Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 1 Grid Computing Peter Brezany Institut für Softwarewissenschaft Universität Wien Tel. :

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1 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 1 Grid Computing Peter Brezany Institut für Softwarewissenschaft Universität Wien Tel. : 01/4277 38825 E-mail : brezany@par.univie.ac.at Sprechstunde: Dienstag 13.00-14.00 Konzepte, Techniken und Anwendungen

2 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 2 Lernziele Motivation für Grids Grundbegriffe Bestehende Architekturen Neue Entwicklungen –Web Services –Integration von Web Services und Grid Services –OGSA (Open Grid Service Architecture)

3 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 3 Einführung Grid Computing – ein relativ neues Forschungsgebiet Früher nur in wissenschaftlichen Kreisen bekannt und „big-science“ Anwendungen. Jetzt näher zum „every-day life“ (e-Business, medicine, usw.) Große Firmen (IBM, Sun, Microsoft) machen jetzt auch mit. Bei Grid Computing geht es um das gemeinsame Verwenden von verschiedenen Arten von Resourcen, eine moderne Sharing-Community

4 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 4 Einleitende Visionen Beispiel Wasserversorgung – Früher: „Hausquelle“ / Brunnen – Heute: Wassersammelstelle  Leitungen  Wasserhahn Beispiel Energieversorgung – Früher: Generator – Heute: „Großer Generator“  Stromleitungen  Steckdose –Power Grid  Computational Grid / Grid Computing (z.B.: NASA: „Information Power Grid“ (www.ipg.nasa.gov))www.ipg.nasa.gov Logische Konsequenz: Grid Computing Rechenleistung (und vieles mehr) aus der „Steckdose“ Viele Rechner zu einem Großen Netz verbunden; Vorteile: – Komplett neue Möglichkeiten der Zusammenarbeit für Unternehmen – Hardwareersparnis („mieten“) (vgl. Generator / Quelle) – Teuere Software „mieten“ statt kaufen – Selbst z.B. Rechenleistung anbieten

5 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 5 Grid Computing Vision "The Internet is about getting computers to talk together; Grid computing is about getting computers to work together." Tom Hawk, IBM's general manager of Grid computing

6 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 6 Grid Computing Vision (2) Tim Berners-Lee replies to the question „What did you have in mind when you first developed the Web?“ by saying "The dream behind the Web is of a common information space in which we communicate by sharing information.“ If applied to the Grid computing this sentence can be rephrased to “The dream behind the Grid computing is a common resource space in which we can work together using shared recources.“

7 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 7 Web im Vergleich zum Grid Classical Web Classical Grid More computation

8 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 8 Web im Vergleich zum Grid (2) Classical Web Semantic Web Richer semantics

9 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 9 Web im Vergleich zum Grid (3) Classical Web Classical Grid Semantic Web Richer semantics More computation Semantic Grid Source: Norman Paton

10 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 10 Grid Computing - Definition Definition nach www.globus.org 1 : „The Grid“ ist eine Infrastruktur, die eine integrierte, gemeinschaftliche Verwendung von Ressourcen erlaubt. Als Ressourcen kommen nicht Rechenleistung und Speicherplatz in Frage, sondern ganze (und beliebige) Geräte können im Grid gemeinschaftlich verwendet werden, also zum Beispiel Hochleistungscomputer, Netzwerke, Datenbanken, Teleskope, Mikroskope bis zu Elektronenbeschleunigern. Ziel des Grid ist es, dass man auf Geräte zugreifen kann, als ob man sie besitzen würde, ohne sie kaufen zu müssen. Charakteristika von Grid-Anwendungen: - Große Datenmengen - Großer Rechenaufwand –Sicheres Resourcen-Sharing zwischen unabhängigen Organisationen ----------------------------------------------------------- 1 Praktisch alle wichtigsten Grid Projekte bauen auf middleware Globus (1998 - Globus 1, 2001 - Globus 2, 2003 - Globus 3, 2005 – Globus 4)

11 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 11 Abstrakte Grid Architektur WN gn 1 gn 2 gn 5 gn 6 gn 4 gn 3 gn i – Grid node (Knoten) Grid node: Computing Element (CE), Storage Element (SE), telescope, microscope, etc. IN n1n1 n2n2 n3n3 n4n4 n i – compute node io 2 io 1 io i – I/O node Example: gn 2 – combined CE and SE (research of Prof. Schikuta, Univ. Vienna)

12 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 12 Grid Problem Das Grid-Problem: – Koordinierte gemeinsame Resourcennutzung (-sharing) und gemeinsames Lösen von Problemen in dynamischen, multiinstitutionalen „Organisationen“. – Sharing bedeutet hier: Direkter Zugang zu Computern, Software, Daten, Geräten, etc. – Sharing Regeln zwischen Anbietern und Benutzern definieren wem was wie wann zur Verfügung steht. Anzahl von Individuen und/oder Institutionen Sharing Regeln VO (Virtual Org.)

13 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 13 Grid Voraussetzungen Gemeinsame Verwendung von geographisch getrennten Resourcen: – Keine gemeinsame Zentrale – Keine zentrale Kontrolle – Niemand ist allwissend – Keine Vertrauensbeziehungen untereinander Komplexe Anforderungen: – Programm X auf den Rechnern von Y ausführen (Vertrag P) wobei die Daten von Z stammen (Vertrag Q). Y und Z müssen keine Beziehung haben. (Delegation)

14 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 14 Virtuelle Organisation (VO) Zweck, Ziel, Größe, Dauer, Struktur, etc. variieren Anforderungen von VOs: – Hochflexible Sharing-Beziehungen (C/S bis P2P) – Ausgereifte und präzise Kontrolle – Feine und grobe Zugangskontrolle – Abrechnung – Zeitplanung

15 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 15 VO Beispiel Autohersteller beauftragt: – Application service provider (ASP) Finanzielle Vorhersage – Storage service provider (SSP) (Historische) Daten – Cycle providers Rechenleistung für die Analyse Szenarienanalysen für neue Fabrik (bzw. Standort) durchzuführen.

16 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 16 VO Beispiel (2) Figure: An actual organization can participate in one or more VOs by sharing some or all of its resources. We show three actual organizations (the ovals), and two VOs: P, which links participants in an aerospace design consortium, and Q, which links colleagues who have agreed to share spare computing cycles, for example to run ray tracing computations. The organization on the left participates in P, the one to the right participates in Q, and the third is a member of both P and Q. The policies governing access to resources (summarized in “quotes”) vary according to the actual organizations, resources, and VOs involved.

17 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 17 Definitionen: Protokoll, Dienst, API, SDK Protokoll: – Menge von Regeln für Endpunkte von Telekommunikationssystemen zum Informationsaustausch – Standardprotokoll gewährleistet Interoperabilität Dienst (Service): – Netzwerkfähige Instanz mit einer bestimmten Fähigkeit Definiert durch Protokoll und Reaktion auf eine Protokoll-Nachricht (service = protocol + behavior) Application Program Interface (API): – Standardinterface für Zugriff auf Funktionalität (ein Protokoll kann mehrere APIs haben) – Ermöglicht Portabilität Software Develpment Kit (SDK): – Implementiert ein API (zB. Globus Toolkit)

18 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 18 Grid Protokoll Architektur vs. IP Architektur Application Fabric “Controlling things locally”: Access to, & control of, resources Connectivity “Talking to things”: communication (Internet protocols) & security Resource “Sharing single resources”: negotiating access, controlling use Collective “Coordinating multiple resources”: ubiquitous infrastructure services, app- specific distributed services Internet Transport Application Link Internet Protocol Architecture

19 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 19 Grid Architektur (1) Fabric: – (Computer / Dateisysteme / Archive / Netzwerke / Sensoren /...) (open, read, write, close,...) – Kaum Beschränkungen am low-level solang Schnittstellen erfüllt Connectivity: (neck) – Kommunikation (IP, DNS, Routing,...) – Sicherheit (Grid Security Infrastructure, GSI) - Einheitliche Authentifikation - Single sign-on - Delegation - Public Key Technologie

20 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 20 Grid Architektur (2) Resource Layer: (neck) – Grid Resource Allocation Management (GRAM) Zuweisung, Reservierung, Monitoring, Steuerung von Rechenresourcen – GridFTP Protokoll (FTP Erweiterungen) Hochgeschwindigkeitsdatenzugriff und –Transport – Grid Resource Information Service (GRIS) Zugang zu Struktur- und Statusinformationen – Netzwerkreservierung, Beobachtung und Steuerung – Baut auf Connectivity Layer (GSI & IP) auf.

21 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 21 Grid Architektur (3) Collective Layer: – Globale Protokolle und Dienste – Baut auf dem „neck“ auf – ist komplett „unabhängig“ von den Resourcen – Verzeichnisdienste – Monitoring- und Diagnosedienste – Datenreplikationsdienste – etc. Applications: – Verwenden Dienste beliebiger Layer

22 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 22 Sanduhr-Modell – Internet heute

23 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 23 Sanduhr-Modell – Globus Grid

24 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 24 Data Grid Ursprüngliche Motivation: Wissenschaftliche Anwendungen sind sehr daten intensiv und enorm große Menge von Forschern aus der ganzen Welt will einen schnellen Zugriff auf diese Daten haben. Perspektive Anwendungen von Data Grids: Medical Grids, E-Business und E-Commerce Grids.

25 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 25 Modell Architecture für Data Grids Metadata Catalog Replica Catalog Tape Library Disk Cache Attribute Specification Logical Collection and Logical File Name Disk ArrayDisk Cache Application Replica Selection Multiple Locations NWS Selected Replica GridFTP commands Performance Information & Predictions Replica Location 1Replica Location 2Replica Location 3 MDS

26 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 26 Storage Model 2 different kinds of files: Master files (owned by their creators) Replica files. There may be many replicas of a master file. Replicas are owned by, managed by, and may be deleted by, the Grid. The notion of replicas is new, and critical in a Grid environment. Example: Before a DataGrid job can run at site A, data at site B may need to be copied to site A. This data may then be used by subsequent jobs at site A, or may be needed by jobs at site C, which has a better network connection to site A than site B. For this reason, the data should be kept at site A as long as possible. The ReplicaManager keeps track of all replica data so that the replica selection service can select the optimal replica to use for a given job, or to request the creation of a new replica.

27 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 27 Data Replication Across Grid Nodes By providing a copy (replica) of a data item close to a client application, access times can be reduced. Replication can also help in load balancing and can improve reliability. file1.DB Z/data/file1.DB X/data/file1.DB Y/data/file1.DB Replica Catalog (logical name) (physical names) X, Y, Z – Grid sites

28 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 28 SQLDatabaseService This servis allows to efficiently store, retrieve and query very large amounts of meta data held in any type of local or remote RDBMS. The database can be used for the implementation of catalogs. Spitfire project : A set of grid enabled database middleware services – access to relational databases.

29 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 29 State of the Art in 2002 Die bisher diskutierten Konzepte implementiert von mehreren SDK, z.B. Globus (U.S.), Unicorn (EU Projekt), European Data Grid (EU Projekt), usw. Nur in wissenschaftlichen Kreisen gut bekannt und Fokus auf „big-science“ Anwendungen. Fast keine Anbindung von Datenbanktechnologien, Anwendung von „flat files“. Notwendigkeit näher zum „every-day life“ (e- Business, medicine, usw.) zu sein. Ignorierung von Web Entwicklung – Web Service Technologien Große Firmen (IBM, Sun, Microsoft, usw.) beginen jetzt auch mitzumachen. Richtung: Web Services

30 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 30 Integration von Grid und Web Services: Open Grid Service Architecture - OGSA Integration von Grid- und Webtechnologien - zuerst nur eine Initiative vom Globus-Projekt und IBM; jetzt eine Aufgabe des Global Grid Forums. Erweiterung von Web Service Standards wie SOAP und WDSL um die offenen Spezifikationen von Globus. OGSA- ein Set von Spezifikationen und Standards, das die Vorteile von Grid-Computing mit denen von Webservices kombinieren soll. Damit will man eine Plattform schaffen, die eine gemeinsame Nutzung von Anwendungen- und Computer- Ressourcen über das Internet auch für den kommerziellen Bereich interessant macht. Das neue Set an OGSA-Spezifikationen erweitert Standards wie XML, WSDL und SOAP mit Grid-Computing-Standards, die vom Globus-Projekt-Team entwickelt wurden.

31 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 31 Web Services – der Baukasten für verteilte Systeme Software Dienst (service) akzeptiert einen digitalen Antrag (Abfrage, usw.) und liefert eine digitale Antwort. „Web service“ – Abkürzung für „Web of Services“

32 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 32 Die Evolution von Software Services Programme in Assembler, C, usw.; Komponentfunktionen kommunizieren in einzelnen Speicherbereich. Entfernete Programme können kollaborieren.

33 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 33 Die Evolution von Software Services (2) 2 LANS, 1 benutzt CORBA und 1 benutzt DCOM 2 verbundene LANS; sie benutzen eine CORBA/DCOM Brücke

34 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 34 Die Evolution von Software Services (3)

35 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 35 Die Evolution von Software Services (4) SOAP ist ein universalles Protokoll, das alles verbindet.

36 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 36 SOAP – Simple Object Access Protocol Der neue Standard für Netzwerk-Kommunikation zwischen software services. SOAP messages sind über HTTP gesendete XML Dokumente.

37 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 37 SOAP – Simple Object Access Protocol (2) SOAP Prozessor konvertiert XML Nachrichten in native Aufrufe.

38 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 38 SOAP – Simple Object Access Protocol (3) Der Client braucht WSDL, bevor er den Service aufruft.

39 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 39 Publizierung eines Dienstes Beispiel: Aktienkauf – Anwendung des Packages GLUE package example.soap; // An interface for buying stock public interface ITrader { /* * Purchase the specific stock * @param quantity The number of shares to purchase. * @param symbol The ticker symbol of the company. * @throws TradeException, if the symbol is not recognized. * @return The cost of the purchase. */ float buy (int quantity, String symbol ) throws TradeException; } Itrader.java

40 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 40 Publizierung eines Dienstes (2) package example.soap; public class Trader implements Itrader { public float buy (int quantity, String symbol ) throws TradeException { if (symbol.equals( “IBM“ ) ) return 117.4 * quantity; else if (symbol.equals( “MSFT“ ) ) return 117.4 * quantity; else throw new TradeException( “symbol “ + symbol + “not recognized“); } Trader.java

41 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 41 Publizierung eines Dienstes (3) package example.soap; import -----.registry.Registry; import -----.server.http.HTTP; public class TradeServer { public static void main ( String[] args ) throws Exception { // start a web server on port 8003, accept messages via /soap HTTP.startup (“http://localhost:8003/soap“ ); // publish an instance of Trader Registry.publish( “trader“, new Trader() ); } TraderServer.java

42 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 42 Bindung zu einem Web-Service Wenn ein Objekt schon als Web-Service publiziert ist, kann sich der SOAP-Client zu ihm binden und ihn aufrufen. package example.soap; import -----.registry.Registry; public class TraderClient { public static void main ( String[] args ) throws Exception { // the URL of the web service WSDL file String url = ( “http://localhost:8003/soap/trader.wsdl“ ); // read the WSDL file and bind to its associated web service ITrader trader = (ITrader) Registry.bind( url, ITrader.class ); // invoke the web service as if it was a local object float ibmCost = trader.buy (54, “IBM“ ); System.out.println( “IBM cost is “ + ibmCost ); } TraderClient.java

43 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 43 Der Client Proxy Der binding Prozeß antwortet mit einem proxy, der eine Java Schnittstelle implementiert, deren Metode die Methoden der entferneten Stelle wiederspiegeln.

44 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 44 WSDL WSDL – Web Service Description Language WSDL beschreibt, was ein Web Service machen kann, wo er sich befindet, und wie er aufgerufen werden kann. Eine Anwendung kann sich theoretisch einen optimalen Service aus mehreren Services wählen.

45 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 45 UDDI UDDI – Universal Description, Discovery, and Integration UDDI ermöglicht Publikation und Abfragen von Informationen über Services. Beispiel: “ACME”- Kreditkontrollen

46 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 46 UDDI (2) UDDI wirkt als „Heirats“-Vermittler zwischen Service- Anbietern und Konsumenten.

47 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 47 Veröffentlichen Finden Binden Service Provider Service Registrierung Service Verbraucher UDDI (3)

48 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 48 UDDI (4) Öffentliche UDDI-Operatoren synchronisieren regelmäßig ihre Inhalte.

49 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 49 Open Grid Service Architecture - OGSA Einordnung –radikales Refactoring von Grid ‚alt‘ (Globus 2) –Integration von Technologien der Grid- und WebService-Community Ziele –ermöglichen verteilter, heterogener und dynamischer VOs –effizientes Ressource-Sharing –Plattform- und Programmiersprachenunabhängigkeit –basierend auf offenen Standards –Virtualisierung –e-business und e-science Anwendungen, auch kommerzielle Nutzung –auf Basis moderner Technologien (Web Services, Grid Technologien) Players … wer steht dahinter? –Global Grid Forum (ursprünglich initiiert von Globus, IBM), zusätzlich ANL, NASA, US DOE, US NSF, HP-Compaq, Intel, Microsoft, Sun,…

50 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 50 Service - Grid Ein Service ist eine netzwerkfähige Entität, die ihre Funktionalität durch Nachrichtenaustausch anbietet. Ein Grid Service ist ein Web Service, dass die in der WSDL beschriebenen OGSA-Interfaces implementiert und damit in Verbindung stehende Konventionen befolgt. Ein Grid ist eine erweiterbare, dynamische Menge von einzelnen Grid Services, die auf unterschiedliche Art und Weise miteinander kombiniert werden können, um den individuellen Anforderungen von VOs entsprechen zu können.

51 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 51 OGSA: Architecture Factory Notification serviceData WebService Hosting Environment Hardware Client Definition: WSDL Messages: zB SOAP Transport: zB HTTP Konventionen Grid Service OGSA Grid- Community Business- Logic WebService- Community

52 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 52 Grid and Web Services: Convergence? Grid Web GT – Globus Toolkit, OGSI – Open Grid Service Infrastructure However, despite enthusiasm for OGSI, adoption within Web community turned out to be problematic Started far apart in apps & tech OGSI GT2 GT1 HTTP WSDL, WS-* WSDL 2, WSDM Have been converging ?  2004 1991 

53 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 53 Web Service Invocation

54 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 54 Web Service Invocation (2)

55 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 55 The Idea of Grid Services Web Services are stateless and persistent. Grid Services are stateful and persistent or transient. Lifecycle Management Notifications Service Data Elements GSH / GSR

56 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 56 Terminology Web Service: A software component identified by a URI [RFC 2396], whose public interfaces and bindings are defined and described using XML. Its definition can be discovered by other software systems. These systems may then interact with the Web service in a manner prescribed by its definition, using XML based messages conveyed by Internet protocols. (Web Services Glossary, WS-Arch W3C Working Group, Draft 14 May 2003) Web Service Consumer: An software component that sends messages to a Web Service. Stateful Web Service: A Web Service that maintains some state between different operation invocations issued by the same or different Web Service Consumers. Grid Service(s): A general term used to refer to all aspects of OGSI. The term “Grid Service” is sometimes used to refer to a Grid Service Description document and/or a Grid Service Instance for a particular service. Grid Service Description: A WSDL(-like) document that defines the interface of Grid Service Instances. The defined interface must extend the OGSI GridService portType. Grid Service Instance: A stateful Web service whose interface adheres to that defined by a Grid Service Description and whose lifetime management properties are well defined. Service Data Element: An attribute-like construct exposing state information through operations defined by the GridService portType. Grid Service Handle: A URI that permanently identifies a Grid Service Instance. Grid Service Reference: A temporal, binding-specific endpoint that provides access to a Grid Service Instance.

57 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 57 Grid Service – OGSA – OGSI – GT3 OGSA – Open Grid Service Architecture

58 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 58 Grid Service – OGSA – OGSI – GT3 (2) Grid Services are defined by OGSA. The Open Grid Services Architecture (OGSA) aims to define a new common and standard architecture for grid-based applications. Right at the center of this new architecture is the concept of a Grid Service. OGSA defines what Grid Services are, what they should be capable of, what types of technologies they should be based on, but doesn't give a technical and detailed specification (which would be needed to implement a Grid Service). Grid Services are specified by OGSI. The Open Grid Services Infrastructure is a formal and technical specification of the concepts described in OGSA, including Grid Services. The Globus Toolkit 3 is an implementation of OGSI. GT3 is a usable implementation of everything that is specified in OGSI (and, therefore, of everything that is defined in OGSA). Grid Services are based on Web Services. Grid Services are an extension of Web Services. We'll see what Web Services are in the next page, and what Grid Services are in the page after that. I still don't get it: What is the difference between OGSA, OGSI, and GT3? Consider the following simple example. Suppose you want to build a new house. The first thing you need to do is to hire an architect to draw up all the plans, so you can get an idea of what your house will look like. Once you're happy with the architect's job, it's time to hire an engineer who will make detailed blueprints that specify construction details (like where to put the master beams, the power cables, the plumbing, etc.). The engineer then passes all those blueprints to qualified professional workers (construction workers, electricians, plumbers, etc) who will actually build the house. We could say that OGSA (the definition) is the architect, OGSI (the specification) is the engineer, and GT3 (the implementation) is the workers.

59 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 59 OGSA - GridService

60 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 60 GT 3 Architecture I Grid Services, which we have already seen, are the 'GT3 Core' layer. Let's take a look at the rest of the layers from the bottom up: GT3 Security Services: Security is an important factor in grid-based applications. GT3 Security Services can help us restrict access to our Grid Services, so only authorized clients can use them. For example, we said that only our New York, Los Angeles, and Seattle offices could access MathService. We want to make sure only those offices have access to MathService and, of course, we want all the data exchanged between MathService and clients to be encrypted so we can keep malicious users from intercepting our data. Besides the usual security measures (putting the web server behind a firewall, etc.) GT3 gives us one more layer of security with technologies such as SSL and X.509 digital certificates. GT3 Base Services: This layer actually includes a whole lot of interesting services: –Managed Job Service: Suppose some particular operation in MathService might take hours or even days to be done. Of course, we don't want to simply stand in front of a computer waiting for the result to arrive (specially if, after 8 hours of waiting, all we get might simply be an error message!) We need to be able to check on the progress of the operation periodically, and have some control over it (pause it, stop it, etc.) This is usually called job management (in this case, the term 'job' is used instead of 'operation'), The Managed Job Service allows us to treat our invocations like jobs, and manage them accordingly.

61 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 61 GT 3 Architecture II –Index Service: Remember from a short introduction to Web Services that we usually know what type of Web Service we need, but we have no idea of where they are. This also happens with Grid Services: we might know we need a Grid Service which meets certain requirements, but we have no idea of what its location is. While this was solved in Web Services with UDDI, GT3 has its own Index Service. For example, we could have several dozen MathServices all around the country, each with different characteristics (some might be better suited for statistical analysis, while others might me better for performing simulations). Index Service will allow is to query what MathService meets our particular requirements. –Reliable File Transfer (RFT) Service: This service allows us to perform large file transfers between the client and the Grid Service. For example, suppose we have an operation in MathService which has to crunch several gigabytes of raw data (for a statistical analysis, for example). Of course, we're not going to send all that information as parameters. We'll be able to send it as a file. Furthermore, RFT guarantees the transfer will be reliable (hence its name). For example, if a file transfer is interrupted (due to a netwok failure, for example), RFT allows us to restart the file transfer from the moment it broke down, instead of starting all over again. GT3 Data Services: This layer includes Replica Management, which is very useful in applications that have to deal with very big sets of data. When working with large amount of data, we're usually not interested in downloading the whole thing, we just want to work with a small part of all that data. Replica Management keeps track of those subsets of data we will be working with. Other Grid Services: Other non-GT3 services can run on top of the GT3 Architecture.

62 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 62 Service Data

63 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 63 Service Data

64 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 64 Service Data

65 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 65 Notification Interfaces

66 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 66 Motivation for Notifications

67 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 67 Pull-Notifications

68 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 68 Notifications in GT3

69 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 69 Challenge: Advanced Grid Applications Example: Knowledge Discovery in Grid Databases

70 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 70 Motivation Business Medicine Scientific experiments Simulations Earth observations Data and data exploration cloud Data and data exploration cloud

71 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 71 Data Warehouse Knowledge Cleaning and Integration Selection and Transformation Data Mining Evaluation and Presentation The Knowledge Discovery Process OLAP Online Analytical Mining OLAP Queries

72 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 72 The GridMiner Project in Vienna GridMiner : A knowledge discovery Grid infrastructure (http://www.gridminer.org/)  OGSA-based architecture  Workflow management  Grid-aware data preprocessing and data mining services  Data mediation service  OLAP service  GUI  Implementation on top of Globus Toolkit 3.0 Application : Management of patients with traumatic brain injuries

73 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 73 GridMiner Architecture GMMS Mediation GMPPS Preprocessing GMDMS Data Mining GMPRS Presentation GM DSCE Dynamic Service Control GMDIS Integration GMOMS OLAM GMIS Information GMRB Resource Broker GridMiner Core GMCMS OLAP / Cubes GridMiner Base GridMiner Workflow Grid Core Services Security File and Database Access Service Replica Management Grid Core Grid ResourcesData Sources Fabric

74 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 74 Collaboration of GM-Services Example 3:

75 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 75 The Control Layer Control Layer –Provision of the whole knowledge discovery process to a client Knowledge discovery process in GridMiner –services to execute not known –order of service execution –sequential and concurrent execution Approaches investigated: –Data Mining Query Language –Standard Workflow Orchestration Approach (BPEL4WS, WSFL, GSFL, …) –Our approach: Dynamic Service Control

76 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 76 The Control Layer Standard Service Orchestration Approach (BPEL4WS)

77 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 77 Workflow Models Composition by Service PublisherComposition by Service Consumer

78 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 78 The Control Layer - Approaches: Dynamic Service Control Dynamic Service Control Language (DSCL) –based on XML –easy to use –supports OGSA Grid Services –specially design to support knowledge discovery processes Dynamic Service Control Engine (DSCE) –processes workflow according to DSCL DSCE Service A Service C Service D Client OGSA Grid Services Notification sink DSCL subscribequery results notify (re)connect Start, stop, resume… Service B

79 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 79 Dynamic Service Control Language (DSCL) Features –Control flow »concurrent execution of activities »sequential execution of activities –Activities »creation of new Grid Service Instances »invoking operations on Grid Service Instances »querying information of Grid Service Instances »destroying of Grid Service Instances

80 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 80 DSCL - Structure variables composition dscl qreate Service invoke query SDE qreate Service invoke query SDE qreate Service invoke

81 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 81 Initializing by simple type value Initializing by arrays <ns1:value xsi:type=“xsd:int” xmlns:xsi=“http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance” xmlns:xsd=“http://www.w3.org/2001/XMLSchema” xmlns:ns1=“http://ogsa.globus.org”>4711 DSCL - Variables <ns1:value xsi:type=“soapenc:Array” soapenc:arrayType=“xsd:int[2]” xmlns:xsi=“http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance” xmlns:soapenc=“http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/” xmlns:xsd=“http://www.w3.org/2001/XMLSchema” xmlns:ns1=“http://ogsa.globus.org”> 23 -112

82 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 82 DSCL Control Flow composition dscl sequence parallel invoke activityID=“act2.1” … invoke activityID=“act2.2” … createService activityID=“act1” … sequence variables act1 act2.1 act2.2 …

83 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 83 Grid Database Access

84 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 84 Grid Database Access With OGSA-DAI (DAI = Data Access and Integraion) GDS gets a query via Perform Document GDS Engine process specified activities GDS returns results OGSA-DAI provides Grid Database Service (GDS)

85 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 85 Grid Database Access With OGSA-DAI

86 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 86 Grid Data Mediation Service - Architecture

87 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 87 GDMS – Example Scenario Heterogeneities: –Name in A is „Alexander Wöhrer“ –Name in C has to be combined Distribution: –3 data sources

88 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 88 Grid and Web Services: Convergence: Yes! Grid Web The definition of WSRF means that Grid and Web communities can move forward on a common base First publications on WSRF: January 2004 WSRF Started far apart in apps & tech OGSI GT2 GT1 HTTP WSDL, WS-* WSDL 2, WSDM Have been converging Web Services Resource Framework - WSRF

89 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 89 WSRF Service Requestor Grid Service A Service Requestor Web Services Resource C Resource B Resource A OGSI Grid Service Web Service and WS-Resource Combination in WS-RSFM

90 Institut für Softwarewissenschaft - Universität WienP.Brezany 90 Literatur 1.Grid Computing – Making the Global Infrastructure a Reality. By F. Berman, G. Fox, T. Hey (Eds.), Wiley 2003 2.www.globus.orgwww.globus.org 3.www.gridminer.org (unser Forschungsprojekt)www.gridminer.org 4.Viele Dokumente im Web