Model systemu zarządzania zwirtualizowanymi zasobami Grid
4.1.4. Model systemu zarządzania zasobami
Przedstawienie modelu systemu polega na określeniu dla zaproponowanego w sekcji 4.1.3 modelu dynamicznego wirtualnego Gridu odpowiedniej funkcjonalności umożliwiającej tworzenie i adaptację środowiska do przedstawionych wraz z aplikacją wymogów. Ad-aptacja konfiguracji VG do wymagań aplikacji tak aby możliwe było osiągnięcie przez nią maksymalnej wydajności dzięki zapewnieniu optymalnej konfiguracji środowiska jest możliwa przy dwóch fazach działania systemu.
Faza pierwsza dotyczy adaptacji na etapie tworzenia VG. W fazie tej następuje wy-szukanie i przydzielenie zasobów na podstawie dostarczonej wraz z aplikacją specyfikacji. Specyfikacja ta jest podstawą dla początkowej konfiguracji zasobów, oraz podlega ogra-niczeniom związanym z dostępnością zasobów oraz możliwościami infrastruktury. W fazie tej po stworzeniu VG następuje uruchomienie aplikacji.
Drugim elementem, w którym adaptacja jest konieczna, jest faza wykonania. Na tym etapie system modyfikuje dynamiczne parametry środowiska dostosowując do zmieniają-cych się w czasie wymagań aplikacji. Wymagania te nie są określone na etapie uruchamia-nia aplikacji. System poprzez analizę informacji dostępnych z podsystemu monitorowauruchamia-nia określa wymogi aplikacji. Podobnie jak w fazie wdrożenia infrastruktury modyfikowane są parametry wirtualnych węzłów i wirtualnych sieci. Dużą rolę w zapewnieniu odpowied-niego poziomu dostępności zasobów, dzięki zastosowaniu wirtualizacji odgrywa migracja VM. Technika ta pozwala na przeniesienie bez zatrzymywania aktualnego stanu VM po-między dwoma fizycznymi węzłami.
W obu fazach działania infrastruktury do podejmowania działań zaangażowane są in-formacje o aktualnym stanie aplikacji i środowiska (dostępne z monitoringu) oraz informa-cje o wymaganiach aplikacji dostarczone przez użytkownika. Wymagania aplikacji mogą być modyfikowane na podstawie predykcji stanu i zapotrzebowania na zasoby w kolejnych etapach wykonania.
Aplikację A, na której operować będzie tworzony model systemu zarządzania, możemy przedstawić jako zbiór uruchomionych niezależnie komponentów ai:
A := {ai : i = 1, . . . , I} (4.24)
Dostarczona wraz z aplikacją specyfikacja powstała przez połączenie definicji wymogów określonych dla poszczególnych komponentów aplikacji:
P(A): A → 2P, P(A)(t) := [ ai∈A Req (ai, t) (4.25) gdzie:
Req (ai, t) — specyfikacja wymogów komponentu ai dla aplikacji A w cza-sie t.
ZA:=A, P(A) (4.26)
Zadanie ZAprzedstawione jako wejście dla infrastruktury tworzenia wirtualnego Gridu to aplikacja (4.24) wraz z określoną dla niej specyfikacją wymagań (4.25). Dążenie do spełnienie w/w wymagań w trakcie działania aplikacji będzie umożliwiać osiągnięcie przez nią oczekiwanego poziomu wykonania.
Określenie adaptowalności w fazie tworzenia VG
Adaptacja fazy tworzenia to kreacja wirtualnego Gridu na podstawie specyfikacji dostar-czonej wraz z aplikacją. Adaptowalność ta została oznaczona przez adaptability(V GS), gdyż jest ona wykonywana w fazie tworzenia VG czyli określa funkcjonalność z modelu podstawowego V GS (4.21).
Określenie adaptowalności dla modelu V GS, składa się na następujące operacje:
1. Określenie zbioru maszyn fizycznych i ich topologii sieciowej — czyli wyznaczenie poziomu oraz dostępności zasobów.
2. Określenie specyfikacji i uruchomienie wirtualnych maszyn (zasoby obliczeniowe) na podstawie wymogów komponentów ai dla aplikacji A.
3. Stworzenie elementów topologii sieciowej (urządzeń sieciowych oraz połączeń logicz-nych) na podstawie specyfikacji ścieżek komunikacyjnych komponentów dostarczonej wraz z aplikacją.
4. Zdefiniowanie postaci funkcji s (4.10) oraz e (4.10) dokonujących początkowego roz-mieszczenia maszyn logicznych11 w obrębie infrastruktury fizycznej.
Tworzenie instancji VG rozpoczyna się od zidentyfikowania zbioru maszyn fizycz-nych PH poprzez zastosowanie usługi wykrywania i lokalizacji zasobów (funkcja dis).
Następnie określamy funkcję gM, która dla komponentów aplikacji ai określa specyfi-kację wirtualnych maszyn VM.
Tworzenie wirtualnych węzłów VM na żądanie, w celu określenia konfiguracji zasobów dla aplikacji musi być uzupełnione o wsparcie do modelowania infrastruktury komunika-cyjnej. Stosując techniki wirtualizacji posiadany możliwość zarówno dynamicznego instan-cjonowania elementów infrastruktury obliczeniowej jak i kontroli kształtu oraz konfiguracji topologii sieciowej, która będzie wykorzystywana przez uprzednio dodane węzły.
Funkcja gN odpowiedzialna jest za określenie konfiguracji połączeń sieciowych — wir-tualnej topologii sieciowej, na podstawie specyfikacji aplikacji.
Warunkiem koniecznym, którego spełnienie określa iż możliwe jest stworzenie instan-cji VG jest aby, dla każdego komponentu aplikacji ai istniało niepuste przecięcie zbiorów fizycznych węzłów spełniających wymagania wirtualnych komponentów środowiska stwo-rzonych na podstawie specyfikacji elementu ai.
Adaptowalność dla modelu V GS będzie zatem złożeniem następujących elementów:
adaptability(V GS):= {dis, gM, gN} (4.27)
Adaptowalność w czasie wykonania aplikacji
Wprowadzenie definicji adaptowalności systemu w czasie wykonania aplikacji wiąże się z koniecznością określenia tzw. pętli sterowania. Pętla ta będzie określać kolejność oraz zależności pomiędzy operacjami wykonywanymi przez system. Operacje te mają za za-danie dostosowanie warunków środowiska do aktualnych wymogów aplikacji (zmiennych w czasie) z użyciem odpowiednio zdefiniowanych reguł.
11
W opisie modelu dynamicznego VG zostały przedstawione definicje określające zbiory zdarzeń oraz akcji przetwarzanych przez system sterowania zasobami z użyciem tego mo-delu. Możliwe akcje oraz zdarzenia wynikały z przyjętego modelu podstawowego i związane były z wymaganiami12 założonymi dla systemów tej klasy. Opis działania systemu zarzą-dzania zasobami zostanie wprowadzony poprzez przedstawienie właściwości komponentów, których działanie operować będzie na modelu zdarzeniowym.
Rysunek 4.4. Pętla zarządzania dla modelu systemu
Podstawowe operacje (rysunek 4.4), które mogą być wykonywane w obrębie systemu i służą do sterowania właściwościami środowiska wykonawczego aplikacji, to:
1. Monitorowanie aplikacji i infrastruktury — jest to śledzenie zmian kluczowych pa-rametrów pracy systemu, oraz generowanie zdarzeń przenoszących informację o wy-krytych zmianach.
2. Podejmowanie decyzji optymalizujących konfigurację zasobów — w kroku tym na podstawie zebranych danych oraz określonych wcześniej wymogów, a także przewi-dywań czy oszacowań dotyczących stanu aplikacji (i jej komponentów) oraz środowi-ska, są podejmowane decyzje, których rezultatem jest lista koniecznych do wykonania akcji.
3. Wykonywanie akcji — przeprowadzanie określonych w poprzednim kroku operacji. Argumentami wejściowymi dla systemu jest polityka — czyli zbiór reguł i wymogów określających działanie systemu w podstawowych jego aspektach, zasoby infrastruktury fizycznej oraz aplikacja wraz z definicją wymagań. Dodatkowo wykorzystywane zasoby mogą podlegać pewnym ograniczeniom, które wynikać będą z faktu dostosowania reguł działania środowiska do sytuacji, w której infrastruktura fizyczna jest współdzielona.
Wprowadzenie akcji wynikających i związanych ze zmianą stanu komponentów sys-temu pozwala na uzyskanie właściwości adaptowalności środowiska wykonawczego aplika-cji (monitor(V GD)).
12
Moduł decyzyjny dla modelu V GD (4.23) jest funkcją optimize(V GD), która dla każ-dego elementu zbioru zachodzących aktualnie zdarzeń Events (4.22) zwraca podzbiór koniecznych do wykonania akcji Actions.
Faza wykonania (execute(V GD)) pobiera zbiór operacji, których wykonanie ma na celu zmianę konfiguracji zasobów. Wykonywanie akcji wiąże się również ze zwróceniem nowych zdarzeń, dla których wymagane będzie obsłużenie przez moduł decyzyjny .
Złożenie tych funkcjonalności określa adaptowalność dokonywaną w trakcie wykonania aplikacji dla modelu dynamicznego VG.
adaptability(V GD):=nmonitor(V GD), optimize(V GD), execute(V GD)o (4.28)
System zarządzania zasobami
System zarządzania VGRMS (ang. Virtual Grid Resources Management System) przedsta-wiony zostanie jako złożenie następujących funkcjonalności i definicji:
• definicji dla modelu dynamicznego wirtualnego Gridu (4.23),
• określonej dla modelu podstawowego V GS procedury adaptowalności fazy tworzenia środowiska (adaptability(V GS)),
• definicji polityki funkcjonowania środowiska, • aplikacji wraz z określeniem wymagań (4.26),
• procedur wchodzących w skład definicji adaptowalności fazy wykonania aplika-cji (4.28).
Złączenie powyższych elementów pozwoli na przedstawienie adaptowalności wykorzy-stania zasobów wirtualnego Gridu w czasie wykonania aplikacji A. Definicja systemu bę-dzie więc miała postać:
V GRM S :=nZA, V GD, adaptability(V GD), P olicyo (4.29) Powyższa definicja oraz przedstawione wcześniej zależności posłuży do zaproponowa-nia i przedstawiezaproponowa-nia modelu systemu zarządzazaproponowa-nia zasobami z wykorzystaniem koncepcji wirtualnego Gridu.
4.2. Podsumowanie
Przedstawiony w niniejszym rozdziale model, jest próbą formalnego opisu zależności jakie występują w środowisku, którego celem jest wykorzystanie techniki dynamicznego (zmien-nego w czasie) grupowania zasobów do tworzenia przestrzeni wykonawczej aplikacji. Model systemu dopuszcza modyfikacje właściwości przestrzeni wykonawczej tak aby (możliwie najlepiej) odpowiadała ona wymogom aplikacji.
Przedstawienie definicja systemu zarządzania VGRMS autor rozpoczął od określenia modelu środowiska wykonawczego aplikacji czyli wirtualnego Gridu. Następnie w odnie-sieniu do statycznego podejścia, określone zostały możliwe modyfikacje, zmiany wymagań
i inne operacje zachodzące w czasie, których uwzględnienie wymagane było w modelu dynamicznym VG. System VGRMS jest to, upraszczając, definicja sposobu realizacji ste-rowania, którego celem jest realizacja założonej w rozdziale 3 adaptacji parametrycznej wirtualnego Gridu do wymagań aplikacji.
Przedstawiona w kolejnym rozdziale architektura komponentów systemu zarządzania zasobami jest odwzorowaniem opisanych w niniejszym rozdziale zależności i bezpośrednim ich następstwem.