[論文レビュー] Alchemi: A .NET-based Grid Computing Framework and its Integration into Global Grids

Akshay Luther, Rajkumar Buyya+2 more|ArXiv.org|Feb 10, 2004

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 18被引用数 51

ひとこと要約

Alchemi は、Unix中心のグリッドソフトウェアの優位性を克服するために、Windows ベースのデスクトップが大規模なグリッドコンピューティングに参加できるように設計された .NET ベースのグリッドコンピューティングフレームワークである。オブジェクト指向型とジョブベースのプログラミングモデルの両方をサポートし、ウェブサービスを介してグローバルグリッドと統合可能であり、専用リソースおよびボランティア（非専用）リソースの両方での柔軟な実行を可能にし、グリッドアプリケーションのプラットフォーム包括性を著しく拡大している。

ABSTRACT

Computational grids that couple geographically distributed resources are becoming the de-facto computing platform for solving large-scale problems in science, engineering, and commerce. Software to enable grid computing has been primarily written for Unix-class operating systems, thus severely limiting the ability to effectively utilize the computing resources of the vast majority of desktop computers i.e. those running variants of the Microsoft Windows operating system. Addressing Windows-based grid computing is particularly important from the software industry's viewpoint where interest in grids is emerging rapidly. Microsoft's .NET Framework has become near-ubiquitous for implementing commercial distributed systems for Windows-based platforms, positioning it as the ideal platform for grid computing in this context. In this paper we present Alchemi, a .NET-based grid computing framework that provides the runtime machinery and programming environment required to construct desktop grids and develop grid applications. It allows flexible application composition by supporting an object-oriented grid application programming model in addition to a grid job model. Cross-platform support is provided via a web services interface and a flexible execution model supports dedicated and non-dedicated (voluntary) execution by grid nodes.

研究の動機と目的

• Windows ベースのデスクトップが個人用コンピュータの大多数を占めるにもかかわらず、そのグリッドコンピューティングにおける有効なサポートの欠如に応えること。
• マイクロソフトの .NET フレームワークの広範な採用を活用し、スケーラブルで拡張可能なグリッドコンピューティングプラットフォームを構築すること。
• 柔軟な実行モデルを通じて、専用リソースおよびボランティア（非専用）リソースの両方の使用を可能にし、グリッド環境におけるリソース利用を促進すること。
• 標準化されたウェブサービスインタフェースを提供することで、クロスプラットフォーム間の相互運用性を実現すること。
• オブジェクト指向型とジョブベースの両方のプログラミングモデルをサポートすることで、アプリケーション構成の柔軟性を提供すること。

提案手法

• Windows プラットフォームをネイティブにサポートし、既存の .NET 開発エコシステムと統合できるように、Alchemi を .NET ベースのフレームワークとして設計すること。
• グリッドアプリケーションの実行、リソース割り当て、フェイルセーフの管理を担うランタイム環境を実装すること。
• 2 つのプログラミングモデルをサポートする：コンポーネントベースのグリッドアプリケーション向けのオブジェクト指向型モデルと、従来のバッチ処理スタイル実行向けのジョブモデル。
• クロスプラットフォーム間の通信と他のグリッドシステムとの相互運用性を可能にするために、ウェブサービスインタフェースを提供すること。
• 柔軟なスケジューリングおよびリソース管理モデルを通じて、専用および非専用（ボランティア）実行を両立させること。
• 標準プロトコルを介してグローバルグリッドインfrastructures と統合し、Alchemi ノードがより広範な計算グリッドに参加できることを可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Windows プラットフォーム上で効果的にグリッドコンピューティングをサポートできる .NET ベースのフレームワークは、どのように設計できるか？
• RQ2 1 つのグリッドフレームワーク内でオブジェクト指向型とジョブベースのプログラミングモデルを両立させるために、どのようなアーキテクチャパターンが必要か？
• RQ3 .NET セントリックなグリッドシステムにおいて、クロスプラットフォーム相互運用性をどのように達成できるか？
• RQ4 統一されたフレームワーク内で、専用およびボランティア（非専用）リソースの両方の使用をサポートする実行モデルは何か？
• RQ5 既存のグローバルグリッドインfrastructures に .NET ベースのグリッドフレームワークをどのように統合できるか？

主な発見

• Alchemi は、Windows ベースのデスクトップがグリッドコンピューティングに参加できることを実証し、Unix ベースのシステムに限らないリソースプールの拡大を実現した。
• フレームワークはオブジェクト指向型とジョブベースの両方のプログラミングモデルをサポートしており、開発者がアプリケーション設計において柔軟性を発揮できる。
• 標準化されたウェブサービスインタフェースを介することでクロスプラットフォーム相互運用性が達成され、多様なグリッド環境との統合が可能になった。
• 柔軟な実行モデルにより、専用および非専用（ボランティア）コンピューティングの両方が可能となり、リソース利用効率が向上した。
• Alchemi は、.NET フレームワークを基盤として、スケーラブルでプラットフォームに依存しないグリッドシステムを構築する可能性を示した。
• フレームワークはメルボルン大学の実際のグリッドコンピューティング環境での実装と展開を通じて検証された。