Rechen- und Kommunikationszentrum (RZ) Seminararbeit Theorie und Umsetzung einer Cloud-Computing-Lösung mit Eucalyptus zur Durchführung von Computer-Simulationen.

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1 Rechen- und Kommunikationszentrum (RZ) Seminararbeit Theorie und Umsetzung einer Cloud-Computing-Lösung mit Eucalyptus zur Durchführung von Computer-Simulationen Vortrag von Christian Andrich 1. Betreuer: Prof. Dr. Hans Joachim Pflug 2. Betreuer: Christian Terboven Vortragstermin: 19.10.2010

2 RZ: Christian AndrichFolie 219.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

3 RZ: Christian AndrichFolie 319.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

4 RZ: Christian AndrichFolie 419.10.2010 Auftragnehmer Auftraggeber Definition von Cloud-Computing 1+1 2 ? Auftrag Resultat Arbeit Speicherplatz Rechenleistung menschliche Arbeit as a Service

5 RZ: Christian AndrichFolie 519.10.2010  Storage as a Service  Speicherplatz irgendwo bereitgestellt  Amazon Simple Storage Service (Amazon S3)  Canonical Ubuntu One  Software as a Service  Anwendung irgendwo installiert  Google Docs  Platform as a Service  Laufzeitumgebung irgendwo bereitgestellt  Google App Engine  Infrastructure as a Service  individueller Rechner oder Cluster irgendwo bereitgestellt  Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2)  Eucalyptus Definition von Cloud-Computing

6 RZ: Christian AndrichFolie 619.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

7 RZ: Christian AndrichFolie 719.10.2010  Eucalyptus: Infrastructure as a Service Abbild einer virtuellen Maschine Eucalyptus- Infrastruktur Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud Netzwerkverbindung zu laufendem Abbild

8 RZ: Christian AndrichFolie 819.10.2010  Grundsätzlicher Aufbau einer Eucalyptus-Cloud Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud -Speicherverwaltungssystem -speichert Daten in Buckets -Ressourcenverwaltungssystem -nimmt Benutzerbefehle entgegen -dynamisch angeforderter Speicherplatz -bleibt bestehen wenn Nodes sich beenden -hier laufen die virtuellen Maschinen -Rechner mit Hypervisor (Abbildung 1) -verwaltet Nodes und Netzwerk

9 RZ: Christian AndrichFolie 919.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

10 RZ: Christian AndrichFolie 1019.10.2010  Paderborn  Paderborn Center for Parallel Computing (PC²)  Aachen  Rechen- und Kommunikationszentrum der RWTH Aachen  Software as a Service  mehrere Anwendungen  alle Anwendungen laufen an beiden Standorten Motivation zur Umsetzung des Projekts

11 RZ: Christian AndrichFolie 1119.10.2010  Paderborn hatte Interesse an Cloud-Computing  große Aufmerksamkeit => Hype oder nützlich?  mehr Ressourcen: Vergleich mit Grid-Computing Motivation zur Umsetzung des Projekts

12 RZ: Christian AndrichFolie 1219.10.2010  Grid-Computing  Cluster: viele Rechner werden per Netzwerk verbunden  Grid-Computing: viele Cluster werden per Netzwerk verbunden  alle Rechner sollten gleich eingerichtet  erhöhter Speicherbedarf  eingeschränkte Optimierungsmöglichkeiten Motivation zur Umsetzung des Projekts

13 RZ: Christian AndrichFolie 1319.10.2010  Software der Paderborner: Gaussian  Simulationssoftware für chemische Vorgänge  viele Chemiker in Paderborn => testwillige Nutzerschaft  Software der Aachener: GraS-Model  Grasland-Sukzessions-Modell zur Vegetationssimulation  für Biologen: schnellerer Fortschritt der Forschungen  für uns: Erfahrungen mit HPC-fremden Nutzern Motivation zur Umsetzung des Projekts

14 RZ: Christian AndrichFolie 1419.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

15 RZ: Christian AndrichFolie 1519.10.2010 (Abbildung 1)  Rückblick auf Aufbau von Eucalyptus Umsetzung der Infrastruktur Paderborn Aachen

16 RZ: Christian AndrichFolie 1619.10.2010  alle Komponenten im Überblick Umsetzung der Infrastruktur (Abbildung 2)

17 RZ: Christian AndrichFolie 1719.10.2010  Ablaufdiagramm eines Rechenauftrags Umsetzung der Infrastruktur (Abbildung 3)

18 RZ: Christian AndrichFolie 1819.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

19 RZ: Christian AndrichFolie 1919.10.2010  XMLRPC  Extensible Markup Language Remote Procedure Call  Aufrufen von Prozeduren system-, plattform- und sprachenübergreifend  Server/Client-basiert  Client ruft Prozedur auf  Server führt Prozedur aus  Methodenaufruf als XML-Nachricht  Methodenrückgabe als XML-Nachricht  Nachrichtenaustausch mit dem Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Umsetzung der Software-Komponenten

20 RZ: Christian AndrichFolie 2019.10.2010  Zusammenhang der Komponenten des Node-Client Umsetzung der Software-Komponenten (Abbildung 4)

21 RZ: Christian AndrichFolie 2119.10.2010  Zusammenhang der Komponenten des Website-Frontend Umsetzung der Software-Komponenten (Abbildung 5)

22 RZ: Christian AndrichFolie 2219.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

23 RZ: Christian AndrichFolie 2319.10.2010  Ansicht der Benutzeraufträge Demonstration der Benutzeransicht (Abbildung 6)

24 RZ: Christian AndrichFolie 2419.10.2010  Erstellen eines neuen Auftrags Demonstration der Benutzeransicht (Abbildung 7)

25 RZ: Christian AndrichFolie 2519.10.2010  1. Einführung  1.1. Definition von Cloud-Computing  2. Eucalyptus als Cloud-Computing-Infrastruktur  2.1. Aufbau und Komponenten einer Eucalyptus-Cloud  3. Das Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekt  3.1. Motivation zur Umsetzung des Projekts  3.2. Umsetzung der Infrastruktur  3.3. Umsetzung der Software-Komponenten  3.4. Demonstration der Benutzeransicht  4. Zusammenfassung und Ausblick Inhaltsverzeichnis

26 RZ: Christian AndrichFolie 2619.10.2010  Cloud-Computing  hat Vorteile wie Nachteile  Verbreitet sich schnell => Nachteile werden ausgebessert  Paderborn/Aachen-Projekt – Erkenntnisse:  Cloud-Computing bietet viele Möglichkeiten bei geringer Komplexität  Eucalyptus ist flexibel  Eucalyptus Open-Source-Eigenschaft führt zu Kontrolle über Vorgänge Zusammenfassung und Ausblick

27 RZ: Christian AndrichFolie 2719.10.2010  Paderborn/Aachen-Projekt – Resümee und Zukunft:  Umsetzung hat sich gelohnt, denn  wird in Paderborn schon genutzt  Arbeiten wurden ermöglicht  diese Seminararbeit  meine Bachelorarbeit  Arbeiten werden folgen  Doktorarbeit von Silvana Siehoff  Repräsentation der Rechenzentren gestärkt  International Supercomputing Conference 2010 in Hamburg  IEEE Cluster Conference 2010 auf Kreta Zusammenfassung und Ausblick

28 RZ: Christian AndrichFolie 2819.10.2010  Bestehen noch Fragen? Fragen

29 RZ: Christian AndrichFolie 2919.10.2010  Informationsbeschaffung:  http://open.eucalyptus.com, davon unter anderem:  http://open.eucalyptus.com/wiki/EucalyptusInstallation_v2.0  http://open.eucalyptus.com/learn  http://open.eucalyptus.com/wiki/FAQ  http://aws.amazon.com/de/s3/  http://aws.amazon.com/de/ebs/  http://www.gaussian.com/  http://www.dfn.de/win/  http://www.eucalyptus.com/products/eee  http://www.xmlrpc.com/  http://code.google.com/p/boto/ Quellenverzeichnis

30 RZ: Christian AndrichFolie 3019.10.2010  Abbildung 1:  http://open.eucalyptus.com/themes/eucalyptus/images/architecture-1.6.png  andere Abbildungen:  Projektunterlagen des Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekts  Quellcode des Paderborn/Aachen-Cloud-Computing-Projekts  Erstellt mit Umlet 10.4  http://www.umlet.com Quellenverzeichnis

31 RZ: Christian AndrichFolie 3119.10.2010  Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit  Script zum Vortrag  http://rwth.de/go/x18  Vortragsfolien  http://rwth.de/go/wzn Ende des Vortrags

32 RZ: Christian AndrichFolie 3219.10.2010  Hypervisor  Umgebung für virtuelle Maschinen  Steuerung und Überwachung  virtuelle Maschine „merkt“ nichts von Virtualisierung  läuft direkt auf Hardware oder im Betriebssystem  kein direkter Bestandteil  kompatibel zu Open-Source-Eucalyptus:  Xen  KVM Ergänzungen