Inteligentna chmura

Rys. 1. Superkomputer - TRYTON

CI TASK to jeden wiodących w Polsce operatorów infrastruktury informatycznej dla pomorskiego środowiska akademickiego, funkcjonujący w ramach Politechniki Gdańskiej. Dysponuje jedynym w północnej Polsce Komputerem Dużej Mocy (KDM). Dostarcza usługi sieciowe i obliczeniowe oraz oprogramowanie dla ponad 1200 użytkowników z ponad 35 instytucji krajowych i 15 instytucji zagranicznych.

Do zasobów KDM zalicza się m.in. superkomputer TRYTON o mocy obliczeniowej 1,5 PFLOPS (wymieniany na prestiżowej liście TOP 500 – patrz rys. 1). CI TASK realizuje europejskie projekty PRACE, krajowe PLATON, PL-GRID, NewMAN współpracując z innymi centrami KDM w kraju, prowadzi samodzielne projekty dotyczące rozwoju chmury obliczeniowej, systemów Internetu Rzeczy, Repozytorium Dokumentów Cyfrowych (RDC) oraz przetwarzania danych geo-satelitarnych. CI TASK przygotowuje się do budowy nowoczesnej serwerowni w ramach projektu pt. Utworzenie w Gdańsku Centrum Kompetencji STOS (Smart and Transdisciplinary KnOwledge Services) w zakresie infrastruktury B+R (realizacja 2019-2021) spełniającej najwyższe standardy bezpieczeństwa i niezawodności (TIER III/IV, ANSI/TIA-942), do przetwarzania i długoterminowego przechowywania cennych danych. 

Rys. 2. Sieć szkieletowa TASK

W tym roku obchodzimy 25 lecie porozumienia TASK, które zapoczątkowało budowę Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej. Jej uproszczony schemat podano na rys. 2. W roku przyszłym podobny jubileusz dotyczyć będzie powołania operatora tej infrastruktury sieciowej – CI TASK. Jubileuszowe logo CI TASK przedstawia rys. 3. Nasze hasło promocyjne „Sieć współpracy, moc obliczeń” oddaje wiernie podstawowe funkcje realizowane przez CI TASK. Centrum zapewnia efektywną komunikację pomiędzy użytkownikami i platformami oferującymi szeroką gamę usług, które mogą być szybko realizowane na superkomputerze. To oznacza znaczne przyspieszenie realizacji badań naukowych. Odczyt hasła w odwrotnym kierunku „Moc obliczeń – sieć współpracy” ma już inną wymowę, wpisując się w nowe trendy rozwoju gospodarki. Oferowana moc obliczeń, tak niezbędna przy analizie ogromnych zbiorów różnego typu danych, staje się pomostem współpracy pomiędzy nauką i biznesem, wiążąc te dwie główne dziedziny w efektywną sieć współpracy. Takie podejście przyczynia się do wypracowania różnego typu rozwiązań innowacyjnych, przydatnych społeczeństwu. 

Rys. 3. Logo Jubileuszowe CI TASK z hasłem promocyjnym

Inteligentna chmura

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej od ćwierć wieku zajmuje się obsługą środowiska naukowo-badawczego w zakresie dostępu do krajowej i światowej sieci informatycznej, serwisów informacyjnych i baz danych oraz udostępnianie poprzez sieć mocy obliczeniowych serwerów wraz z oprogramowaniem użytkowym. Na koncie ma realizację wielu znaczących projektów. Jednym z nich był projekt realizowany z firmą Intel Technology Poland Sp. z o.o. w ramach INNOTECH – „Komponent Rekomendacji dla Inteligentnych Chmur Obliczeniowych” – KRICO. 

Projekt KRICO

Utrzymanie całej infrastruktury informatycznej jest przedsięwzięciem kosztownym. Wymaga dużych nakładów modernizacyjnych, jak chociażby specjalistów z dziedziny informatycy-administratorzy. Rozwiązaniem problemu jest wydzierżawienie zasobów informatycznych od firm zewnętrznych, które świadczą tego typu usługi. Do podstawowych rozwiązań zalicza się chmurę obliczeniową, która oferuje wymagane zasoby, zapewnia dostęp do odpowiednich serwerów danych, usług oraz aplikacji. – Na ogół rozwiązanie chmurowe jest interesujące dla większości organizacji, ponieważ zwalnia je z obowiązku pielęgnowania i rozwoju infrastruktury informatycznej oraz umożliwia skoncentrowanie się tylko na prowadzonej przez nią działalności. Co istotne, koszty wynajmu są mniejsze niż utrzymywanie własnej infrastruktury. Dlatego popularność tego typu rozwiązania stale wzrasta, zaś zakres usług oferowanych przez chmurę poszerza się – mówi prof. Henryk Krawczyk.

Zespół pod kierunkiem dyrektora CI TASK zrealizował projekt KRICO. Celem projektu był rozwój technologii chmur obliczeniowych adaptujących się do efektywnego wykonania różnych klas usług. Podstawą proponowanego rozwiązania było opracowanie komponentu rekomendacji oferującego zaawansowane metody wspomagania mechanizmów zarządzania zasobami w heterogenicznych chmurach obliczeniowych opartych o darmowe oprogramowanie OpenStack. Komponent rekomendacji oferuje trzy podstawowe funkcje: klasyfikację usług, estymację wykorzystania zasobów sprzętowych i automatyczną kalibrację. – Dzięki powyższym funkcjonalnościom, komponent rekomendacji umożliwia zwiększenie efektywności alokacji zasobów w chmurze obliczeniowej, dostarczając rekomendacji w procesie doboru optymalnych węzłów obliczeniowych chmury dla wykonania konkretnych usług lub aplikacji uruchamianych przez użytkowników. Technologia stanowi znaczący krok w kierunku wdrożenia koncepcji tzw. inteligentnych chmur obliczeniowych (ang. smart cloud computing), cechującej się m. in. efektywnym wykorzystaniem dostępnych zasobów. – podkreśla prof. Henryk Krawczyk. To jest ważne zarówno dla dostawcy chmury jaki i jej użytkowników ponieważ obniża koszt obliczeń. Do współpracy w tym projekcie naukowcy z Gdańska zaprosili firmę Intel Technology Poland Sp. z o.o. Projekt składał się z kilku etapów. Zespół z firmy Intel przygotował na potrzeby realizacji projektu badawczo-naukowego odpowiednie laboratorium zapewniając bezpieczny dostęp członkom zespołu projektowego. Dedykowane środowisko pozwoliło z kolei naukowcom na przeprowadzenie dużej liczby eksperymentów, w efekcie których znaleziono zależności pomiędzy kategorią usługi, a zasobami obliczeniowymi niezbędnymi do jej poprawnego wykonania. Wyniki naukowców były weryfikowane przez pracowników firmy. Wspólna praca nauki i biznesu zaowocowała powstaniem prototypem komponentu oraz na dalszym etapie prac – wersją produkcyjną.

Komponent rekomendacji składa się z kilku modułów KRICO-Service, KRICO-Monitor oraz KRICO-Database. Każdy moduł jest odpowiedzialny za część funkcjonalności komponentu. KRICO-Service dostarcza funkcjonalność serwera REST API, synchronizacji i kalibracji modeli, oraz diagnostyki komponentu. Jak podkreślają eksperci, moduł ten powinien być uruchamiany na maszynie z dostępem do odpowiednich funkcjonalności oprogramowania OpenStack. – KRICO-Monitor odpowiada za zbieranie metryk sprzętowych z serwerów, na których uruchamiane są usługi. Dostarcza dane telemetryczne dotyczące wykorzystania zasobów węzła chmury obliczeniowej, oraz w ramach procesu instalacji dokonuje badania wydajności podzespołów. Jest instalowany na wszystkich węzłach obliczeniowych działających w ramach środowiska OpenStack. Ostatnim z modułów jest KRICO-Database. Jest to baza uruchomiona na dedykowanej maszynie, która służy do agregacji danych telemetrycznych zbieranych przez serwis monitorujący. Ponadto moduł przechowuje modele klas obciążeń, na bazie których przeprowadzana jest estymacja zasobów i klasyfikacja usług. Jest to punkt centralny całego komponentu. – wyjaśnia dr inż. Jerzy Proficz, zastępca dyrektora Centrum Informatycznego TASK. 

Rys. 4. Sposób wykorzystania komponentu KRICO

Opracowany komponent, którego sposób wykorzystani przedstawia rys. 4 może być wykorzystany w każdej chmurze obliczeniowej opartej o oprogramowanie OpenStack. Wymagana jest tylko odpowiednia konfiguracja komponentu rekomendacji. Spółka Intel bardzo skorzystała na współpracy z CI TASK ponieważ po przebadaniu wersji produkcyjnej władze spółki podjęły decyzję, że wykorzysta ją zarówno dla własnych celów, jak też umożliwi dalsze jej udoskonalanie w trybie rozwoju otwartego oprogramowania. To z kolei otwiera drogę naukowcom do dalszych badań. W taki sposób sprawdza się dewiza „Sieć współpracy – moc obliczeń”.