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L’avenir des grillesDes grilles aux Clouds avec quelques « petits problèmes » de recherche F. Desprez INRIA
Introduction Les grilles font-elles déjà parties du “passé” ? Des plates-formes de recherche et de production disponibles Des technologies logicielles (relativement) matures Grand nombred’applicationsportées Attractivité des Clouds côtérecherche et industrie Le calculcomme un service (utility computing), suggéré par McCarthy en 1961 ! Il est moins coûteux de louer ou d’acheter de l’électricité que de construire, gérer et maintenir une station de production!  Systèmes distribués !
Les grilles Qu’est-cequ’une grille ? «A fully distributed, dynamically reconfigurable, scalable and autonomous infrastructure to provide location independent, pervasive, reliable, secure and efficient access to a coordinated set of services encapsulating and virtualizing resources (computing power, storage, instruments, data, etc.) in order to generate knowledge...» d’après le CoreGRIDNoE
Les Clouds Qu’est-ce que le Cloud ? Un paradigme de calcul distribué émergeant dans lequel les données et les services sont disponibles dans des datacenters extensibles et peuvent être accédés de manière transparente depuis des appareils (ordinateurs, téléphones, grappes, …) connectés par Internet. 5ème génération d’architectures ,[object Object]
 1980: Client-serveurs,
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 2000: SOA,
 2010: Clouds	,[object Object]
La transparence d’utilisation des grandes plates-formes distribuées est primordiale
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Un long historique du calcul distribué à plus ou moins grande échelle
Des supercalculateurs et grappes aux Clouds en passant par les grilles
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Avenir des grilles - F. Desprez

  • 1. L’avenir des grillesDes grilles aux Clouds avec quelques « petits problèmes » de recherche F. Desprez INRIA
  • 2. Introduction Les grilles font-elles déjà parties du “passé” ? Des plates-formes de recherche et de production disponibles Des technologies logicielles (relativement) matures Grand nombred’applicationsportées Attractivité des Clouds côtérecherche et industrie Le calculcomme un service (utility computing), suggéré par McCarthy en 1961 ! Il est moins coûteux de louer ou d’acheter de l’électricité que de construire, gérer et maintenir une station de production! Systèmes distribués !
  • 3. Les grilles Qu’est-cequ’une grille ? «A fully distributed, dynamically reconfigurable, scalable and autonomous infrastructure to provide location independent, pervasive, reliable, secure and efficient access to a coordinated set of services encapsulating and virtualizing resources (computing power, storage, instruments, data, etc.) in order to generate knowledge...» d’après le CoreGRIDNoE
  • 4.
  • 6. 1990: Web, grilles,
  • 8.
  • 9. La transparence d’utilisation des grandes plates-formes distribuées est primordiale
  • 10. Pouvoir gérer ces ressources de manière dynamique et élastique!
  • 11. Un long historique du calcul distribué à plus ou moins grande échelle
  • 12. Des supercalculateurs et grappes aux Clouds en passant par les grilles
  • 13. Des besoins applicatifs de plus en plus importants et variés
  • 14.
  • 15. La profusion de ressources (datacenters)
  • 16. Une technologie de virtualisation mature et des communications à haut débit
  • 17. IaaS, PaaS, SaaS, privés, publiques, hybrides
  • 19. Libre service à la demande
  • 20. Le consommateur récupère des ressources de calcul et de stockage à la demande (machines virtuelles)
  • 22. Ressources, briques logicielles et applications disponibles à travers le réseau pour des clients de tailles différentes
  • 23. Mise en commun de ressources
  • 24. Datacenters fournissant les ressources (machines, stockage, mémoire, BP réseau) pour différents clients en mode partagé
  • 26. Croissance ou décroissance dynamique du nombre de ressources en fonction de la demande et des besoins
  • 27. Service mesuré et facturation à l’usage
  • 28.
  • 30.
  • 31. simplifier l’accès aux ressources distantes de la manière la plus transparente possible
  • 33. Grappes et batchs vs datacenters et virtualisation
  • 40. Des domaines applicatifs différents (pour l’instant!)
  • 41.
  • 42. Grid’5000 vu comme un Cloud Quelques caractéristiques de Cloud Possibilité de gérer vos propres images disques (installées via kDeploy) Réservation de ressources transparente (via OAR) Plateforme complètement contrôlée Images de machines virtuelles (Xen, kvm, Vmware) Isolement d’applications (KaVLAN) Grid’5000 pourrait devenir Cloud’5000? Plateforme parfaite pour la validation de résultats de recherche sur les Clouds Instances de machines virtuelles connectées via un WAN dédié Plusieurs projets autour de Clouds open source, MapReduce et de la virtualisation
  • 43. Quelquespistes de rechercheautour de Grid’5000 Applications Simulations stochastiques multi-paramétriques intensives pour l’hydrogéologie Simulation électromagnétique Calcul à grande échelle pour les problèmes d’optimisation combinatoire Métaheuristiques hybrides parallèles sur grilles de calcul. Application au Q3AP et au problème des règles de Golomb Cryptanalyse de primitives fondamentales en cryptologie asymétrique, et étude de l'apport de Grid'5000 pour les calculs d'algèbre linéaire induits par ces algorithmes Grilles/Desktop CP Expérimentation du système XtreemOS à très large échelle Robustness of large systems in presence of highchurn (P2P-ch) Profiling énergétique pour les applications à grande échelle Gestion de la sécurité dans les grilles de calcul Application Autonome sur Grille Réseau Analyser et comprendre le traffic Clouds Traitement distribué extensible utilisant le paradigme MapReduce Gestion de données partagées sur des infrastructures de type cloud Virtualisation et cloudcomputing dans les infrastructures distribuées à grand échelle
  • 44. « Nouveaux » paradigmes de programmation ? Les applications de grandes tailles utilisent encore les paradigmes de programmation des grappes et des supercalculateurs (MPI, OpenMP) Nouvelles applications avec nouveaux besoins Manipulation de données, Workflows (dynamiques), composants logiciels, … Prise en compte de l’architecture Maîtrise de la grande échelle et de hétérogénéité, élasticité, Tolérance aux pannes, Nouvelles architectures fortement hiérarchiques, … Input SPMDs
  • 45. MapReduce Modèle (ré)-introduit par Google “MapReduce is a programming model and an associated implementation for processing and generating large data sets. Users specify a map function that processes a key/value pair to generate a set of intermediate key/value pairs, and a reduce function that merges all intermediate values associated with the same intermediate key.”MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters Jeffrey Dean and Sanjay Ghemawat Version open-source: Hadoop Nombreux travaux de recherche Extensions du langage Systèmes de fichiers distribués Réplication des données Gestion des ressources Nouvelles applications Nouvelles plates-formes (multicores, GPU) Tolérance aux pannes
  • 46. MapReduce 3 A hash function maps the results of the map tasks to r reduce tasks Data is split into mparts 1 D1 map 5 O1 reduce A combinetask may be necessary to combine all the outputs of the reduce functions together D2 map Data O2 reduce Dm map 2 data split map reduce mapfunction is performed on each of these data parts concurrently 4 Once all the results for a particular reducetask is available, the framework executes thereducetask
  • 47. OS Grid/Cloud-aware Des systèmes et des plates-formes hétérogènes Grappes, grilles, clouds Une utilisation compliquée intergiciels multiples, OS différents, gestion de ressources, de données, fichiers, tolérance aux pannes, sécurité, … Vers des OS pour les grilles et les clouds ? Des challenges ! Maîtrise de la grande échelle Nombre de ressources Sites et domaines multiples Dynamicité Charge, pannes, ajouts de ressources Difficulté à prédire le comportement des plates-formes et de leurs utilisateurs
  • 48. XtreemOS Un système d’exploitation distribué pour les grilles Support des VOs multiples Ensemble de services coopérants Interface Posix/Unix Basé sur Linux API SAGA (OGF) pour les applications Extensibilité Gestion de la grande échelle et des domaines administratifs différents Distribution, réplication et migration des services XtreemOS Quelques fonctionnalités Gestion de VOs extensible, système de fichier grille (XtreemFS), monitoring, single-sign-on, checkpointing générique, outils pour l’auto-configuration et le déploiement automatique, découverte de ressources décentralisée, support pour les travaux interactifs, … Ouverture vers les Clouds (IaaS) http://www.xtreemos.eu Crédits: Christine Morin (INRIA/IRISA)
  • 50. Gestionoptimisée de l’énergie Les grilles et les Clouds participent au changement climatique ! Approches « vertes » pour les grilles Optimisation : améliorer la conception des matériels et logiciels pour réduire leur consommation d’énergie Eteindre / Shutdown : réduire le nombres de ressources et d’équipements alimentés et inutiles : nœuds de calculs, de stockage, de communication, périphériques, … Adaptation / Slowdown : adapter la vitesse des ressources à l’usage réel : DVFS, ALR, … Coordination : proposer des solutions à grande échelle afin de bénéficier de leviers de réduction énergétique plus importants Crédits: Laurent Lefèvre (INRIA/LIP)
  • 51. GreenITlogiciel Etapes Mesurer / collecter des informations sur la consommation électrique Injecter dans les systèmes d’information et composants Définir des environnements logiciels sensibles à la consommation électrique (protocoles, services, applications) Sensibiliser les utilisateurs et fournir des stratégies d’usage raisonnées / plus vertes Exemple sur Grid’5000 Observation et contrôle de 160 nœuds Déploiement de wattmètre pour chaque équipement Crédits: Laurent Lefèvre (INRIA/LIP)
  • 52. Vers des grilles « vertes » L’énergie est un paramètre incontournable des infrastructures distribuées à grande échelle Mesurer/collecter/exposer la consommation énergétique des systèmes, des services et des applications est le premier pas indispensable Donner la possibilité aux utilisateurs/administrateurs des Grilles d’exprimer des compromis Energie/performance/réactivité… Ajouter le contexte énergie dans le composants logiciels des grilles (ordonnanceurs, gestionnaire de ressources…) Proposer des leviers de réduction énergétique aux utilisateurs Crédits: Laurent Lefèvre (INRIA/LIP)
  • 53. Gestion de la virtualisationàgrandeéchelle Concept de virtualisation Le système d’exploitation n’est plus central et est un logiciel comme un autre ! Le concept de machines virtuelles consiste à recevoir des instances de systèmes. Les ressources physiques sont partagées par plusieurs machines virtuelles Propriétés Isolement Portabilité Suspend/restart Composantessentieldes Clouds
  • 54. Gestion de la virtualisationàgrandeéchelle Quelques problématiques liées à l’utilisation de machines virtuelles à grande échelle Gérer les tâches dynamiquement (SALINE) Utiliser les capacités des machines virtuelles pour suspendre une tâche et l’exécuter (potentiellement) ailleurs Sauver des snapshots et gérer leur sauvegarde de manière extensible Combiner la virtualisation des ressources et du réseau (HiperNet) Donner à l’utilisateur l’illusion qu’il utilise un système privé Un langage de reconfiguration pour les infrastructures virtualisées (VMScript) pour décrire les jobs, les VOs, les architectures physiques Migrer une image virtuelle ou un cluster entier entre des datacenters (Shrinker) Réduire le coût de déplacement (ne transférer que le strict minimum) Tirer partie de la bande-passante d’un réseau WAN Crédits: AdrienLèbre (LINA, EMN)
  • 55. Gestion de ressources à grande échelle Comment ordonnancer les tâches à grande échelle Workflows, tâches hétérogènes, liens avec la gestion de données, la réplication, modèles énergétiques, … Comment gérer l’allocation de machines virtuelles Modéliser les plates-formes, prédire? Gestion élastique des ressources Maîtriser les pics de charge Déplacer les VMs, les tâches Modèles économiques, énergétiques, … Méta-schedulers Ordonnancer et gérer les ressources dans un monde multi-batch et multi-gestionnaires Pilot jobs DIRAC, Condor
  • 56. Sky computing SD Rennes Grid’5000 firewall Permettre l’exécution d’applications à grande échelle sur des plates-formes multi-cloud Expérience entre les USA et la France Nimbus (gestion de ressources, contextualisation)/ViNe (connectivité)/Hadoop (distribution des tâches, tolérance aux pannes, dynamicité) Plates-formes FutureGrid (3 sites) et Grid’5000 (3 sites) Optimisation de la création et de la propagation de machines virtuelles Lille UF Application Distribuée Application MapReduce White-listed Queue VR Hadoop Sophia ViNe UC Logiciel IaaS Logiciel IaaS All-to-allconnectivity! Crédits: Pierre Riteau (IRISA)
  • 57.
  • 58. + Very flexible and scalable as DIET nodes can be launched
  • 59.
  • 60. + EC2 is treated as a new Batch System
  • 61. + Automatic deployment of VMs with associated serviceshttp://www.sysfera.fr/ Crédits: Eddy Caron (ENS Lyon/SysFera)
  • 62. Conclusion Relations fortes entre les grilles, les clouds et les supercalculateurs Etudier précisément les besoins des applications Choix d’une technologie ou d’un assemblage de technologies Des problèmes de recherche nombreux gestion des ressources, tolérance aux pannes, extensibilité, paradigmes de programmation, garantie de service et de performances, protocoles réseaux, OS, sécurité, … Applicabilité des résultats à de nombreuses plates-formes Validation des algorithmes, des heuristiques, des protocoles sur des instruments expérimentaux pour la recherche avant de passer en production Obtention de traces réelles d’utilisation des grilles et des Clouds Création d’images de piles logicielles complètes pour les grilles de recherche Nécessité de faire des ponts entre la recherche et la production !
  • 63.
  • 64.