Cloud Computing. Martin Stapel September NOMADS Seminar SS09. 1

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1 Cloud Computing NOMADS Seminar SS09 Martin Stapel September

2 1 Einleitung Der Begriff Cloud Computing kursiert seit 2007 und wird verwendet um Dienste und/oder Infrastrukturdienstleistungen zu bezeichnen, die über das Internet gemietet werden können. Grundsätzlich handelt es sich bei dem Ansatz keineswegs um eine bahnbrechende und revolutionäre Neuerung in der IT- Landschaft. Die Idee IT-Leistungen zu mieten, anstatt zu kaufen, stand schon lange vor 2007 auf der Tagesordnung, wenn es um die Kostenoptimierungen im IT-Bereich ging. Das vielleicht prominenteste Beispiel ist das Outsourcing der firmeneigenen Serverlandschaft zu einem Rechenzentrumsbetreiber. Da das Konzept des Cloud Computing also keine Revolution darstellt, kennt es einige Väter bzw. diverse Definitionsansätze. Letztere sind in der Regel schwerpunktmäßig am Urheber und dessen Betätigungsfeld ausgerichtet. Somit kann man leicht zu dem Schluss kommen, dass es sich beim Cloud Computing ausschließlich um einen Marketinghype handelt, der von Unternehmensberatungen und PR-Abteilungen einschlägiger IT-Unternehmen für ihre Zwecke ausgeschlachtet wird. Bei genauerer Betrachtung verbirgt sich hinter dem Gesamtpaket Cloud Computing eine Lösung, die es erlaubt Leistungen bedarfsgerecht in Anspruch zu nehmen und auch nur für die in Anspruch genommene Leistung zu bezahlen (Pay-as-you-go Modell). Egal ob als einzelner Entwickler oder als Großunternehmen, mit Cloud Computing existiert die Möglichkeit nahezu beliebige IT-Ressourcen und Dienste schnell und kostengünstig zu nutzen. Aus diesen neuen Möglichkeiten ergeben sich für geschäftsmäßige Nutzer eine verbesserte Reaktion auf Marktgeschehnisse, Produktivitätssteigerungen und eine langfristige Kostenstrukturverbesserung. 2 Historische Entwicklung Erste Überlegungen zu Infrastrukturen und Diensten, die heute unter der Bezeichnung Cloud Computing zusammengefasst werden, fanden bereits in den 1960er Jahren statt. Im Rahmen der Hundertjahrfeier des MIT sprach John McCarthy zum ersten Mal davon, dass das zu damaliger Zeit eingesetzte Time- Sharing von teuren Computerressourcen sich zukünftig weiterentwickeln wird. In seinen Augen sollten zukünftig (generische) Rechenleistung und auch ganz konkrete Applikationen über dasselbe Geschäftsmodell vertrieben werden, welches auch Versorgungsunternehmen für Wasser und Elektrizität für sich nutzen. Neben pauschalen Grundgebühren folgen diese dem Pay-as-you-go Modell. Damit war das Konzept des Utility Computing geboren, welches sich zunächst 2

3 großer Beliebtheit erfreute. Mitte der 1970er Jahre ebbte das Interesse allerdings stark ab, da klar wurde, dass damalige Hard- und Software nicht in der Lage war das aus dem Bereich der Versorgungsunternehmen bekannte Konzept in die Welt der Computer zu überführen. Joseph Carl Robnett Licklider prägte 1969 die Idee des Intergalactic Computer Network. Seine Vision illustrierte er in der Aprilausgabe von Science and Technology im Jahre In diesem Artikel beschrieb Licklider schon damals grundsätzlich all die Kommunikationsmöglichkeiten, die das heutige Internet ausmachen. Dabei ging es ihm nicht nur um den effektiveren Ersatz der persönlichen Kommunikation zwischen menschlichen Kommunikationsteilnehmern, sondern auch um die Maschine-zu-Maschine Kommunikation. Sogar die sich heutzutage großer Beliebtheit erfreuenden Social-Networks hatte er zu diesem Zeitpunkt im Rahmen seiner Überlegungen bereits erdacht. Seine Vision lässt sich wie folgt zusammenfassen: Jedem Menschen der Erde soll die Möglichkeit gegeben werden zu jeder Zeit und von jedem beliebigen Ort auf beliebige Programme und Daten zugreifen oder mit anderen Menschen verbunden sein zu können. Als konkrete technologische Vorläufer des Cloud Computing sind mit Blick auf die Infrastruktur Grid Computing und Utility Computing zu nennen. Die PC Magazine Encyclopedia 1 beschreibt Grid Computing als eine parallelverarbeitende Architektur, in der CPU-Ressourcen über ein Netzwerk hinweg genutzt werden können. Alle beteiligten Rechner wirken nach Außen wie ein großer quasi Supercomputer. Dieses Konzept ermöglicht es ungenutzte CPU-Ressourcen rechenintensiven Applikationen transparent zuweisen zu können. Utility Computing bezeichnet die Möglichkeit Rechenleistung und andere Rechnerressourcen wie beispielsweise Speicher als nutzungsabhängigen Service zu verwenden 2, genau wie oben bereits erwähnt. Der zweite Strang auf dem Weg zum Cloud Computing die Applikationsbereitstellung wird durch Application Service Providing (ASP) und Software-as-a-Service gebildet. ASP bezeichnet das Konzept der Applikationsmiete. Die gemietete Software läuft bei diesem Konzept ausschließlich beim Anbieter, wird dort gewartet und administriert. Sprich der Kunde verfügt stets über ein funktionierendes Softwareprodukt, ohne sich um die zugrundeliegende Technik kümmern zu müssen. 3 Bei Software-as-a-Service handelt es sich um eine Weiterentwicklung des ASP Konzeptes, welche beispielsweise noch die Servicekombinierbarkeit vorsieht asp, abgerufen am en.wikipedia.org/wiki/utility_computing, abgerufen am abgerufen am

4 Abbildung 1: Technologische Entwicklung zum Cloud Computing aus Whitepaper Cloud Computing, T-Systems 2.1 Errungenschaften jüngerer Zeit Speziell in den letzten Jahren gab es eine stete Weiterentwicklung in Richtung des heutigen Cloud Computings. Die nachfolgende Aufzählung illustriert einige bedeutende Publikationen, Geschehnisse und Produktvorstellungen auf dem Weg zum Cloud Computing ohne Anspruch auf Vollständigkeit wurde Salesforce.com unter anderem vom ehemaligen Oracle-Manager Marc Bienoff gegründet. Die Vision der Gründer war es ein Technologiemodell zu schaffen, bei dem Kunden Software im Rahmen eines Abonnements über die Cloud beziehen, anstatt sie zu installieren. Das erste Produkt des Unternehmens war 2001 eine CRM-Lösung. Seit dem hat Salesforce.com stets am Ausbau und der Weiterentwicklung der geschaffenen Plattform gearbeitet. [sal09] Amazon gibt am 16. Juli 2002 den Start der Amazon Web Services bekannt. Hierbei geht es zunächst darum Entwicklern die Möglichkeit zu geben über WebServices den Amazon Produktkatalog durchsuchen zu können und eine Einbindung der Daten in andere Webseiten zu ermöglichen. Der Zugriff findet über die Industriestandards XML und SOAP statt. [ama02] 2004 zeigen Jeff Dean, Sanjay Ghemawat (beide Angestellte bei Google) in ihrem Whitepaper MapReduce: Simplified Data Processing on Large Clusters [Dea04], wie mittels des MapReduce Programmiermodells und der zugehörigen 4

5 Implementierung riesige Datenmengen parallel auf Standardhardware verarbeitert werden können. Passend dazu zeigte der Google Ingenieur Christophe Biscigila im Herbst 2006 in seinem Kurs Google 101 an der University of Washington wie MapReduce genutzt werden kann um Rechenleistung als wohldefinierten Service öffentlich zur Verfügung zu stellen. [Kaj08] Nachdem am 14.März 2006 der Simple Storage Service WebService [ama06] offiziell vorgestellt wurde, wird am 24. August 2006 die Elastic Compute Cloud (EC2) in einer Testversion durch Amazon veröffentlicht. [Hof06] Damit steht nicht nur eine kostengünstige Speicherlösung aus dem Hause Amazon zur Verfügung, sondern es wurde auch ein großer Schritt in Richtung flexiblen Bezug von Rechnerkapazitäten getan. Mit EC2 ist es jedem Entwickler möglich auf eigene IT-Infrastruktur komplett zu verzichten und stattdessen die benötigten Ressourcen von Amazon zu mieten. Der Begriff Cloud Computing wurde erst ab 2007 in der breiten Öffentlichkeit verwendet und hielt am 3. März 2007 in die englische Version von Wikipedia Einzug 4. Interessanterweise handelt es sich bei der ersten Version des Eintrags um eine Weiterleitung auf das oben erwähnte Utility Computing. Ebenfalls im März 2007 versuchte Dell sich die Bezeichnung Cloud Computing schützen zu lassen. Zunächst gelang dies im Juli 2007, alsbald wurde die Erlaubnis allerdings wieder aufgehoben 5. Nachdem Google bereits den Mailservice GMail und browserbasierte Textverarbeitung und Tabellenkalkulation in üblicher Betamanier ins Leben gerufen hat, werden die unter dem Namen Google Apps zusammengefassten browserbasierten Applikationen im Februar 2007 als Google Apps Premier Edition geschäftstauglich. [goo07] Damit steht eine Bezahlversion der Dienste für Geschäftskunden zur Verfügung. Auf der Professional Developers Conference 2008 stellt Chief Software Architect Ray Ozzie in seiner Keynote Microsofts Cloud Computing Plattform Azure Services vor. Neben cloudbasierten Entwicklungsmöglichkeiten kombiniert die Azure Services Plattform auch Speicherlösungen und die Bereitstellung von Rechenkapazität unter einem Dach. [mic08] Im Laufe des Jahres 2008 sowie 2009 werden einzelne Azure Services Stück für Stück erst als kostenlose Testversionen und später der Öffentlichkeit als Bezahlversionen zur Verfügung gestellt , abgerufen am abgerufen am

6 3 Angebotsüberblick Bevor einige der bereits erwähnten Produkte genauer betrachtet werden ist eine Kategoriesierung möglicher Cloud Services sinnvoll, um damit eine bessere Vergleichbarkeit herzustellen. Wie einleitend bemerkt wird Cloud Computing von Unternehmen gerne als Bezeichnung für jegliche über das Internet verfügbare Dienste verwendet, obwohl diese mitunter eine genauere Differenzierung und damit Beschreibung verdient hätten. Der aktuellen NIST Definition von Cloud Computing [Mel09] folgend können die angebotenen Dienste wie folgt eingeteilt werden Cloud Software as a Service Hierbei können Kunden Applikationen des jeweiligen Anbieters über diverse Interfaces und Endgeräte (beispielsweise Webbrowser, Smartphone oder Thin Client) nutzen, ohne sich um sonstige Maßnahmen rund um den Betrieb der Applikationen kümmern zu müssen. Ggf. existieren Möglichkeiten zur benutzerspezifischen Konfiguration der genutzten Applikation. Cloud Platform as a Service Kunden können selbsterstellte Applikationen in der zur Verfügung gestellten Infrastruktur betreiben oder diese über ein Lizenzmodell erwerben. Bereitgestellte Programmiermodelle erlauben es Kunden Applikationen zu erstellen oder bereitgestellte im Rahmen der gegebenen Möglichkeiten anzupassen. Der Kunde muss sich aber nicht um den Applikationsbetrieb kümmern. Cloud Infrastructure as a Service Neben eigener Software kann der Kunde in diesem Modell auch die Bereitstellung von fundamentalen Ressourcen beeinflussen. Beispiele hierfür sind das Betriebssystem, Speicher, Netzwerk und CPU-Leistung. Möglich ist auch der Einfluss auf weitere selektive Netzwerkkomponenten, wie hostspezifische Firewalls. Der Kunde hat aber auch hier keinen Einfluss auf die konkrete Hardwareinfrastruktur und deren Betrieb. Vor dem Hintergrund der aufgezeigten Definition werden nun abschließend exemplarisch einige am Markt verfügbare Produkte nach Anbietern gruppiert genauer charakterisiert und den Definitionen zugeordnet. 6

7 3.1 Google Google bietet eine Reihe von Diensten an, die über das Internet entweder kostenlos oder auch mit mehr Funktionalität in einer Bezahlvariante zur Verfügung stehen. Von denen werden hier einige näher betrachtet. GMail ist der hauseigene Mailservice, der sowohl kostenlos als auch gegen Bezahlung zur Verfügung steht. Neben den für webbasierte Maildienste üblichen Features inklusive einiger Konfigurationsmöglichkeiten, kann GMail auch soweit für Geschäftskunden angepasst werden, dass deren komplette Mailabwicklung transparent durch Google stattfindet. Hierfür ist selbst eine Migration von Microsoft Exchange oder Lotus Notes zu GMail vorbereitet. Unter der Bezeichnung Google Apps 6 werden eine ganze Reihe von browserbasierten Applikationen zusammengefasst. In das Paket gehören (neben GMail) unter anderem die Kalenderverwaltung Google Calendar, die Applikationsuite Google Docs mit Textverarbeitung, Tabellenkalkulation und Präsentationserstellung. Die Applikationen werden komplett über einen Webbrowser genutzt, inklusive einer Variante für mobile Endgeräte und bieten noch zusätzliche Features, wie Kollaborationsmöglichkeiten. Google App Engine 7 bietet Entwicklern die Möglichkeit eigene Webapplikationen auf der Google Infrastruktur zu hosten. Entwickler können zwischen Applikationen auf Basis von Standard Javatechnologien und einem Pythoninterpreter wählen. Der Einsatz der Java Virtual Machine ermöglicht zu dem die Nutzung weiterer Programmiersprachen, wie beispielsweise Ruby. Eine Basisversion der Google App Engine Infrastruktur (500 MB Speicher und bis zu 5 Mio Seitenaufrufe/Monat) ist auch hier wieder kostenlos. Die Nutzung weiterer Ressourcen ist kostenpflichtig. Die aufgezeigten Produkte lassen sich entsprechend der obigen Klassifikation in den Bereich Cloud Software as a Service GMail, Google Apps und Cloud Platform as a Service Google App Engine einordnen. 3.2 Salesforce.com Das Flaggschiffprodukt ist Salesforce CRM (Customer Relationship Management). Ein Kunde kann zwischen diversen Ausprägungen dieser webbasierten CRM-Applikation wählen. Die Varianten reichen von der bloßen Verwaltung kundenbezogener Daten und Aktivitäten über die Möglichkeit APIs zur Integration mit externen Anwendungen zu nutzen bis hin zur kompletten Anpassbarkeit der bereitgestellten CRM-Prozesse und deren Weiterentwicklung. Die 6 abgerufen am code.google.com/appengine/, abgerufen am

8 ebenfalls zu Salesforce.com gehörende Plattform Force.com bietet Kunden die Möglichkeit nicht nur eine CRM-Lösung zu nutzen, sondern aus einer Vielzahl von On-Demand-Geschäftsanwendungen zu wählen. Diese Anwendungen können selbsterstellt oder aus bereits vorhandenen nach dem Pay-as-you-go Modell ausgewählt werden. Somit bietet die Plattform die Möglichkeit neben CRM auch Supplychain Managment, Personalmanagement oder komplettes Enterprise Resource Managment auf einer einzigen Plattform on-demand zu betreiben. Zur Anwendungserstellung auf der Plattform wird die proprietäre Programmiersprach Apex genutzt, die an Java angelehnt ist. Daneben kann für die Integration oder die Erstellung von Mashups mit (existierenden) externen Systemen die Force.com-WebServices-API genutzt werden. Die Salesforce.com Produktpalette lässt sich anhand der gegebenen NIST Definition in Cloud Software as a Service und Cloud Platform as a Service einordnen, wobei ein stärkeres Gewicht auf Platform as a Service liegt, da bereits 2 von 5 Produktversionen 8 von Salesforce CRM eigene Anpassungen ermöglichen. Force.com fällt mit seinen Möglichkeiten grundsätzlich in die Kategorie Cloud Platform as a Service. 3.3 Amazon Web Services Die Amazon Web Services 9 bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten eigene Anwendungen teilweise oder komplett auf der Amazon Infrastruktur zu betreiben oder eigene Anwendungen durch Amazon Web Services anzureichern. In letztere Kategorie fallen Web Services, die die Alexa Such- und Kategoriesierungsfeatures nutzen oder aber auch Bezahl- und Fulfillmentdienste, die Amazon-Useraccounts zur Bestellung und Abrechnung nutzen. Die von Amazon Infrastructure Services genannten Web Services werden ohne Anspruch auf Vollständigkeit nur exemplarisch aufgezeigt. Zu ihnen zählen Speicher- und Message-Queueing-Dienste, die Nutzung von Rechenleistung für MapReduce- Aufträge und der Betrieb kompletter Betriebsystemumgebungen nebst eigener Software innerhalb der Amazon Infrastruktur. Alle genannten Dienste werden über Web Service APIs genutzt, unter Umständen mit vorheriger Bereitstellung von Daten über den Amazon Simple Storage Service. Dies bietet sich beispielsweise an für den Betrieb eigener Betriebssystemimages im Rahmen des Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) Services und auch zur Datenbereitstellung vor der Nutzung des Amazon Elastic MapReduce Services. Dadurch, dass alle 8 abgerufen am abgerufen am

9 Amazon Web Services über APIs genutzt werden, gibt es per se keine Limitierungen für eingesetzte Technologien zur Nutzung dieser APIs. Alle Amazon Web Services werden nach dem Pay-as-you-go Modell abgerechnet, wobei es hier unterschiedliche Bemessungsgrundlagen gibt. Betriebssysteminstanzen des Amazon EC2 Services werden nach Nutzungszeit abgerechnet, wohingegen im Amazon S3 Service gespeicherte Daten nach Volumen und monatlichem Datentransfer abgerechnet werden. Die durch Amazon angebotenen Web Services fallen in die Kategorien Cloud Platform as a Service (Nutzung der durch Amazon bereitgestellten EC2 Images) und Cloud Infrastructure as a Service. Der Schwerpunkt liegt allerdings durch die low-level Web Services eindeutig auf Cloud Infrastructure as a Service. 9

10 Literatur [ama02] Pressemitteilung: Amazon.com Launches Web Services; Developers Can Now Incorporate Amazon.com Content and Features into Their Own Web Sites; Extends Welcome Mat for Developers. Website, erhältlich unter &p=irol-newsArticle&ID=503034, abgerufen am [ama06] Pressemitteilung: Amazon Web Services Launches. Website, erhältlich unter &p=irol-newsArticle&ID=830816, abgerufen am [Dea04] Sanjay Dean, Jeff Ghemawat. Mapreduce: Simplified Data Processing on Large Clusters. Whitepaper, erhältlich unter google.com/papers/mapreduce.html, abgerufen am [goo07] Pressemitteilung: Google Introduces New Business Version of Popular Hosted Applications. Website, erhältlich unter google.com/intl/en/press/pressrel/google_apps.html, abgerufen am [Hof06] Robert D. Hof. Jeff Bezos Risky Bet. Business Week, [Kaj08] Sreedhar Kajeepeta. Cloud Ccomputing: From Methapor to Mainstream. Software Magazine, 11/ [Mel09] Tim Mell, Peter Grance. Draft NIST Working Definition of Cloud Computing. Technical report, National Institute of Standards and Technology, Information Technology Laboratory, [mic08] Pressemitteilung: Microsoft Unveils Windows Azure at Professional Developers Conference. Website, erhältlich unter PDCDay1PR.mspx, abgerufen am [sal09] Pressemitteilung: Salesforce.com feiert 10 Jahre Enterprise Cloud Computing. Website, erhältlich unter press-releases/2009/03/a ey7maae.jsp, abgerufen am [Wei07] Aaron Weiss. Computing in the clouds. networker,

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