資料4-1-1 「e-サイエンス実現のためのシステム統合・連携ソフトウェアの研究開発」最終成果報告1.研究コミュニティ形成のための資源連携技術に関する研究1

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1 次世代 IT 基盤構築のための研究開発 : e- サイエンス実現のためのシステム統合 連携ソフトウェアの研究開発 1 研究コミュニティ形成のための 資源連携技術に関する研究の概要 (RENKEI * Project) 2012 年 5 月 29 日 研究代表者 国立情報学研究所特任教授三浦謙一 *RENKEI: Resources Linkage for e-science

2 背景と目的 2 e- サイエンス 計算機やデータ ユーザ等からなる研究コミュニティを柔軟に形成することにより実現する新たな科学技術研究手法 e- サイエンスの実現 単一のグリッドによる研究基盤とコミュニティの形成からさらに発展の段階へ 運用形態の異なる資源間の連携が新たに必要 研究室レベルの資源と情報基盤センターレベルの資源の連携 異種グリッドミドルウェア間の連携目的研究室の資源 (LLS) 情報基盤センターの高性能資源群 (NIS) 異種グリッドミドルウェア上で提供される計算 データ データベース等を柔軟に共有 連携させ 仮想研究コミュニティを形成しかつ運用するための基盤技術を確立する NIS:National Infrastructure Systems, LLS:Laboratory Level Systems

3 次世代計算研究環境としての展開 3 理研次世代スパコン計算環境 (H24) HPC インフラ / コンソーシアム グリッド研究会 / グリッド作業部会 情報基盤センター群グリッド 理研との共同研究 NIS レベルグリッド 分野別研究機関グリッド 実証評価環境 e- サイエンスプロジェクト 国際連携 (OGF-PGI,EGEE,Teragrid etc.) 分野別研究コミュニティ研究室レベル ( エンドユーザ ) 学内計算資源クラスター

4 e-サイエンス実現のためのシステム統合 連携ソフトウェアの研究開発目標 4 計算アプリケーションユーザ 計算 / データグリッドアプリケーションユーザ アプリケーション開発者 4 サブテーマ (1) 計算連携目的 : 研究室レベル 情報基盤センターレベル間でのシームレスなジョブ実行技術に関する研究 サブテーマ (2) データ共有目的 : 研究室レベル 情報基盤センターレベル間, 異種グリッド環境下でのデータ共有技術に関する研究 サブテーマ (4) アプリケーションインタフェース目的 : 異種グリッド環境下でのアプリケーション開発者向けインタフェースに関する研究 研究室 DB グリッドミドルウェア 情報基盤センター群 DB DB 海外とのインターオペレーション DB サブテーマ (5) 実証評価 ユーザ連携目的 : 実証評価基盤の構築, 情報基盤センターおよびエンドユーザと連携した実証評価 情報基盤センターユーザ 情報基盤センターユーザ等 事例 :* 名大太陽地球環境研究所 * 北大インタークラウド *HPCI 共用ストレージ サブテーマ (3) データベース連携目的 : 異種データベースの連携 統合, ユーザ認証情報の管理技術に関する研究 グリッドミドルウェア データベースユーザ

5 研究実施体制 5 研究代表者国情研三浦謙一 (66) (1) 計算連携技術に関する研究 (3) データベース連携技術に関する研究 アプリケ ション研究者層 ニーズ フィードバック玉川大学 宇佐見仁英 (61) 国情研 合田憲人 (44) 富士通 恒川隆洋 (59 ) (2) データ共有技術に関する研究 大阪大学 松田秀雄 (52) 筑波大学 建部修見 (42) 研究協力 開発 開発 情報基盤センター群テストベッドインフラ 開発 開発 産総研 関口智嗣 (53) (4) マルチグリッドミドルウエア環境下での API に関する研究 支援 KEK 佐々木節 (48) フィードバック RENKEI-PoP SINET4 (5) 実証評価 ユーザ連携 東京工業大学 松岡聡 (48)

6 研究開発実施計画 6 研究開発項目および小項目平成 20 年度平成 21 年度平成 22 年度平成 23 年度 (1) 計算連携技術に関する研究 (1-1) ワークフローシステムに関する研究 (1-2) 異種グリッドミドルウェア間インタオペレーションに関する研究 (1-3) アプリケーション共有方式に関する研究 (2) データ共有技術に関する研究 (2-1) 広域分散ファイルシステムに関する研究 (2-2) ファイルカタログシステムに関する研究 (3) データベース連携技術に関する研究 (3-1) データベース連携 統合技術 基本設計 基本設計 基本設計 基本設計 基本設計 外部仕様設計 プロトタイプ実装 評価 プロトタイプ実装 評価 プロトタイプ実装 評価 プロトタイプ実装 評価 プロトタイプ実装 評価 内部仕様設計 プロトタイプ実装 プロトタイプ評価 機能強化 プロトタイプ評価 機能強化 プロトタイプ評価 機能強化 プロトタイプ評価 機能強化 プロトタイプ評価 機能強化 プロトタイプ評価 機能強化 連携試験 評価 改良 連携試験 評価 改良 連携試験 評価 改良 連携試験 評価 改良 連携試験 評価 改良 連携試験 評価 改良 (3-2) ユーザ認証情報管理技術 基本設計 プロトタイプ実装 プロトタイプ評価 機能強化 単体試験 評価 改良 連携試験 評価 改良 (4) マルチグリッド環境下でのアプリケーションインタフェースに関する研究 (4-1) アプリケーションインタフェースに関する研究 調査 基本設計 プロトタイプ実装 評価 プロトタイプ評価 機能強化 連携試験 評価 改良 (5) 実証評価 ユーザ連携 (5-1) 研究コミュニティ構築のための実証基盤に関する研究 基盤構築 計測評価技術開発 基盤仮運用 基盤運用拡張 運用レベル実証評価 (5-2) 研究コミュニティの構築と運営支援 ユーザ開拓着手 ユーザ開拓 開発へフィードバック ユーザ開拓 開発へフィードバック 利用促進 開発へフィードバック

7 背景 サブテーマ 1: 計算連携技術 従来のグリッドコンピューティングの限界 異なる運用形態 ( 研究室 / 基盤センター / 海外グリッド ) の計算資源にまたがった計算を実行できない. 目的 運用形態の異なる計算資源間のシームレスな計算 ( ジョブ ) 実行を実現し, 計算資源を効率的かつ柔軟に活用する. 7 研究開発項目 ワークフローシステム 異種グリッドミドルウェア間インタオペレーション アプリケーション共有方式 A 大学 NIS 国内グリッド B 大学 DB C 研究所 海外グリッド 海外グリッド 研究室 / 学科等 LLS

8 8 ワークフローシステムの利用例 Dam Break Simulation using OpenFOAM globus Gfarm globus PreWF NISCal PostWF Mesh NAREGI LLSfrom reconst view decomp LLStoGfa precalpo dammes damcom

9 Interoperation 5 th IEEE escience 9 アプリケーション : Minem(Plasma Charge Minimization) 球体表面の点電荷の全エネルギーの最小化 前処理 後処理をローカル環境で 本処理をグリッド環境で処理 HPCBP による複数のグリッドへのジョブ投入のための問題点の調査と解決. Oxford e-research Centre : HPCBP(BES, JSDL, etc.) : FTP or GridFTP Minem 前処理 : 入力データの生成 (Perl) UNICORE (DEISA) Minem Image: Copyright OeRC Web サーバ Minem 本処理 : データステージング BES クライアントから Grid 資源へジョブ投入 (CUI) 後処理 1: 最適な結果の選択 (Perl) 後処理 2: Web サーバへアップロード GridSAM (UK-NGS/OMII-UK) ARC (NorduGrid) Genesis II (U of Virginia) RENKEI (NII) Minem Minem Minem Minem ローカル環境 Internet グリッド環境

10 アプリケーション共有方式 10 目的 研究コミュニティ あるいは研究グループで共有したい知の集積としてのアプリケーションをLLS とNIS の異なった運用環境において 統一的に共有 管理する使い勝手の良いAHS( Application Hosting Service) の方式と実証に関する研究を実施する 仮想組織 (Virtual Organization) NIS,LLSでのアプリ共有 管理グループ単位の管理 VO2 VO3 NIS,LLS 環境での統一的なアプリケーションの登録 およびNIS,LLS 資源へアプリアプリ開発者利用者の配置機能 A 大学 D 大学 ACS(Application Contents Service) に B 大学準拠したアプリケーションおよびワーク C 大学フローの管理機能 ワークフローと連携した実行シナリオ作成支援機能 国際共同研究コミュニティ VO1 NIS Grid LLS Grid

11 サブテーマ 2: データ共有技術 研究の背景 11 実験技術や IT の進歩により大量データ ( Big Data ) の発信 分散しているため利用困難 目標 1. 広域分散ファイルシステムに関する研究 ( 筑波大学 ) ( 目標 ) 国内に散在する研究データに対してどの場所からでも効率的にアクセス 2. ファイルカタログシステムに関する研究 ( 大阪大学 ) ( 目標 ) 海外で運用されている異種グリッドミドルウェア上のデータを共有 A 研究室 異種グリッドのファイル情報検索 データアクセス B 研究室 C 研究室 ファイルカタログ ファイル情報の登録 相互運用 ファイル情報の登録 ファイルカタログ 広域分散ファイルシステムによるファイル共有 データアクセス ファイルの転送異種グリッドミドルウェア (EGEE gliteなど ) A 情報基盤センター B 情報基盤センター

12 RNS ファイルカタログの特徴 12 国際標準仕様 OGF Specification である RNS (Resource Namespace Services) に基づいている 特定のミドルウェアに依存しない 複数のRNSサーバを連携して 論理的に1 個のファイルカタログを構成することができる 大規模なファイルカタログを 特定のサーバに集中させることなく 複数のサーバに分割して負荷分散ができる XML メタデータでファイル情報を検索可能 論理的な名前空間上でファイルの位置情報やメタデータの登録 / 削除 / 検索 クライアント RNS ファイルカタログサーバ ogf / gfs ファイルへのアクセス ファイルシステム ファイルシステム ファイルシステム

13 RNS:Lookup 操作とメタデータ検索の性能比較 13 RENKEI-PoP 環境 (RPoP-NII) 上で ILC のファイルカタログデータをもとに処理時間を測定 (3 回実行したときの平均値 ) Lookup 操作は 1 エントリごとにクライアントから操作する必要があるが メタデータ検索は 1 回の操作でサーバ内で処理される 処理時間 ( 秒 ) Lookup XQuery エントリ数

14 Gfarm2 ソフトウェアリリース状況 リリース日バージョン新機能 DL 数 /3/ 数百クライアント対応, 遠隔アクセス高速化 /8/ 拡張属性,XML 拡張属性と検索 /3/ MDS のフェイルオーバ対応, クオータ機能 /7/ Gfarm2fs の自動複製機能,Hadoop プラグイン /7/ 更新型一貫性制御 /12/ 自動複製作成, 拡張属性キャッシュ,Samba /4/ 拡張 ACL, 分散 Gfarm 対応 /8/ 同期 非同期メタデータ複製, 読込中のgfsd 障害対応 /9/ 不具合修正 /12/ 不具合修正, ファイルトレース対応 /12/ 不具合修正,GSI の性能向上,MPI-IO/Gfarm /2/ 不具合修正 105 合計 4, 年 3 月現在

15 Gfarm2: 実証実験 ~ 天文学への応用 ~ 15

16 サブテーマ 3: データベース連携技術 内容 1. 異種の分散データベースを連携 統合するミドルウェアの研究開発 特徴 分散統合を含むデータベース統合処理を可能とする WebDB や RDF に加え 全文検索エンジンもデータソースとして取り込むなど 異種多様なソースを結合する エンドユーザや応用プログラムに対して簡便なインタフェースを提供する 2. ユーザ認証情報生成管理技術の研究 特徴 データベースへのアクセス制御の基礎となるユーザの認証情報を簡便かつ様々な手段で生成 管理する ユーザ名 パスワードによる OpenID をベースにする 手持ちのユーザ証明書を用いる など 16 エンドユーザや応用プログラムに対して簡便なインタフェースを提供する 認証情報を簡便かつ様々な手段で生成 管理する 分散環境における異種多様なデータベースを連携 統合する user A 認証情報 分散統合を含むデータベース統合処理を可能とする RDB XMLDB WebDB RDF 検索エンジン 関係 (Relational) データベース XML データベース Web 上で検索可能なデータベース セマンティック Web のデータベース Google,Yahoo など

17 ユーザ認証情報生成管理技術 :TSUKUBA-GAMA の開発 17

18 サブテーマ 4: マルチグリッド環境下での API UGI* アーキテクチャ 18 Application Python API Command Line Interface Web Interface Universal Grid User Interface (Python) UGI Layer RNS Client SAGA File SAGA Job SAGA SD Monitor RNS Server GsiFTP NAREGI Globus LSF/PBS/Torque LFC Gfarm glite Cloud irods/sr B *) UGI: Universal Grid User Interface

19 SAGA: A Simple API for Grid Applications SAGA は OGF(Open GRID Forum) で標準化が進められているミドルウエアとユーザアプリケーションをブリッジする High-level programming interface である C++ 実装と JAVA の実装があり RENKEI では C++ 実装とその Python wrapper を利用 アダプタの実装により新しい技術に対応 SD SAGA のアダプタとしては ローカルジョブ バッチスケジューラ グリッド クラウドが既に開発されており 様々な環境に適用することが可能である

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