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Orientations et Usages de l’Architecture de Services
Grid OGSA
Pascal Dugénie
To cite this version:
Orientation et usage de l'Architecture
de Services Grille OGSA
Pascal DUGENIE
LIRMM CNRS & Univer sité d e Mon t p ellier II
1 6 1, Rue Ada
3 4 3 9 2 Mon t p ellier Ce d ex 5, Fra nce
d u g e nie@lir m m.f r
Résumé: Dans le do maine des systè m e s
distribué s, il est intéres s a n t de s'atta r d e r sur les nouvelles orienta tio n s de l'Architect ur e de Services Grille (dénom m é e en anglais Open Grid Service Architect u r e, OGSA) dont l'usage était à la base l'apa nage du calcul inten sif. Or, les multiples applicatio n s scientifiques qui se sont succédées ont induit au mod èle d'architect u r e initial de nouveaux mode s d'usage.
Cet article introd ui t dan s un pre mier tem p s, les principes généraux des grilles infor m a t iq u e s pour mett re en avant les aspect s novate ur s les plus significatifs de cette architect u r e. L'évolution majeu re de ces dernière s années est sans dou te le concept de grille séma n tiq u e qui s'ap p uie d'un e part sur la virtu alisa tio n des resso u rc e s infor m a ti q ue s et, d'au t re part, sur la généra tio n dynamiq u e de services à états.
Dans le cadre de projet s en parte n a ria t europ é e n, le LIRMM(*) étu die un modèle d'architect u r e de service destiné à favoriser la const r uc tion collabor a tive de la conn ais sa nc e. A traver s cette pro blé m a tiq u e, cet article dress e, dans un deuxièm e temp s, les bases de ce modèle d'architect u re en s'app u ya n t sur l'usage d'un bureau part agé qui représ e n t e un exemple typiqu e d'ou til de collabora tio n synchro n e. Un scénario d'évaluatio n est actuellem e n t en phas e de mise au point avant expérim e n t a ti on. Ce scénario consis te à met t re cet outil à la dispositio n d'une com m u n a u t é virtuelle comp o s ée esse ntiellem e n t de chimist e s dont l'objectif est de cons tr u ire une ontologie partagée pour l'élabora tio n d'une encyclopé die de chimie organiq ue.
La solution adop té e tient com p t e du fait que le systè m e doit être le plus trans p a re n t pos sible aux chimistes, peu enclin, pour la plupar t, à administ re r eux - mê me s leur outil infor m a t iq u e.
Mots Clés : Systèm e s distribué s, OGSA, Bureau
partagé, Grilles infor m a ti q u e s, Virtualisation des Ressource s, Génération Dynamiq u e de Services.
1
INTRODUCTION
L'Architect u r e de Services Grille (OGSA) est née sur la base d'un change m e n t de paradig m e dans le mond e du génie logiciel, c'est à dire d'un passage d'un e vision orientée - systè m e vers une vision orientée - service et plus précisé m e n t de service à état.
La propriété d'état dans les services ouvre à OGSA des pers p e c tives nouvelles vers des services collabor atifs com m e ceux décrits par le concep t de grille séma n ti q u e [ROU, 2001]. Le bureau partag é est ici un exemple typiqu e de service collabora tif synchr on e. Bien que des solution s existen t sur la base d'une architec tu r e client - serveur, il appa raî t indéniable que OGSA couplée à une solutio n de burea u virtuel ouvre la voie vers de nouvelles pers pec tives de collabora tio n encore peu explorée s jusqu 'ici.
Ainsi, afin de mieux comp re n d r e les motivatio ns de s'ap p uy er sur OGSA pour un service de burea u partagé le scenario d'expéri m e n t a t i o n décrit ici consis te à mett r e cet outil à la dispo si tion d'une com m u n a u t é virtuelle comp os ée essen tielle m e n t de chimist e s don t l'objectif est de cons t r ui re une ontologie partagée pou r l'élabora tio n d'un e encyclopé die de chimie organiqu e.
2
PRINCIPES GÉNÉRAUX
Il sem ble tou t d'abo r d pertin en t dan s le cadre de cet article de rap pele r les principes fonda m e n t a u x qui sont à l'origine du change m e n t de paradig m e.
Un modèle d'architec t u r e, qui plus tard deviend r a OGSA, a été propo s é par deux (*) LIRMM: Labora toire d'Infor m a ti q u e, de Robotiq ue
cherch e u rs de Californie, Ian Foster et Carl Kesselm a n [FOS, 1998], avec l'idée selon laquelle, une fois les ress o ur ce s inform a tiq u e s virtu alisées, il est envisageable de mut u alis er tout ou partie de ces res so u r ce s pour générer des services. Initialem en t le service rendu se limitait au calcul intensif gourm a n d en ress o u r ce de traite m e n t et de stockag e. Des dom ain e s scientifiqu es aussi variés que la physique des particules, la climat ologie, l'astr o n o m ie, la géoph ysiq ue, la crypt ologie ou encore l'op timis a ti on combina t oire ont eu recou r s à OGSA.
Aujour d 'h ui Globus [Globus, 199 7], soute n u par une activité nor m a tive intens e et qui assoit sa notoriété par la stra tégie des logiciels ouvert s, cons tit ue la réalisation la plus aboutie d'un intergiciel confor m e à OGSA.
2.1 OGSA = (Architecture Orientée
Service s) + (Services à état)
OSGA est une norm e [OGSA] adop té e en 2002 lors de la conférenc e à Toron t o par le Grid Global Forum (GGF) sur la base d'une extension des nor me s utilisées pour les services web (SOAP , WSDL [W3C]). OGSA vise à définir des mécanis m e s pour virtualiser les ress o u r ce s et les restitu e r sous for me de services afin de pouvoir les asse m b le r et les désas s e m bl er en fonctio n des besoins.
Deux caracté ris tiq ue s essen tielles fonde n t la singularité d'OGSA. D'abor d et avant tout, OGSA est un mod èle d'Architect u r e Orientée Services (appelé en anglais SOA) par oppo si tion à l'architect u r e orientée systè m e tel que le mod èle client - serveur. Ensuite, OGSA prévoit la gestion de l'état dans les services, ce qui
n'est pas prévu à l'origine pou r les services web.
Un service dit à état est caractéris é par sa capacité à garder en mém oi re le résulta t s d'action s antérieure s com m e par exem p le un indicate u r de prés ence lors qu e des pers o n n e s se connecte n t sur un service de mes sage rie insta n t a n é e. Dès lors, il est nécessaire de dédier de la ress ou r ce à cet effet.
Dans la suite de cet article, il est décrit pour q u oi cette der nière caractéri stique est indispe n s a bl e pou r les services de type collabora tifs synchro n e s.
2.2 Service s Grille:
Génération
dynamiqu e de service s à état
Un service à état est caractérisé par un générat e u r de service et des insta nces dyna mi q u e s de ce service (figure 1). Ces services sont dits dyna miq u e s dès lors qu'ils dispo s e n t de mécanis m e s qui limitent natu relle m e n t leurs instances dans le tem p s par un état final. Ainsi, un générat e u r de service peut émet t r e des instances qui utiliseron t de la resso u rce et qui libérero n t cette ressou rce en fin de vie. L'avantage immé diat est un usage efficace et bien répar ti des ressou r ce s physique s en fonction de leur dispo nibilité. Cet aspect est crucial pour la mise à l'échelle d'app lication s répa rties sur un systè m e distrib ué.
Un service dyna miq ue est appelé transitoire (transien t) dans la termi nologie Grid [FOS, 2002] par oppo sition à service persis ta n t. Un service persist a n t ne dispos e pas de mécanis m e limitan t la durée de ses instances. Il est à noter qu'un généra te u r de services dyna mi q u e s peut être lui mêm e vu com m e un service de type persis t a n t.
2.3 Modèle d'architecture simplifié
La figure 2 est une rep ré s en t a ti o n synthé tiqu e des différe n t e s notion s essentielles intro d ui te s par OGSA. Il est à noter tou tefois que, bien que la sécu rité occupe une place import a n t e, elle a volontaire m e n t été occultée ici afin de se focaliser unique m e n t ici sur l'aspect lié à la gestion des services.
Sur le bas du diagra m m e, les ress o u rc es sont repré s e n t ée s sous for me d'unités qui fournis se n t de la capacité de traite m e n t (1), stockag e (2) et qui son t couplées à traver s une infras t r u c t u r e de réseau TCP/ IP.
L'intérieur du rectangle en poin tillé (4) au milieu délimite le cham p d'OGSA. En premier lieu, les resso u rce s physiq ue s sont virtualisée s (5). Toutes les unités de ressou rc e son t addition n é e s pour forme r une capacité globale de traite m e n t et de stockage (6). Dans un
deuxiè m e tem p s des conte n e u r s de service (7) sont crées dyna miq u e m e n t avec une portio n de ressou rce réifiée (8).
Les instance s de service sont exécutées dans ces contene u r s (9). L'état des services grille (10) est ainsi géré de cette manière.
Une com m u n a u t é virtuelle (11) est com p o s ée d'un ou plusieu r s utilisate u rs appelé mem b r e (12). Un même utilisateu r peut être me m b re de plusieu r s com m u n a u t é s virtuelles (13). Les mem b r e s d'une com m u n a u t é virtuelle peuvent accéder et modifier l'état des services (15) prop re s au contene ur de leur com m u n a u t é virtuelle selon les droits qui leurs son t attrib ué s (14).
Il est à noter que la terminologie employée ici est tirée de la spécification OGSI (Open Grid Service Infras t r uc t u r e) [OGSI]. Récem m e n t, les concept s OGSI ont été repris un à un avec une nouvelle termin ologie issue du groupe de nor m alisa tion WSRF (Web service Resource fram ewor k) [WSRF]. Ainsi, la notion de service insta nc e corres p o n d à WS- Resso u rce s dans la nouvelle terminologie et la notion d'iden tifian t de service corres p o n d à WS- Addre s si ng.
2.4 Grille sémantiqu e
La grille séma n ti q u e a été prop o s ée en 2001 par David DeRoure [ROU, 2001] par analogie au web sém an ti qu e [BER, 2001], [W3C, 2001]. Cette prop osi tio n repose sur l'idée que la gestion de l'état dan s les services grille app ort e une dimen sio n nouvelle pour les services collabor atifs synchro ne s. Une convers a ti o n entre plusieu rs interlocu te u r s est un exem ple typique de service collabor atif synchro n e. A chaque interven tio n, les participa n t s qui évoluent dans leur pro p re context e se retro uve n t dans un état cognitif nouvea u. Cette situation s'app lique de la mêm e manière pour les services grille ou à chaque service grille corres p o n d un interlocu te u r. Il est à noter qu'en l'abse nce de la gestion de l'état dans les services, le web séma n tiq u e n'est pas adapt é aux services collabora tifs synchro n e s.
2.5 Vers une virtualisation complèt e:
OGSA + l'humain = OGHSA
Com m e illust ré sur la figure 3, tout n'est pas spécifié dans OGSA: il man qu e l'interface utilisateu r pour que la chaîne de virtualisa tio n soit com plèt e. Le but de la prop osi tion
Figure 2 : Ce mo dèle OGSA simplifié décrit un ense m ble d'unité s de resso u rce
d'OGHSA [CER, 2001] est de placer hu main en tant qu'agen t à l'extré mit é de la chaîne de virtu alisa tio n et de simplifier l'utilisatio n côté client.
Afin de ne pas exclure les utilisate u r s non -administ r a t e u r de leur inform a tiq u e, aucune installation particulière ne doit être requise. C'est sans aucun doute l'aspec t le plus visible pour l'utilisate u r final. Typiqu e m e n , l'usage d'un client tel un simple navigate u r et d'une machine virtuelle Java est suffisan t.
Ainsi, la suite de cet article décrit com m e n t le bureau partagé couplé à un mécanis m e d'arbit rage multi - utilisateu r s peut répon d r e à la problé m a tiq u e d'OGHSA dans un context e collabora tif.
3
LE BUREAU PARTAGÉ
Le burea u part agé est une applicatio n type par mi celles que David DeRoure classifie com m e un « Live Infor m a tion Syste m for
Collaboration ».
Le burea u partagé prop o s é ici a pour but d'offrir à une com m u n a u t é virtu elle un espace de collabora tio n cons tit u é d'o utils, de fichiers et de règles d'accès concurr e n tiels. Il se présen t e com m e un espace de travail multi -fenêt re s dont tous les utilisateu r s d'info r m a ti q u e son t familiers mais avec la pos sibilité de visualiser en tem p s réel et à des point s différent s les action s de chacun et de deman d e r la main à tour de rôle pour la prise en main du bureau part agé.
3.1 Concept général
L'objet utilisé pour nos expéri me n t a ti o n s s'app uie sur le protocole RFB (Remote Frame Buffer) [RFB, 2005]. Une étude en cours [DUG, 2005a] mont r e que cette technologie répo n d efficace me n t aux exigences liées à l'interaction entre un utilisateu r et une session graphiqu e distant e.
Com m e le décrit la figure 4, ce prot ocole per me t d'enca p s u ler une session grap hi que (i.e. Client (a) + Serveur X (c) ) accessible simul ta né m e n t par de multiples insta nc es RFB cliente s (d) (e) au moyen d'écha ng es de l'état graphiq u e avec un serveur RFB (a).
Sans cette encap s ula ti o n, il ne serait pas pos sible d'extraire la ses sion grap hiq ue par une relation sans état, de par la nat u re de la relatio n à état entre client (b) et serveu r X (c) .
La rupt u r e de cette relation entraîne un arrêt des proce ss u s .
Figure 4 : Ce mod èle de burea u virtuel est
une solution pratiq ue pour partager une session grap hiq u e.
Figure 3 : OGHSA pro po s e de com plé te r la chaine de virtualisation
3.2 Apport d'OGSA
Le modèle à insta nciation de services d'OGSA se prête parfaite m e n t à ce type d'app lication pour s'affranc hir du côté statiq ue de l'architect u r e client - serveur.
La figure 5 mon t re qu'un e instance de service Grille corre s p o n d dan s ce cas à une session active de bureau partagé couplée à un serveur RFB. L'usage de la Grille per m e t d'u tiliser de manière efficace des ress ou rce s distrib uée s et ainsi virtualisées. Contraire m e n t à une architect u r e de type client - serveur classique, cette pos sibilité offre l'avan tage de rendre le systè m e totale m e n t trans p a r e n t à l'utilisat eu r du point de vue technologiq ue et de per me t t r e une meilleure distrib utio n de la charge indép e n d a m m e n t de l'emplace m e n t physique des res sou rc e s.
La figure 6 sché m a ti s e la différe nce maje ure entre le mod èle d'arc hitect u re OGSA et le mod èle client serveur. Un service OGSA est insta ncié dans un conte n e u r tan dis que dans un modèle client - serveur, le service fourni par le serveur est actif sur une machine hôte accessible par son adres se IP.
4
EXPÉRIMENTATION
4.1 Contexte
Ce plan d'expé ri m e n t a ti o n s'inscrit dan s la continuit é du scéna rio ENCoRE décrit dans la propo si tion initiale [LEM, 2004] et faisant partie du cadre du projet ELeGI [ELeGI]. Une étape préliminaire consis te à suivre une déma rc he d'a mo r çage pour forme r une com m u n a u t é virtuelle disp os a n t d'un espace de travail adéq uat. Cette étap e est décrite précisé m e n t dans un précéde n t article [DUG, 2005 b]. A ce stade, cette expéri m e n t a t io n s'inté re s s e à l'interac tion entre les mem b r e s de la com m u n a u t é virtuelle.
La com m u n a u t é virtuelle est une association de chimis tes organiciens dont l'objectif est la const r uc tio n d'une ontologie partag ée pou r constit u e r une encyclopé die de chimie organiqu e.
En mode de collabo ra tio n dit synchr on e, les mem b r e s de la com m u n a u t é virtuelle inter -agisse nt en tem p s immé diat de la mê me façon que s'ils étaien t en confére nc e téléph o ni qu e. Dans ce cas précis, leur collabora tio n consist e d'une part à s'app u ye r sur des outils d'édition de texte, de grap hiq ue s et de présen t a tio n s, d'aut re part à utiliser des outils spécifiq ue s à leur besoin en chimie organiq u e. Deux de ces outils, XDrawChem [XdrawChe m] pou r l'édition de struct u r e s moléculaires et Protégé
Figure 6 : Une architect ur e orientée systè m e (à gauche) est
carcactéri sée par un hôte unique accessible par une adres s e IP, tandi s qu'un e une architect u re orientée services (à droite) est équivalen te à un ense m ble de resso u rces virtualisées au sein de laquelle peuvent s'exécute r des insta nces de service accessibles par un identifian t unique.
Figure 5 : Analogie entre un serveur RFB et une
[Protege] pou r la cons tr ucti on d'ont ologies partagées ont été identifiés à ce stade com m e répo nd a n t aux besoin s des chimiste s organiciens pour attein d re leur objectif.
La descriptio n détaillée de ces outils sort du cadre de cet article. L'accent est mis ici sur le principe de pas sage de main entre les différen t s intervena n t s .
4.2 Architecture propo s é e
L'architect u r e pro po s ée ici est une solution de type OGHSA qui combine OGSA, le prot ocole RFB et qui décrit les mécanis m e s pou r altern er la prise de main lorsq ue celle - ci est sollicitée par les différe nt s mem b re s de la com m u n a u t é virtuelle.
Chacun des me m b re s peut visualiser sur son horizo n pers o n n el un ou plusieu r s bureaux. L'un de ces burea u est visible de tous. Afin de rendre ces collabora tion souples et efficaces, deux situatio ns ont été envisagée s:
Figure 8 : Situatio n 2; les utilisateu r s dema n d e n t la main pour agir sur le bureau virtuel
com m u n à tous les autres utilisateu r s.
Figure 7 : Situatio n 1; les utilisate u r s inter agissen t hors ligne avec leur burea u individuel
Situation 1 Comm u t a ti o n entre plusieur s bureaux prop re s à chaq ue utilisate u r. Chaqu e utilisateu r peut dema n d e r de diffus er son prop re burea u.
Situation 2 Partage et action conjointe sur un burea u com m u n . A partir d'un seul burea u com m u n à tous les mem b r e s, chacun peut deman d e r de pren d re la main pour agir sur ce bureau.
4.2.1 Situation 1: Diffusion de burea ux
individuels
La pre mière situatio n corres p o n d à la méta p h o r e de l'écran blanc. Chaque me m b r e peu t dema n d e r de projet er son bureau perso n n el, visible de tous les autres me m b r e s. Seul l'utilisate u r peut agir sur son propre bureau mêm e hors du mom e n t de diffusion. Figure 7 illust re ce mécanis m e avec trois utilisateu r s A, B et C. Ils peuven t agir à tout mo me n t sur un bouto n de dema n d e de diffusion de leur burea u; cette dem an d e est alors mise en file d'att en t e jusqu 'à ce que la deman d e précéde n t e ai été servie (lorsque l'utilisate u r à relâché la main).
Cette situatio n per me t aux chimiste s de prép a re r leurs idées ou leurs diagra m m e s sur leur prop r e bureau puis de les diffus er au mo me n t voulu. Il est aussi possible d'envisage r un progra m m e de form a tio n pou r maîtriser un outil spécifique com m e Protégé. Cet outil per me t de const rui re des ontologies partagées. Chaque me m b re peut exécuter une session cliente sur son bureau et agir sur l'ontologie partagée à tout mom e n t. Lorsque une ques tio n d'utilisation se pose, la mise en com m u n de la vue sur ce client perm e t d'aide r plus facilemen t l'enseigna n t à répon d r e à la ques tio n.
4.2.2 Situation 2: Partage et action
conjointe sur un bureau com m u n
La second e situation corres p o n d à la méta p h o r e du tableau blanc.
Sur la figure 8, un burea u com m u n est visualisé simulta n é m e n t par tous les utilisateu r s.
Un seul me m b re à la fois peu t pren d r e la main sur le bureau. Les autres visualisent les actions mais reste n t passifs. S'ils le désirent, il peuvent toutefois faire la dem a n d e pour pren d r e la main sur ce burea u à tout mo m e n t. Leur requêt e est mise en file d'at te n t e jusqu'à ce que le tour précéde n t soit libéré.
Dans l'expéri m e n t a ti o n avec la com m u n a u t é de chimist e s, il est envisagé de mett re en part age l'outil XdrawChe m pour la représ e nt a ti o n grap hiq ue de molécules.
Les chimistes pourr o n t à leur guise décider de pren dr e la main au gré de leurs idées.
5
CONCLUSION ET ACTIVITÉS
FUTURES
A travers la description d'une expéri m en t a ti o n avec une com m u n a u t é virtuelle de chimiste s et une applicatio n de bureau partagé, cet article illustre la migration pos sible du modèle OGSA vers le modèle OGHSA qui intègre la dimen sio n utilisateu r.
Dans notre exemple, nous nous intére s s o n s surto u t aux nouvelles pers pectives de l'architect u r e OGSA pour la collabor a tio n synchro n e, bien que de nom b re u s e s utilisatio n s de ce modèle de collabora ti on soient envisageable s.
En term es techniq ue s, la capacité à gérer l'état et la dyna micité des services dans OGSA per me t de conserver un bon équilibre de charge dans un systè m e à ressou rc e s distrib uée s. C'est un facteu r déter m i n a n t pour le dimen sion n e men t à grande échelle de services collabor atifs afin de minimiser les risque s de conges tion ou de défaillance souvent observées dan s les systè m e s centralisés. Par ailleurs, les technologies relatives au burea u virtuel, notable m e n t la com p r e s sio n grap hiq ue, ont atteint aujour d' h ui un stade de mat u ri té qui confort e son poten tiel pour être maîtrisable immé diat e m e n t par des utilisate ur s non expert s ou non adminis tr a t e u r s de leur infor m a t iq u e.
En term e s d'utilisation, les mécanis m e s de prise de main sur le burea u virtuel constit u e n t de deux manière s différe n t e s l'élém en t modér a t e u r de la collabora ti on. Plus généralem e n t , c'est un éléme n t central de tou t « Live Infor m a tion Syste ms for Collaboration » de DeRoure.
L'étape suivante de cette dém a rc he consis te à valider ce mod èle avec des tes ts subjectifs. Dans un pre mier tem p s notre choix se porte sur une com m u n a u t é de chimiste s qui déjà été identifiée. Il est envisagé aussi d'inviter des scientifiqu es d'autre s disciplines (patri m oi ne) ayant com m e but de const r uir e de la connais s a n c e de manière collabora tive en utilisant un environ ne m e n t de travail com m u n.
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