An Open Grid Service Architecture OGSA

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1 An Open Grid Service Architecture OGSA Corso di laboratorio specialistico 2 Antonella Galizia

2 Percorso Riprendiamo dei concetti della scorsa lezione Approfondire le interfacce Un piccolissimo esempio Hosting environment Le richieste dei binding protocol Diamo solo un accenno ad OGSI, poi se volete faremo un altra lezione per vederne la definizione nel dettaglio! - Cap 17 del libro: The Grid 2nd edition - Antonella Galizia Lezione 3 2

3 Computational Grid Le tre proprietà fondamentali Controllo coordinato su larga scala di risorse, appartenenti a diversi domini amministrativi Il Grid implica la gestione di diversi sistemi Protocolli ed interfacce standard, open e generalpurpose che forniscono una gamma di servizi Il Grid supporta applicazioni eterogenee Fornisce Quality of Service (QoS) complessi: tempi di risposta, throughput, disponibilità, affidabilità, sicurezza Antonella Galizia Lezione 3 3

4 Grid Architecture Identifica le componenti fondamentali del sistema Specifica fini e funzionalità di queste componenti Indica come tali componenti interagiscono tra loro Protocolli dell architettura Grid: meccanismi di comunicazioni basilari Servizi dell architettura Grid: componenti standardizzati Antonella Galizia Lezione 3 4

5 Layered Grid Architecture Analogia con l architettura Internet Coordinating multiple resources : ubiquitous infrastructure services, app-specific distributed services Sharing single resources : negotiating access, controlling use Talking to Grid elements : communication (Internet protocols) & security Controlling elements locally : Access to, & control of, resources Grid Architecture Application Collective Resource Connectivity Fabric Internet Architecture Application Transport Internet Link Antonella Galizia Lezione 3 5 Internet Protocol Architecture

6 An Open Grid Service Architecture Il modello dei servizi OGSA: Il modello dell architettura Grid segue un approccio service-oriented, cioè Everything is represented by a Service: a network enabled entity that provides some capabilities through the exchange of messages Risorse computazionali, di storage, reti, programmi, database, etc, sono tutti dei servizi -> Grid Services Antonella Galizia Lezione 3 6

7 I Grid Service Grid service: a web service that conforms to a set of conventions and supports standard interfaces, where each interface defines a set of operations that are invoked by exchanging a defined sequence of messages Ladisponibilitàdi unsetminimodinterfaceconsistenti permetelacreazionedi servizidilivelopiùaltocheposonoeseretratatinmanierauniformeatraversoi liveli di astrazione consistenti permette la creazione di servizi di livello più alto che possono essere trattati in maniera uniforme attraverso i livelli di astrazione Grid service interface: WSDL porttype Antonella Galizia Lezione 3 7

8 OGSA ed i Web Service Resource/ Collective layers Applications OGSA Architected Services Fabric and Connectivity layerss OGSA Enabled Security OGSA Enabled OGSA Enabled Workflow OGSI Open Grid Services Infrastructure OGSA Enabled Database Web Services Web Services OGSA Enabled OGSA Enabled File Systems OGSA Enabled Directory OGSA Enabled Antonella Galizia Lezione 3 8 Servers Storage Network OGSA Enabled Messaging

9 OGSA ed i Web Service I livelli principali che l architettura OGSA abbraccia sono 4: Il livello più basso comprende le risorse di base come processori, storage system, network subsystems, e componenti che mirano al loro controllo Principalmente queste risorse sono rese visibili alla struttura OGSA aggiungendo funzionalità all infrastruttura software Ciò è al fine di virtualizzare o astrarre l hardware e le risorse del sistema in termini di servizi Antonella Galizia Lezione 3 9

10 OGSA ed i Web Service I livelli principali che l architettura OGSA abbraccia sono 4: Il subito sopra questi elementi c è un livello di funzioni come file system, database, software per il messaging, directory, etc che sono tipicamente implementate come un middleware general purpose Questo middleware generalmente sfrutta il livello sottostante di risorse fisiche ed inoltre fornisce funzioni che posso essere astratte e virtualizzate come servizi in OGSA Antonella Galizia Lezione 3 10

11 OGSA ed i Web Service I livelli principali che l architettura OGSA abbraccia sono 4: Come Service Oriented Architecture OGSA è fondamentalmente un estensione dell esistente ed affermata infrastruttura dei Web Service definiti da standard come XML, WSDL, SOAP, etc OGSA trae vantaggio dai server di applicazioni del middleware, che forniscono supporto allo sviluppo di programmi Ancora OGSA sfrutta l hosting per le implementazioni dei Web Service Antonella Galizia Lezione 3 11

12 OGSA ed i Web Service I livelli principali che l architettura OGSA abbraccia sono 4: OGSA si accomoda sul top del supporto per i Web Services E le applicazioni Grid a loro volta sfruttano i servizi che OGSA definisce per la gestione e l utilizzo delle risorse distribuite nella griglia Antonella Galizia Lezione 3 12

13 OGSA ed i Web Service Nel libro Grid viene introdotto OGSI: Open Grid Services Infrastructure Si riferisce all infrastruttura di base su cui OGSA è costruita È un elemento fondamentale della struttura OGSA insieme agli OGSA services e gli OGSA schemas Vedremo tutto probabilmente nella prossima lezione! Antonella Galizia Lezione 3 13

14 OGSA ed i Web Service OGSI: Open Grid Services Infrastructure Definisce le interfacce standard ed il comportamento di un Grid Service, estendendo l infrastruttura dei Web Service A definiamo un Grid Service come un WS che soddisfa gli standard OGSI Due importanti punti, autenticazione ed invocazioni affidabili, sono viste come servizi di protocol binding e sono esterne alla definizione di Grid service Devono comunque essere forniti all interno di una implementazione OGSA completa Antonella Galizia Lezione 3 14

15 OGSI Key features: GS descriptions and instances Service state, metadata, and introspection Naming & name resolution Fault model Lifecycle Service groups (of GS instances) Non sono features: Come creare un Grid Service, gestirlo, distruggerlo all interno di un particolare hosting environment!! Un Grid Service è differente dalle sue istanze!! Antonella Galizia Lezione 3 15

16 OGSI Antonella Galizia Lezione 3 16

17 OGSI È una specifica formale e tecnica dei concetti descritti in OGSA Antonella Galizia Lezione 3 17

18 Tecnologia Web Service in breve La W3C definisce un Web Service come: a Web Service is a software system identified by a URI whose public interfaces and bindings are defined and described using XML its definition can be discovered by other software systems These systems may interact with the Web Services in a manner prescribed by its definition, using XML-based messages conveyed by Internet protocols Antonella Galizia Lezione 3 18

19 Tecnologia Web Service in breve I Web Service forniscono un modo per ottenere comunicazioni tra applicazioni eseguite su differenti piattaforme (interoperabilità) WSDL: Web Services Description Language: rappresenta il linguaggio utilizzato per descrivere l interfaccia da dare ai servizivedi prossime slide! Antonella Galizia Lezione 3 19

20 Tecnologia Web Service in breve Messaggi: sono utilizzati per scambiare strutture dati, i cui tipi sono definiti nello XML schema datatype system Operazioni: pattern di scambi di messaggi supportato dai Web Service, ad esempio definiscono messaggi di input, output e fault e sono utilizzati per fornire una determinata funzione WS PortTypes: note come interfacce in WSDL 12, sono collezioni di operazioni caratterizzate da un nome Antonella Galizia Lezione 3 20

21 Tecnologia Web Service in breve Scoperta UDDI Descrizione WSDL XML Messaging SOAP, XML-RPC Trasporto HTTP,FTP, SMPT Service Transport: responsabile del trasporto dei messaggi tra le applicazioni XML Messaging: responsabile della codifica dai messaggi in un formato XML comune agli elementi comunicanti Service Description: responsabile della descrizione dell interfaccia pubblica del servizio Service Discovery: centralizza i servizi in un registro comune e fornisce gli strumenti per pubblicare/scoprire i servizi Antonella Galizia Lezione 3 21

22 Tecnologia Web Service in breve Request Service Info (WSDL) UDDI Registry Web Service Client Download WSDL WSDL Send SOAP messages with XML document Web Service Antonella Galizia Lezione 3 22

23 Tecnologia Web Service in breve Antonella Galizia Lezione 3 23

24 Bisogno di istanze transienti La tecnologia Web Service tradizionalmente permette il discovery e l invocazione servizi persistenti Mentre le Griglie devono supportare anche istanze di servizi transienti-transitorie, creati e distrutti dinamicamente Antonella Galizia Lezione 3 24

25 Bisogno di istanze transienti Dobbiamo distinguere tra la definizione di un servizio e l istanza di questa definizione La descrizione di un Grid Service un WSDL (con le estensioni OGSI) che definisce interfaccia e semantica associata al GS L istanza di un GS è l istanziazione di questa descrizione, addressable, potenzialmente stateful e transitoria Antonella Galizia Lezione 3 25

26 Nell architettura Grid Gli utenti utilizzano istanze di servizi Come distinguerle ->Naming problem Come gestirne il tempo di vita ->Lyfecicle management Antonella Galizia Lezione 3 26

27 Le interfacce OGSA OGSA definisce diverse interfacce (porttypes) Ognuna di queste porttypes definisce un set di operazioni e le specifiche OGSI l andamento atteso da queste operazioni Quelle che vedremo dopo riprendono un po quelle già viste, in Grid 2 ne sono state definite alcune altre forse le vedremo! Antonella Galizia Lezione 3 27

28 Le interfacce OGSA Tutte le interfacce OGSA sono opzionali con la sola eccezione dell interfaccia GridService, che deve essere supportata da tutti i Grid services Le interfacce possono essere composte arbitrariamente per produrre servizi di alto livello Sempre in Grid 2 si parla di GSDL come una estensione Grid di WSDL Antonella Galizia Lezione 3 28

29 Le interfacce OGSA hanno bisogno di 1 Discovery 2 Dynamic service creation 3 Lifetime management 4 Notification In più si parla di manageability! Antonella Galizia Lezione 3 29

30 GS Address Visto che un GS è un estensione di WS Un WS è individuato da un URI (URL) L URI per i GS si chiamano Grid Service Handle GSH: È unico per ogni istanza di GS Ci racconta dov è il GS Non ci da abbastanza informazioni per raccontarci come comunicare con il GS Antonella Galizia Lezione 3 30

31 GS Address GSH non ci da abbastanza informazioni per raccontarci come comunicare con il GS Per fare questo abbiamo bisogno di un Grid Service Reference (GSR) GSR è un file WSDL con delle estensioni che descrivono i protocolli, i metodi, etc che il Grid Service in questione offre o richiede Antonella Galizia Lezione 3 31

32 Le interfacce OGSA hanno bisogno di 1 Discovery: Le applicazioni richiedono servizi per il discovery dei servizi disponibili e per determinarne le caratteristiche, così che possano decidere quale istanze di servizi soddisfare 2 Dynamic service creation: le istanza dei servizi devono essere create dinamicamente Antonella Galizia Lezione 3 32

33 Le 4 esigenze dei servizi OGSA 3 Lifetime management I sistemi distribuiti devono trattare il problema dei failure del sistema, devono gestire istanze di servizi transienti e stateful 4 Notification I Servizi necessitano di notificare l uno con l altro in maniera asincrona il cambio di stato La sottoscrizione e la notifica di tali informazioni è importante Antonella Galizia Lezione 3 33

34 Le interfacce OGSA hanno bisogno di 1 Discovery: RegisterService/UnregisterService (Registry) operations FindServiceData (GridService) operations FindByHandle (HandleMap): handles references 2 Dynamic service creation: Factory Interface Antonella Galizia Lezione 3 34

35 Le 4 esigenze dei servizi OGSA 3 Lifetime management SetTerminationTime (GridService interface): Destroy (GridService interface) 4 Notification NotificationSource interface NotificationSink interface Antonella Galizia Lezione 3 35

36 OGSA PortTypes e operation 1 GridService: FindServiceData, SetTerminationTime, Destroy 2 Notification-Source: SubscribeTo-NotificationTopic 3 Notification-Sink: DeliverNotification 4 Registry: RegisterService, UnregisterService 5 Factory: CreateService 6 HandleMap: FindByHandle Antonella Galizia Lezione 3 36

37 GridService PortType Operations: A FindServiceData: per chiedere informazioni sulle istanze dei GS : basic introspection information (handle, reference, etc), per-interface information, service-specific information (ese Le istanze dei servizi note ai registry) Pull model: l informazione è esplicitamente richiesta dall entità che pone la query Antonella Galizia Lezione 3 37

38 GridService PortType Operations: B SetTerminationTime: setta ed ottiene il termination time di un istanza di un Grid service C Destroy: termina l istanza di un Grid service Antonella Galizia Lezione 3 38

39 Notification-Source Source, Notification-Sink PortTypes Notification-Source Operation: SubscribeTo-NotificationTopic: Sottoscrive le notifiche degli eventi service-related, basati su messaggi e statement Permette il delivery tramite terzi di servizi di messaging Supporta il push model, cioè l informazione è diffusa direttamente dal source Notification-Sink Operation: DeliverNotification: svolge delivery asincroni delle notifiche dei messaggi Antonella Galizia Lezione 3 39

40 Registry PortTypes Registry Operations: RegisterService: fornisce una registrazione soft-state di un Grid service handle soft-state = il bisogno degli handle di refresh periodici (per esempio c è bisogno nel caso di failure del Registry) UnregisterService: deregistra l handle di un Grid service Antonella Galizia Lezione 3 40

41 Factory and HandleMap PortTypes Factory Operations: CreateService: crea una nuova istanza di Grid service HandleMap Operations: FindByHandle: restituisce un Grid Service Reference (GSR) al momento associato al fornito Grid Service Handle (GSH) Antonella Galizia Lezione 3 41

42 Example: Data Mining for Bioinformatics Community Registry Mining Factory Database Service BioDB 1 Compute Service Provider User Application I want to create a personal database containing data on ecoli metabolism Database Factory Database Service BioDB n Storage Service Provider Antonella Galizia Lezione 3 42

43 Example: Data Mining for Bioinformatics Find me a data Community mining service, and Registry somewhere to store data Mining Factory Database Service BioDB 1 User Compute Service Provider Application Database Factory Database Service BioDB n Storage Service Provider Antonella Galizia Lezione 3 43

44 Example: Data Mining for Bioinformatics GSHs for Mining and Database factories Community Registry Mining Factory Database Service BioDB 1 User Compute Service Provider Application Database Factory Database Service BioDB n Storage Service Provider Antonella Galizia Lezione 3 44

45 Example: Data Mining for Bioinformatics User Application Community Registry Create a data mining service with initial lifetime 10 Create a database with initial lifetime 1000 Mining Factory Compute Service Provider Database Factory Database Service BioDB 1 Database Service BioDB n Storage Service Provider Antonella Galizia Lezione 3 45

46 Example: Data Mining for Bioinformatics User Application Community Registry Create a data mining service with initial lifetime 10 Create a database with initial lifetime 1000 Mining Factory Miner Compute Service Provider Database Factory Database Storage Service Provider Database Service BioDB 1 Database Service BioDB n Antonella Galizia Lezione 3 46

47 Example: Data Mining for Bioinformatics Community Registry Mining Factory Query Database Service Miner BioDB 1 User Application Compute Service Provider Query Database Factory Database Storage Service Provider Database Service BioDB n Antonella Galizia Lezione 3 47

48 Example: Data Mining for Bioinformatics Community Registry Mining Factory Database Service Miner BioDB 1 User Application Compute Service Provider Database Factory Database Storage Service Provider Results Results Database Service BioDB n Antonella Galizia Lezione 3 48

49 Example: Data Mining for Bioinformatics Community Registry Mining Factory Database Service BioDB 1 User Compute Service Provider Application Database Factory Database Database Service BioDB n Storage Service Provider Antonella Galizia Lezione 3 49

50 Hosting environment OGSA definisce solo interfacce ed operazioni, mentre non pone richieste sul: Funzionalità di un Grid service; Come tali funzionalità sono implementate In altre parole OGSA non definisce niente circa l implementazione (linguaggi, modelli, tool) o ambiente di esecuzione Ma riprende il concetto di Hosting Environment Antonella Galizia Lezione 3 50

51 Hosting environment Nel contesto OGSA esso ha la responsabilità che i servizi supportati aderiscano alla semantica dei Grid Service In questo modo OGSA può motivare dei cambiamenti od aggiunte alle interfacce di questi container Definendo la semantica OGSA specifica le interazioni attraverso i servizi in maniera indipendente da qualsiasi hosting environment Antonella Galizia Lezione 3 51

52 Hosting environment Un hosting environment è l ambiente di esecuzione associato all istanza di un Grid service Definisce: Il linguaggio di programmazione (C, C++, Java, Fortran, etc) Tool di sviluppo (Nel caso di WS: Webshere IBM, NET Microsoft, Sun One Sun, J2EE, etc) Tool per il debugging Come un istanza di un Grid service fornisce le funzioni semantiche ad essa associata Antonella Galizia Lezione 3 52

53 Hosting environments Sono definiti tre tipi di hosting environment: 1 Simple hosting environment; 2 Virtual hosting environment; 3 Collective services Antonella Galizia Lezione 3 53

54 Simple hosting environment Caratteristiche: Le risorse sono tutte parte dello stesso dominio amministrativo È disponibile una facility per la gestione di un singolo Grid service L interfaccia dell utente all ambiente comprende: un registry; un HandleMap service E principalmente prossimo lucido! Antonella Galizia Lezione 3 54

55 Simple hosting environment L interfaccia dell utente all ambiente comprende: ona o più factory Quando una factory riceve la richiesta di una creazione, essa è implementata attraverso una lista di operazioni Ogni operazione si mappa direttamente su una capability specifica dell hosting-environment locale: create 1 creazione di un stanza di Grid service; 2 un handle è assegnato all istanza del servizio; 3 L istanza è registrata dentro un registry service locale; 4 L handle è reso disponibile al HandleMap service Assign handle register Handle in HandleMap Esempio: Grid service per l allocazione dello spazio del disco su uno elemento di storage Antonella Galizia Lezione 3 55

56 Virtual Hosting Environment In questo le caso le risorse formano un hosting environment eterogeneo, e geograficamente distribuito, ed esse appartengo ad un insieme di Virtual Organizations Il virtual hosting environment è sempre acceduta dall utente tramite le stesse interfacce usate per il simple hosting environment Ad ogni modo, in questo caso: Continua sul prossimo lucido Antonella Galizia Lezione 3 56

57 Virtual Hosting Environment Ad ogni modo, in questo caso: high-level factory sono disponibili per richieste di creazione delegate a factory di livelli inferiori a high-level registry che conosce solo: le high-level factory e le istanze dei servizi creati; le politiche che regolano l accesso alle risorse delle VO high-level registry e factory supportano interfacce standard Grid service Antonella Galizia Lezione 3 57

58 Virtual Hosting Environment Esempio: un Grid service che assicura che una data computazione arriva al termine tramite uno specificato end-time allocazione di più CPU attraverso diversi siti del Grid, dove il numero di CPU dipendono dal tempo in cui si termina Antonella Galizia Lezione 3 58

59 Collective services Collective operations sono un esempio specifico di virtual hosting environment dove le VO che vi partecipano posso utilizzare servizi più sofisticati: end-to-end service, virtuali, collettivi (per il significato vedi le slide del layer corrispondente nella Grid Architecture) Antonella Galizia Lezione 3 59

60 Collective services In particolare, in questo caso le istanze di servizi di alto livello sono implementate tramite la richiesta a factory di livello inferiore per la creazione di istanze multiple di servizi, e componendo il comportamento di istanze di servizi di livelli inferiori Al contrario, nell esempio del precedente di hosting environment, i servizi dei livelli inferiori sono indipendenti e non composti insieme! Antonella Galizia Lezione 3 60

61 Collective services Esempio: un servizio per il file transfer con una garantita bandwidth Per ogni dominio amministrativo della rete, una data quantità di bandwidth su uno specifico percorso di interconnessione deve essere allocato Diverse istanze di Grid service devono essere invocate in ognuno dei domini Le tecniche (cioè i protocolli di rete) utilizzate per far rispettare quanto garantito in ognuno dei domini, devono essere necessariamente compatibili Antonella Galizia Lezione 3 61

62 Examples of different hosting environments (a) Simple Hosting Environment Factory Factory Service Service Registry Service H2R Mapper Service (b) Virtual Hosting Environment Factory Factory Service Service Registry Service H2R Mapper Service (c) Compound Services E2E Factory E2E Reg E2E H2R Mapper E2E S E2E S E2E S F F R M F F R M F 1 R M F 2 R M S S S S S S S S S S S S In ogni caso, il Registry handle è effettivamente l unico nome per la VO Antonella Galizia Lezione 3 62

63 Network protocol bindings I protocolli utilizzati per scambiare messaggi con un istanza di Grid service remota deve soddisfare quattro richieste: Trasporti affidabili: i servizi devono essere invocati in maniera attendibile; a tal fine, l invocazione dei servizi deve far fronte ai messaggi persi Antonella Galizia Lezione 3 63

64 Network protocol bindings I protocolli utilizzati per scambiare messaggi con un istanza di Grid service remota deve soddisfare quattro richieste: Autenticazione e delegazione: le credenziali di un utente che originariamente fa una richiesta ad un service abstraction, sono portate avanti ogni volta che un nuovo servizio è invocato Le credenziali sono inizialmente rilasciate da un elemento di fiducia Nel caso di richiesta di un servizio che provoca la richiesta di altri servizi, i servizi richiedenti fungono da user proxy Antonella Galizia Lezione 3 64

65 Network protocol bindings I protocolli utilizzati per scambiare messaggi con un istanza di Grid service remota deve soddisfare quattro richieste: Ubiquity: un insieme arbitrario di servizi deve interagire, a prescindere dalle loro specifiche implementazioni GSR format: le reference prendono un formato specifico dei binding, ed in questo modo dipendono dall implementazione dei servizio Antonella Galizia Lezione 3 65

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