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Zur Lösung der Klausur → GridCloud-Lösung_Erstklausur_GAF-WS2023
Aufgabe 1 – Multiple Choice – 10 Punkte
Markieren Sie zutreffende Antworten durch ein x. Es können 0, 1, 2, 3 oder 4 Antworten je Teilaufgabe zutreffen. Je Teilaufgabe (a–j) können Sie 1 Punkt erreichen. Für jede falsch markierte Antwortalternative wird 1 Punkt abgezogen (allerdings wird keine Teilaufgabe mit weniger als 0 Punkten bewertet).
(a) Was wird in einem Grid durch die Kombination aus der Speicherhardware (Backend) und der kontrollierenden Software (z. B. ein Dateisystem) definiert?
- Ein Cluster
- Ein Scheduler
- Eine Speicherresource
- Eine Virtuelle Organisation
(b) Welche Aussagen über das sogenannte Pinnen von Dateien sind richtig?
- Gepinnte Dateien werden mit hoher Priorität und damit höherer Übertragungsgeschwindigkeit übertragen.
- Ein Pfad von gepinnten Dateien ist global gültig und damit im GRID erreichbar.
- Eine gepinnte Datei wird vor Löschung im Disk-Cache geschützt.
- Ein lokales System kann auch ein Remote-System auffordern, eine Datei zu pinnen.
(c) Welche der folgenden Aussagen beschreiben, welche der fünf Basic Grid Layers nach Foster dazugehören?
- Platform
- Fabric
- Collective
- Transport
(d) Welche Aussagen über das Green Computing sind korrekt?
- Ein Ziel ist die Verringerung der Umweltbelastung, zum Beispiel durch die Reduzierung von Treibhausgasen.
- Die Implementierung von Umweltmanagementsystemen kann zur Reduzierung von Umweltauswirkungen beitragen.
- Recycling von Elektronikgeräten ist nicht im Sinne von Green Computing.
- Die Nutzung von ICT-Technologien kann zur Verringerung des ökologischen Fußabdrucks anderer Prozesse und Sektoren beitragen.
(e) Welche Art der Anwendung charakterisiert man als Many-Task Computing (MTC)?
- Batch-Verarbeitung von großen Datenmengen
- Serielle Ausführung einer komplexen Simulation
- Parallele Ausführung vieler unabhängiger kurzer Berechnungen
- Ausführung einer einzigen langen Berechnung auf einem leistungsstarken Prozessor
(f) Welche Aussagen treffen auf JSDL (Job Submission Description Language) zu?
- Beschreibt Anforderungen zur Job-Submission.
- Web Services-basierte Schnittstelle.
- Normatives XML-Schema.
- Eine JSDL-Implementierung führt Aktivitäten aus.
(g) Was zählt zu den Aufgaben eines Meta-Schedulers?
- Verwaltung von Job-Warteschlangen.
- Deployment von Jobs auf physischer Ressource.
- Management von Virtuellen Organisationen.
- Datenverwaltung auf physischer Ressource.
(h) Welche der folgenden Informationen können bedenkenlos veröffentlicht werden, ohne dass Sicherheitsprobleme entstehen?
- Public Key
- Private Key
- X Zertifikat
- Private Key eines X-Proxy-Zertifikats
(i) Welche Aussagen sind im Hinblick auf die wechselseitige Authentifizierung korrekt?
- Dienst zum Widerruf von Zertifikaten.
- Kann ausschließlich mit Proxy-Zertifikaten korrekt abgeschlossen werden.
- Dient zur Sicherstellung der Authentizität von Kommunikationspartnern u. a. via X-Zertifikaten.
- Als zweiter Faktor müssen immer Mobiltelefone eingesetzt werden.
(j) Welche Definitionen der Cloud-Akteure sind zutreffend?
- Ein Cloud Carrier ist ein Vermittler, der die Konnektivität und den Transport von Cloud Services von Cloud-Providern zu Cloud-Konsumenten bereitstellt.
- Ein Cloud Auditor ist eine Partei, die Beziehungen zwischen Cloud-Providern und Cloud-Konsumenten aushandelt.
- Ein Cloud Consumer ist eine Person oder Organisation, die eine Geschäftsbeziehung mit einem Cloud-Provider unterhält und dessen Dienste nutzt.
- Ein Cloud Broker ist eine Entität, die die Nutzung, Leistung und Bereitstellung von Cloud-Diensten verwaltet und die Beziehungen zwischen Cloud-Providern und Cloud-Konsumenten aushandelt.
Aufgabe 2 – Kurzfragen – 10 Punkte
(a) Autorisierungsmodell (1 Punkt)
Gegeben ist folgende Sequenz im Kontext der Autorisierung zwischen Subjekt (a), Ressource/Objekt (b) und Autorisierungsinstanz (c):
- Anforderung eines Dienstes (a → b)
- Anfordern einer Berechtigung (b → c)
- Berechtigungsnachweis (c → b)
- Erlauben/Verbieten (b → a)
Nennen Sie das entsprechende Autorisierungsmodell.
(b) Cloud Computing – essentielle Charakteristika (3 Punkte)
Nennen Sie drei der fünf essentiellen Charakteristika des Cloud Computings gemäß der NIST-Definition.
(c) Storage-Hierarchie (2 Punkte)
Nennen Sie zwei sich gegenläufig entwickelnde Dimensionen zur Charakterisierung von Archive Tier und Performance Tier im Kontext der Storage-Hierarchie.
(d) Lancium – Herausforderung und Lösung (2 Punkte)
In einem externen Vortrag von Andrew Grimshaw haben Sie Einblicke in Lancium erhalten. Welche besondere Herausforderung hat er im Vortrag beschrieben? Nennen Sie diese und skizzieren Sie kurz eine aufgezeigte Lösung.
(e) Blauer Engel – Bewertungskriterien (2 Punkte)
Im Rahmen des Green Computing haben Sie den Blauen Engel für energieeffizienten Rechenzentrumsbetrieb kennengelernt. Nennen Sie zwei konkrete Bewertungskriterien, die über die reine Energieeffizienz hinausgehen.
Aufgabe 3 – Von-Neumann-Architektur – 13 Punkte
(a) Leistungsbalance-Komponenten (3 Punkte)
Nennen Sie die drei Komponenten der Leistungsbalance in Hochleistungsrechnern.
(b) Darstellung der Komponenten (2 Punkte)
Stellen Sie die Komponenten aus (a) in Relation zueinander. Zeichnen Sie dazu eine geeignete Darstellung.
(c) Abkürzungen HTC und HPC (1 Punkt)
Schreiben Sie die Abkürzungen HTC und HPC aus.
(d) Positionierung von HTC und HPC (2 Punkte)
Markieren Sie in Ihrer Zeichnung aus (b) die Positionen von HTC und HPC und begründen Sie beide Einordnungen.
(e) Capacity vs. Capability Computing (3 Punkte)
In der Vorlesung wurden die Konzepte Capacity Computing und Capability Computing besprochen.
- (i) Definieren Sie beide Begriffe. (2 Punkte)
- (ii) Ordnen Sie HTC und HPC den Konzepten zu. (1 Punkt)
Grafik für f) fehlt in dem Gedankenprotokoll leider.
(f) Anwendungsbeispiele HTC/HPC (5 Punkte)
Ein umfangreiches Anwendungsbeispiel wurde in der Vorlesung vorgestellt.
(i) Liegt in diesem Anwendungsbeispiel ein Use Case des HTC oder HPC vor? Begründen Sie Ihre Antwort. (2 Punkte)\
(ii) Geben Sie ein Beispiel für eine konkrete Anwendung, welche in die jeweils andere Gruppe (HTC bzw. HPC) gehört im Vergleich zu (i). Begründen Sie Ihre Auswahl. (3 Punkte)
Aufgabe 4 – Grid – 22 Punkte
(a) Basic Grid Layers nach Foster (4 Punkte)
In der Vorlesung wurden die Basic Grid Layers des generischen Grid-Architekturmodells von Foster et al. vorgestellt.
Nennen Sie alle Layer und ordnen Sie diese in der folgenden Tabelle ein:
| Layer | Name |
|---|---|
| 5 | Applications |
| 4 | ? |
| 3 | ? |
| 2 | ? |
| 1 | ? |
(b) Zuordnung von Services (4 Punkte)
Ordnen Sie die folgenden Services der Basisarchitektur zu (geben Sie dazu die Schichtnummer an):
- Single Sign-On
- File Transfer Service (z. B. GridFTP)
- Co-Allokation
- Informations- und Management-Protokolle
(c) GRID-Job – Komponenten (6 Punkte)
Ein GRID-Nutzer möchte einen Job ausführen. Dazu ist das Zusammenspiel mehrerer Komponenten notwendig.
Benennen Sie alle 7 Komponenten der in der Vorlesung dargestellten Abläufe.
(d) Detailfragen zu GRID-Komponenten (8 Punkte)
Die in (c) abgebildeten GRID-Komponenten erfüllen unterschiedliche Aufgaben.
- (i) Komponente 2: Nennen und beschreiben Sie zwei Aufgaben dieser Komponente. (2 Punkte)
- (ii) Komponente 2: Welche Informationen benötigt diese Komponente zwingend, um ihre Aufgaben ausführen zu können? (2 Punkte)
- (iii) Komponente 3: Nennen und beschreiben Sie zwei Aufgaben dieser Komponente. (2 Punkte)
- (iv) Komponente 3: Von wem wird diese Komponente administrativ verwaltet? Begründen Sie, warum es nicht sinnvoll ist, wenn sie von derselben Instanz verwaltet wird wie Komponente 2. (2 Punkte)
Aufgabe 5 – Scheduling – 11 Punkte
Gegeben ist ein Cluster mit 80 identischen Nodes. Jeder Node kann zu jedem Zeitpunkt nur von einem Job belegt sein (kein Multitasking). Jobs können auch auf nicht-benachbarten Nodes deployed werden.
Die Queue enthält folgende 6 Jobs (die Reihenfolge entspricht einem Prioritätsmerkmal: A, B, C, D, E, F):
| Job-ID | Anzahl Nodes | Walltime (in Minuten) | Status |
|---|---|---|---|
| A | 20 | 210 | Waiting |
| B | 75 | 30 | Waiting |
| C | 20 | 60 | Waiting |
| D | 50 | 120 | Waiting |
| E | 10 | 120 | Waiting |
| F | 25 | 75 | Waiting |
Gehen Sie davon aus, dass zum Zeitpunkt t = 0 Minuten Ihr Cluster mit 80 Nodes unbelegt ist, alle Jobs in der Queue den Status Waiting haben und beim Deployment von Jobs keine Vor- oder Nachbearbeitungszeit anfällt.
(a) Aggressives Backfilling – Schedule (5 Punkte)
Geben Sie den Schedule (d. h. die Abarbeitungsreihenfolge aller Jobs) an. Verwenden Sie dazu für jeden Job das Tupel:
<Job-ID>, <Anzahl Nodes>, <Startzeit in Minuten>
(b) Verzögerter Job (2 Punkte)
Nennen Sie den Job, bei dem aufgrund des aggressiven Backfillings eine Verzögerung aufgetreten ist, und begründen Sie, warum dieser Job verzögert wurde.
(c) Zusätzliche Wartezeit (1 Punkt)
Wie viele Minuten beträgt die zusätzliche Wartezeit des verzögerten Jobs durch Anwendung des aggressiven Backfillings?
(d) Position in der Queue (1 Punkt)
Welche Position darf ein Job in der Queue nicht einnehmen, damit er im aggressiven Backfilling verzögert werden kann?
(e) Auswirkungen für groß angelegte Jobs (2 Punkte)
Was würde das Backfilling prinzipiell für Jobs mit einer sehr hohen Anzahl an Nodes bedeuten? Begründen Sie Ihre Antwort.
Aufgabe 6 – X-Zertifikate – 6 Punkte
Im GRID erfolgt die Authentifizierung in der Regel über eine Public Key Infrastructure (PKI) unter Einsatz von X-Zertifikaten.
(a) Schritte zur Zertifikatserstellung (4 Punkte)
Alice möchte auf GRID-Ressourcen zugreifen und benötigt dazu ein X-Zertifikat.
Geben Sie alle nötigen Schritte an, damit Alice ein einsatzfähiges X-Zertifikat erhält. Erklären Sie jeden Schritt und gehen Sie darauf ein, wer welchen Schritt auszuführen hat.
(b) Form des X-Zertifikats (1 Punkt)
In welcher Form liegt das eigene X-Zertifikat eines Users üblicherweise vor?
(c) Signierung des Root-Zertifikats (1 Punkt)
Von welcher Institution wird in einer hierarchischen Zertifikatskette das Root-Zertifikat signiert?
Aufgabe 7 – Virtualisierung – 8 Punkte
(a) Full-Virtualization Type 2 (6 Punkte)
Skizzieren Sie den schematischen Aufbau der Full-Virtualization Type 2.
Hinweis: Ihre Grafik sollte den Host, den Virtual Machine Monitor (Hypervisor) sowie die virtuelle Maschine mit Gastbetriebssystem und virtueller Hardware beinhalten und beschriften.
(b) Unterschiede zwischen Paravirtualization und Full Virtualization (2 Punkte)
Beschreiben Sie zwei wesentliche Unterschiede zwischen Paravirtualization und Full Virtualization.
Notizen:
- Gesamtpunkte: 80
- Bearbeitungszeit: 90 Minuten
- Erlaubte Hilfsmittel: Nur ein einfacher Taschenrechner
- Notenskala:
- ab 33 Punkte: 4,0
- ab 37,5 Punkte: 3,7
- ab 42 Punkte: 3,3
- ab 46,5 Punkte: 3,0
- ab 51 Punkte: 2,7
- ab 55,5 Punkte: 2,3
- ab 60 Punkte: 2,0
- ab 64,5 Punkte: 1,7
- ab 69 Punkte: 1,3
- ab 73,5 Punkte: 1,0
Die Fragen werden in deutscher oder englischer Sprache gestellt.