Αυτοματοποίηση Ανάθεσης Εργασιών Σε Υπολογιστικό Πλέγμα

Abstract

Τα υπολογιστικά πλέγματα προβάλουν ως ένα νέο πρότυπο για την κοινή χρήση και συνάθροιση γεωγραφικά διασκορπισμένων πόρων, όπως προσωπικούς υπολογιστές, σταθμούς εργασίας, τομείς υπολογιστών και επιστημονικά όργανα, με σκοπό την επίλυση πολύπλοκων και μεγάλης κλίμακας προβλημάτων σε τομείς όπως την επιστήμη, τη βιομηχανία και την εφαρμοσμένη μηχανική. Εντούτοις, η ανάπτυξη εφαρμογών, η διαχείριση των πόρων και η δρομολόγηση εργασιών εξακολουθεί να αποτελεί μία πρόκληση μέσα στην παγκόσμια κοινότητα ανάπτυξης του Grid. Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την κατασκευή ενός εργαλείου αυτοματοποίησης της ανάθεσης εργασιών σε ένα υπολογιστικό πλέγμα, με βάση την ποιότητα υπηρεσίας που επιθυμεί ο τελικός χρήστης. Μελετάται η προσανατολισμένη στις υπηρεσίες αρχιτεκτονική των υπολογιστικών πλεγμάτων που προτείνει το OGSA και συγκρίνονται μεταξύ τους οι υποδομές OGSI και WSRF. Επίσης, περιγράφεται η δομή και λειτουργία του ενδιάμεσου λογισμικού για Grid, Globus 4, και αναλύεται ο τρόπος με τον οποίο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αποκτήσει μία εφαρμογή πρόσβαση στους κόμβους του πλέγματος, να υποβάλει σε αυτούς εργασίες και να δέχεται γνωστοποιήσεις για την κατάσταση της εκάστοτε εκτέλεσης. Καθώς η εύρεση βέλτιστης δρομολόγησης εργασιών στους κόμβους ενός πλέγματος ανήκει στην κατηγορία των NP-Complete προβλημάτων, μελετούνται επίσης διάφορα είδη δυναμικών αλγορίθμων δρομολόγησης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κατανέμουν τις εργασίες στους κόμβους, ανάλογα με τις απαιτήσεις ποιότητας υπηρεσίας του τελικού χρήστη. Τα προβλήματα που επιλύονται από το εργαλείο είναι ανάγκη να μπορούν να διαιρεθούν σε μικρότερα, όμοια και εντελώς ανεξάρτητα μεταξύ τους υποπροβλήματα. Για την περιγραφή της κλάσης των προβλημάτων αυτών, υποστηρίζεται από το εργαλείο μία απλή δηλωτική γλώσσα, η οποία παρέχει στον χρήστη τη δυνατότητα να περιγράψει εύκολα τη φύση του προβλήματος και το εργαλείο στη συνέχεια αναλαμβάνει να συνδεθεί αυτόματα με το πλέγμα, να δρομολογήσει εργασίες σε αυτό και να συγκεντρώσει τα αποτελέσματα. Η πρόσβαση στο πλέγμα πραγματοποιείται αξιοποιώντας υπάρχουσες τεχνολογίες ενδιάμεσου λογισμικού και συγκεκριμένα το Globus 4. Για τη δρομολόγηση των εργασιών, το εργαλείο παρέχει στο χρήστη τη δυνατότητα να επιλέξει, ή ακόμη και να κατασκευάσει τον αλγόριθμο δρομολόγησης που ικανοποιεί καλύτερα τις απαιτήσεις ποιότητας υπηρεσίας που αυτός επιθυμεί. Προς τούτο κάθε αλγόριθμος υλοποιείται και αξιοποιείται από το εργαλείο με τη μορφή πρόσθετου αρθρώματος ή plug-in. Σε κάθε περίπτωση, το εργαλείο παρακολουθεί τις επιδόσεις των κόμβων και ανάλογα με τον αλγόριθμο δρομολόγησης που χρησιμοποιείται κατανέμονται οι εργασίες έτσι ώστε να ικανοποιούνται τα κριτήρια που αυτός θέτει. Για τις ανάγκες της εργασίας έχουν υλοποιηθεί δύο αλγόριθμοι δρομολόγησης, ο ένας από τους οποίους μάλιστα στοχεύει στην ολοκλήρωση της εφαρμογής στον ελάχιστο δυνατό χρόνο. Το εργαλείο δοκιμάστηκε για την επίλυση διάφορων προβλημάτων σε ένα υπολογιστικό πλέγμα, απαρτιζόμενο από τρεις υπολογιστές και περάτωσε την εκτέλεση όλων με επιτυχία. Ευελπιστώ ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την ανάθεση εργασιών πραγματικών προβλημάτων σε μεγαλύτερα πλέγματα, με την ίδια ευκολία με την οποία πραγματοποιήθηκαν τα παραδείγματα της εργασίας. Η ιδιότητά του μάλιστα, να υλοποιεί τους αλγόριθμους δρομολόγησης ξεχωριστά από το υπόλοιπο μέρος του προγράμματος, το καθιστά ιδιαίτερα ευπροσάρμοστο στις εκάστοτε απαιτήσεις του χρήστη.