Método de ejecución de modelos numéricos mediante computación en la nube.

Método de ejecución de modelos numéricos mediante computación en la nube.

En un servidor (3) en la nube (100) se introduce, a través de un computador (2): un código o programa (41) de cálculo, por ejemplo de ecuaciones de balance de masa, energía y momento para el agua de un acuífero; los parámetros (42) y condiciones de contorno del acuífero; y los datos de las variables de ejecución (43), para el código o programa de cálculo, correspondientes a un escenario concreto. El servidor dispone las tareas (T1, T2, ..., Tn) en una cola primaria de tareas (4) y un gestor de colas (5) crea máquinas virtuales (VMa, VMb, VMc) y colas secundarias (Qa, Qb, Qc) para las máquinas virtuales, en un entorno de nube, y asigna las tareas de la cola primaria a las máquinas virtuales, en donde quedan definidas las colas secundarias de tareas (Ti, Tii, ..., Tm).

MÉTODO DE EJECUCiÓN DE MODELOS NUMÉRICOS MEDIANTE COMPU

TACiÓN EN LA NUBE

5

Sector técnico de la invención

La presente invención se refiere a un método de ejecución de modelos numéricos,

mediante computación en la nube, generalmente denominado en inglés como

"c/oud computing" (o simplemente "c/ouding') , que encuentra particular aplicación

1O para los cálculos de comportamiento y respuesta de depósitos fluidos, y en especial

de acuíferos, por aplicación de las ecuaciones, entre otras, de balance de masa

energía y momento a las masas fluidas y su estructura de contención consideradas.

Antecedentes de la invención

15 Existen numerosos modelos y códigos de cálculo que, por aplicación de las

ecuaciones de balance a un sistema dinámico o termodinámico, su ejecución

comporta resultados temporales y espaciales de las variables de estado (p.e.

niveles, concentraciones) , y otros parámetros de interés, como respuesta a la

variación de unas condiciones de contorno y datos de un escenario específico

20 variable. Existen muchos paquetes estándar que en concreto, se aplican al cálculo

de depósitos de petróleo, de depósitos de secuestro de CO2, de acuíferos u otros

depósitos subterráneos. Al cálculo de éstos últimos se refiere, como caso

preferente, la presente descripción. Cada acuífero se modela según unos

parámetros de geometría y constantes fisicoquímicas de sus materiales, y cuando

25 hay una variación en los datos externos del acuífero (lluvias, bombeo en pozos,

movimientos de tierras, ... ) , se ejecuta el código en un computador para obtener

como resultado las nuevas condiciones de respuesta del acuífero o depósito

(niveles, concentraciones, etc.) .

30 Estos modelos y códigos de cálculo comportan la discretización de la geometría del

acuífero en celdas, nodos o elementos del acuífero, y las ecuaciones se aplican a

cada uno de estas celdas o nodos de forma que el sistema de ecuaciones

diferenciales de balance quede reducida (discretizada) en un sistema de

ecuaciones lineales de múltiples incógnitas resoluble por el ordenador.

Se comprenderá que la ejecución de estos programas conlleve un uso muy intensivo de tiempo de procesador y de memoria computacional. Cada cliente o 5 usuario del programa debe disponer su ejecución en una cola -según sean sus privilegios y contrato de servicios -y el tiempo en que dispone de los resultados puede ser muy largo. En el caso de acuíferos complejos con actualización simultánea, el tiempo que debe esperar el usuario podría llegar a ser superior al que se produce entre cambios de escenario que puedan requerir una nueva ejecución. Por lo tanto, los inventores han pensado en utilizar medios de "c/oud computing" para obtener una mayor disponibilidad de proceso y capacidad de cálculo.

De acuerdo con la ya clásica definición del New York Times "el 'c/oud computing'

(computación en la nube) consiste en obtener servicios de computación procesado, almacenamiento, mensajería, bases de datos, etc. realizados desde un lugar remoto fuera de nuestras cuatro paredes y pagar por el uso". En un modelo c/oud, las organizaciones pueden pasar de la gestión tecnológica tradicional (con cuantiosas inversiones en recursos, incluyendo hardware, software, centros de procesamiento de datos, redes, personal, seguridad, etc.) , al nuevo modelo de gestión en la nube, donde se elimina la necesidad de grandes inversiones y costes fijos y se transforma a los proveedores en instrumentos que ponen al alcance de los usuarios, de forma flexible e instantánea, la capacidad de computación bajo demanda.

Los servicios de "c/ouding" pueden ser suministrados por los propios servidores de un centro de datos de una empresa, o bien por un proveedor de c/oud que asume todo el riesgo de ser propietario de la infraestructura. En lugar de requerir contratos a largo plazo con proveedores de servicios de TI, las nubes funcionan sobre la base 30 de un precio horario por el uso o servicio prestado, en el que una aplicación o una máquina virtual puede existir durante unos minutos o unas cuantas horas para ejecutar una tarea, o bien pueden existir durante largo plazo. Las nubes computacionales están construidas como si las aplicaciones fueran temporales, y la facturación se basa en el consumo de recursos: horas de CPU usadas, volumen de datos movidos, Gb de datos almacenados, etc.

El cloud computing permite alquilar un servidor o mil servidores y ejecutar un programa de cálculo de modelización de complejos sistemas geofísicos en los sistemas más potentes. Permite alquilar un servidor virtual (máquina virtual) y descargar software en el mismo, encenderlo y apagarlo según se desee, o clonarlo diez veces para satisfacer un aumento de demanda de carga de trabajo temporal. También puede consistir en almacenar y asegurar cantidades inmensas de datos accesibles sólo a aplicaciones y usuarios y aplicaciones autorizados. El cloud computing también permite el uso de aplicaciones en Internet que almacenan y protegen datos al tiempo que proporciona un servicio -cualquiera, incluyendo el correo electrónico, automatización de la gestión de fuerza de venta y preparación de pago de impuestos, etc-o Puede permitir el uso de almacenamiento en nube para guardar datos personales, empresariales y de aplicaciones. También tiene la posibilidad de usar un conjunto de servicios Web para integrar fotos, mapas e información GPS para crear una masa de datos en navegadores Web clientes.

Los proveedores de Cloud computing ofrecen servicios según tres modelos 20 fundamentales:

servicio de infraestructura ("Infrastructure as a Service" -laaS) . Ejemplos: máquinas virtuales servidores, almacenamiento, equilibradoras de carga, cortafuegos, redes, ...

servicio de plataforma ("platform as a Service" -PaaS) . Ejemplos: rutinas de ejecución ("runtime") , bases de datos, servidores de red, herramientas de desarrollo, ... servicio de software ("software as a Service" -SaaS) . Ejemplos: CRM (customer relationship management) , Email, comunicaciones, juegos,

escritorios virtuales, ...

El servicio laaS es el más básico y cada modelo superior abstrae de los detalles y

datos de los modelos inferiores.

Los clientes de e/oud solicitan servicios a través de navegadores Web, aplicaciones para móviles inteligentes, emuladores de terminal, ordenadores tipo cliente liviano ("thin elienf') , etc.

La presente invención se refiere al uso de máquinas virtuales para la ejecución de modelos numéricos, preferentemente de modelos de acuíferos en el e/oud. En este modelo básico de servicios en nube, los proveedores de nube ofrecen computadores -físicamente o, la mayoría de las veces, como máquinas virtuales 10 almacenamiento en bloque, cortafuegos, equilibradoras de carga y redes. El proveedor laaS proporciona estos recursos bajo demanda desde grandes instalaciones situadas en Centros de Datos ("Data Centers") . También ofrecen redes de área amplia (WAN) incluidas direcciones IP; como parte de la oferta. Para la conectividad WAN, puede (y suele) usarse internet, o se pueden configurar redes privadas virtuales.

De acuerdo con hUp://www.griffincaprio.com/blog/2006/08/virtual-machinesvirtualization-vs-emulation.html (recuperado el 9-juIi0-2012) , una máquina virtual es un "sistema operativo visitante completamente aislado en el seno de un sistema 20 operativo huésped normal". Las máquinas virtuales modernas son implementadas bien mediante emulación de software o virtualización de hardware. En la mayoría de los casos, ambas se implementan conjuntamente. Una máquina virtual es una implementación en software de una máquina (por ejemplo, un ordenador) que ejecuta programas de igual manera que una máquina física. Las máquinas virtuales 25 se clasifican en dos categorías principales, según su uso y grado de correspondencia con una máquina real: máquina virtual de sistema y máquina virtual de proceso. Una máquina virtual de sistema proporciona una plataforma de sistema completa que soporta un sistema operativo (OS) completo. Por el contrario, una máquina virtual de proceso está diseñada para ejecutar un único programa, de lo cual significa que sólo puede soportar un proceso. Una característica esencial de una máquina virtual es que el software que se ejecuta en la misma está limitado a los recursos y abstracciones proporcionados por la máquina virtual -no puede salirse de su entorno virtual.

La combinación de máquinas virtuales y aplicaciones como objetos de desarrollo estándar es una de las características clave del "c/oud computing". Cuando hay mucha demanda de una tarea, ésta puede clonarse sobre múltiples máquinas virtuales...

1. Método de ejecución de modelos numéricos mediante computación en la nube, caracterizado porque.

5. un usuario (1) introduce, a través de un computador (2) , en un servidor (3)

en la nube (100) : -los parámetros (42) para un código o programa de cálculo (41) ; Y -los datos de las variables de ejecución (43) , para dicho código o programa de cálculo (41) , incluidas las condiciones de contorno,

- el servidor (3) crea una tarea (T1, T2, ... , Tn) que comprende:

i. dicho código o programa de cálculo (41) ;

ii. dichos parámetros (42) ; y

iii. dichos datos (43) -el servidor (3) dispone las tareas (T1, T2, ... , Tn) en una cola primaria de 15 tareas (4) ;

-un gestor de colas (5) crea máquinas virtuales (VMa, VMb, VMc) y colas secundarias (Oa, Ob, Oc) para las máquinas virtuales, en un entorno de nube, envia y asigna las tareas (T1, T2, ... , Tn) de la cola primaria (4) a las máquinas virtuales (MVa, MVb, MVc) , en donde quedan definidas colas

secundarias (Oa, Ob, Oc) de tareas (Ti, Tii, ... , Tm) ; -cada máquina virtual (MVa, MVb, MVc) ejecuta las tareas (Ti, Tii, ... , Tm) asignadas en su cola secundaria (Oa, Ob, Oc) , en tanto existan tareas en su correspondiente cola secundaria; y

-cada máquina virtual (MVa, MVb, MVc) da de baja la tarea (Ti, Tii, ... , Tm) , 25 una vez ejecutada ésta última.

2. Método de ejecución de modelos numéricos, según la reivindicación 1, caracterizado porque en el servidor (3) se introduce un respectivo tiempo de ejecución estimado para cada tarea (T1, T2, ... , Tn) .

3. Método de ejecución de modelos numéricos, según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque una máquina virtual (MVc) es destruida si ha transcurrido un tiempo mayor a un tiempo minimo predeterminado sin que hayan tareas (Ti, Tii, ... , Tm) asignadas en su cola secundaria (Oa, Ob, Oc) .

4. Método de ejecución de modelos numéricos, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho gestor de colas (5) gestiona las máquinas virtuales (MVa. MVb, MVc) y asigna las tareas a colas secundarias (Oa, Ob, Ov) de las mismas a través de los siguientes pasos:

A. se interroga si existen una tarea (T) pendiente en la cola primaria (4) del servidor (3) ,

B. si la respuesta a A es afirmativa, se determina el número de máquinas virtuales (VMb, VMc) creadas en la nube (100) ;

c. se interroga si existen máquinas virtuales creadas (VMb, VMc) ;

D. si la respuesta a C es afirmativa, se calcula la carga de trabajo de las máquinas virtuales en ejecución (VMb, VMc) , como la suma de los tiempos estimados de ejecución de sus tareas pendientes y el tiempo estimado de la tarea que está siendo ejecutada, menos el tiempo ya transcurrido de la tarea que está siendo ejecutada;

E. se interroga si existe una máquina virtual (VMb) tal que su tiempo restante de cálculo sea menor que el tiempo de creación de una nueva máquina virtual (MVa) ; y

F. si la respuesta a E es afirmativa, se añade la tarea (T) a la cola secundaria (Oa, Ob, Oc) de la máquina virtual encontrada (VMb) .

5. Método de ejecución de modelos numéricos, según la reivindicación 4, caracterizado porque si la respuesta a la interrogación A es negativa entonces se vuelve al paso A.

6. Método de ejecución de modelos numéricos, según la reivindicación 4 ó la reivindicación 5, caracterizado porque si la respuesta a la interrogación E es negativa, entonces se ejecutan los pasos siguientes:

G. se interroga si el número de máquinas virtuales en ejecución es menor que el número máximo de máquinas virtuales posibles,

H. si la respuesta a la interrogación G es afirmativa, se crea una cola secundaria (Oa, Ob, Oc) , se añade la tarea (T) a la cola secundaria, y se crea una nueva máquina virtual (VMe) con la cola secundaria creada.

7. Método de ejecución de modelos numéricos, según la reivindicación 6, caracterizado porque si:

-la respuesta a la interrogación G es negativa, entonces se asigna la tarea en curso (T) a la cola secundaria (Oa, Ob, Oc) de la máquina virtual (VMa) con la menor carga de trabajo calculada en D.

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