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• W2593154929 abstract "Scientific applications generally require large computational requirements, memory and data management for their execution. Such applications have traditionally used high-performance resources, such as shared memory supercomputers, clusters of PCs with distributed memory, or resources from Grid infrastructures on which the application needs to be adapted to run successfully. In recent years, the advent of virtualization techniques, together with the emergence of Cloud Computing, has caused a major shift in the way these applications are executed. However, the execution management of scientific applications on high performance elastic platforms is not a trivial task. In this doctoral thesis, Elastic Cloud Computing Cluster (EC3) has been developed. EC3 is an open-source tool able to execute high performance scientific applications by creating self-managed cost-efficient virtual hybrid elastic clusters on top of IaaS Clouds. These self-managed clusters have the capability to adapt the size of the cluster, i.e. the number of nodes, to the workload, thus creating the illusion of a real cluster without requiring an investment beyond the actual usage. They can be fully customized and migrated from one provider to another, in an automatically and transparent process for the users and jobs running in the cluster. EC3 can also deploy hybrid clusters across on-premises and public Cloud resources, where on-premises resources are supplemented with public Cloud resources to accelerate the execution process. Different instance types and the use of spot instances combined with on-demand resources are also cluster configurations supported by EC3. Moreover, using spot instances, together with checkpointing techniques, the tool can significantly reduce the total cost of executions while introducing automatic fault tolerance. EC3 is conceived to facilitate the use of virtual clusters to users, that might not have an extensive knowledge about these technologies, but they can benefit from them. Thus, the tool offers two different interfaces for its users, a web interface where EC3 is exposed as a service for non-experienced users and a powerful command line interface. Moreover, this thesis explores the field of light-weight virtualization using containers as an alternative to the traditional virtualization solution based on virtual machines. This study analyzes the suitable scenario for the use of containers and proposes an architecture for the deployment of elastic virtual clusters based on this technology. Finally, to demonstrate the functionality and advantages of the tools developed during this thesis, this document includes several use cases covering different scenarios and fields of knowledge, such as structural analysis of buildings, astrophysics or biodiversity. Las aplicaciones cientificas generalmente precisan grandes requisitos de computo, memoria y gestion de datos para su ejecucion. Este tipo de aplicaciones tradicionalmente ha empleado recursos de altas prestaciones, como supercomputadores de memoria compartida, clusters de PCs de memoria distribuida, o recursos provenientes de infraestructuras Grid, sobre los que se adaptaba la aplicacion para que se ejecutara satisfactoriamente. El auge que han tenido las tecnicas de virtualizacion en los ultimos anos, propiciando la aparicion de la computacion en la nube (Cloud Computing), ha provocado un importante cambio en la forma de ejecutar este tipo de aplicaciones. Sin embargo, la gestion de la ejecucion de aplicaciones cientificas sobre plataformas de computacion elasticas de altas prestaciones no es una tarea trivial. En esta tesis doctoral se ha desarrollado Elastic Cloud Computing Cluster (EC3), una herramienta de codigo abierto capaz de llevar a cabo la ejecucion de aplicaciones cientificas de altas prestaciones creando para ello clusters virtuales, hibridos y elasticos, autogestionados y eficientes en cuanto a costes, sobre plataformas Cloud de tipo Infraestructura como Servicio (IaaS). Estos clusters autogestionados tienen la capacidad de adaptar su tamano, es decir, el numero de nodos, a la carga de trabajo, creando asi la ilusion de un cluster real sin requerir una inversion por encima del uso actual. Ademas, son completamente configurables y pueden ser migrados de un proveedor a otro de manera automatica y transparente a los usuarios y trabajos en ejecucion en el cluster. EC3 tambien permite desplegar clusters hibridos sobre recursos Cloud publicos y privados, donde los recursos privados son complementados con recursos Cloud publicos para acelerar el proceso de ejecucion. Otras configuraciones hibridas, como el empleo de diferentes tipos de instancias y el uso de instancias puntuales combinado con instancias bajo demanda son tambien soportadas por EC3. Ademas, el uso de instancias puntuales junto con tecnicas de checkpointing permite a EC3 reducir significantemente el coste total de las ejecuciones a la vez que proporciona tolerancia a fallos. EC3 esta concebido para facilitar el uso de clusters virtuales a los usuarios, que, aunque no tengan un conocimiento extenso sobre este tipo de tecnologias, pueden beneficiarse facilmente de ellas. Por ello, la herramienta ofrece dos interfaces diferentes a sus usuarios, una interfaz web donde se expone EC3 como servicio para usuarios no experimentados y una potente interfaz de linea de comandos. Ademas, esta tesis doctoral se adentra en el campo de la virtualizacion ligera, mediante el uso de contenedores como alternativa a la solucion tradicional de virtualizacion basada en maquinas virtuales. Este estudio analiza el escenario propicio para el uso de contenedores y propone una arquitectura para el despliegue de clusters virtuales elasticos basados en esta tecnologia. Finalmente, para demostrar la funcionalidad y ventajas de las herramientas desarrolladas durante esta tesis, esta memoria recoge varios casos de uso que abarcan diferentes escenarios y campos de conocimiento, como estudios estructurales de edificios, astrofisica o biodiversidad. Les aplicacions cientifiques generalment precisen grans requisits de comput, de memoria i de gestio de dades per a la seua execucio. Este tipus d'aplicacions tradicionalment hi ha empleat recursos d'altes prestacions, com supercomputadors de memoria compartida, clusters de PCs de memoria distribuida, o recursos provinents d'infraestructures Grid, sobre els quals s'adaptava l'aplicacio perque s'executara satisfactoriament. L'auge que han tingut les tecniques de virtualitzacio en els ultims anys, propiciant l'aparicio de la computacio en el nuvol (Cloud Computing), ha provocat un important canvi en la forma d'executar este tipus d'aplicacions. No obstant aixo, la gestio de l'execucio d'aplicacions cientifiques sobre plataformes de computacio elastiques d'altes prestacions no es una tasca trivial. En esta tesi doctoral s'ha desenvolupat Elastic Cloud Computing Cluster (EC3), una ferramenta de codi lliure capac de dur a terme l'execucio d'aplicacions cientifiques d'altes prestacions creant per a aixo clusters virtuals, hibrids i elastics, autogestionats i eficients quant a costos, sobre plataformes Cloud de tipus Infraestructura com a Servici (IaaS). Estos clusters autogestionats tenen la capacitat d'adaptar la seua grandaria, es dir, el nombre de nodes, a la carrega de treball, creant aixi la il·lusio d'un cluster real sense requerir una inversio per damunt de l'us actual. A mes, son completament configurables i poden ser migrats d'un proveidor a un altre de forma automatica i transparent als usuaris i treballs en execucio en el cluster. EC3 tambe permet desplegar clusters hibrids sobre recursos Cloud publics i privats, on els recursos privats son complementats amb recursos Cloud publics per a accelerar el proces d'execucio. Altres configuracions hibrides, com l'us de diferents tipus d'instancies i l'us d'instancies puntuals combinat amb instancies baix demanda son tambe suportades per EC3. A mes, l'us d'instancies puntuals junt amb tecniques de checkpointing permet a EC3 reduir significantment el cost total de les execucions al mateix temps que proporciona tolerancia a fallades. EC3e sta concebut per a facilitar l'us de clusters virtuals als usuaris, que, encara que no tinguen un coneixement extensiu sobre este tipus de tecnologies, poden beneficiar-se facilment d'elles. Per aixo, la ferramenta oferix dos interficies diferents dels seus usuaris, una interficie web on s'exposa EC3 com a servici per a usuaris no experimentats i una potent interficie de linia d'ordres. A mes, esta tesi doctoral s'endinsa en el camp de la virtualitzacio lleugera, per mitja de l'us de contenidors com a alternativa a la solucio tradicional de virtualitzacio basada en maquines virtuals. Este estudi analitza l'escenari propici per a l'us de contenidors i proposa una arquitectura per al desplegament de clusters virtuals elastics basats en esta tecnologia. Finalment, per a demostrar la funcionalitat i avantatges de les ferramentes desenrotllades durant esta tesi, esta memoria arreplega diversos casos d'us que comprenen diferents escenaris i camps de coneixement, com a estudis estructurals d'edificis, astrofisica o biodiversitat." @default.
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