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Grid Computing

Prof. Dr. José L. Encarnação

Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD)

Symposium des Feldafingerkreises 2005

„Forschen für die Internetgesellschaft:Trends Technologien, Anwendungen“

Bad Honnef, 17. Januar 2005

Seite 2Feldafinger Kreis 17.01.05 – Grid Computing

Thesenpapier Grid Computing

1. Genese

2. Hypothesengerüst

3. Anwendungsreife

4. Handlungsempfehlungen


Was ist Grid-Computing?Begriff: geprägt im Jahre 1999 durch die Autoren der “Grid-Bibel”

Ian Foster, Argonne National LaboratoryCarl Kesselman, Information Sciences Inst., USC

Fokussierung verschiedener IT-Entwicklungeauf einen Begriff

Kernthema: Gemeinsame Nutzungvernetzter Ressourcen

Genese - I


Die „Vision“ Grid

IT-Leistungen sind als „utility“ verfügbar wie Wasser, Gas und Strom

Abrechnung nach Verbrauch

Garantierte Verfügbarkeit, Sicherheit und Qualität

Ort der Erzeugung ist irrelevant

Genese - II


Die „Vision“ Grid

Grid: Definierte Menge von Ressourcen (Rechner, Speicher, Netze,Sensoren, Software, Daten), per Internet verbunden

Abrechnung nach Verbrauch

Grid Computing bedeutet

- einfache, einheitliche (und sichere) Nutzung der Grid-Ressourcen- koordinierte Ressourcen-Nutzung durch mehrere Benutzer

Grid Computing ist eine neue Abstraktionsebene:- Der Benutzer muss sich nicht mehr mit den Eigenheiten der einzelnen

Systeme auseinander setzen- Er interagiert mit "dem Grid" und nicht mit einzelnen Ressourcen

Genese - III


In der Vergangenheit- Teure und schwache Netzwerke

Wachstumsraten 2001-2010:- Computer: Faktor 60- Netzbandbreite: Faktor 4000

Verteilte Ressourcen-Nutzung für immer mehr Anwendungen ökonomisch sinnvoll!

Genese - IV

Lokale Ressourcen-Nutzung ökonomisch zwingend

Abb. aus Scientific American, Jan. 2001

Grid-Computing: Warum jetzt?



1. Genese


3. Anwendungsreife



Compute-Grids:Bündelung verteilter Rechen-Ressourcen

Data-Grids:Gemeinsame Nutzung und Verarbeitung großer, verteilter Datenressourcen, Treibende Kraft: Hochenergiephysik (CERN)

Ressource-Grids:Virtualisierung von Rechen-Ressourcen, On-Demand-Computing

Service-Grids:SW-Services anbieten/ nutzen

Cooperation-Grids: Virtuelle Organisationen, Telekooperation

Grid-Ansätze in heutigen Projekten:

Hypothesengerüst - I


Zentrales Thema der kommerziellen IT: Business Process Management

Ziel: Kosteneinsparung durch Optimierung der Prozesse

Früher: Vorherrschen von Einzellösungen- „Selbstgestrickte” Verknüpfungen von Anwendungen- Nachteile: Aufwendige Entwicklung, unflexibel, kaum wartbar

Moderner Zugang: Service-orientierte Architektur (SOA)

Kapselung von Anwendungskomponenten in „Web Services”

Integrationsplattform: Zusammenbau von Services zu Prozessen

IT-Umsetzung von Geschäftsprozessen

Hypothesengerüst - II


Weiterentwicklung des WWW:- Erste Schritte: Serverseitiges Scripting (z.B. ASP)- Aufruf von „Services“ statt (statischen) Dokumenten

Verschieden SW-Plattformen für Web-Services, z.B.:- .NET (Microsoft)- WebSphere (IBM)- WebLogic (Bea)

Interoperabilität gewährleistet durch Standards, insbesondere:- WSDL (Web Service Description Language)- SOAP (Simpel Object Access Protocoll) Moderner Zugang: Service-

orientierte Architektur (SOA)

Internationale Standardisierung: W3C / OASIS

Was sind Web-Services?

Hypothesengerüst - III


Beschreibung NUR der äußeren Schnittstelle:

- Name des Services (Port-Type), z.B. „connectCRM“

- Zur Verfügung gestellte Funktionen (Operations), z.B. „getCustomerAdress“, „sendChristmasCard“, …

• Definition der Input-Nachricht (XML, Input-Message)

• Definition der Output-Nachricht (XML, Output-Msg.)

Interne Details bleiben der Außenwelt verborgen!

Beschreibung in XMLSyntax: Web Service Description Language (WSDL)

Unabhängigkeit von Betriebssystem und Programmiersprachen

Standardisiertes Protokoll zur Kontaktaufnahme zwischen Services: Universal Description Discovery and Integration (UDDI)

Anatomie eines Web-Services?Hypothesengerüst - IIIa


Nutzung von Web-Services

Hypothesengerüst - IIIb

Kunde:Service-Aufruf

Kunde:Service-Aufruf

Service Broker(UDDI)

Service Broker(UDDI)

Dienstleister:Service-Angebot

Dienstleister:Service-Angebot

Service registrieren

Service aufrufen

Service

finden

Kommunikation mitSOAP = http + XML

Ergebnis


Unabhängigkeit von Hardware, Betriebssystem, Anwendungsserver …

Klare Schnittstelle zwischen Services

Alle Kommunikation in Klartext (XML)

Vollständige Kapselung der darunter liegenden „Legacy“-Anwendungen

Erleichterte Wiederverwendung (Baukasten)

Gründe für den Erfolg der Web-Service-Idee

Hypothesengerüst - IV

„Objektorientierte Programmierung auf höherer Stufe“


OGSA/OGSI wird zur Basis des Web-Service-Standards WSRF (Web Service Resource Framework)

Standardisierung im OASIS WSRF Technical Committee

Grid-Service-Technologie kommt in den „Mainstream“

Größtes technisches Problem bei der Integration:

- Einige Grid-Services sind „stateful“

- Web-Services sind „stateless“ (gedächtnislos)

Konvergenz von Web- und Grid-Services

Hypothesengerüst - IVa

Neueste Entwicklung:


Grid-Technologie eröffnet keine „grundsätzlich“ neuen Möglichkeiten

Verteiltes Rechnen, Meta-Computing, Föderierung von Datenarchiven, sichere Kommunikation etc. gab es auch vorher

Antidot gegen “Grid-Hype”

Hypothesengerüst - V

Grid-Technologie zielt auf Vereinfachung:

- Standard-Services statt vielfache Eigenentwicklungen

- Flexibilität statt „festverdrahteter“ Lösungen

Viele Anwendungen erst dadurch ökonomisch sinnvoll

Aber:



1. Genese


3. Anwendungsreife



Internationaler Kontext

• Advanced Cyberinfrastructure Program (ACP) der NSF• Jährliches Fördervolumen: 1 Milliarde $• Einzelheiten: http://www.cise.nsf.gov/sci/reports/toc.cfm

• Umfangreiche Ausschreibungen im 6. Rahmenprogramm der EU• Seit 2001: U.K. eScience-Programm, Förderung: 40 M£ / Jahr• Deutschland: eScience Initiative, Industrie-Grid, …

In Europa:

In den USA:

Qualitative Bewertung - I


Angebot von Services für externe Nutzer

Qualitative Bewertung - II

Beispiel: Zugriff auf Erdbeobachtungs-Datenarchive des DLR:

Grid-Service-Interface für externe NutzerVereinheitlichung des Zugriffs auf verschiedene Archive(ESA, CEOS, …)Dadurch „Federation” von Archiven im Grid möglich„Added-Value-Services” können auf Standard-Interfaces aufbauenBereits Grid-Projekte bei

- ESA ESRIN- CEOS Grid Task Force


Gemeinsame Ressourcen-Nutzung im Grid

Qualitative Bewertung - III

Ressourcen: Computer, File-Systeme, Großanlagen (?)

Aufbau eines firmenweiten „Resource Grid“Einbeziehung von Compute-Ressourcen außerhalb der Firma, z.B.: HPC-Portal bei HWW /http://www.hpcportal.de), „pay-per-use“



1. Genese


3. Anwendungsreife



Bmbf-Inititiative “Grid-Strategien in der Wirtschaft”

Handlungsempfehlungen - I

Beschreibung aktueller industrieller Grid-Szenarien

Erkundung zukünftiger Szenarien

Definition spezifischer Anforderungen der Wirtschaft an Grid-Software

Identifikation zukünftiger Grid-Anwendungen und industrie-relevanter Forschungsthemen

Positionspapier, Empfehlungen für Fördermaßnahmen

Ziel:


Virtual Enterprises

Handlungsempfehlungen - II

Großes Potential in verteilten Organisationen

Einrichtungen, die an einer gemeinsamen Aufgabe arbeiten bilden eine virtuelle Organisation

- Projekte- Hinzunahmen externer Partner

Wesentlicher Nutzen der Grid-Technologie: Umfangreiche Sicherheitsmechanismen für Zugriffskontrolle und Kommunikation

Vereinheitlichung der Nutzung der dezentral verteilten HPC-Ressourcen durch Grid-Infrastruktur

Virtuelle Organisationen auf Projektebene:


Vorteile der neuen Architektur

Handlungsempfehlungen - III

Entwicklung einer Suite von speziellen Einzelkomponenten zu Anwendungskomponenten + generischen Middleware-Services

Verbesserte Wiederverwendbarkeit der Services durch Abstraktion von den Objektdetails

Übergang von - gemeinsamem Objektmodell und Daten-Schema zu- offenen, dynamischen Schemata (XML) + Übersetzungs-Service

(XSLT)Komponenten leichter separat zu entwickeln

Daten-Architektur jetzt WebDAV-enabled; einfacher anpassbar an verschiedene Umgebungen


Die bleibende Herausforderung: Interface-Semantik

Handlungsempfehlungen - IV

Fundamentales Problem beim Datenaustausch zwischen Web- bzw. Grid-Services:exakte Datendefinition / Transformation zwischen Formaten

Definition und Standardisierung von Interface-Semantiken:größte Ungelöste Aufgabe des Grid-Computing


nwendungsreife

hoch

mittel

gering- - =- + + +

Wettbewerbsstellung Deutschland

GRID2002

GRID2006

GRID2010

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