Architektura systemu VGRMS
5.1.3. Hierarchiczna koncepcja zarządzania
Najczęściej [53] wykorzystywaną koncepcją budowy systemów zarządzania zasobami w śro-dowiskach Grid jest podejście hierarchiczne. Wynika to głównie z konieczności wsparcia do zarządzania w sytuacji silnego rozproszenia i heterogeniczności zasobów. Koncepcja hie-rarchiczna zakłada podział domeny działania systemu RMS na obszary. Podział ten może wynikać np. z geograficznego rozmieszczenia zarządzanych zasobów, ich typów, przyna-leżności do domeny administracyjnej, właściwości komunikacji sieciowej, itp. Do obsługi danego obszaru zostaje stworzony odpowiedni lokalny zarządca. Zarządca ten nie jest auto-nomiczny, gdyż jego działanie podlega kontroli na poziomie globalnego zarządcy zasobów (obsługa globalnej domeny zasobów).
Rysunek 5.3. Hierarchiczna koncepcja zarządzania zasobami w systemie VGRMS
Podejście hierarchiczne (rysunek 5.3) do zarządzania powala na uniknięcie wielu pro-blemów związanych ze skalowalnością oraz zmniejszenie ogólnej złożoności systemu zarzą-dzania. Koncepcja ta, ze względu na konieczność spełnienia przedstawionych w sekcji 3.3.3 założeń odnośnie skalowalności i efektywności działania, zastosowana została również w ni-niejszej pracy. Jednak podział na obszary zarządzania i wydzielenie poziomów zarządzania wiąże się z koniecznością zapewnienia możliwości tworzenia środowiska uruchomieniowego (wirtualnego Gridu) dostosowanego do wymogów aplikacji. Zwiększenie wydajności dzia-łania aplikacji rozproszonych jest głównym celem dziadzia-łania proponowanego rozwiązania. Dlatego, to wymogi odnośnie zasobów dostarczone wraz z aplikacją, stanowią podstawę do określenia zarówno lokalnej domeny zarządzania5, reguł określających rozdział zasobów oraz listy dozwolonych operacji modyfikacji podziału zasobów dla aplikacji.
Zasoby zarządzane na poziomie lokalnym mogą być współdzielone, to znaczy że w sys-temie może istnieć inny lokalny zarządca mający do nich dostęp. Współdzielenie to, dla aplikacji o zróżnicowanych wymaganiach będzie powodować zwiększenie współczynników charakteryzujących poziom wykorzystania infrastruktury. Jednak w sytuacji, gdy równo-cześnie działające aplikacje mają przeciwstawne, kolidujące ze sobą wymagania konieczne
5Poprzez wybranie z puli dostępnych tylko tych zasobów, które konieczne będą dla optymalnego wyko-nania danej aplikacji.
będzie wymuszenie przez system przestrzegania określonych ograniczeń w dostępie do za-sobów6. Za kontrolę wykorzystania zasobów na poziomie danej wirtualnej organizacji, odpowiedzialny jest tzw. globalny zarządca zasobów.
Podsumowanie poziomów zarządzania i ich reguł zawiera tabela 5.1.
Poziom zarządzania Reguły zarządzania Zasoby
lokalna domena zasobów (wirtualny Grid)
tworzone na podstawie wymagań aplikacji (określonych przez użyt-kownika lub oszacowanych przez system)
współdzielone
globalna domena zasobów (wirtualna organizacja)
określone przez politykę funkcjo-nowania danej VO (administratora systemu)
dedykowane
Tabela 5.1. Hierarchia poziomów zarządzania systemu VGRMS
Lokalny zarządca zasobów
Proces tworzenia i zarządzania zasobami wirtualnego Gridu wymaga do poprawnego dzia-łania funkcjonalności komponentuLRM (ang. Local Resource Manager ). LRM jest to sys-tem decyzyjny realizujący politykę zarządzania zasobami VG. Komponenty składowe oraz ich powiązania w obrębie lokalnego zarządcy zasobów przedstawia rysunek 5.4.
Rysunek 5.4. Komponenty składowe lokalnego zarządcy zasobów
Możliwe interakcje LRM z pozostałymi komponentami systemu przedstawia rysu-nek 5.5. Wejściem dla tego systemu jest „Polityka zarządzania zasobami” czyli specyfikacja
6Reguły współdzielenia są określone na podstawie polityki funkcjonowania VO — mogą więc zakładać dowolny podział, nie zawsze będzie to podział sprawiedliwy.
reguł wykorzystania i współdzielenia zasobów określona przez użytkownika infrastruktury. Stworzony przez LRM wirtualny Grid rezerwuje dla aplikacji fizyczne zasoby. W trakcie wykonania aplikacji LRM monitoruje infrastrukturę VG maksymalizując określoną wcze-śniej funkcję celu. Jak wspomniano przy opisie modelu wirtualnego Gridu, modyfikacje VG dotyczą parametrów dynamicznych opisujących VM oraz wirtualną sieć. Modyfikacja konfiguracji VG jest wykonywana przez cały czas działania aplikacji7, a po jej zakończeniu wykorzystywane przez dany VG zasoby są zwalnianie.
Rysunek 5.5. Interakcje komponentu LRM
Działanie LRM może być określone poprzez specyfikację takich właściwości jak:
• lista parametrów VM, które będą modyfikowane (lista ta zawiera parametry dyna-miczne VM) przykładowo zakładamy, że modyfikowane mogą być tylko ustawienia ilości i konfiguracji procesorów,
• lista parametrów VN, które będą modyfikowane (lista ta jest podzbiorem parametrów dynamicznych VN) np. zmieniane będą jedynie ustawienia ograniczenia szerokości pasma dla komunikacji węzłów,
• określenie kiedy i które parametry mogą być modyfikowane np. zezwolenie na zmianę parametru X w czasie t,
• definicję funkcji celu, której maksymalizacja będzie powodowała zwiększenie wydaj-ności działania aplikacji,
• określenie algorytmu adaptacji zastosowanej techniki,
• zastosowanie informacji na temat śledzenia działania aplikacji przy podejmowaniu decyzji,
• wykorzystanie dodatkowych możliwości jak np. migracja VM, rekonfiguracja kształtu topologii sieciowej, itp.,
7Rekonfiguracja jest dokonywana poprzez modyfikowanie przedstawionych w tabelach 4.3 i 4.4 parame-trów dynamicznych VM i VN.
Dodatkowo, biorąc pod uwagę rodzaje akcji wykonywane przez LRM można określić przy-kładowe klasy działania LRM:
• zarządca z migracją — przykładowe określenie funkcji celu na maksymalizację wy-korzystaniaCPU fizycznych węzłów, system decyzyjny będzie wykonywał akcje prze-noszenia VM wewnątrz infrastruktury VG tak aby średnie obciążenie wszystkich pro-cesorów infrastruktury było równe,
• zarządca bez migracji,
• zarządca z modyfikacją topologii,
• zarządca bez modyfikacji topologii, z modyfikacją parametrów QoS komunikacji.
Działanie globalnego zarządcy zasobów w środowisku współdzielonym
Po stworzeniu VG, wykorzystującego elementy współdzielonej infrastruktury, jego aktyw-ność musi być kontrolowana. Dążąc do stworzenia optymalnego środowiska wykonania dla aplikacji,LRM stara się zaspakajać wymagania przydziału zasobów. Dlatego w swoim działaniu LRM opiera się na pewnych ograniczeniach. Ograniczenia te wynikają z dwóch źródeł. Pierwsze zależne jest od maksymalnych możliwości zasobów fizycznych (parame-try fizycznych węzłów oraz konfiguracja i wydajność sieci). Drugie ograniczenie wynika z faktu, iż dana infrastruktura może być wykorzystywana do obsługi wielu wirtualnych Gridów o kolidujących ze sobą wymaganiach. Dlatego system zarządzania wyróżnia także rolę Globalnego zarządcy zasobów GRM (ang. Global Resource Manager ), który odpo-wiedzialny będzie za dysponowanie kontenerami zasobów zgodnie z określoną polityką pomiędzy rywalizujące VG.
Efektem wprowadzenia GRM jest hierarchiczny model składający się z dwóch zarząd-ców, mających przeciwstawne zadania. LRM dąży do zwiększenia wydajności aplikacji przez przydział i zmianę konfiguracji zasobów, natomiast GRM odpowiada za sprawiedliwy przydział zasobów oraz minimalizowanie ujemnego wpływu różnych VG współdzielących ten sam sprzęt. Decyzje te są podejmowane na podstawie analizy danych pochodzących z monitorowania VG oraz definicji polityki przydziału zasobów fizycznych.
W przypadku rywalizacji pomiędzy VG zarządca globalny będzie przydzielał limity, których przestrzeganie przez VG będzie gwarantowało odpowiedni poziom usługi dla po-zostałych uruchomionych równocześnie VG.
Podsumowując, do głównych zadań komponentu GRM należy sterowanie wieloma LRM działającymi na danej fizycznej, współdzielonej infrastrukturze za pomocą przekazywanych do nich ograniczeń. Sterowanie to ma zapewnić z jednej strony zagwarantowany minimalny poziom usługi QoS dla aplikacji uruchomionej w obrębie VG a z drugiej maksymalizację wykorzystania współdzielonych zasobów.
Wirtualny Grid pozwala na zdefiniowanie konfiguracji zasobów dla aplikacji oraz na elastyczną modyfikację tej konfiguracji w zależności od dynamicznie zmieniających się wymagań, stanu aplikacji oraz dostępności i poziomu wykorzystania zasobów.
Przyjęta koncepcja Wirtualnego Gridu nie precyzuje w jaki sposób przydzielone aplika-cji zasoby będą przez nią wykorzystywane, zamiast tego określa jakie i ile elementów infra-struktury zostanie przydzielone na czas wykonania aplikacji. Koncepcja ta określa również
Rysunek 5.6. Interakcje globalnego zarządcy zasobów
sposób zarządzania zasobami przydzielonymi aplikacji. Użytkownicy określają konfigura-cję Wirtualnego Gridu poprzez specyfikakonfigura-cję wymogów dla aplikacji, które następnie prze-kazane są do modułu tworzenia przestrzeni uruchomieniowej, który instancjonuje dany zestaw zasobów udostępniając interfejs umożliwiający dostęp do ich parametrów, lokaliza-cji, itp. Informacje te są z kolei przetwarzane przez podsystem wykonania, który wykonuje aplikacje. System monitorowania śledzi proces wykonania aplikacji, zgłaszając zdarzenia możliwej adaptacji konfiguracji do zmiennych warunków poziomu wykorzystania zasobów lub etapu wykonania aplikacji.
Rysunek 5.7. Komponenty składowe globalnego zarządcy zasobów
Podsumowując system zarządzania zasobami będzie posiadał strukturę hierarchiczną. Poszczególne poziomy hierarchii zarządzania będą określone poprzez sprecyzowanie do-zwolonych operacji związanych z regulacją dostępu do zasobów dla aplikacji. Inne będą też, określone przez administratora, polityki działania dla każdego poziomu zarządzania.