MODELO DE PORTAL PARA EL ACCESO A UNA GRID DE GEOSENSORES SANDRA NEYID MONTAÑEZ TORRES

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1 MODELO DE PORTAL PARA EL ACCESO A UNA GRID DE GEOSENSORES SANDRA NEYID MONTAÑEZ TORRES UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRIA EN CIENCIAS DE LA INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES ENFASIS EN TELEINFORMATICA BOGOTA D.C

2 MODELO DE PORTAL PARA EL ACCESO A UNA GRID DE GEOSENSORES SANDRA NEYID MONTAÑEZ TORRES Trabajo de Grado para optar al título de Magister en Ciencias de la Información y Comunicaciones DIRECTOR JOSÉ NELSON PÉREZ CASTILLO Doctor en Informática UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRIA EN CIENCIAS DE LA INFORMACIÓN Y COMUNICACIONES ENFASIS EN TELEINFORMATICA BOGOTA D.C

3 Nota de aceptación: Firma del presidente del jurado Firma del jurado Firma del jurado Bogotá D.C, 13 Noviembre

4 AGRADECIMIENTOS Al grupo de investigación Gicoge de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, quienes contribuyeron en mi formación como investigador. A mi director de tesis profesor José Nelson Pérez Castillo de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por sus sugerencias y confianza durante el desarrollo del proyecto. A mis padres, quienes con compresión y apoyo contribuyeron en el desarrollo y culminación de este proyecto de investigación. 4

5 CONTENIDO 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN COMPUTACIÓN GRID EVOLUCIÓN Plataformas o middleware CARACTERIZACIÓN DE SISTEMAS GRID Arquitectura de un sistema grid Servicios grid PORTALES GRID Generaciones ESPECIFICACIÓN PARA PORTLETS Estándar JSR 168: JAVA PORTLET API Caracterización de portlets en JSR Ciclo de vida de un portlet para JSR Flujo de datos dentro de los portlets WSRP 1.0 :integración de portlets con web services Estándar JSR 268 y WSRP V Ventajas y desventajas estándares JSR JSR ARQUITECTURAS ORIENTADAS A SERVICIOS (SOA) FRAMEWORKS COMPONENTES DEL MODELO DE PORTAL PARA EL ACCESO A UNA GRID CONTENEDOR: GLOBUS

6 3.1.1 Servicio para gestión y ejecución de trabajos en recursos Servicio para gestión de datos Servicio para gestión de recursos Servicio de Seguridad JAVACOG PORTAL Gridsphere Gridportlets Interfaz: Portlet API MODELO DE PORTAL PARA EL ACCESO AL LABORATORIO DE COMPUTACIÓN GRID DE GICOGE ALCANCE Y DOMINIO DEL PORTAL ARQUITECTURA DEL MODELO Requisitos del sistema Interacción de actores con el sistema Modelo de clases La vista al modelo Navegación del portal CRITERIOS DE EVALUACIÓN PARA EL MODELO Evaluación del estándar para desarrollo de portlets Evaluación framework LA PROPUESTA DEL MODELO COMPARACIÓN CON OTROS PORTALES GRID CARACTERÍSTICAS DEL PORTAL GRID ANÁLISIS DE ESCALABILIDAD DEL MODELO PROPUESTO EL PROTOTIPO, EVALUACIÓN Y RESULTADOS DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO IMPLEMENTACIÓN DE LOS PORTLETS Portlet para registro de recursos Portlet de autenticación de usuarios o de seguridad Portlet para el envío de trabajos Portlet para la transferencia de archivos

7 5.2.5 Portlets para proyecto grid de geosensores PRUEBAS DEL PROTOTIPO EVALUACIÓN DEL PROTOTIPO RESULTADOS TRABAJOS FUTUROS Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA 136 ANEXOS 144 7

8 LISTADO DE FIGURAS Figura 1. Protocolo de arquitectura grid...24 Figura 2. Ciclo de vida de un portlet Figura 3. Flujo datos de los portlets...29 Figura 4. Especificación WSRP Figura 5. SOA para portales grid Figura 6. Modelo general del portal para el Laboratorio de computación grid de Gicoge Figura 7. Configuración de portlets en gridsphere Figura 8. Modelo de componentes de gridportlets...44 Figura 9. Comparación de arquitectura en un portal que utiliza portlets y otro que no los utiliza Figura 10. Diagrama casos de uso Figura 11. Diagrama actividad caso de uso Recuperación credencial Figura 12. Diagrama actividad caso de uso ver lista de credenciales Figura 13. Diagrama actividad caso de uso ver información credencial Figura 14. Diagrama actividad caso de uso activar credencial...52 Figura 15. Diagrama actividad caso de uso desactivar credencial Figura 16. Diagrama actividad caso de uso eliminar credencial...53 Figura 17. Diagrama actividad caso de uso editar credencial...54 Figura 18. Diagrama actividad caso de uso ver lista de recursos...54 Figura 19. Diagrama actividad caso de uso registrar recurso...55 Figura 20. Diagrama actividad caso de uso ver información recurso Figura 21. Diagrama actividad caso de uso ver lista de trabajos...55 Figura 22. Diagrama actividad caso de uso enviar trabajo Figura 23. Diagrama actividad caso de uso eliminar trabajo Figura 24. Diagrama actividad caso de uso ver información trabajo Figura 25. Diagrama actividad caso de uso copiar archivos...57 Figura 26. Diagrama actividad caso de uso borrar archivos...58 Figura 27. Diagrama actividad caso de uso crear usuario...58 Figura 28. Diagrama actividad caso de uso eliminar usuario...59 Figura 29. Diagrama actividad caso de uso crear grupo...59 Figura 30. Diagrama actividad caso de uso eliminar grupo Figura 31. Diagrama actividad caso de uso crear rol...60 Figura 32. Diagrama actividad caso de uso eliminar rol Figura 33. Diagrama comunicación recuperación de credenciales...62 Figura 34. Diagrama comunicación gestión de credenciales...63 Figura 35. Diagrama comunicación gestión de recursos Figura 36. Diagrama comunicación gestión de trabajos

9 Figura 37. Diagrama comunicación gestión de archivos...66 Figura 38. Diagrama comunicación gestión de usuarios Figura 39. Diagrama de clases Figura 40. Diagrama de clases con vista del modelo Figura 41. Diagrama de objetos...70 Figura 42. Diagrama de secuencia recuperación de credencial Figura 43. Diagrama de secuencia gestión de credenciales...71 Figura 44. Diagrama de secuencia gestión de recursos...71 Figura 45. Diagrama de secuencia gestión de trabajos...72 Figura 46. Diagrama de secuencia gestión de archivos Figura 47. Diagrama de secuencia gestión de administración...73 Figura 48. Diagrama de navegación del portal Figura 49. Propuesta del modelo de portal para el Laboratorio de Computación grid de Gicoge Figura 50. Arquitectura de infraestructura portal para Laboratorio de computación grid de Gicoge Figura 51. Infraestructura Laboratorio Computación grid de Gicoge Figura 52. Recuperación de credenciales del repositorio MyProxy Figura 53. Recuperación de credencial en el portal...90 Figura 54. Lista de jobs de recursos en la grid...91 Figura 55. Portlet para transferencia de archivos entre recursos remotos Figura 56. Red de Petri para comportamiento válido recuperación credencial...94 Figura 57. Red de Petri para comportamiento no válido recuperación credencial.95 Figura 58. Red de Petri para comportamiento válido ver lista de credenciales Figura 59. Red de Petri para comportamiento no válido ver lista de credenciales.96 Figura 60. Red de Petri para comportamiento válido ver lista de credenciales Figura 61. Red de Petri para comportamiento no válido ver lista de credenciales.98 Figura 62. Red de Petri para comportamiento válido activar credencial...99 Figura 63. Red de Petri para comportamiento no válido activar credencial Figura 64. Red de Petri para comportamiento válido desactivar credencial Figura 65. Red de Petri para comportamiento no válido desactivar credencial Figura 66. Red de Petri para comportamiento válido eliminar credencial Figura 67. Red de Petri para comportamiento no válido eliminar credencial Figura 68. Red de Petri para comportamiento válido editar credencial Figura 69. Red de Petri para comportamiento no válido editar credencial Figura 70. Red de Petri para comportamiento válido ver lista de recursos Figura 71. Red de Petri para comportamiento no válido ver lista de recursos Figura 72. Red de Petri para comportamiento válido registro de recursos Figura 73. Red de Petri para comportamiento no válido registro de recursos Figura 74. Red de Petri para comportamiento válido ver información de recurso Figura 75. Red de Petri para comportamiento no válido ver información de recurso Figura 76. Red de Petri para comportamiento válido ver lista de trabajos Figura 77. Red de Petri para comportamiento no válido ver lista de trabajos

10 Figura 78. Red de Petri para comportamiento válido enviar trabajo Figura 79. Red de Petri para comportamiento no válido enviar trabajo Figura 80. Red de Petri para comportamiento válido eliminar trabajo Figura 81. Red de Petri para comportamiento no válido eliminar trabajo Figura 82. Red de Petri para comportamiento válido ver información de trabajo.117 Figura 83. Red de Petri para comportamiento no válido ver información de trabajo Figura 84. Red de Petri para comportamiento válido copiar archivos Figura 85. Red de Petri para comportamiento no válido copiar archivos Figura 86. Red de Petri para comportamiento válido borrar archivos Figura 87. Red de Petri para comportamiento no válido borrar archivos Figura 88. Página inicial de configuración de gridsphere Figura 89. Página bienvenida de gridsphere Figura 90. Opciones de configuración de grupos en gridsphere Figura 91. Despliegue de portlets en gridsphere Figura 92. Página inicial portal del Laboratorio de computación grid de Gicoge. 180 Figura 93. Página inicial con una sesión de usuario Figura 94. Pestaña Administración Figura 95. Modos de autenticación Figura 96. Administración cuentas de usuario Figura 97. Creación cuentas de usuario Figura 98. Administración Grupos Figura 99. Suscripción de portlets a un grupo Figura 100. Administración de Roles Figura 101. Pestaña Grid Figura 102. Lista de credenciales Figura 103. Lista de recursos Figura 104. Lista de servicios en un recurso Figura 105. Prueba 1 Página de inicio Figura 106. Prueba 2. Página logout Figura 107. Página recuperación de credenciales Figura 108. Página Envío Job Figura 109. Página registro de recursos

11 LISTADO DE TABLAS Tabla 1. Ventajas y desventajas JSR 168 y JSR Tabla 2. Ventajas y desventajas frameworks para portales grid...35 Tabla 3. Resultados evaluación de frameworks para portales grid...78 Tabla 4. Comparación para envío de jobs con proyectos GeneGrid y Telescience Tabla 5. Comparación para envío de jobs con proyecto HPC Tabla 6. Lista de verificación de expertos Tabla 7. Lista de tareas que los usuarios evaluaron Tabla 8. Resultados de evaluación de usuarios Tabla 9. Tiempos de demora al enviar trabajos a recursos remotos Tabla 10. Tiempo de demora en recuperar una credencial del repositorio MyProxy Tabla 11. Configuración archivo BaseJobSpecCompMYPROJECT.java Tabla 12. Propiedades archivo build.properties

12 GLOSARIO AUTENTICACIÓN: proceso por el cual una red de datos autoriza a un usuario identificado a acceder a determinados recursos de la misma. BACK END: parte que procesa la entrada desde un front end, y está oculto del usuario. CERTIFICADO PROXY: credencial de usuario delegada que autentifica al usuario en toda interacción segura, tiene un tiempo de vida limitado. CLAVE PÚBLICA: una infraestructura que combina productos de hardware y software, políticas y procedimientos para proveer un nivel adecuado de seguridad en transacciones electrónicas a través de redes públicas. CRIPTOGRAFÍA: ciencia usada para cifrar y descifrar información, que utiliza técnicas que hacen posible el intercambio de mensajes de manera segura. FRAMEWORK: estructura de soporte definida en la cual otro proyecto de software puede ser organizado y desarrollado. FRONT END: hace referencia a la visualización del usuario final. JOB: Trabajos o tareas que se ejecutan en los recursos remotos de un sistema grid. MIDDLEWARE: software de conectividad que ofrece un conjunto de servicios que hacen posible el funcionamiento de aplicaciones distribuidas sobre plataformas heterogéneas. ORGANIZACIÓN VIRTUAL: Están compuestas por personas que no están ubicadas en el mismo espacio físico y sólo se conocen a través de la red. PORTAL: es un sitio web cuyo objetivo es ofrecer al usuario, de forma fácil e integrada, el acceso a una serie de recursos y de servicios. PORTLET: componentes modulares de interfaz de usuario gestionadas y visualizadas en un portal web. RED DE GEOSENSORES: aplicación de las redes inalámbricas de sensores a las ciencias geográficas. 12

13 SERVICIO GRID: servicio que mantiene su estado anterior, también llamados servicios stateful. SERVIDOR WEB: carga un archivo y lo sirve a través de la red como contenido estático en un navegador. SERVLET: objeto que corre dentro del contexto de un contenedor de servlets. X.509 CERTIFICADO: específica formatos estándar para certificados de claves públicas. 13

14 RESUMEN Esta investigación es un estudio de estándares basados en portales para plataformas de computación grid, que evalúa el estándar apropiado y define características de un portal grid, con el fin de utilizarlo en el desarrollo del modelo y la implementación del prototipo para el Laboratorio de computación grid de Gicoge. Actualmente, se requiere que el investigador conozca algunos conceptos avanzados, con el fin de incorporar todos los beneficios y ventajas que ofrece la arquitectura grid. Es por esto que la idea a lo largo de este proyecto es crear un portal dirigido a investigadores que desean ejecutar tareas en recursos distribuidos sin la participación de detalles técnicos de las tecnologías grid. De esta manera este proyecto de investigación se centró en el desarrollo de un modelo de portal que permite el acceso a la información para gestionar y controlar los recursos de un sistema grid. Para llevar a cabo está investigación se inició realizando una revisión bibliográfica sobre estándares de portales grid, con el fin de identificar los componentes requeridos de este proyecto, luego se procedió a estudiar el estándar Java Specification Requests (JSR) 168 usado en portales grid, seguidamente se definieron el alcance, dominio y funcionalidades del portal con el propósito de proceder al desarrollo del prototipo general, para este punto fue necesario conocer e identificar todas las dificultades, que suelen suceder durante el desarrollo del portal y su utilización, es por esto que se eligió un conjunto de software estable para comenzar a trabajar en el diseño del portal. Por último, se ejecutaron un conjunto de pruebas realizadas por usuarios inexpertos en la grid, al finalizar el proceso de pruebas el resultado fue satisfactorio, pues los usuarios no tuvieron grandes dificultades con el uso adecuado del portal. El desempeño del portal fue eficaz, pues se lograron modelar aplicaciones que usan la tecnología grid en diferentes áreas del conocimiento. El proyecto de investigación constituye un aporte al grupo de investigación Gicoge, con el desarrollo de un modelo de portal para el acceso y control a los recursos del Laboratorio de computación grid, que permiten la implementación de nuevas aplicaciones que utilizan datos simulados de una grid de geosensores, usando las tecnologías grid para el almacenamiento y procesamiento de grandes volúmenes de información, como por ejemplo para la gestión y control en la medición de variables ambientales; además de definir un modelo de despliegue y 14

15 desarrollo de nuevas aplicaciones en diferentes grupos de trabajo que operan bajo un ambiente de computación grid para consumir diferentes recursos de computación y enfocados en la creación de proyectos que permitan tener medidas que mejoren la calidad de vida. 15

16 ABSTRACT This research is a study of standards-based portals for grid computing platforms, which assesses the appropriate standard and defines characteristics of a grid portal, in order to use it in the model development and implementation of a prototype in Gicoge Laboratory for Grid Computing. Currently, researchers are required to know some advanced concepts, in order to incorporate all the benefits and advantages offered by the grid architecture. The driving idea throughout this project is to create a portal oriented and geared to researchers who wish to execute tasks in distributed resources without getting involved into the technical details of the grid itself. That is why this research project focused on developing a model portal that provides access to information to manage and control the resources of a grid system. The investigation began by conducting a literature review on standards-based grid portals, in order to identify the components required for the project, and then proceeded to study the Java Specification Requests (JSR) 168 standard used in grid portals. The scope, domain and functionality of the portal were then defined in order to proceed with the development of a prototype. In order to reach this point, it was necessary to identify the difficulties which might be encountered during the development and use of the portal. At this stage, a stable software platform was chosen, and work started on the design of the portal. Finally, a series of tests were implemented to be carried out by inexperienced users in the grid, and the conclusion of these usability tests was satisfactory, since users had no great difficulty with the proper use of the portal. At the same time, the performance of the portal was determined to be effective, when it succeeded in modeling applications that use the grid technology in different fields of knowledge. The research project is a contribution to the research group Gicoge, with the development of a model site for access to resources and control of the Laboratory of grid computing, which enable the implementation of new applications using data from a simulated grid geosensores, using the grid technology for storing and processing large volumes of information, such as for the management and control in measuring environmental variables as well as define a model of development and deployment of new applications in different working groups operate under an 16

17 environment of grid computing to consume different computing resources and focused on building projects to take measures to improve the quality of life. 17

18 INTRODUCCIÓN Este proyecto de investigación surge como iniciativa del grupo de investigación Gicoge (Grupo de investigación en informática comunicaciones y gestión del conocimiento) de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. El grupo vislumbra la necesidad de beneficiar a la comunidad académica e investigadores en el tema con herramientas virtuales que permitan el acceso y control de los recursos de computación, para ejecutar tareas que requieren de gran procesamiento y almacenamiento en sistemas distribuidos. Es por esto que se dispuso construir un proyecto con tecnología grid, la cual permite compartir recursos infrautilizados con el fin de trabajar en ambientes colaborativos en una gran red y facilitando la integración de recursos computacionales. El proyecto pretende desarrollar un modelo de portal grid que actúe como entrada al Laboratorio de computación grid de Gicoge vía web con el propósito de facilitar su utilización constituyendo así la capa de aplicación. El desarrollo del modelo servirá de apoyo a la investigación del grupo de trabajo Geosensores y otros grupos que conforman el de Gicoge, que actualmente indagan en diferentes áreas del conocimiento y operan bajo un ambiente de computación grid. En primera instancia el proyecto de investigación parte puntualizando los conceptos básicos y evolución de la computación grid, seguido de un estado de arte sobre los estándares usados en las generaciones de portales grid describiendo especialmente la especificación Java Specification Requests (JSR) 168 y Web Services for Remote Portlets (WSRP) 1.0 con la adopción de arquitecturas orientadas a servicios y frameworks comúnmente usados para la puesta en marcha de portales grid; posteriormente se hace énfasis en los componentes que intervienen en el modelado del portal. Luego se describe el modelo del portal para el acceso al Laboratorio de computación grid de Gicoge. Seguidamente se describen las etapas en la implementación del prototipo y se realiza una breve descripción de la evaluación y resultados obtenidos a lo largo del proyecto como el desempeño del portal. Finalmente se describen los trabajos futuros, algunas recomendaciones y conclusiones. 18

19 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Desarrollar un modelo de portal que permita el acceso a una grid de geosensores OBJETIVOS ESPECÍFICOS Estudiar estándares basados en portales grid, identificando ventajas y desventajas. Evaluar cual es el estándar apropiado para el desarrollo de este modelo que permite el acceso a la grid de geosensores. Utilizar y aplicar un estándar para la implementación y análisis del portal grid que permita la interoperabilidad entre diferentes portales grid. Definir características que debería tener el portal para que sea capaz de compartir e integrar recursos de varios grupos de investigación que usen la grid. Probar el modelo. 1.2 PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN Es posible utilizar un estándar de portales que permite el acceso a la información de una grid de geosensores? Es posible utilizar un estándar de portales que permita compartir e integrar recursos de diferentes grupos de investigación? Para el desarrollo del modelo de portal se deben tener en cuenta factores como la seguridad que brindará el portal para el acceso y la transmisión de información? Es posible probar el modelo para otros grupos de investigación diferentes al de geosensores? 19

20 1.3 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN El proyecto de investigación constituye un aporte al grupo de investigación Gicoge, con el desarrollo de un modelo de portal grid para el acceso al Laboratorio de computación grid, que permite la visualización y el fácil despliegue de nuevas aplicaciones que utilizan datos simulados de una grid de geosensores como por ejemplo para la gestión y control en la medición de variables ambientales y la clasificación de imágenes usando diferentes algoritmos, además de otros proyectos de investigación que operan bajo un ambiente de computación grid para consumir diferentes recursos de computación y enfocados en la creación de proyectos que permitan tener medidas que mejoren la calidad de vida. Este proyecto constituye el inicio de un red colaborativa que permita compartir información y recursos de diferentes grupos de trabajo del grupo de investigación Gicoge, a través de un navegador web sin hacer nuevas instalaciones o grandes configuraciones para poder tener acceso a la información de forma segura en dichos recursos. 20

21 2. COMPUTACIÓN GRID 2.1 EVOLUCIÓN Desde sus inicios, alrededor de 1990, el concepto de grid ha contado con múltiples definiciones una de ellas es el del Grid Computing Information Centre éste la define como: un tipo de sistema paralelo y distribuido que permite compartir, seleccionar y reunir recursos autónomos geográficamente distribuidos en forma dinámica y en tiempo de ejecución, dependiendo de su disponibilidad, capacidad, desempeño, costo y calidad de servicio requerida por los usuarios (Buyya. 2004). Otra está relacionada con las Organizaciones Virtuales (Virtual Organizations, VO) y la define así: un conjunto de individuos y/o instituciones definida por reglas que controlan la manera en que comparten sus recursos (Foster, Kesselman et al. 2001). Existen pequeños sistemas grid entre los cuales se encuentran grupos de investigación, y enormes redes que integran recursos de un país o alrededor del mundo, como el proyecto Enabling Grids for E-science (EGEE) (Fernández. 2004). Así mismo existen definiciones para la computación grid como la siguiente: una disciplina que envuelve los servicios de una red y las conexiones de un número ilimitado de dispositivos que computan dentro de una grid (Joseph y Fellenstein. 2004). A mediados del 2004 la computación grid empezó a inquietarse por compartir recursos de una forma segura, dando una mayor fiabilidad y demanda en los centros de investigación a nivel mundial. Alrededor de la computación grid, se han establecido varias organizaciones dedicadas a desarrollar estándares tales como: frameworks, APIs y soluciones middleware para la grid; también existen organizaciones que construyen y usan soluciones basadas en la tecnología grid con el fin de resolver requerimientos de computación de datos y de red que se precisen. 21

22 2.1.1 Plataformas o middleware. El middleware es una plataforma de conectividad que ofrece un conjunto de servicios que hacen posible el funcionamiento de aplicaciones distribuidas sobre plataformas heterogéneas. A continuación se describen dos de ellos. El primero es Globus Toolkit, es una herramienta de la tecnología grid que permite construir sistemas y aplicaciones de la grid (Chicago. 2008). Actualmente en su cuarta versión, ha evolucionado bastante desde la versión 2 Globus Toolkit v2 (GT2) incluye un conjunto de scripts para ejecutar tareas como Grid File Transfer Protocol (GridFTP) basada en la transferencia de archivos. En el año 2002 el Open Grid Forum (OGF) (García. 2003), propuso una nueva arquitectura a los servicios de la grid, Arquitectura Abierta de Servicios Grid (Open Grid Services Architecture, OGSA) que definía una arquitectura estándar y abierta común para las aplicaciones basadas en la grid (Westminster. 2006). Globus Toolkit v3 (GT3) es una puesta en práctica de OGSA desarrollada por la Globus Alliance, una organización que desarrolla las tecnologías fundamentales de la programación grid. Esta organización respondió pronto a las objeciones planteadas a GT3 y lanzó Globus Toolkit 4 (GT4), basada en Web Services Resource Framework (WSRF). El WSRF, según lo propuesto originalmente por la Globus Alliance y por International Business Machine (IBM ), ahora es una organización para el desarrollo de estándares de la información OASIS (Marcie. 2006). Alrededor del mundo, se han construido muchos sistemas grid basados en GT2. Por ejemplo, UK e-science Grid tiene el proyecto U.K National Grid Services (NGS), que utiliza GT2 para proporcionar servicios a los investigadores Británicos en múltiples disciplinas (Geyer. 2002). Otros sistemas como el proyecto de ShanghaiGrid basado en GT3 intentan conectar algunos computadores para poder compartir el almacenamiento y algunas tareas de computación entre ellos (Yang, Jin et al. 2004). Globus Toolkit es de código abierto y es la implementación más utilizada al construir servicios grid ya que proporciona seguridad, gestión de recursos y de datos. Aunque GT3 trae una nueva arquitectura e intenta utilizar las ventajas de los estándares de servicios web ampliando el concepto de los servicios web para definir los servicios grid (Foster, Argonne et al. 2005), no ha tenido mucho éxito debido a su complejidad. El segundo es Glite, otra herramienta que permite construir sistemas y aplicaciones grid (EGEE. 2004). Se encuentra actualmente en la versión tres y forma parte del proyecto EGEE; la primera fase del proyecto denominada JRA1 produjo las primeras versiones de Glite, que incluían servicios de seguridad, información, control, gestión del trabajo y servicios de ayuda utilizando Arquitectura Orientada a Servicios (Services-Oriented Architecture, SOA), basada en su mayoría en servicios web que pretenden seguir las recomendaciones de Interoperabilidad de los Servicioqs Web (WS-I) (Grandi y 22

23 White. 2006). La segunda fase del proyecto JRA2 se centro en una grid middleware genérica que incluye todos los servicios que hay que implantar en una infraestructura grid de producción. Finalmente existen sistemas grid basados en Glite como el proyecto Infraestructura de Biblioteca Digital sobre Tecnología Grid (Digital Library Infrastructure on Grid Enabled Technology, DILIGENT) usado para la gestión y control de recursos de bibliotecas digitales (DILIGENT. 2007). 2.2 CARACTERIZACIÓN DE SISTEMAS GRID Un sistema grid se caracteriza por estar compuesto de las siguientes propiedades. Un sistema que controla recursos que no están sujetos a un control centralizado. En él se comparten los recursos en VO, estos deben tener control de acceso e identificar claramente los recursos que se van a compartir. Además, debe ser un sistema que ofrece calidad de servicio, y capacidad de coordinar la asignación de recursos de acuerdo a los criterios de la calidad del servicio. Un sistema que usa un estándar abierto para propósitos generales de interfaces y protocolos, con el fin de lograr una comunicación entre sistemas heterogéneos. Es primordial que los usuarios y los recursos, puedan ofrecer autenticación, autorización, descubrimiento de recursos, y acceso a los recursos a través de protocolos estándar, es por esto que dichos protocolos permiten compartir recursos con mecanismos que se establecen en alguna de las partes interesadas y, por tanto, la creación de un sistema distribuido compatible e interoperable (Foster, Kesselman et al. 2001). El OGF contribuye al desarrollo de estos protocolos Arquitectura de un sistema grid. OGSA es comúnmente usado como estándar de arquitectura abierta, éste une los mejores aspectos de la arquitectura grid y el modelo de SOA. A continuación se especifica la descripción del modelo de arquitectura, y los servicios definidos en OGSA, como la implementación de WSRF. Este modelo de arquitectura define cinco niveles para proporcionar interoperabilidad (Foster, Kesselman et al. 2001), como se observa en la figura 1. Nivel de construcción: define las interfaces para acceder a los recursos locales y la manera como se pueden compartir. Nivel de conectividad: define los protocolos de comunicación y autenticación de transacciones entre recursos. 23

24 Nivel de recurso: usa protocolos para la comunicación y autenticación del nivel de conectividad para el compartimiento de recursos individuales. Nivel de colección: maneja las interacciones entre colecciones de recursos. Nivel de aplicación: incluye todas las aplicaciones de usuario como portales grid. Figura 1. Protocolo de arquitectura grid. Fuente. Adaptada (Foster, Kesselman et al. 2001) Servicios grid Un servicio en SOA (Hurtado. 2005) es una unidad que ha realizado algún trabajo de computación con mecanismos que permite intercambiar datos entre aplicaciones. Los servicios grid en SOA tienen las siguientes propiedades. El acceso se proporciona mediante una interfaz. Esta interfaz se usa para describir y publicar los servicios. Mantienen su propio estado. La localización e invocación puede ser dinámica; esta propiedad se usa para el descubrimiento de servicios. En OGSA (Foster, Kesselman et al. 2001) un servicio grid es un servicio web que proporciona un conjunto de interfaces, de acuerdo a su función. OGSA esta compuesto por los siguientes servicios: infraestructura, ejecución, datos, gestión de recursos y seguridad. WSRF ésta dotado de las características de los servicios web y describe las especificaciones en OGSA. Con el fin de minimizar el complejo problema de añadir estado a los servicios web, se ha propuesto que éste servicio y su información de estado se mantengan completamente separados. La entidad que almacena esta información de estado es denominada recurso, identificada por 24

25 una clave única. Finalmente al empalme de un servicio web con un recurso se le llama WS-Resource y la dirección de un WS-Resource se le denomina endpoint reference (Foster, Kesselman et al. 2001). 2.3 PORTALES GRID Generaciones. Actualmente existen dos opciones para que el usuario final tenga acceso a los recursos de la grid: en primer lugar la utilización de un equipo como cliente directo de la grid, y en segundo lugar un portal, que es una aplicación web que proporciona personalización y agregación de contenido (Bhatia, Stearn et al. 2006). En la primera opción se logran desarrollar herramientas para el cliente, con funcionalidades para ejecutar tareas relacionadas con la grid invocando servicios y utilizando los protocolos adecuados; esto es el acercamiento tradicional a cliente-servidor. Se requiere normalmente que los puertos de los servidores estén abiertos para permitir tareas como la transferencia de archivos usando GridFTP (Allcock, Bester et al. 2001). En la segunda opción, el uso de una aplicación web, es ideal para los servicios distribuidos, teniendo en cuenta que los protocolos y estándares que gobiernan la web son parte de los sistemas operativos actualmente en uso. Esto convierte un portal grid basado en la web en una opción simple para proporcionar los mismos servicios a un cliente, además de transformarse en un solo punto de acceso a los recursos de la grid, lo cual permite que el usuario final se centre en las problemáticas de su área que en la infraestructura de la grid, accediendo a ella desde un navegador de una manera transparente. Según el centro de e-science CCLRC (Foster. 2006) existen dos generaciones de portales grid (Allan. 2007): la primera generación, portales grid construidos con Perl GridPort toolkit v2 (Thomas, Mock et al. 2006) y con Java Grid Portal Development Kit (GPDK) (Yang, Dove et al. 2005), tenían una arquitectura de tres niveles: interfaz web, servidor web, y recursos y servicios de la grid (Thomas, Boisseau et al. 2003). Estas herramientas fueron desarrolladas de acuerdo a los requerimientos de cada proyecto sin considerar la reutilización de código. La adopción de tecnologías de portales muestra que existen servicios web comunes y que estos podían ser desarrollados reutilizando su código en diferentes proyectos de portales grid. El Framework de Portales Grid v.1 (Jetspeed-1) indica una aproximación para construir estos componentes web reutilizables, por ejemplo Java Portlets (Shin. 2006), los cuales pueden ser compartidos por desarrolladores. En la primera generación de portales grid se encuentran proyectos como Ninf Portal, un front-end para portales grid, desarrollado en conjunto por el Instituto de 25

26 Tecnología de Tokio y la Sociedad para la Promoción de e-science en Japón (Suzumura, Nakada et al. 2001). También desarrollaron el proyecto Gridspeed, un servidor de hosting que automáticamente genera y publica una interfaz web para aplicaciones específicas de la grid (Suzumura, Nakada et al. 2006). El Extreme Cluster Administration Toolkit (XCAT) también pertenece a la primera generación de portales grid, este es un portal que permite programar aplicaciones grid y en el cual cada aplicación es empaquetada (Krishnan, Bramley et al. 2001). Portlets de Servicios Web Remotos (Web Services Remote Portlets, WSRP) V1.0 (Kropp, Leue et al. 2003) y la especificación de Java Portlets JSR 168 son reconocidas por OASIS en el 2003 para formar la base de lo que se considera la segunda generación de portales grid (JCP. 2005). WSRP es una especificación de portlets desarrollada por OASIS para estandarizar comunicaciones entre contenedores de portlets. JSR 168 es una especificación desarrollada en el Java Community Process (JCP) para estandarizar comunicaciones entre un portlet y un contenedor de portlets. El código desarrollado de portales grid comienza a reutilizarse en está primera generación; los proyectos como Jetspeed-1 fueron los proveedores de los primeros portlets. La segunda generación de portales grid consiste en los estándares JSR 168 y WSRP v1.0 que pretenden resolver problemas de interoperabilidad entre portales, facilitando su desarrollo. Además, los portales grid de la segunda generación actúan como clientes de servicios, esto como parte de SOA (Chohan, Akram et al. 2005). Posteriormente se discutirán los dos estándares JSR 168 y WSRP, y la adopción de SOA en el mundo de los portales grid. Existe una tercera generación de portales grid, basada en la grid semántica, conformada por los siguientes niveles: computacional, datos, información y conocimiento (Dumk, Guericke et al. 2006), SOA, y OGSA con la utilización de herramientas como PortalLab, una herramienta de servicios web para construir portales grid semánticos (Gerndt. 2007), Visual Portal Composition Environment (VPCE), basado en los recursos de la grid colaborativa (Spatiales. 2006); y GridSystem Agent (GSA) permiten a los usuarios el acceso a los servicios grid a través de múltiples agentes de software (Lil, Santen et al. 2003). 2.4 ESPECIFICACIÓN PARA PORTLETS Estándar JSR 168: JAVA PORTLET API En seguida se define: Qué es para el estándar JSR 168 un portal, un portlet y un contenedor de portlets?. Un portal es una aplicación basada en la web, que provee contenido de diversas fuentes y recibe la capa de presentación de sistemas de información. 26

27 Un portlet es un componente web basado en Java, manejado por un contenedor de portlet que procesa peticiones y genera el contenido dinámico. Un contenedor del portlet contiene portlets y provee de ellos el ambiente en tiempo real requerido (Hepper. 2007). Desde la perspectiva de un usuario el portlet es un fragmento o ventana en un portal que proporciona un servicio específico. Otros lo definen como: un componente web manejado por un contenedor de portlets, proporciona contenido dinámico en una interfaz de usuario (Richardson, Avondolio et al. 2004). El estándar JSR 168 es una especificación para la estandarización de comunicaciones entre portlets y un contenedor de portlets definidos por un conjunto de API de Java, igualmente esta especificación hace posible que desarrolladores de portlets intercambien componentes web. Estos portlets pueden ser mostrados por el contenedor de portlets, sin modificar el código fuente. Ahora los portales se construyen con contenedores de portlets, los cuales manejan el ciclo de vida del portlet Caracterización de portlets en JSR 168. Los portlets desempeñan diferentes tareas y crean contenidos de acuerdo a su función actual. Modos del portlet. Un modo de portlet señala la función que un portlet está desempeñando en cierto momento y especifica el tipo de tarea que el portlet debería ejercer y el tipo de contenido que debería generar. Cuando se invoca a un portlet, el contenedor de portlets provee el modo para el requerimiento actual, pues estos pueden programáticamente cambiar su modo mientras procesan una petición de acción. JSR 168 define 3 categorías de modos de portlet (Shin. 2006). Edit: Muestra una o más vistas que permiten al usuario personalizar los parámetros del portlet. Help: Muestra pantallas de ayuda. View: Muestra la salida del portlet. Modelo de datos. JSR 168 define diferentes mecanismos para que el portlet acceda a datos transitorios y persistentes. El portlet puede colocar y obtener datos transitorios en los siguientes escenarios(shin. 2006). Request: la petición tiene datos incluidos, como los parámetros y atributos de la petición, similar a la petición del servlet. La petición puede contener propiedades para permitir que la extensión y los encabezados del cliente sean transportados del portal al portlet y recíprocamente. 27

28 Session: el portlet puede guardar datos en la sesión con alcance global, para dejar que otros componentes de la aplicación web tengan acceso a los datos, o en el alcance del portlet, el cual es de acceso restringido al portlet. Context: el portlet puede guardar datos en el contexto de la aplicación web, así como lo hacen los servlets Ciclo de vida de un portlet para JSR 168. Los portlet, al igual que los contenidos tienen su propio ciclo de vida, como se observa en la figura 2. Figura 2. Ciclo de vida de un portlet. Fuente. Adaptada (Shin. 2006). El init (PortletConfig config) es llamado una vez, para crear el portlet, puede ser usado para ejecutar tareas de arranque y es similar al método init de un servlet. PortletConfig, el cual representa datos de configuración de sólo lectura, especificados en el archivo descriptor del portlet. Por ejemplo, PortletConfig provee acceso a los parámetros de inicialización. (Shin. 2006) El método processaction(actionrequest request, ActionResponse response) es llamado en respuesta a la acción de un usuario como hacer click en un enlace o enviar una planilla. En este método, un portlet puede invocar componentes lógicos como JavaBeans para lograr este objetivo. Las interfaces ActionRequest y ActionResponse son subinterfaces de PortletRequest y PortalRequest. En el método processaction, un portlet puede modificar su propio estado así como su información persistente. (Shin. 2006) 28

29 El método render(renderrequest request, RenderResponse response) sigue al processaction en la cadena de métodos del ciclo de vida. Render genera el etiquetado que será accesible al usuario del portal. Los métodos RenderRequest y RenderResponse, también son subinterfaces de PortletRequest y PortletResponse, y están disponibles durante la visualización del portlet. La forma en la cual el método render genera la salida puede depender del estado actual del portlet. El método destroy() es el último elemento del ciclo de vida, llamado justo antes de corregir basura del portlet y provee una última oportunidad de liberar los recursos del portlet. (Shin. 2006) Flujo de datos dentro de los portlets. El flujo de datos dentro de un portlet empieza con un requerimiento del cliente, este se lo envía al contenedor de portlets, y ahí comienza el intercambio de mensajes entre el portlet y el contenedor de portlets, dicho portlet recibe una acción y genera siempre un fragmento de respuesta que es desplegado sobre el portlet. En la figura 3 se ilustra el flujo de datos. Figura 3. Flujo datos de los portlets. Fuente. Adaptada (Rojas. 2006). 29

30 2.4.5 WSRP 1.0 :integración de portlets con web services. Mientras que JSR 168 define un sistema de Java API que permita a los portlets funcionar en cualquier portal grid, WSRP permite que los servicios web sean expuestos como portlets de manera plug-and-play, como se puede ver en la figura 4. Según el centro de e-science CCLRC, WSRP4J actúa como un puente entre JSR 168 y WSRP, siendo capaz de exportar un portlet como un servicio web y utilizar un servicio convirtiéndolo en un portlet (Yang y Allan. 2006). Figura 4. Especificación WSRP. Fuente. Adaptada (Yang y Allan. 2006) WSRPJ4 es un proyecto de código abierto, que fue iniciado por IBM para facilitar la rápida adopción del estándar WSRP para proveedores de aplicaciones y vendedores de portales, usando WSRPJ4 como una plataforma para desarrollo y alojamiento de WSRP compatible con servicios web. WSRP4J es un subproyecto de servicios web patrocinado por Apache Software Foundation (ASF). El estándar OASIS WSRP permitirá que muchos portales puedan agregar contenido de varios proveedores de contenido y la aplicación que ofrecen a los usuarios se enfrenta con los servicios web para conectar a múltiples usuarios finales y dispositivos. Para reutilizar y publicar los portlets usando lenguajes diferentes de Java, se propuso la especificación del OASIS WSRP V1.0, pues los portales no deben ser aislados; para desplegar un servicio una vez y utilizarlos en cualquier lugar se requiere de la comunicación entre portales y lo ideal sería que dichos portales se complementarán entre sí, la solución para esto es WSRP. 30

31 WSRP 1.0 define una presentación orientada a servicios, además los pedazos de fragmentos en lugar de datos son transferidos arbitrariamente en mensajes SOAP del productor (servicios web) al consumidor (cliente de servicios web). Por desdicha, la actual puesta en práctica de WSRP para código abierto es inmadura. El grupo de EDINA es uno de los pocos productores de código abierto de WSRP escrito en otro lenguaje (Perl) (Jonathan y Awre. 2007) Estándar JSR 268 y WSRP V2.0 JSR 286 y WSRP V2.0 (Hepper. 2006), sucesores de JSR 168 y WSRP V1.0, se programaron para ser lanzados en el 2007 con el fin de proporcionar las mejoras que solucionarán problemas como la comunicación entre portlests y la administración del ciclo de vida del portlet. JSR 268 es un proyecto que tiene sus inicios desde el 2005 dirigido por IBM, entre los principales temas para la segunda versión está la falta de capacidad de enviar eventos entre portales que existe en la primera versión. En la segunda versión se adicionan capacidades de coordinación como eventos, intercambio de datos de sesión más allá de la actual aplicación del portlet y el intercambio de parámetros a través de portlets. JSR 268 introduce un paradigma de acoplamiento de eventos tales como. Un portlet puede declarar eventos que quiere recibir y eventos que quiere emitir. El portal / contenedor de portlet actuará como intermediario y distribuirá los eventos en consecuencia. Permite el enchufe de los portlets en tiempo de ejecución El manejo de eventos será un paso adicional en la fase de acciones globales, el estado permite cambios, y el manejo de eventos debe ser terminado antes que comience la presentación. JSR 268 permite que los portlets puedan compartir datos relacionados con el periodo de sesiones. WSRP 2.0 permite escribir portlets JSR 268 y publicarlos como los servicios de WSRP, además proporciona la importación y exportación de portlets, e identificación (ID) para los portlets en tiempo de ejecución Ventajas y desventajas estándares JSR JSR 268 Uno de los objetivos de esta investigación es identificar las ventajas y desventajas de los estándares más usados en el desarrollo de portales grid. En la tabla 1 se identifican las ventajas y desventajas de los estándares: JSR 168 y JSR

32 Tabla 1. Ventajas y desventajas JSR 168 y JSR 268. Estándar Ventajas Desventajas Muchos frameworks soportan ésta especificación. Facilita el desarrollo de aplicaciones para portales grid. Permite la comunicación entre portlets y contenedores de portlets. Permite el intercambio de componentes web entre desarrolladores de portlets y por tanto la reutilización de código. Reconocida por la JSR 168 organización internacional OASIS. Forma la base de lo que se considera la segunda generación de portales grid. Define mecanismos para que el portlet acceda a datos transitorios y persistentes. Los portlets pueden ser mostrados por el contenedor de portlets, sin modificar el código fuente. Utilizada en la mayoría de portales que funcionan actualmente como por ejemplo: Telescience y Genegrid. Ha recibido gran apoyo en la industria de los pincipales vendedores de servicios para portales. Define un portlet API y la infraestructura ofrece servicios de personalización, presentación, y seguridad. No existe comunicación entre portlets. No existe intercambio de parámetros a entre portlets. No permite el enchufe de portlets en tiempo de ejecución. No permite compartir datos relacionados con el periodo de sesiones. No maneja eventos entre distintos portlets. No maneja su propio ciclo de vida. Administración del ciclo de vida del portlet. En la 32 Actualmente muy pocos frameworks soportan

33 JSR 268 especificación JSR 168 el contenedor del portlet se encargaba de el ciclo de vida del portlet. Existe comunicación entre portlets. Respecto a la especificación JSR 168 se incrementan capacidades de coordinación como eventos, intercambio de datos de sesión entre portlets. Permite el intercambio de parámetros a través de portlets. Permite el enchufe de portlets en tiempo de ejecución. El portlet puede declarar eventos que quiere recibir y eventos que quiere emitir. Permite que los portlets puedan compartir datos relacionados con el periodo de sesiones Presenta apoyo para tecnologías asíncronas, como por ejemplo Asynchronous JavaScript And XML (AJAX). ésta especificación. Fuente. La Autora. 2.5 ARQUITECTURAS ORIENTADAS A SERVICIOS (SOA) La segunda y tercera generación de portales grid funciona comúnmente con frontends para servicios. Los portales grid encajan bien con SOA, como se puede ver en la figura 5. 33

34 Figura 5. SOA para portales grid. Fuente. Adaptada (Yang, Wang et al. 2007) Con esta arquitectura es posible integrar servicios de la grid en un portal (Thomas, Burruss et al. 2006). Según la figura 1, SOA es una arquitectura de tres-niveles en la cual las tres capas: portal, servicio y recursos, son idénticas a las de la arquitectura de GridPort V4 (Villalobos. 2005). Aquí la capa del servicio se ha ampliado de manera que puedan incluirse la lógica y la presentación. Además, la capa de portal no es más que un contenedor de clientes de servicios, pero podría ser la que suministre el servicio. Esto destaca a los servicios orientados a la presentación propuestos en WSRP y hace que la capa del portal sea capaz de proporcionar componentes web como servicios. Los siguientes portales grid constituyen unos de los proyectos más significativos: OGCE release 2 (OGCE. 2005), GridPort V4, NGS Portal release 2 (Yang, Chohan et al. 2007). 2.6 FRAMEWORKS Un típico framework de portales generalmente proporciona funcionalidades como administración de cuentas de usuario y despliegue de los portlets entre otras. Por lo tanto, disminuye la carga en los desarrolladores de portales, que pueden dedicarse al desarrollo del portlet, particularmente en la capa de la lógica del negocio. Hoy existen varios frameworks para portales grid, a continuación se describen algunos de ellos. 34

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