Grundlagen einer Cloud-Infrastruktur Weijian Ji

Was ist Cloud Computing? Einstiegspunkte zur Cloud-Nutzung: Google Docs, Adobe Photoshop, Amazon EC2 …. Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Was ist Cloud Computing? Definiton nach NIST Cloud computing is a model for enabling convenient, on demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage, applications, and services ) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction [1]. ‘on demand’ = Bedarfsgerecht ‘net access’ = Flexibler Zugriff ‘shared pool’ = Hohe Effizienz der Resource ‘minimal effort’ = Einfache Administration NIST: National Institute of Standards and Technologiy Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Cloud Computing Architektur Alle als Service im Web verfügbar IT-Infrastruktur, Plattformen, Appliktionen [2] Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Inhaltsverzeichnis Virtualisierung Service-orientierte Architekturen Typen der Virtualisierung Service-orientierte Architekturen Web Service CC erlaubt die Bereitstellung und Nutzung von 1,2,3 Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Virtualisierung Ziele: Lösung: Auslastung von Ressourcen optimieren; Aufwand bei der Ressourcen-Verwaltung reduzieren Lösung: physikalisch vorhandene Ressourcen logische Sichten/Ressourcen in Pools Gemeinsames Verwalten und bedarfsgerechte Zuteilung der virtuellen Ressourcen Die Virtualisierung der Ressourcen bildet die Grundlage for die meisten Cloud-Architekturen. Loesung: 1.ph. Resourcen (umfasst sowohl Server, Datenspeicher, Netzwerke als auch Software) werden als abstrakte, logische Sichten/Resourcen in Pools in Pools zusammenfasst und gemeinsam verwaltet 2.Zur Laufzeit werden die zusammenfassten virtuellen Ressourcen bedarfgerecht auf physikalisch vorhandene Resourcen zugeteilt. Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Vorteil (Betreibersicht) Virtualisierung Vorteil (Betreibersicht) Bedarfsgerechte Ressourcen-Nutzung Einfache Administration durch Automatisierung Konsolidierung, Platzersparnis, reduzierter Energieverbrauch Hohe Verfügbarkeit Vereinfachte Garantie von Service Levels Vorteil (Kundensicht) Dynamik Flexibler Zugriff Konsolidierung: Unterschiedliche Anwendungsklassen können auf einer geringeren Anzahl physischer Komponenten Zusammengefasst werden =Effizienzsteigerungund damit zur Kostensenkung, Energieverbrauch Notfallplanung:Virtuelle Maschinen können zwischenver schiedenen Ressourcen-Pools verschoben werden. Man erreicht damit eine bessere Verfügbarkeit von Diensten und die Einhaltung von Service Level Agreements ist einfacher. Hardware-bedingte Wartungsfenster können prinzipiellent fallen Dynamik: Anforderungen können pass genau und ohne Wartezeiten befriedigt werden. ImFall von Engpässen stehen einer virtuellen Maschine zusätzliche Ressourcen zur Verfügung Die Virtualisierungsschicht bewirkt eine Isolation der virtuellen Maschinen, sowohl von einander als auch von der physischen Infrastruktur. Dadurch sind die virtuellen Systeme multi-mandantenfähig und es können über ein Rollen-konzept in sicherer Weise Managementfunktionalitäten an den Kunden delegiert werden. Kunden können IT-Leistungen über ein Portal in Selbstbedienung erwerben (Emanzipation des Kunden). Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Typen der Virtualisierung: Anwendungsvirtualisierung Betriebssystemvirtualisierung Plattformvirtualisierung (Virtuelle Maschinen, VM) Speichervirtualisierung Netzwerkvirtualisierung Weijian Ji

Anwendungsvirtualisierung Neue Software-Vertriebsmodelle z.B.: Google-Doc, Photoshop on-line Zentral und übers Netzwerk angeboten Vorteil Ohne traditionelle Installation Einfachere Verwaltung; Automatisches Updating Kompatibilität; Globale Verfügbarkeit Bereitstellung virtueller Anwendungen Hosted Application: über Internet Virtual Appliance: eine virtuelle Umgebung Bei der Anwendungsvirtualisierung handelt es sich um ein Software-Vertriebsmodell, bei dem Anwendungen zentral verwalte Kompatibilität Bereitstellung virtueller Anwendungen: Hosted Application: Die Anwendung steht im Internet bereit und wird z.B. über ein Streaming-Protokoll zum Klienten Transportiert. Virtual Appliance: eine virtuelle Umgebung wirkt wie ein Puffer zwischen die App. und OS. Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Betriebssystemvirtualisierung Ein Container repräsentiert eine Partion Identisch, aber eigenständig Partion 1 Partion 2 Partionsierung zu identischen Systemumgebungen bzw. Laufzeitumgebungen.Nach Außentreten die virtuellen Umgebungenwie eigenständige Systeme auf. Alle laufenden Anwendungen verwenden den selben Betriebssystemkern. Prozesse aus verschiedenen Partionen sind isolisert, damit zur hoeheren Sichheitsgrad, die ansonsten von dem Cloud-Ansatz behindert würde. Nachteil: geringe Flexibilität, das Virtuelle Umgebungen sind indentisch. Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Plattformvirtualisierung Zwei Arten Vollständige Virtualisierung Komplett emulierte Hardware Paravirtualisierung Anwendungsschnittstelle Hypervisor = Virtual Machine Monitor Die Plattformvirtualisierung erlaubt die Ausführung beliebiger Betriebssysteme und Anwendungen in virtuellen Umgebungen. Hypervisor: ist ein auf ein Minimum reduziertes Metabetriebssystem, das die Hardwareressourcen unter den Gastsystemen verteilt und die Zugriffe koordiniert. Hypervisor Type 1 (or native, bare metal) hypervisors run directly on the host's hardware to control the hardware and to monitor guest operating systems. A guest operating system thus runs on another level above the hypervisor. Hypervisor Type 2 (or basisbestriebsystem-hosted) hypervisors run within a conventional operating system environment. With the hypervisor layer as a distinct second software level, guest operating systems run at the third level above the hardware. Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Speicher- und Netzwerkvirtualisierung Speichervirtualisierung Physische Speicher -> Pools Dynamisch skalierbar, bedarfsgerecht zuteilbar Netzwerkvirtualisierung Einsatz bei bei Web-Servern Einsatz bei VLAN-Technik (virtueller lokaler Netze) 1.Cloud-Systeme sollten den Speicher dynamisch skalierbar den Kunden bzw. eigenen Services zur Verfuegung stellen 2.Physische Speicher sind als Pools zusammengefasst, aus denen bedienen Anwendungen dynamisch ihre Speicheranforderungen. Datentransfer laufen ueber: Speichernetzwerk (SAN) Firmennetzwerk (LAN) Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty 12

Service-orientierte Architekturen Definition Ziel langfristiges Senken von Kosten höhere Flexibilität der Geschäftsprozesse “Unter einer SOA versteht man eine Systemarchitektur, die vielfältige, verschiedene und eventuell inkompatible Methoden oder Applikationen als wiederverwendbare und offen zugreifbare Dienste repräsentiert und dadurch eine plattform- und sprachenunabhängige Nutzung und Wiederverwendung ermöglicht.” [2]. fs Neben der Virtualisierung sind SOA und WebServices die grundlegenden Voraussetzungen für CC. Service-orientierte Architekturenren(SOA) sind Architekturen, deren Komponenten voneinander Unabhängige Dienste (Services)(z.B Datenbankabfragen, Berechnung und Datenaufbereitungen) sind. Diese können flexibelgebunden und “orchestriert” (koordinierend zusammenführt) werden, um Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Zusammenhang zum Cloud Computing Eigenschaften der Services für SOA : Abstraktion, Autonomie, Lose Kopplung, Orchestrierbarkeit, Auffindbarkeit, Formaler Vertrag, Wiederverwendbarkeit und Zustandlosigkeit Cloud Computing realisiert virtualisierte IT- Infrastrukturen, Plattformen, und ganze Anwendungen als solche Dienste (Services) Solche Dienste können in Service-orientierten Architekturen flexibel gebunden und als Geschäftsprozesse orchestriert werden. Services und können losegekoppelt über Nachrichten kommunizieren. Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Zusammenspiel der Rollen der SOA Dienstanbieter, Dienstnutzer, Dienstverzeichnis Im Praxis wird ein Dienstverzeichnis geben. Endpunkte, die Zugriffsinformationen erhalten, sind direkt über Nachrichten zu verschicken, damit erlaubt eine sehr dynamische, zielorientierte Vermittlung und Bindung von Diensten zur Laufzeit Dienstnutzer kann einenpassenden Dienst in einem Dienstverzeichnis suchen bzw. Übereinen Dienst vermittler(broker) erfahren. Wird ein passender Dienst gefunden bzw. vermittelt, erhält der Dienstnutzer eine Referenz(Adresse,Endpunkt), mit derer auf den Dienst zugreifen kann (Nachrichten austauschen) kann. Abschließend kann der Dienst aufgerufen, also eine Nachricht geschickt werden. Der Dienstanbieter sendet eine Nachricht als Antwort zurück Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Eine gängige Implementierung einer SOA Web-Services Eine gängige Implementierung einer SOA Schwach gekoppelte Asynchrone Nachrichten-basierte Kommunikation Definition „Ein Web-Service ist ein Dienst, der im Rahmen einer verteilten Anwendung, eine konkrete Teilaufgabe umsetzt. Dieser Dienst kann insbesondere ortsungebunden und automatisiert angesprochen und sein Ergebnis ebenfalls ortsungebunden und automatisiert weiter verarbeitet werden.“ [3] Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Protokollstack von Web-Services SOAP: Simple-Object-Access-Protocol WDSL: Web-Service-Description-Language UDDI: Universal-Description-and-Discovery- Interface SOAP: Austausch von Daten uber XML UDDI : Publizieren und Auffinden von Diensten WSDL: Schnittstelle zwischen Dienstund Client definieren XML: Extensible Markup Language Weijian Ji Prof. Dr. Max Mustermann | Name of Faculty

Anhang [1] NIST Definition of Cloud Computing v15, http://csrc.nist.gov/groups/SNS/cloud-computing/cloud-def- v15.doc [2] Qi Zhang, LuCheng, Raouf Boutaba: Cloudcomputing:state-of-the-art and research challenges, The Brazilian Computer Society, April 2010 [3] JECKLE Mario: Nachgestichelt: Wie schreibt man eigentlich WebService?!, http://www.jeckle.de/webServices/index.html Weijian Ji