheduled: Il job attende per l'esecuzione nella coda locale del CE; Running: Il job è in esecuzione; Done: L'attività del job è terminata o comunque si trova in uno stato terminale; Cancelled: Il job viene cancellato come richiesto dall'utente; Cleared: Il job entra nello stato cleared comunicando così al WMS che può eliminarlo dall'attività computazionale. Cliccando sul tasto Back ritorniamo alla home page, dove sarà possibile ricontrollare nuovamente lo stato dei job o eventualmente recuperarne l'output Get Output e Cancel Appena lo stato del Job diviene Done, sia nel caso in cui è succes o failed, sarà possibile recuperare l'output. Cliccando sul relativo pulsante GetOutput, verrà fatta inoltrata alla Grid una richiesta di recupero dell'output. Se tale richiesta avrà esito positivo, nella sezione Job Status, accanto all'id del Job comparirà il link DOWNLOAD che consentirà all'utente di scaricare l'output dell'esecuzione, Pagina 41 di 45

42 altrimenti comparirà un messaggio in cui sarà indicata la procedura corretta per recuperarlo. Illustrazione 22: Get output Il file ottenuto in formato compresso è identificato dall'id di sessione associato all'utente e una volta recuperato verrà rimosso dal server. Una volta terminato il ciclo di vita di un Job l'utente può chiedere al sistema di cancella dal database le informazioni ad esso relative mediante il tasto Cancel. Tutti i dati sia quelli relativi l'accesso degli utenti sia quelli relativi alla sottomissioni dei Job, anche se cancellati dal database, verranno archiviati per un periodo pari a sei mesi, come richiesto dalle politiche di archiviazione dei contenuti web. Pagina 42 di 45

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