Performance control of internet-based engineering applications.

2006/2007Grazie alle tecnologie capaci di semplificare l'integrazione tra programmi remoti ospitati da differenti organizzazioni, le comunità scientifica ed ingegneristica stanno adottando architetture orientate ai servizi per: aggregare, condividere e distribuire le loro risorse di calcolo, per gestire grandi quantità di dati e per eseguire simulazioni attraverso Internet. I Web Service, per esempio, permettono ad un'organizzazione di esporre, in Internet, le funzionalità dei loro sistemi e di renderle scopribili ed accessibili in un modo controllato. Questo progresso tecnologico può permettere nuove applicazioni anche nell'area dell'ottimizzazione di progetti. Gli attuali sistemi di ottimizzazione di progetti sono di solito confinati all'interno di una singola organizzazione o dipartimento. D'altra parte, i moderni prodotti manifatturieri sono l'assemblaggio di componenti provenienti da diverse organizzazioni. Componendo i servizi delle organizzazioni coinvolte, si può creare un workflow che descrive il modello del prodotto composto. Questo servizio composto puo a sua volta essere usato da un sistema di ottimizzazione inter-organizzazione. I compromessi progettuali che sono implicitamente incorporati per architetture locali, devono essere riconsiderati quando questi sistemi sono messi in opera su scala globale in Internet. Ad esempio: i) la qualità delle connessioni tra i nodi può variare in modo impredicibile; ii) i nodi di terze parti mantengono il pieno controllo delle loro risorse, incluso, per esempio, il diritto di diminuire le risorse in modo temporaneo ed impredicibile. Dal punto di vista del sistema come un'entità unica, si vorrebbero massimizzare le prestazioni, cioè, per esempio, il throughput inteso come numero di progetti candidati valutati per unità di tempo. Dal punto di vista delle organizzazioni partecipanti al workflow si vorrebbe, invece, minimizzare il costo associato ad ogni valutazione. Questo costo può essere un ostacolo all'adozione del paradigma distribuito, perché le organizzazioni partecipanti condividono le loro risorse (cioè CPU, connessioni, larghezza di banda e licenze software) con altre organizzazioni potenzialmente sconosciute. Minimizzare questo costo, mentre si mantengono le prestazioni fornite ai clienti ad un livello accettabile, può essere un potente fattore per incoraggiare le organizzazioni a condividere effettvivamente le proprie risorse. Lo scheduling di istanze di workflows, ovvero stabilire quando e dove eseguire un certo workflow, in un tale ambiente multi-organizzazione, multi-livello e geograficamente disperso, ha un forte impatto sulle prestazioni. Questo lavoro investiga alcuni dei problemi essenziali di prestazioni e di costo legati a questo nuovo scenario. Per risolvere i problemi inviduati, si propone un sistema di controllo dell'accesso adattativo davanti al workflow engine che limita il numero di esecuzioni concorrenti. Questa proposta può essere implementata in modo molto semplice: tratta i servizi come black-box e non richiede alcuna interazione da parte delle organizzazioni partecipanti. La tecnica è stata valutata in un ampio spettro di scenari, attraverso simulazione ad eventi discreti. I risultati sperimentali suggeriscono che questa tecnica può fornire dei significativi benefici garantendo alti livelli di throughput e bassi costi.Thanks to technologies able to simplifying the integration among remote programs hosted by different organizations, engineering and scientific communities are embodying service oriented architectures to aggregate, share and distribute their computing resources to process and manage large data sets, and to execute simulations through Internet. Web Service, for example, allow an organization to expose the functionality of its internal systems on the Internet and to make it discoverable and accessible in a controlled manner. Such a technological advance may enable novel applications also in the area of design optimization. Current design optimization systems are usually confined within the boundary of a single organization or department. Modern engineering products, on the other hand, are assembled out of components developed by several organizations. Composing services from the involved organizations, a model of the composite product can be described by an appropriate workflow. Such composite service can then be used by a inter-organizational design optimization system. The design trade-offs that have been implicitly incorporated within local environments, may have to be reconsidered when deploying these systems on a global scale on the Internet. For example: i) node-to-node links may vary their service quality in an unpredictable manner; ii) third party nodes retains full control over their resources including, e.g., the right to decrease the resource amount temporarily and unpredictably. From the point of view of the system as a whole, one would like to maximize the performance, i.e. throughput the number of candidate design evaluations performed per unit of time. From the point of view of a participant organization, however, one would like to minimize the cost associated with each evaluation. This cost can be an obstacle to the adoption of this distributed paradigm, because organizations participating in the composite service share they resources (e.g. CPU, link bandwidth and software licenses) with other, potentially unknown, organizations. Minimizing such cost while keeping performance delivered to clients at an acceptable level can be a powerful factor for encouraging organizations to indeed share their services. The scheduling of workflow instances in such a multi-organization, multi-tiered and geographically dispersed environment have strong impacts on performance. This work investigates some of the fundamental performance and cost related issues involved in such a novel scenario. We propose an adaptive admission control to be deployed at the workflow engine level that limits the number of concurrent jobs. Our proposal can be implemented very simply: it handles the service as black-boxes, and it does not require any hook from the participating organizations. We evaluated our technique in a broad range of scenarios, by means of discrete event simulation. Experimental results suggest that it can provide significant benefits guaranteeing high level of throughput and low costs.XX Ciclo197