Date post: | 12-May-2015 |
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Technology |
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A"Distributed"Application"Execution"System"for"an"Infrastructure"with"Dynamically"Configured"Networks�
NetCloud)2012)Workshop,)Dec.)4)2012,)Taipei�
Ryousei)Takano,)Hidemoto)Nakada,))Atsuko)Takefusa,)and)Tomohiro)Kudoh)
)Information*Technology*Research*Institute,**
National*Institute*of*Advanced*Industrial*Science*and*Technology*(AIST),*Japan�
Background�
• Intercloud)(a.k.a.)cloud)of)clouds))– Virtual)Infrastructure)over)multiple)region)and)domain)clouds)
– LargeLscale)data)intensive)scientific)computing)platform)• e.g.,)high)energy)physics,)bio)science,)and)geo)science)• largeLscale)data)and)special)instruments)are)geographically)distributed))
2
container�
container�
container�
container�
Physical Infrastructure�
Virtual Infrastructure�
site A� site B�
Challenges�
• To)seamlessly)deploy)existing)applications)that)run)on)a)conventional)cluster)computer)system)into)a)VI,)it)is)important)to)quickly)setup)a)tailored)virtualized)cluster)environment)and)execute)an)application)with)minimum)overhead)of)virtualization.)
• The)fusion)of)computer)and)network)virtualization)technologies)may)help)us)to)realize)such)an)application)execution)environment.)– Virtual)machine)and)OS)container)technologies)
– Software)defined)network:)OpenFlow,)OGF)NSI,)etc)
�3
Contributions�
• Automatic)construction)of)distributed)application)execution)einvironment)– OneLstop)service)to)execute)and)monitor)user)applications)over)isolated)Intercloud)resources)
– SliceLaware)contextualization)
• Implementation)as)a)part)of)GridARS)middleware)suite)– OSLlevel)virtualization)(container))and)dynamic)network)path)provisioning)
• Demonstration)of)the)feasibility)– Quick)slice)construction)and)low)overheads)of)virtualization)
Agenda�
• GridARS)and)the)Application)Execution)System)
• SliceLaware)contextualization)
• Evaluation)• Conclusion)and)Future)Work�
5
GridARS"and""the"application"execution"system�
GridARS:"Grid"Advanced"Resource"management"System�
• GridARS)is)a)reference)implementation)of)GNSLWSI)– Defined)by)the)GLlambda)project)
• Collaboration)between))KDDI)R&D)Labs.,)NTT,)NICT,))and)AIST,)started)in)2004)
– Web)services)I/F)to)reserve,))modify)and)release))various)resources)
– PollingLbased))2Lphase)commit)protocol)
• GridARS)supports)OGF)NSI)version)2.�
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GRC$ DMS/A$�
NRM�
CRM�SRM�
CRM�NRM�
SRM�CRM�
GRC$ GRC$ DMS/A�DMS/A�
Domain 1� Domain 3�
User�
GRS$
Domain 0�
CRM�Domain 2�
DMC/C�DMC/C�
DMC/C�DMC/C�
DMC/C�
DMC/A�
Aggregator�
Collector�
GRC: Global Resource Coordinator RM: Resource Manger�
Allocated�
Application"Execution"System�
• The)goal)is)to)provide)users)with)a)slice)that)looks)like))a)single)isolated)cluster)computer)system.)– A)slice)consists)of)containers)and)dynamically)configured)network)paths.)
– All)containers)belong)to)the)same)IP)network)segment.)
– An)application)is)automatically)executed)at)the)reservation)time.)
– The)user)can)monitor)the)resource)utilization)of)their)slice.)
8
�����
container�
container�
container�
container�
Physical Infrastructure�
Virtual Infrastructure�
site A� site B�
Requirements�
• A)slice)is)constructed)at)the)start)of)reservation)time,)an)application)is)automatically)executed)on)it,)and)it)is)released)at)the)end)of)reservation)time.))
• A)conventional)parallel)application)(e.g.,)an)MPI)program))requires)remote)login)and)process)execution)via)SSH.)– SSH)public)keys)should)be)generated)and)exchanged)among)containers)in)advance.)
– A)host)list)file,)which)includes)IP)addresses)of)all)participating)containers,)should)be)prepared)in)advance.)• IP)addresses)are)dynamically)assigned.)
9
SliceFaware"contextualization�
• The)key)for)automated)slice)construction)is))contextualization,)which)dynamically)adjusts)each)container)setting,)including)the)IP)address,)the)hostname,)and)SSH)keys,)at)deployment)time.)– VM)image)contextualization:)Nimbus)Context)Broker,)OpenNebula)
• However,)the)existing)techniques)assumed)to)be)used)within)a)single)site.)
• We)propose)sliceLaware)contextualization,)which)contextualizes)a)slice)based)on)information,)exchanged)among)several)sites)in)a)hierarchical)manner.)
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Design"and"Implementation�
Design"Overview�
• Use)“Pilot)Job”)to)contextualize)and)monitor)a)slice)
• Use)OSLlevel)virtualization)(Linux)container))for)isolation)
Resource$Management$Service�
Resource$Alloca:on$Planning$Service�
Distributed$Monitoring$Service�
Applica:on$Execu:on$System�
Monitoring�SliceBaware$contextualiza:on� File$system$weaving�
GridARS�
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�%$(�!$�&� �%$(�!$�&�
Node"Manager�• Local)job)scheduler)invokes)“pilot)jobs”)called)Node)Manager)
(NM))instead)of)user)jobs.)
• The)NMs)set)up)a)virtual)cluster)and)execute)the)user)jobs.�
13
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GRC
SliceFaware"Contextualization�
CRM CRM
NM NM NM NM NM NM
GRC: Global Resource Coordinator CRM: Compute Resource Manager NM: Node Manager
�Available address range: 192.168.0.0/24, 192.168.1.0/24
�Available address range: 192.168.3.0/24, 192.168.1.0/24
�Reserve 3node, 192.168.3.0/24 �Reserve 3node, 192.168.1.0/24
�SSH keys Address
�SSH keys Addresses �Hosts authorized_keys known_hosts
�Hosts authorized_keys known_hosts
Container Container Container Container Container Container
File"System"Weaving�
• Setting)up)a)container)file)system)may)be)time)consuming.)
• The)most)of)files)could)be)shared)with)the)host)OS.�
• File)system)weaving)helps))to)quickly)set)up)a)container)file)system)and)isolate)from)the)host)OS)file)system.)– aufs2)stackable)file)system)
– bind)mount)option)
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/ etc usr opt
home
usr opt alice
.ssh
/ etc usr opt
home alice
.ssh
A
B
C
D
E
host OS file system (read only)�
container file system�
writable layer�
Slice"Monitoring"Service"(1/2)�• AEMD)gathers)monitoring)information)in)each)site)via)NMs.)
• GridARS)DMS)aggregates)information)per)slice.�
16
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Slice"Monitoring"Service"(2/2)�
17
User’s view�Administrator’s view�
Another user status�
Network status�
Computer status�
Reservation Status �
Ganglia
Disclose resource information only to the users who made reservation on the resource
Evaluation�
Experimental"Setting�• Slice)start)up)time:)
– container)start)up)time�
– contextualization)information)exchange)time)
– barrier)synchronization)
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Site A�
GRC
G� G� G�
Site B�
Site C�
Site D�
G: GtrcNET-1 - latency injection: 0 – 300 ms - per-VLAN traffic monitoring
PC spec.�
CPU� Intel Core 2 Q9550/2.83GHz�
Memory� 4 GB�
Ethernet� Intel PRO/1000�
OS Rocks 5.2 (kernel 2.6.30)�
Slice"Start"Up"Time�
0
1
2
3
4
5
0ms100ms
200ms300ms
0ms100ms
200ms300ms
0ms100ms
200ms300ms
0ms100ms
200ms300ms
Elap
sed
Tim
e [s
]
NM start - info gatheringinfo gathering - info distribution
info distribution - execution
Site ABCDSite A C Site A B Site A
20
Site A�
GRC
G� G� G�
Site B�
Site C�
Site D�
4�2�
2�
2� 2�1�
1�1�
1�
Container Setup�
Contextualization Information Exchange�
Barrier Synch.�
• The)contextualization)process)depends)on)the)latencies)injected.)• The)number)of)sites)does)not)affect)the)elapsed)times)very)much.)
Container"Setup"Time�
Elapsed"Time"(seconds)�
File)system)construction� 0.02)
Key)pair)generation� 0.44�
Guest)OS)start)up� 0.59�
Total� 1.05�
21
• The)container)setup)is)quite)fast.)• 40)%)of)the)setup)time)is)consumed)by)generation)of)SSH)keys.)This)could)be)eliminated)by)inLadvance)generation)of)them.)
Conclusion"and"Future"Work�
Conclusion�
• We)have)proposed)a)distributed)application)execution)system,)and)developed)an)implementation)of)it)as)a)part)of)the)GridARS)middleware)suite.)
• The)key)for)automated)slice)construction)is)sliceFaware"contextualization.)
• We)confirmed)that)a)slice)could)be)established)in)one)second,)leveraging)OSLlevel)virtualization)and)file)system)weaving.)
• We)also)confirmed)that)the)overhead)for)propagating)contextualization)information)is)small)enough.)
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Future"Work�• Hardware)as)a)Service)(HaaS))over)Intercloud)
– An)IaaS)provider)can)extend)their)hardware)resources)on)demand.)
– HaaS)divides)resources)into)a)slice)and)provides)L2)network)connectivity)between)the)slice)and)the)IaaS’s)data)center.)
24
Data center A�
Data center B�
slice for DC A�
slice for DC B�
GridARS�
Data center C�CloudStack�
OpenStack�
Thanks)for)your)attention!�
25
This)work)was)partly)supported)by)the)National)Institute)of)Information)and)Communications)Technology)(NICT),)Japan.))
http://www.gLlambda.net/gridars/�