Τεχνολογίες πλέγματος με έμφαση στις δυναμικές ροές εργασίας και στην ποιότητα υπηρεσιών

Abstract

The advent of heterogeneous and distributed environments, such as Grid environments, made feasible the solution of computational intensive problems in a reliable and cost-effective way. As workflow systems carry out more complex and mission-critical applications, Quality of Service (QoS) analysis serves to ensure that each application meets user requirements. In that frame and considering the QoS provision aspect as fundamental for enabling the adoption of different business models and Grid applications to become QoS compliant, a novel mechanism is presented. Based on this a complete definition and a thorough categorisation of the Workflows is presented and various relative subjects are analyzed such as the workflow description languages. This thesis presents a Workflow Mapping Mechanism that allows the mapping of workflow processes to Grid provided services assuring at the same time end-to-end provision of QoS based on the user-defined parameters and preferences. The latter is considered as precondition for the adoption of different business models and objectives in Grid environments since the mechanism achieves the evaluation of the alternative strategies and monitoring of any changes/violations that may occur and which will have an important impact on the strategies, methodologies, and structure of business processes. Therefore, the workflow mapping mechanism is an integral part of the QoS provisioning, and especially the end-to-end Quality of Service, since this is the only way to estimate, calculate and conclude to the mapping of workflows and the selection of the available service types and instances in order to deliver an overall quality of service across a federation of providers. Furthermore, the Next Generation Grid Architecture is presented and analyzed with emphasis on concrete elements and components that enable workflows to be described and executed in a dynamic way. Based on this, a Grid Virtual Infrastructure Model is presented, which aims into abstracting the operational processes and interactions from the Grid infrastructure by making use of adaptive workflows and dynamic service allocation that includes service discovery and selection. Consequently, the experimental results are provided that demonstrate and evaluate the performance and effectiveness of the proposed mechanism for a real Grid application scenario (3D image rendering), while the presented set of parameters (application, resource, user-defined) and their integration into the mechanism was revealed. Given the experimental results, it appears that the mechanism makes the selections and as a result defines the concrete workflow taking into account the user constraints and preferences. The experiments showed promising results and therefore the performance of the mechanism is considered to be well established allowing the adoption of it in any heterogeneous and especially Grid system that seeks to bring QoS knowledge within the workflow mapping process.

Η ανάπτυξη των ετερογενών και κατανεμημένων περιβαλλόντων, όπως τα περιβάλλοντα πλέγματος, καθιστά εφικτή την επίλυση υπολογιστικά εντατικών προβλημάτων με αξιόπιστο και οικονομικό τρόπο. Στο πλαίσιο αυτό και καθώς η έννοια των δυναμικών Ροών Εργασίας αναφέρεται στην εκτέλεση εφαρμογών με αυξημένη πολυπλοκότητα (η οποία περιγράφεται στις αντίστοιχες ροές των εφαρμογών), κρίνεται αναγκαία η ανάλυση και διασφάλιση της Ποιότητας Υπηρεσιών που παρέχεται κατά τη φάση εκτέλεσης των ροών εργασίας σε περιβάλλον πλέγματος. Βάσει αυτού παρέχεται ένας πλήρης ορισμός και μια εμπεριστατωμένη κατηγοριοποίηση της έννοιας της Ροής Εργασίας και αναλύονται σχετικά θέματα όπως για παράδειγμα οι γλώσσες περιγραφής αυτών. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται ένας μηχανισμός απεικόνισης των διαδικασιών που περιλαμβάνονται στις ροές εργασίας σε υπηρεσίες που παρέχονται μέσα από περιβάλλοντα πλέγματος. Η προαναφερθείσα απεικόνιση ολοκληρώνεται με τρόπο που να εξασφαλίζει ταυτόχρονα την προσφερόμενη ποιότητα υπηρεσιών για το σύνολο της ροής εργασίας με βάση τις παραμέτρους και τις προτιμήσεις που ορίζονται από τους χρήστες. Το τελευταίο θεωρείται προϋπόθεση για την υιοθέτηση διαφόρων επιχειρηματικών μοντέλων και εφαρμογών σε περιβάλλον πλέγματος καθώς με την απεικόνιση επιτυγχάνεται αξιολόγηση των εναλλακτικών στρατηγικών και παρακολούθηση των μεταβολών/παραβιάσεων που ενδεχομένως να συμβούν και που έχουν σημαντική επίδραση στις στρατηγικές, στις μεθοδολογίες και στη δομή των επιχειρηματικών διαδικασιών. Λόγω των παραπάνω, ο μηχανισμός απεικόνισης δυναμικών ροών εργασίας αποτελεί βασικό μέσο διασφάλισης ποιότητας υπηρεσίας καθώς με τον τρόπο αυτό δύναται να εκτιμηθεί, να υπολογιστεί και να καθοριστεί η τελική επιλογή των διαθέσιμων τύπων και υποστάσεων υπηρεσιών προκειμένου να παρασχεθεί ποιότητα υπηρεσιών από ένα σύνολο παροχών. Επιπρόσθετα παρουσιάζεται και αναλύεται η Αρχιτεκτονική Πλέγματος Επόμενης Γενιάς με έμφαση σε συγκεκριμένα στοιχεία αυτής που επιτρέπουν το δυναμικό χαρακτήρα των ροών εργασίας. Βάσει αυτού παρουσιάζεται το Μοντέλο Εικονικής Υποδομής, ένα μοντέλο που στοχεύει στην αφαίρεση των επιχειρησιακών διεργασιών και των αλληλεπιδράσεων με την υποδομή πλέγματος κάνοντας χρήση προσαρμοσμένων ροών εργασίας και δυναμική δέσμευση υπηρεσιών, η οποία περιλαμβάνει σημασιολογική εύρεση και επιλογή αυτών. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης που παρατίθενται αξιολογούν και αποδεικνύουν τη λειτουργία και αποδοτικότητα του προτεινόμενου μηχανισμού λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς ποιότητας και τις προτιμήσεις του χρήστη. Το παραπάνω καθιστά εφικτή την ενσωμάτωση και χρήση του μηχανισμού σε οποιοδήποτε ετερογενές περιβάλλον και, ειδικότερα, σε υποδομές πλέγματος που στοχεύουν στην εισαγωγή της γνώσης αναφορικά με την ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών κατά τη διαδικασία επιλογής υπηρεσιών για τις διεργασίες των δυναμικών ροών εργασίας.