Programming the Grid. Workflows (nicht nur) mit Petrinetzen. Andreas Hoheisel



Ähnliche Dokumente
Service Oriented Architecture für Grid-Computing

Prozessunterstützung durch Grid- Workflows

arlanis Software AG SOA Architektonische und technische Grundlagen Andreas Holubek

Modellierung und Aufbereitung von Geschäftsprozessen für das mobile Management

Instant-Grid. als Baukasten für Grid-Workflows. Ulrich Schwardmann. Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbh Göttingen

Abschlussvortrag zur Bachelorarbeit. Konzeption und Aufbau eines Grid Testlabors am Beispiel des Globus Toolkit 4

Instant Grid Stand August 2006

Umsetzung des OrViA-Frameworks mit ARIS

Grid-Systeme. Betrachtung verschiedener Softwareplattformen zur Realisierung von Grids und Vorstellung des Globus Toolkit Grid Systeme 1

Abschlussvortrag zur Diplomarbeit Aufbau und Analyse einer Shibboleth/GridShib-Infrastruktur

Instant Grid Stand Mai 2006

POIS-Praktikum Prozessimplementierung, RosettaNet PIPs 3A

IT-Beratung: Vom Geschäftsprozess zur IT-Lösung

OSEK-OS. Oliver Botschkowski. PG AutoLab Seminarwochenende Oktober AutoLab

Business Process Management und Workflow-Technologien: Grundlagen, Produkte, Forschung Seminar

Seminar Business Process Management und Workflow-Technologie: Grundlagen, Produkte, Forschung

Scheduling Mechanisms for the Grid

Verbinden von Workflows und fachlichen Prozessmodellen im Rahmen eines SharePoint Prozessportals Semtation GmbH (Henrik Strauß)

Geschäftsprozesse modellieren mit BPMN. Nürnberg,

SERVICE SUCHE ZUR UNTERSTÜTZUNG

Implementation of a Framework Component for Processing Tasks within Threads on the Application Level

Geschäftsprozessanalyse

Petri-Netze / Eine Einführung (Teil 2)

Evaluation von Open Source-Produkten zur Ausführung Web Service-basierter Geschäftsprozesse

Gliederung. Was ist Cloud Computing Charakteristiken Virtualisierung Cloud Service Modelle Sicherheit Amazon EC2 OnLive Vorteile und Kritik

Talk 5: Technical and Economic Aspects of Inter-domain Service Provisioning

Dynamische Prozesse und deren Abbildung auf ausführbare Workflows

Modellierung von Geschäftsprozessen (MGP / GPM) Thematische Einführung

SOA - Service-orientierte Architekturen. Roger Zacharias

1. PMA Kongress

Hochleistungsrechnen in Grids

Bes 10 Für ios und Android

Kurzanleitung ejax Online-Demo

Liferay-Portal für Gridanwendung

Komplexe dokumentenbasierte Prozesse mit Oracle Technologien umsetzen

ActiveBPEL. Leif Goltermann Hai-Minh Le Benjamin Pennig Stephan Schirmer. Projekt: Entwicklung Verteilter Softwaresysteme Mit Web Services

BPMN. Suzana Milovanovic

Open Source als de-facto Standard bei Swisscom Cloud Services

Die Renaissance von Unified Communication in der Cloud. Daniel Jonathan Valik UC, Cloud and Collaboration

Prozessunterstützung durch BPR-, BPM- und Workflow-Systeme

Microsoft Private Cloud Customer Reference Lufthansa Systems AG

Hochleistungsrechnen in Grids. Seminar: Grid-Middleware. Mirko Dietrich 4. Dezember 2006

Projektarbeit/SHK-Tätigkeit: Entwicklung graphischer Visualisierungskomponenten

Seminarthemen WS 14/15

Karlsruhe Institute of Technology Die Kooperation von Forschungszentrum Karlsruhe GmbH und Universität Karlsruhe (TH)

Grundlagen Software Engineering

Entwicklung von Workflows am Beispiel des Open Source Tools Bonita BPMN

Vorhersagemodell für die Verfügbarkeit von IT-Services

Microsoft Office Visio 2007 Infotag SemTalk Thema: Prozessmodellierung

Time To Market. Eine Plattform für alle Anforderungen. Lokale Betreuung (existierende Verträge und Vertragspartner, ) Kosten

THEMA: "SAS STORED PROCESSES - SCHNELL GEZAUBERT" HELENE SCHMITZ

INSYDE -Integration of Health System Data and Exchange

PRODATIS CONSULTING AG. Folie 1

Modellierung biologischer. Christian Maidorfer Thomas Zwifl (Seminar aus Informatik)

Die aktuellen Top 10 IT Herausforderungen im Mittelstand

Vertiefte Grundlagen. Übung 2.7. TU Dresden - Institut für Bauinformatik

Workflow, Business Process Management, 4.Teil

operational services YoUr it partner

Durch Standardisierung können Webservices von jedem Cluster verwendet werden, unabhängig von Betriebssystem und verwendeter Sprache.

EINFÜHRUNG IN DIE WIRTSCHAFTSINFORMATIK -ÜBUNGEN- Marina Tropmann-Frick

Vorstellung Studienprojekt. Policy4TOSCA. Umsetzung eines Policy-Frameworks für sicheres und energieeffizientes Cloud Computing

BPEL. Business Process Execution Language. Andre Rein. 21. August Serviceorientierte Architekturen

Prozessmodellierung mit Petri-Netzen

BIS-Grid: Kommerzieller Einsatz von Grid-Middleware am Beispiel betrieblicher Informationssysteme. Prof. Dr. W. Hasselbring

Übungen Workflow Management. Blatt 2

Strukturen im D-Grid. Uwe Schwiegelshohn D-Grid GmbH / TU Dortmund. 3. DFN Kommunikationsforum Konstanz, Mai 2010

OPERATIONAL SERVICES YOUR IT PARTNER

EPK Ereignisgesteuerte Prozesskette

SharePoint 2010 Mobile Access

Cloud-Computing Seminar - Vergleichende Technologien: Grid-Computing Hochschule Mannheim

SLA4D-Grid! Einführung, Konzepte und Ergebnisse

EAI - Enterprise Application Integration

Das neue Volume-Flag S (Scannen erforderlich)

Cloud Computing. Betriebssicherheit von Cloud Umgebungen C O N N E C T I N G B U S I N E S S & T E C H N O L O G Y

Inhaltsverzeichnis. Daniel Liebhart, Guido Schmutz, Marcel Lattmann, Markus Heinisch, Michael Könings, Mischa Kölliker, Perry Pakull, Peter Welkenbach

Cloud Architektur Workshop

EN : Informationen für Management und Betrieb

Integration mit. Wie AristaFlow Sie in Ihrem Unternehmen unterstützen kann, zeigen wir Ihnen am nachfolgenden Beispiel einer Support-Anfrage.

OS-Virtualisierung mit Solaris Zonen in der Praxis

Sind Prozessmanagement-Systeme auch für eingebettete Systeme einsetzbar?

DevOps bei den ID Build-Automatisierung statt Silo-Betrieb

IT Sicherheit im Zeitalter von Web 2.0

Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der Anwendung für die Analyse von Geschäftsprozessen

PNML-notierte Objekt-Petrinetze zur Integration von Prozess- und Organisationsmodellen

UpToNet Workflow Workflow-Designer und WebClient Anwendung

Workflow- basiertes Data Mining in der Bioinformatik

SemTalk Services. SemTalk UserMeeting

BPM im Kontext von Unternehmensarchitekturen. Konstantin Gress

Absicherung von Grid Services Transparenter Application Level Gateway

e-business - Patterns Stefan Brauch (sb058) -- Julian Stoltmann (js057)

JEAF Cloud Plattform Der Workspace aus der Cloud

RUP Analyse und Design: Überblick

Toolgestützte Prozessdokumentation. Prozessorientiertes E-Government, Joel Meir,

Tour de Table Ihre Erwartungen und Beiträge zum Themennetz SOA / SaaS. Dr. Ulrich Springer, Fraunhofer ISST

Organisation und Systeme SOA: Erstellung von Templates für WebService Consumer und Provider in Java

Infrastructure as a Service (IaaS) Solutions for Online Game Service Provision

IVS Arbeitsgruppe Softwaretechnik Abschnitt Management komplexer Integrationslösungen

BPEL als Eckpfeiler einer Serviceorientierten Architektur

Das Knowledge Grid. Eine Architektur für verteiltes Data Mining

Werkzeugbasierte Entwicklung von Benutzeroberflächen mit CDA-Templates und ART DECOR

Transkript:

Programming the Grid Workflows (nicht nur) mit Petrinetzen Andreas Hoheisel

Inhalt Motivation: Wieso Workflows? Konzept: Prozessmodellierung mit High-Level-Petrinetzen Interoperabilität: t: Konvertierung von Prozessbeschreibungen Implementierung: Fraunhofer Process Converter (ProConv) Grid Workflow Execution Service (GWES) Aktuelle Anwendungen in D-Grid MediGRID (Services@MediGRID, MedInfoGrid) PneumoGRID BauVOGrid TextGrid Morgen 11:00 11:30 (M. Haase) Seite 2

Motivation Wieso Workflows? Seite 3

Programmierung verteilter Systeme mit Workflows Workflows = Automatisierung von IT-Prozessen Beschleunigung von IT-Prozessen (z.b. durch Verteilung nebenläufiger Aufgaben auf viele Ressourcen und Optimierung der Daten- und Kontrollflüsse) Vereinfachung der Erstellung und Abarbeitung von IT- Prozessen Wiederverwendbarkeit von IT-Prozessen erhöhen (z.b. ähnliche Prozesse auf unterschiedlichen Systemen und Infrastrukturen realisieren) Mehr Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit für IT-Prozesse Schnelle Realisierung und Anpassung von Geschäftsprozessen durch einfache Abbildung auf IT-Prozesse Seite 4

Vision Von der Orchestrierung von einzelnen Diensten und Softwaremodulen hin zu autonomen Verhalten basierend auf der Modellierung und Automatisierung von Prozessen Ziel: Lösen komplexer Probleme Seite 5

Konzept Prozessmodellierung mit High-Level-Petrinetzen Seite 6

Prozessbeschreibungssprachen Web Services BPEL4WS (IBM, BEA Systems, Microsoft) SCUFL (Taverna mygrid) Geschäftsprozesse Ereignisgesteuerte Prozessketten (AML, EPML) XPDL (Wf Management Coalition) BPMN Grid Condor DAGman, UNICORE, GSFL Unsere Lösung: GWorkflowDL Vereinigt Ansätze aus Web-Services, Geschäftsprozessen und Grid in einer einzigen (aber sehr einfachen!) Sprache Basiert auf High-Level-Petrinetzen Seite 7

Modellierung von Prozessen mit GWorkflowDL Zustand und Aktionen werden modelliert Kontroll- und Datenfluss können modelliert werden Einfach und ausdrucksstark Besonders geeignet zur Beschreibung von verteilten und nebenläufigen Prozessen Umfangreiche Theorie verfügbar Intuitive Visualisierung möglich Kompatibel zu internationalem Standard: ISO/IEC 15909-1 Konvertierung von anderen Prozessbeschreibungssprachen möglich (z.b. BPEL, ARIS, EPK, PNML, DAGman,...) Seite 8

GWorkflowDL High-Level Petri Nets (HLPN) Stellen Repräsentieren Platzhalter für Daten oder Marken, Transitionen Repräsentieren (abstrakte) Operationen; abzubilden auf Methodenaufrufe, Programmausführungen oder Unterprozesse Kanten von Stellen nach Transitionen (Flussrelation) n Kanten von Transitionen nach Stellen (Flussrelation) Kapazität Maximale Anzahl von Marken auf einer Stelle x < y p1 x Bedingungen Prioritäten ten Aktivierte Transitionen schalten nur, wenn alle Bedingungen erfüllt sind (XPath) Bei mehreren aktivierten Transitionen schaltet die mit der höheren Priorität zuerst Unterscheidbare Marken Beinhalten reale Daten (Parameter), Referenzen auf Daten oder Zustände (z.b. done, failed, Seiteneffekte) Seite 9 Kantenanschrift Repräsentiert Variablennamen der Operationen oder XPath- Ausdrücke

Einfache (sequentielle) Workflow-Muster Sequenz Exklusive Auswahl (XOR-Split) Mehrfaches Zusammenführen (XOR-Join) Seite 10

Einfache (nebenläufige) Workflow-Muster Parallele Aufteilung (AND-Split) Synchronisierung (AND-Join) Seite 11

Komplexere Workflow-Muster Einer von M (1-out-of-M) Seite 12

Iterative (sequentielle) Workflow-Muster Strukturierte Schleife: for( i=0; i<99; i++ ) {} Strukturierte Schleife mit Aufruf der Funktion x(i) for( i=0; i<99; i++ ) { x(i); } Seite 13

Nebenläufige Workflow-Muster Möglichkeiten zur Modellierung von Nebenläufigkeit mit GWorkflowDL: i 3 i x(i) Nebenläufige Workflows: Mehrere Workflows werden nebenläufig bearbeitet j 3 j y(j) Nebenläufige Transitionen: Mehrere Transitionen, die zur gleichen Zeit aktiviert sind, werden nebenläufig bearbeitet 0 1 i0 3 i1 3 i i x(i) y(i) Nebenläufige Marken: Mehrere Marken auf den Eingabestellen einer aktivierten Transition lösen mehrere nebenläufige Workflow-Aktivitäten aus ( Parameterstudie ) i 3 1 i x(i) Seite 14

Interoperabilität Konvertierung von Prozessbeschreibungen Seite 15

Konvertierung von Prozessbeschreibungen Motivation Verwendung geeigneter (domänenspezifischer) Workflow- Editoren und Prozessbeschreibungen bei der Erstellung von Workflows Bessere Wiederverwendbarkeit von Workflows Einfache Abbildung von Geschäftsprozessen auf IT- Prozesse Bislang von uns untersucht und (prototypisch) implementiert: SCUFL GWorkflowDL BPEL PNML GWorkflowDL AML EPML GWorkflowDL Kleiner Exkurs auf den nächsten Folien Seite 16

EPML GWorkflowDL: Sequenz EPML (Ereignisgesteuerte Prozessketten) GWorkflowDL (High-Level Petrinetze) Seite 17

EPML GWorkflowDL: Parallele Aufteilung AND AND Seite 18

EPML GWorkflowDL: Exklusive Auswahl XOR XOR Seite 19

EPML GWorkflowDL: Schachtelung von Mustern XOR AND AND XOR Seite 20

Implementierung Fraunhofer Process Converter (ProConv) Grid Workflow Execution Service (GWES) Seite 21

Fraunhofer Process Converter Services Dienste zur Konvertierung von Prozessbeschreibungssprachen Schnittstellen: Web-Service (SOAP) Browser (Zertifikat/Smartcard) Kommandozeilen-Client Client-Java-API Bisher realisiert BPEL PNML Verwendet GNU BPEL2oWFN der HU-Berlin PNML GWorkflowDL XSLT von Fraunhofer FIRST EPML GWorkflowDL XSLT von Fraunhofer FIRST AML EPML XSLT von Jan Mendling / Uni-Wien SCUFL GWorkflowDL XSLT (basiert auf XSLT von Simone Pellegrini) Seite 22

Grid Workflow Execution Service (GWES) Automatisierung von IT-Prozessen Ermöglicht gemischte Workflows von traditionellen Batch-Prozessen (u.a. GT4) und Web-Service-Methodenaufrufen (SOA) Automatische Abbildung von abstrakten Workflows auf jeweils geeignete und verfügbare Ressourcen Einfache Integration in vorhandene IT- Infrastrukturen und Geschäftsprozesse Anwendungsbereiche: Medizin, Verkehrsmanagement, Flutvorhersage, Risikoanalyse, Warenwirtschaft, Bauindustrie, Medien, Und jetzt auch mit grafischen (Ajax-)Editor! Seite 23

Geschichte (und Zukunft) des Grid Workflow Execution Service Fraunhofer Resource Grid Since 2001: Erster Prototyp einer Petri-Netz-basierten Workflow-Engine auf Basis von Globus Toolkit 2.4 K-Wf Grid (EU) 2004 2007: 2007: Automatische Erstellung und Ausführung von Workflows, Redesign und Portierung des GWES auf Web-Services + Globus Toolkit 4 CoreGrid (EU) 2004 2008: 2008: Standardisierung der GWorkflowDL, Interoperabilität mit anderen Systemen (z.b. LCG, glite) Instant-Grid (BMBF) 2005 2007: 2007: Betriebssystem + Grid-Middleware + Workflow-Management + Anwendungen = Knoppix-CD Enterprise Grids (Fraunhofer) 2005 2008: 2008: Anpassung für industriellen Einsatz MediGRID (D-Grid) 2005 2009: 2009: Workflows für die medizinische Forschung, Anpassung an D-Grid, Meta-Scheduling TextGrid (D-Grid) 2005-2008: 2008: Erweiterungen für document-style SOAP BauVOGrid (D-Grid) 2007 2010: 2010: Workflows für die Bauindustrie (z.b. Mängelerfassung) D-Grid 2009 2012: 2012: {PneumoGrid (Audit-Trail),, WissGrid (Coaching),, DGSI (Interoperabilität)} Seite 24

Aktuelle Anwendungen in D-Grid MediGRID (Services@MediGRID, MedInfoGrid) PneumoGRID BauVOGrid TextGrid Seite 25

Medizinische Bildbearbeitung mit > 4200 CPUs Ziel Beschleunigung und Vereinfachung von Prozessen in der medizinischen Bildverarbeitung über Unternehmensgrenzen hinweg Ansatz Formal korrekte Modellierung von medizinischen IT- Prozessen Integration unterschiedlicher Datenformate und Standards (DICOM, HL7, PACS) Ausführung von Workflows unter Berücksichtigung der Fehlertoleranz und Ausfallsicherheit Anwendungen Auswertung von 3D-Ultraschall-Daten (Prostata- Biopsie) Charité Berlin Virtuelle Gefäßchirurgie funktionelle Hirnbilddaten (fmri) Seite 26

IT-Prozesse ausführen IT-Prozesse erstellen & überwachen Nutzer Spezifische medizinische Anwendungen durchführen (z.b. für Diagnose oder klinische Studien) Portal Anwendungs-Nutzerschnittstellen Workflow-Nutzerschnittstelle Workflow-Beschreibungssprache (GWorkflowDL) Web Services Audit-Trail Workflow-Management (GWES) Ressourcen-Management WS-GRAM, RFT, SOAP, CLI Med. Geräte Klinik-PACS Grid-PACS RDT Ressourcenüberwachung Globus Toolkit 4 Seite 27 DICOM securedicom

BauVOGrid-Beispiel: Mangelzuordnung per Barcode 1. 2. 3. 4. 5. 6. 12345 Seite 28

BauVOGrid 1. Modellierung Erfassung und Verwaltung von (Referenz-)Prozessen 2. Analyse und Planung Suche, Komposition und Validierung auf der Basis von Prozessbausteinen 3. Ausführung Grid-Workflow t1 Prozess (EPK) t2 Prozess BPO Ontologie (EPK) (OWL) (OWL) Prozess (EPML mit Attributen) t4 Prozess (GWDL) t3 Modellierungs- Werkzeug Analyse- u. Planungs- Werkzeug Grid Services tx = Transformation von Prozessmodelldaten = Datenfluss zwischen Werkzeugen = Input für Prozessausführung im Grid Seite 29

Demonstration Grid Workflow Execution Service Fraunhofer Resource Grid ( DMZ, FhRG-VPN, FhRG-Portal) MediGRID ( portal1, MediGRID-Portal) Grid-Workflow-Forum ( DMZ) Fraunhofer FIRST (quadro) ( FIRST-LAN, FhRG-VPN) Movie Store ( DMZ, FhRG-VPN, FIRST-LAN) Workflow Editor ( DMZ, FhRG-VPN, FIRST-LAN) Fraunhofer Process Converter Services ( DMZ, FIRST-LAN) Seite 30

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt andreas.hoheisel@first.fraunhofer.de http://www.first.fraunhofer.de/ http://www.andreas-hoheisel.de/ Download Grid Workflow Execution Service: http://www.gridworkflow.org/gwes/ Seite 31

Backup Slides Seite 32

Classes of Computing Grids Resource / Hardware Grid Typical applications: Simulations, parameter studies, rendering farms, Example climateprediction.net: > 100,000 CPUs Data Grid / Information Grid Huge data volumes, distributed databases Typical applications: Data archives, post processing Example LHC Grid (CERN): 15 Petabyte/Year Source: climateprediction.net Service Grid / Software Grid Convergence with the paradigm of the Service Oriented Architecture (SOA) Source: CERN Seite 33

Grid Computing vs. Computing Cloud Grid Computing: Distributed computing whereby a "super and virtual computer" is composed of a cluster of networked, loosely-coupled computers, acting in concert to perform very large tasks Concept for distributed applications Computing Cloud: Abstraction layer for software resources using the paradigm of software as a service (SaaS) Concept for big resource providers (Google, Amazon, IBM, SUN, ) Computing Clouds can be used as resources within Grid Computing Seite 34

Technical issues Resource Matching and Scheduling Seite 35

Resource Matching and Scheduling Resources are dynamic: resources can fail, new resources may appear and active resources may be removed at any time Therefore abstract (infrastructure-independent) workflows should be composed These abstract workflows are mapped onto available resources during runtime Seite 36

Simple Workflow Scheduler (alias Resource Selector) Objective: Simple and robust optimization of the resource selection that works with a minimum of information Maximize the capacity utilization of available computing nodes/cores (independent from their performance) Equivalent to the optimization of the global efficiency (=throughput) of all computing resources Time sharing is allowed (when using fork) Concept: All matching resources with a quality greater than a threshold are randomly mapped onto queued workflow activities, beginning with high priority activities Current and future work: Optimization of the execution time of single activities and/or whole workflows joint work with Dietmar Sommerfeld/GWDG Seite 37

Example Workflows Activities Resources 1 2 3 4 5 6 high priority Activity 5 Activity 6 Activity 1 Activity 2 Activity 3 Activity 4 R9 R1 R4 R5 quality > 0.8 R2 R6 Activity 7 R7 7 8 low priority Activity 8 R8 R3 Seite 38

Fault-Tolerant Workflows In collaboration with University Potsdam Bettina Schnor, Matthias Schulz Seite 39

Example of explicitly modeled fault tolerance Workflow without fault tolerance Workflow with fault tolerance: If failure exit code=147 occurs, then the license server is started and the activity is repeated Seite 40

Statistics: Fault tolerance in medical workflows Distribution of workflow states in a Grid testbed (October 2007): Due to the fault tolerance mechanisms, 20% of the workflows have been completed successfully although one ore more activities failed (source: Schulz, 2007) Seite 41

Secure Workflows In collaboration with University Potsdam Bettina Schnor, Stephan Müller Seite 42

Security Infrastructure Yagsi Security for SOAs existing Web Service architectures Grid services Support of virtual organizations Fine-grained and role-based authorization Restricted delegation of privileges Support of legacy Web Services Seite 43