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HTW Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing GIS Praktische Informatik Master 1. Semester an der HTW des Saarlandes Kim Meiser, Victor Mitskanets.

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1 HTW Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing GIS Praktische Informatik Master 1. Semester an der HTW des Saarlandes Kim Meiser, Victor Mitskanets Softwarearchitektur Grid- und Cloudcomputing Betreut durch Prof. Dr. Reiner Güttler HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing

2 HTW Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing Ein Platz auf der Wolke: Was Cloud Computing genau ist, ist noch nicht ganz klar. Dass es sich allerdings um die Computer-Technik der Zukunft handelt, scheint sicher (…) Längst liefern sich Google, Amazon, Adobe und Microsoft einen Kampf um die Vorherrschaft im Geschäft mit den zentralisierten Diensten. Pioneer will Millionen Fernsehgeräte mit P2P-Grid vernetzen CERN startet das Peta-Grid (…) ein Netzwerk aus 140 Rechenzentren Quelle: heise.de Newsticker HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing

3 3 Agenda Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit

4 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing4 Agenda Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit

5 Was ist Grid- und Cloudcomputing: Einleitung Vor etwa 30 Jahren: Beginnende Vernetzung von Computern mit dem Ziel, Informationen zu teilen Der Durchbruch des Internets kam erst Jahre später Etablierung von Standards, Protokolle, Sicherheit braucht Zeit Aufbau Infrastruktur, Änderung Geschäftsprozesse langwierig Nutzen des Internets ist erst seit wenigen Jahren für den Anwender sichtbar und erlebbar HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing5

6 Was ist Grid- und Cloudcomputing: Einleitung Nächste Stufe der Vernetzung: Neben Bereitstellung von Daten auch Bereitstellung von Rechenkapazität Vorhandene Rechenleistung mieten Zugriff einfach, standardisiert und sicher Jeder kann diese Rechenleistung verwenden, wenn nötig HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing6

7 Was ist Grid- und Cloudcomputing: Einleitung Idee: Zusammenschluss der Rechenleistung zu einem Supercomputer, einem Grid Vergleichbar mit Strom-Grid und Steckdose Wie beim Stromnetz kann jeder einspeisen: Rechenzentren (Kraftwerke), Privatleute (Solar-Anlage) Große, meist ungenutzte Kapazitäten weltweit (Computer, Handys, Spielkonsolen, Embedded Systems…) Ziel: Vorhandene Ressourcen zugänglich machen HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing7

8 Was ist Grid- und Cloudcomputing: Einleitung Beispiel: In jedem Handy, Computer, Fernseher, Playstation, Aufzug, Kühlschrank, … steckt eine zur Zeit ungenutzte CPU Bereitstellung der ungenutzten Ressourcen für andere Nutzung fremder Ressourcen bei Bedarf Effizientere Auslastung Geringere, nutzungsorientierte Kosten Unterschiedliche Ressourcen, also auch Speicherplatz usw. HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing8

9 Was ist Grid- und Cloudcomputing: Die 5 Ideen Resource Sharing: Beinahe endlose Kapazitäten Secure access: Wer wann auf welche Ressourcen zugreifen darf, muss klar geregelt sein Resource use: Das Grid verteilt die Aufgabe möglichst automatisch, um effiziente (schnelle) Lösungen zu liefern Death of Distance: Entfernung sollte keinen Unterschied machen Open Standards: Interoperabilität zwischen verschiedenen Grids HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing9

10 Was ist Grid- und Cloudcomputing: Buzzword-Bingo Farm Gleichartige, vernetzte Hosts, die zu einem logischen System verbunden sind. Cluster Vernetzte Computer, zur Steigerung von Verfügbarkeit, Load-Balancing oder High- Performance. Bei gleichartiger Ausstattung wird auch der Begriff Farm verwendet. Grid Virtueller Supercomputer, der aus einem Cluster lose gekoppelter Computer erzeugt wird. Lose bedeutet, während des Betriebes dynamisch hinzufügen und entfernen. Cloud Die Idee oder das Konzept, Ressourcen auf einer pay-per-use-Basis aus einer Wolke zu beziehen. In unterschiedlichen Quellen wird Grid- und Cloudcomputing synonym verwendet. Quellen: Foster, Kesselmann. GridCafé. Wikipedia. IBM. Amazon. HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing10

11 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing11 Agenda Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit

12 Anwendungsbereiche HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing12

13 Anwendungsbereiche Rechenintensive Aufgaben Mathematische Berechnungen, Simulationen (Medizin, Geologie, Klimawandel, Astronomie, …) Speicherintensive Aufgaben Messdaten, Datenbanken, Web-Kopien (Suchmaschinen) Hochleistungs-Grids Forschungszentren, Simulation, Wetter HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing13

14 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing14 Agenda Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit

15 Grid-Strukturen: Ein Grid zum Selberbasteln Software/Middleware für Aufbau und Verwaltung von Grids OGSA (Open Grid Service Architecture) UNICORE (Uniform Interface to Computing Resources) GridGain (Entwicklungs- und Runtime-Umgebung für Java) Globus Toolkit (Implementierung von OGSA) Sun Open Cloud Platform HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing15

16 Grid-Strukturen: Betriebssystem-Ebene HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing16 Windows Azure Service Platform Ubuntu Karmic Koala mit EC2-Unterstützung Linux-Distribution XtreemOS uvm.

17 Grid-Strukturen: Volunteer-Computing BOINC - Berkley Open Infrastructure for Network Computing HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing17

18 Grid-Strukturen: Hochleistungs-Grids Zusammenschaltung von Hochleistungsrechnern D-Grid: Deutschland-Grid Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) vernetzt 140 Rechenzentren in 33 Ländern HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing18

19 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing19 Agenda Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit

20 Anbieter für Webgrids bzw. SaaS Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud) SimpleDB S3 (Simple Storage Service) Cloud Front SQS (Simple Queue Services) Google AppEngine Global Player wie IBM, Sun, etc. mit eigenen Angeboten Kleinere, Spezialisierte Anbieter (Dr. GoGrid u.a.) HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing20

21 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing21 Agenda Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit

22 Beispiel: Verwendung eines Webgrids HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing22 Umgebung für Webanwendungen Ersetzt klassischen Webserver und Datenbank bei Webanwendungen Läuft auf Googles Infrastruktur Skalierung der Ressourcen und load-balancing übernimmt App Engine Software Google APIs als Ressourcen verfügbar Google App Engine

23 Übersichtliches Beispiel Benutzt die Datenbank Beliebig viele Benutzer gleichzeitig möglich Wegen Benutzeroberfläche geeignet zur Vorführung Beispiel: Verwendung eines Webgrids HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing23 Beispielanwendung Gästebuch

24 Beispiel: Verwendung eines Webgrids HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing24 Anwendung während Entwicklung lokal ausführbar Automatischer Rollout per Script möglich Einfacher Rollback, falls im Betrieb Fehler auftreten Test und Rollout

25 Beispiel: Verwendung eines Webgrids HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing25 Erläuterung Programmaufbau Deployment-Prozess Testlauf Vorführung

26 Google App Engine Grid: Pro/Contra HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing26 Vorteile Sehr einfache Projekt Veröffentlichung Genug CPU und RAM kostenlos Nachteile zur Zeit nur mit Python Die Projekte müssen öffentlichen sein. Begrenzt auf 5 Mio. Seitenzugriffe pro Monat in der kostenlosen Version. max. 10 Applikationen pro Google-Account möglich

27 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing27 Agenda Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit

28 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing28 Fazit Grid- und Cloudcomputing ist die nächste Innovation im Netz Potentiale sind unvorstellbar groß Nach und nach wird auch der Anwender die Vorteile erleben Innovationen brauchen Zeit Stabile, leistungsstarke Netze erforderlich Architekturkonzepte müssen gefunden werden Abrechnung, Sicherheit und Integrität der Daten ist noch nicht gewährleistet

29 HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing29 Ihre Fragen bitte! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.


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