Support information to scientific workflow scheduling for execution in cloud computing platforms

A ciência tem feito uso frequente de recursos computacionais para execução de experimentos e processos científicos, que podem ser modelados como workflows que manipulam grandes volumes de dados e executam ações como seleção, análise e visualização desses dados segundo um procedimento determinado. Workflows científicos têm sido usados por cientistas de várias áreas, como astronomia e bioinformática, e tendem a ser computacionalmente intensivos e fortemente voltados à manipulação de grandes volumes de dados, o que requer o uso de plataformas de execução de alto desempenho como grades ou nuvens de computadores. Para execução dos workflows nesse tipo de plataforma é necessário o mapeamento dos recursos computacionais disponíveis para as atividades do workflow, processo conhecido como escalonamento. Plataformas de computação em nuvem têm se mostrado um alternativa viável para a execução de workflows científicos, mas o escalonamento nesse tipo de plataforma geralmente deve considerar restrições específicas como orçamento limitado ou o tipo de recurso computacional a ser utilizado na execução. Nesse contexto, informações como a duração estimada da execução ou limites de tempo e de custo (chamadas aqui de informações de suporte ao escalonamento) são importantes para garantir que o escalonamento seja eficiente e a execução ocorra de forma a atingir os resultados esperados. Este trabalho identifica as informações de suporte que podem ser adicionadas aos modelos de workflows científicos para amparar o escalonamento e a execução eficiente em plataformas de computação em nuvem. É proposta uma classificação dessas informações, e seu uso nos principais Sistemas Gerenciadores de Workflows Científicos (SGWC) é analisado. Para avaliar o impacto do uso das informações no escalonamento foram realizados experimentos utilizando modelos de workflows científicos com diferentes informações de suporte, escalonados com algoritmos que foram adaptados para considerar as informações inseridas. Nos experimentos realizados, observou-se uma redução no custo financeiro de execução do workflow em nuvem de até 59% e redução no makespan chegando a 8,6% se comparados à execução dos mesmos workflows sendo escalonados sem nenhuma informação de suporte disponível.Science has been using computing resources to perform scientific processes and experiments that can be modeled as workflows handling large data volumes and performing actions such as selection, analysis and visualization of these data according to a specific procedure. Scientific workflows have been used by scientists from many areas, such as astronomy and bioinformatics, and tend to be computationally intensive and heavily focused on handling large data volumes, which requires using high-performance computing platforms such as grids or clouds. For workflow execution in these platforms it is necessary to assign the workflow activities to the available computational resources, a process known as scheduling. Cloud computing platforms have proved to be a viable alternative for scientific workflows execution, but scheduling in cloud must take into account specific constraints such as limited budget or the type of computing resources to be used in execution. In this context, information such as the estimated duration of execution, or time and cost limits (here this information is generally referred to as scheduling support information) become important for efficient scheduling and execution, aiming to achieve the expected results. This work identifies support information that can be added to scientific workflow models to support efficient scheduling and execution in cloud computing platforms. We propose and analyze a classification of such information and its use in Scientific Workflows Management Systems (SWMS). To assess the impact of support information on scheduling, experiments were conducted with scientific workflow models using different support information, scheduled with algorithms that were adapted to consider the added information. The experiments have shown a reduction of up to 59% on the financial cost of workflow execution in the cloud, and a reduction reaching 8,6% on the makespan if compared to workflow execution scheduled without any available supporting information