Cloud Computing. Virtualisierung und Plattformen

Inhaltsverzeichnis

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abstract

1. Einleitung
1.1 Definition des Begriffs "Cloud Computing"
1.2 Cloud Computing im Vergleich zu Grid- und Cluster-Computing
1.3 Aufbau einer marktorientierten Cloud-Architektur

2. Virtualisierung der Cloud
2.1 Grundbegriffe, Definition und Hintergründe
2.2 Virtualisierungskonzepte und Technologie-Varianten
2.3 Zusammenfassung von Virtualisierungen

3. Cloud-Plattformen
3.1 Aneka
3.2 Amazon Elastic Compute Cloud (EC2)
3.3 Zusammenfassung Cloud-Plattformen

4. Zusammenfassung und Fazit

Referenzen

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abb. 1: Beispiel einer Projekt-Skizze

Abb. 2: Google search trends (Aug. 2007 - Jul. 2008)

Abb. 3: High-level marktorientierte Cloud-Architektur

Abb. 4: Globale Cloud Austausch- und Markt- Infrastruktur für Handelsservices

Abb. 5: Schema der Applikationsvirtualisierung

Abb. 6: Vollständige Virtualisierung & Abstraktion.

Abb. 7: Aneka und die Cloud-Programmier-Modelle

Abb. 8: schematischer Aufbau der Aneka-Plattform

Abb. 9: Amazon Geschäftsmodell

Tabelle 1: Schlüssel-Charakteristken von Cluster-, Grid- und Cloudsystemen

Tabelle 2: Überblick und Vergleich einiger repräsentativer Cloud-Plattformen

Abstract

Immer häufiger ist zu hören und zu lesen, dass das IT-Paradigma "Cloud-Computing" ein wesentlicher Bestandteil des Internet der Gegenwart und Zukunft sei, und wie der Datenaustausch erleichtert werden kann. Dazu werden Neuerungen von IT-Unternehmen und Forschungsinstitutionen veröffentlicht, und es werden teilweise auch Komplettlösungen angeboten. Diese Arbeit beschreibt die Hintergründe des Cloud-Computing und zeigt anhand von zwei Beispielen wie die Cloud-Plattformen aufgestellt sind. Für diese Cloud-Systeme ist es unerlässlich die verteilten Systeme auch auf virtuellen Maschinen (VM) zu verarbeiten, da die Technik sonst schnell an ihre Grenzen gerät. Aus diesem Grund wird auch auf die Virtualisierung innerhalb der Cloud-Systeme eingegangen. Dabei werden einige Techniken und Konzepte kurz vorgestellt und deren Vor- und Nachteile näher erläutert.

1. Einleitung

1.1 Definition des Begriffs "Cloud Computing"

Der Begriff "Cloud-Computing" wird, wie auch die Herkunft und Entwicklung, in vielen Quellen unterschiedlich betrachtet. So schreibt die Internetquelle salesforce.com, dass 1999 die erste Cloud (allerdings noch nicht unter diesem Namen) online ging (vgl. [SF13]). Anderen Quellen (z. B. Deutsche Telekom oder Wikipedia) zufolge wurde der Begriff erst nach dem Jahrtausendwechsel durch Firmen wie Amazon, Google oder Microsoft geprägt (vgl. [DT13]). So wird in manchen Webseiten der Ursprung der "Cloud" aus der Welt der Programmierer bezeichnet. itmittelstand.de z. B. schreibt, dass Software Entwickler das Internet in Projektskizzen als Wolke darstellten, wie in Abb. 1 schematisch dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Beispiel einer Projekt-Skizze

In der Fachwelt hat die Cloud zwar mittlerweile einen festen Platz, die Definition jedoch wird in vielen Quellen unterschiedlich beschrieben. Dies unterstreichen einige Zitate aus verschiedenen Quellen im folgenden Abschnitt.

1.1.1 Der Begriff "Cloud Computing" in der Fachwelt

Oracle’s CEO Larry Ellison sagt über das Cloud Computing: “The interesting thing about cloud computing is that we’ve redefined cloud computing to include everything that we already do͙. I don’t understand what we would do differently in the light of cloud computing other than change the wording of some of our ads.” (vgl. [AFG10]).

Mit anderen Worten bedeutet das, dass Cloud Computing nichts anderes als eine Ansammlung von Informatik-Paradigmen ist, die schon vor deren "Erfindung" existierten.

Armbrust und Kollegen schreiben, Cloud Computing ist sowohl die Applikationen, die als Service über das Internet geliefert werden, als auch die Hardware und die System-Software in den Datencentern, die diese Services anbieten (vgl. [AFG10]). In ihrer Arbeit "A view of Cloud Computing" beschreiben sie wie eine Cloud funktioniert.

Auch Vasil Ninov, dessen Arbeit von der Virtualisierung des "Cloud-Computing" handelt, schreibt dort dass es keine allgemeine Definition von Cloud Computing gibt (vgl. [NI09]). Er kommt zu einer sehr kurzen und prägnanten Umschreibung des Begriffs: "Web Services + Virtualisierung = Cloud Computing" [NI09, Seite 3].

Weiner, Renner und Kett vom renommierten Fraunhofer Institut (Stuttgart) sprechen gar von einem "Definitionsvakuum", das entstanden ist, "da diese Begriffe unterschiedlich verstanden werden und sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt haben" (vgl. [FI10]). Sie sehen den Begriff aktuell "als Oberbegriff für ein Architektur-Paradigma das drei Kernkomponenten beinhaltet". Diese sind die technische Infrastruktur, eine Middleware-Schicht zur Ausführung von Anwendungen und die Anwendung selbst. (vgl. [FI10])

Buyya und Kollegen beschreiben in ihrer Arbeit die Cloud als ein Typ von parallelen und verteilten Systemen. Sie bestehen aus einer Sammlung von untereinander verbundenen und virtualisierten Computern, die dynamisch bereitgestellt werden, wobei sie als einer oder mehrere eindeutige Rechner-Ressourcen vorhanden sind. Diese Rechner basieren auf Service-Level-Agreements (SLAs), die durch Übertragung zwischen dem Service-Provider und Konsumenten eingerichtet werden. (vgl. [BYV08])

Diese unterschiedlichen Definitionen und Begriffseinführungen machen es für den Laien schwierig, sich etwas konkretes darunter vorzustellen, wobei die Definition des Fraunhofer Instituts noch am ehesten auch von Personen ohne IT-Expertise verstanden werden kann. In einigen Fällen werden auch andere Paradigmen, wie Grid- und Cluster-Computing mit der Definition der Cloud in Zusammenhang gebracht. Diese werden in Abschnitt 1.2 näher beleuchtet.

1.1.2 Definition Cloud Computing

Formal kann man Cloud Computing als das Speichern, Bearbeiten und Verteilen von Daten über ein (weltweites) Netzwerk von Computern, die zur gleichen Zeit darauf zugreifen können, beschreiben. Bekannte Anbieter von Cloud-Systemen sind Amazon, Google, Salesforce, IBM, Microsoft und Sun Microsystems (vgl. [BYV08]).

Laut Damm, Ritz und Strauch lässt sich Cloud Computing in drei logische Schichten einteilen:

- Software as a Service (SaaS)
- Platform as a Service (PaaS)
- Infrastructure as a Service (IaaS)

IaaS stellt dabei die unterste Schicht im Cloud Computing dar. Hier werden die Rechen-, Netzwerk- und Speicherkapazitäten als Dienstleistung angeboten (z. B. Amazon's S3).

Mit PaaS wird eine Plattform angeboten, um eine eigene Software in der Cloud zu verwalten (z. B. Microsoft Azure).

Bei SaaS werden begrenzt konfigurierbare Anwendungen angeboten (z. B. CRM Lösung von salseforce). SaaS bildet mit dem höchsten Abstraktionsgrad die oberste Schicht des Cloud Computing (vgl. [DRS11]).

Technologisch gesehen kann man Cloud-Computing zu den beiden bekannteren Paradigmen Grid- und Cluster-Computing zuordnen. Zwischen diesen drei Paradigmen herrschen allerdings große Unterschiede, was im folgenden Abschnitt gezeigt wird.

1.2 Cloud Computing im Vergleich zu Grid- und Cluster-Computing

Buyya und Kollegen zeigen in ihrer Arbeit einige wesentliche Unterschiede der drei Paradigmen Cloud-, Grid- und Cluster-Computing. Buyya definierte den Cluster als eine Art von parallelen und verteilten Systemen, welche das Teilen, die Auswahl und die Zusammenführung von geografisch verteilten "autonomen" Ressourcen dynamisch ermöglichen (vgl. [BYV08], [BU99]). Über das Grid-Computing sagt Buyya auf einer Konferenz 2002 in San Jose (USA): Ein Grid ist eine Art von parallelen und verteilten Systemen, die eine Sammlung von "inter-connected" und virtualisierten Computer beinhalten (vgl. [BYV08]). In Tabelle 1 werden die Charakteristiken der drei Paradigmen verglichen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Schlüssel-Charakteristken von Cluster-, Grid- und Cloudsystemen (aus [BYV08])

Buyya und Kollegen zeigen die verschiedenen Paradigmen mit Google search trends für die Begriffe "Cluster Computing", "Grid Computing" und "Cloud Computing" (Abb. 2).

Die Punkte A-E dieser Abbildung zeigen die damals aktuellen Neuheiten in Bezug auf Cloud Computing.

A IBM Introduces 'Blue Cloud' Computing, CIO Today - Nov 15 2007.
B IBM, EU Launch RESERVOIR Research Initiative for Cloud Computing, IT News Online - Feb 7 2008.
C Google and Salesforce.com in Cloud computing deal, Siliconrepublic.com - Apr 14 2008.
D Demystifying Cloud Computing, Intelligent Enterprise - Jun 11 2008.
E Yahoo realigns to support Cloud computing, `core strategies', San Antonio Business Journal - Jun 27 2008.

(vgl. [BYV08])

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Google search trends (Aug. 2007 - Jul. 2008) [aus BYV08]

1.3 Aufbau einer marktorientierten Cloud-Architektur

In der marktorientierten Cloud-Architektur (Abb. 3) sind laut Buyya und Kollegen vier HauptEntitäten involviert, die sie wie folgt beschreiben:

- Users/Brokers: handeln im eigenen Interesse, indem sie Service Requests von irgendwo in der Welt zum Data Center senden und die Cloud ausgeführt wird.

- SLA (Service Level Agreement) Resource Allocator: funktioniert als Interface zwischen Data Center/Cloud-Service Anbieter und den externen Benutzern (Users/Brokers). Dazu wird die Interaktion folgender Mechanismen zur Unterstützung des SLA- orientierten Ressource-Management benötigt:

Service Request Examiner und Admission Control, Pricing, Accounting, VM Monitor, Dispatcher, Service Request Monitor

- Virtuelle Maschinen (VMs): werden eingesetzt um mehrere getrennte Instanzen auf wenigen physikalischen Rechnern aufzubauen um eine größtmögliche Flexibilität der Konfigurationen zu ermöglichen, mit welchen die akzeptierten Service Requests kommunizieren können.

- Physical Machines: Die Data Center verwalten mehrere Server, bzw. Rechenzentren um die Ressourcen zur Verfügung zu stellen. (vgl. [BYV08])

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