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Introduction aux Grilles de Calcul UTIC - Heithem ABBES 28-04-2005 Journées du Parallélisme 2005.

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1 Introduction aux Grilles de Calcul UTIC - Heithem ABBES Journées du Parallélisme 2005

2 Introduction aux Grilles de Calcul 2 Plan Introduction. Avantages des grilles de calcul. Applications des grilles de calcul. Évolution technologique et économique. Caractéristiques de la grille. Architecture de la grille. Problématique de recherche.

3 Introduction aux Grilles de Calcul 3 Introduction (1/2) Inspiration de la grille délectricité (power grid) Disponibilité universelle et économie viable. Par analogie: une infrastructure matérielle et logicielle Accès fiable, cohérent et bon marché à des capacités de stockage et de calcul.

4 Introduction aux Grilles de Calcul 4 Introduction (2/2) Grille de calcul (Grid Computing) coordinated resource sharing and problem solving in dynamic, multi-institutional virtual organizations (VO). [I.Foster] VO : Groupement dutilisateurs selon leurs différents besoins et intérêts. Politique. Offre une grille de calcul pour ses utilisateurs.

5 Introduction aux Grilles de Calcul 5 Avantages des grilles de calcul Exploiter les ressources sous utilisées Taux dutilisation des PC et des stations de travail 30% (milieux académiques et industriels) 5% (machines grand public) Meilleure utilisation de certaines ressources Partage des ressources spéciales Équipements spécifiques (microscope, bras robotique…) Logiciels dont le prix de la licence est élevé. Fournir une importante capacité de calcul parallèle Assurer la fiabilité et la disponibilité des services Dispersion géographique des ressources Mécanismes de contrôle et de gestion Fiabilité Continuité

6 Introduction aux Grilles de Calcul 6 Applications des grilles de calcul (1/6) Supercalculateur réparti (Distributed supercomputing) Agréger une importante quantité de ressources Fournir une puissance de calcul Calcul haut-débit (High-Throughput Computing) Exécution parallèle des tâches. Calcul sur demande (On-Demand Computing) Utilisation temporaire de ressources Possession permanente nest pas rentable. Capacités de calcul, logiciels, bases de données…

7 Introduction aux Grilles de Calcul 7 Applications des grilles de calcul (2/6) Calcul Collaboratif (Collaborative Computing) Interaction entre humains. Environnements de simulation en temps réel. Systèmes de réalité virtuelle à objectifs éducatifs. Génération, traitement et stockage dénormes quantités de données (Dataintensive Computing) Stockage dune quantité importante dinformations générées.

8 Introduction aux Grilles de Calcul 8 Applications des grilles de calcul (3/6) CERN (European Organization for Nuclear Research) Large Hardron Collider (LHC) en 2007 Plus puissant accélérateur des particules qui na jamais été construit. 15 Péta byte chaque année LHC Computing grid (LCG) 5200 CPU 7,5 TB capacité du stockage 68 sites [ERCIM NEWS, OCTOBER 2004]

9 Introduction aux Grilles de Calcul 9 Applications des grilles de calcul (4/6) Recherche de lIntelligence Extraterrestre. programme qui télécharge et analyse les données du télescope de la radio.

10 Introduction aux Grilles de Calcul 10 Applications des grilles de calcul (5/6) Prédiction de climat Simulation pour la prévision du météo à long terme. 12 semaines pour certaines simulations.

11 Introduction aux Grilles de Calcul 11 Applications des grilles de calcul (6/6) Bioinformatique Simulation des molécules et lanalyse de génome et dADN.

12 Introduction aux Grilles de Calcul 12 Évolution technologique et économique Les applications scientifiques demandent: Rapidité. Puissance calculatoire. Grande mémoire. Machine parallèle Super-calculateurs Inconvénients: Coût !!! Performance Évolution des performances Serveurs de calcul et de stockage Technologies réseaux et la bande passante

13 Introduction aux Grilles de Calcul 13 Évolution technologique et économique Réseaux vs. Performance des PC La vitesse des CPU double tous les 18 mois. La vitesse de débit double tous les 9 mois PC: x 500 Réseaux: x 340, PC: x 60 Réseaux: x 4000 Moores Law vs. storage improvements vs. optical improvements. Graph from Scientific American (Jan-2001) by Cleo Vilett, source Vined Khoslan, Kleiner, Caufield and Perkins.

14 Introduction aux Grilles de Calcul 14 Évolution technologique et économique Cluster (par Christophe Jacquet) Autrefois… Super-calculateur

15 Introduction aux Grilles de Calcul 15 Évolution technologique et économique …Aujourdhui (par Christophe Jacquet) Modèle informatique réparti : Grid Computing

16 Introduction aux Grilles de Calcul 16 Caractéristiques des grilles de calcul Les principales caractéristiques des grilles de calcul: Existence de plusieurs domaines administratifs Distribution géographique des ressources. Différentes organisations avec leurs propres politiques. Respecter les politiques de chaque organisation. Hétérogénéité des ressources Matérielles et logicielles Passage à léchelle (scalability) Contraintes sur les applications et les algorithmes de gestion de ressources. Nature dynamique des ressources Changement du nombre de ressources (retrait/ajout) Tolérance aux pannes

17 Introduction aux Grilles de Calcul 17 Caractéristiques dune grille de calcul Plusieurs institutions Plusieurs domaines administratifs Hétérogénéité des ressources Passage à léchelle Dynamicité Une seule institution Un seul domaine administratif Grille de calcul & Grappe de calculateurs

18 Introduction aux Grilles de Calcul 18 Architecture dune grille Modèle en couches. Couches hautes axées sur l'utilisateur. Couches basses plus orientées vers les ordinateurs et les réseaux.

19 Introduction aux Grilles de Calcul 19 Architecture dune grille Couche réseau : Connectabilité des ressources sur la grille. Niveau matériel

20 Introduction aux Grilles de Calcul 20 Architecture dune grille Couche ressources : constituée des ressources de la grille, Ordinateurs, systèmes de mémoire, catalogues de données électroniques, capteurs, télescopes…

21 Introduction aux Grilles de Calcul 21 Architecture dune grille Couche intergiciel : Ensemble de fonctions permettant aux ressources (serveurs, mémoires, réseaux, etc.) de participer à un contexte de grille unifié. le cerveau de la grille ! Gestion de ressources Ordonnancement (scheduling) Réservation Services dinformation.

22 Introduction aux Grilles de Calcul 22 Architecture dune grille Couche application : située au niveau le plus élevé qui comprend: Types dapplications: scientifiques, techniques, gestion, financières, portails… C'est la couche des utilisateurs de la grille.

23 Introduction aux Grilles de Calcul 23 Services (1/3) Service de sécurité et dauthentification Garantir la confidentialité, lintégrité et lauthentification Clé de réussite ou déchec de la grille Service de désignation Grande variété dobjets (ordinateurs, services, données) Espace de noms uniforme et complet à travers lenvironnement distribué. Certificate Authorities User Accounts

24 Introduction aux Grilles de Calcul 24 Service dinformation Environnement dynamique (endroit et type des ressources) Nécessité de la disponibilité des ressources indépendamment de lemplacement de lutilisateur. Environnement riche en informations sur la grille Fournir des moyens pour enregistrer et obtenir des informations sur la structure, les services, statut… Services (2/3)

25 Introduction aux Grilles de Calcul 25 Services (3/3) Service de communication Protocoles variés prévus pour différents types de trafic Qualité de service Garantie de la bande passante. Gestion des ressources et ordonnancement Transparence pour lutilisateur Optimisation des performances Service de suivie de létat de la grille et la tolérance aux pannes.

26 Introduction aux Grilles de Calcul 26 Outils pour la gestion de grille Security Scheduling and resources allocation Data locality Network Management System management Ressources discovery Uniform access Economy

27 Introduction aux Grilles de Calcul 27 Étapes de déploiement dune grille Intégration des différents composants matériels et logiciels en une ressource globale à travers le réseau. Limplémentation dintergiciels offrant une vue transparente et consistante à cette ressource. Développement doutils permettant le contrôle et la gestion de linfrastructure et des applications. Développement dapplications exploitant cette infrastructure.

28 Introduction aux Grilles de Calcul 28 Problématiques de recherche Gestion de ressources (Ressources Management) Ordonnancement Économique Gestion des données (Data Management) Découverte des services et des ressources. SchedulingEconomics Grid Grid Economy

29 Introduction aux Grilles de Calcul 29 Problématiques de recherche Qualité de service (QOS) Réservation et co-allocation Datamining & Grid Computing Operating System ???

30 Introduction aux Grilles de Calcul 30 Grid Computing, une nouvelle vague!


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