UNTERSTÜTZUNG KOMPLEXER MIGRATIONSVORGÄNGE IN DER CLOUD

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1 Fakultät Informatik Institut für Systemarchitektur Lehrstuhl Rechnernetze Bachelorarbeit UNTERSTÜTZUNG KOMPLEXER MIGRATIONSVORGÄNGE IN DER CLOUD Felix Schwan Mat.-Nr.: Betreut durch: Dr.-Ing. Iris Braun und: Dr.-Ing. Josef Spillner Eingereicht am 10. März 2014

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3 DANKSAGUNG Ich bedanke mich bei meinen Betreuern Dr. Iris Braun und Dr. Josef Spillner für die sehr gute Zusammenarbeit während der Zeit meiner Bachelorarbeit. Sie standen jederzeit für Fragen zur Verfügung und konnten mir sowohl bei fachspezifischen als auch bei organisatorischen Fragen immer eine schnelle Lösung anbieten. Ein weiterer Dank geht an Herrn Professor Alexander Schill, der während meiner Bachelorarbeitszeit als Hochschullehrer agierte. Zu guter Letzt möchte ich noch meiner Familie danken, ganz speziell meiner Frau, meinen Eltern sowie Schwiegereltern, die mich stets nach besten Kräften unterstützt haben. Dank ihrer Unterstützung könnte ich stets den Fokus auf meine Arbeit als Student richten und somit haben sie auch zum Erfolg meines Studiums beigetragen. a

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5 ABSTRACT Cloud Computing hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen und findet auch einen immer breiter werden Einsatz in der Industrie. Nach wie vor gibt es allerdings eine Vielzahl von Herausforderungen und Problemfeldern, welche die Effizienz und Mächtigkeit dieser neuen Technologie stark ausbremsen. Ein Bereich ist dabei die Dienstmigration von und zu Anbietern, die ihre Plattform als einen Service zur Verfügung stellen, die sogenannten PaaS-Anbieter. Im Rahmen dieser Arbeit soll untersucht werden, inwieweit bestehende Modelle und Beschreibungssprachen in der Lage sind, die Anforderungen zu migrierender Dienste an die Zielumgebung zu beschreiben, sodass die Entscheidungsfindung bei der Auswahl geeigneter Cloud-Anbieter unterstützt werden kann. Diese Lücke soll mit Hilfe der Web Service Modeling Ontology (WSMO) und geeigneter Erweiterungen geschlossen werden. Dabei wird auf einen bereits bewährten Ansatz, einer Ontologiesammlung für das Internet der Dienste (WSMO4IoS), zurückgegriffen und darauf aufbauend, mit der Web Service Modeling Language (WSML), weitere Ontologien und Konzepte hinzugefügt. Im Schlussteil dieser Arbeit wird das entstandene Modell evaluiert und es wird ein Zukunftsausblick für die weitere Forschung in dieser Richtung gegeben. c

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7 Fakultät Informatik, Institut für Systemarchitektur, Lehrstuhl Rechnernetze AUFGABENSTELLUNG FÜR DIE BACHELORARBEIT Thema: Unterstützung komplexer Migrationsvorgänge in der Cloud Name, Vorname: Schwan, Felix Studiengang: Bachelor Informatik Matrikel-Nr.: Projekt/Schwerpunkt: FlexCloud / SCC Betreuer: Dr. Iris Braun Externer Betreuer: Beginn am: Einzureichen am: ZIELSTELLUNG In den letzten Jahren ist Cloud Computing von einem Hype-Thema zu einer Technologie geworden, die in den Unternehmen breiten Einsatz findet. Bisherige Lösungen werden aber hauptsächlich von großen Unternehmen über proprietäre Schnittstellen angeboten. Somit macht man sich als Nutzer meist von einem konkreten Anbieter abhängig. Will man seine Dienste, die per SaaS angeboten werden, zu einem anderen Anbieter migrieren, ergeben sich eine Reihe von Problemen. Ist der Anbieter überhaupt in der Lage, die Dienste zu hosten? Im Rahmen dieser Bachelorarbeit soll ein Modell entwickelt werden, das die Anforderungen zu migrierender Dienste an die Zielumgebung beschreiben, um die Entscheidungsfindung bei der Auswahl geeigneter Cloud-Anbieter zu unterstützen. Derzeit existieren einige Beschreibungssprachen und Modelle, die nur einen Teil der benötigten Eigenschaften enthalten (z.b. OCCI, WSML). Im Rahmen der Arbeit sollen diese dahingehend analysiert werden, welche Beschreibungs-elemente vor allem im Hinblick auf die Migrationsvoraussetzungen für SaaS-Dienste noch fehlen. Bereits vorhandene Ontologien wie WSMO4IoS sollen um diese Konzepte erweitert und anhand realistischer Nutzungsszenarien evaluiert werden. SCHWERPUNKTE Klassifikation der Anforderungen an Cloud-Anbieter bei der Migration von SaaS-Diensten Analyse existierender Modelle und Beschreibungssprachen für SaaS-Dienste und Cloud- Plattformen Konzept eines Modells zur Beschreibung der Migrationsanforderungen von SaaS-Diensten Evaluierung des entstandenen Modells anhand verschiedener existierender SaaS-Dienste und Cloud-Plattformen Unterschrift des verantwortlichen Hochschullehrers Prof. Dr. Alexander Schill e

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9 ERKLÄRUNG Ich erkläre, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig, unter Angabe aller Zitate und nur unter Verwendung der angegebenen Literatur und Hilfsmittel angefertigt habe. Dresden, 10. März 2014 g

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11 INHALTSVERZEICHNIS 1 Einleitung Motivation Zielsetzung Hintergrundwissen und Vorüberlegungen Cloud Computing Ein Überblick Cloud-Anbieter und Servicemodelle Dienstmigration im Cloud-Umfeld Klassifikation (Web-)Service, Dienst & Anwendung Webservice-Architektur Service Level Agreements Aufstieg semantischer Beschreibungssprachen WSDL 1.1, WSDL 2.0, SOAP und UDDI SAWSDL Web Service Modeling Framework (WSMF) Standardisierungsansätze & State Of the Art Open Virtualization Format (OVF) Open Cloud Computing Interface - OCCI Service Platform Architecture for Contracting and Execution (SPACE) Cloud Broker Framework i

12 3 Analyse Nutzergruppen innerhalb der Cloud Migrationsparameter und -Fragen Analyse ausgewählter Cloud-Anbieter Analyse der Beschreibungsmöglichkeiten WebSevices - (WSDL, SOAP und UDDI) Semantische Webservices - SAWSDL, OWL-S & WSMO Cloud Service Deployment Architecture WSMO4IoS Migration einer Anwendung Ein Beispiel Migration einer Java-Anwendung von Heroku nach OpenShift Zusammenfassung Analyse Erweiterung des Modells Aufbau der Ontologie Zusammenfassung Modellerweiterung Evaluation des entstandenen Modells Vorüberlegungen und Voraussetzungen für die Evaluation Beurteilung des Modells anhand eines Szenarios Zusammenfassung Evaluation Zusammenfassung und Ausblick 49 A Anhang i j Inhaltsverzeichnis

13 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 2.1 Servicemodelle im Cloud Computing Der Migrationsprozess Webservice-Architektur Einordnung der Semantic Webservices WSDL 1.1 und WSDL 2.0 im Vergleich Semantic Annotations for WSDL (SAWSDL) WSML Varianten und Schichten SPACE Plattform-Services Architektur des Cloud Broker Frameworks Nutzergruppen innerhalb der Cloud Verwendeter Farbcode für den Cloudanbietervergleich Gegenüberstellung der unterstützten Datenbankversionen am Beispiel von AWS und MySQL Beispiel für die Informationsbeschaffung: AWS SDK Metainformationen Beispiel für die Informationsbeschaffung: OpenShift rhc Client Der erweiterte Spezifikationsstapel für Webservices Automatisierung der Aufgaben im Umgang mit Webservices durch semantische Technologien Cloud Service Deployment Architecture k

14 3.9 Aufbau WSMO4Ios mit dessen Ontologien und Instanzen Verwendete Konzepte des Modells Die Konzepte mit ihren Instanzen und Relationen Evaluation des Modells im Gesamtkontext - Ein Beispielszenario Matchmaker - Schritt 1: Auswahl und Suche Matchmaker - Schritt 2: Anzeige der Ergebnisse Syntaktisiche Services im Kontext von WSMO A.1 ER-Diagramm Modellerweiterung... v l Abbildungsverzeichnis

15 TABELLENVERZEICHNIS 3.1 Zusammenfassung der Problemfelder bei der Migration Voraussetzungen für die Evaluation A.1 Cloudanbietervergleich Teil 1... ii A.2 Cloudanbietervergleich Teil 2... iii A.3 Cloudanbietervergleich Teil 3... iv m

16 n Tabellenverzeichnis

17 LISTINGS 3.1 Beispielcode der WSML-Syntax Beschreibung der Konzepte und Axiome Anwendung auf OpenShift erstellen Kopieren des Codes von Heroku nach Openshift Datenbank-Dump und -migration Ansatz einer Beschreibung der entwickelten Konzepte und Instanzen o

18 p Listings

19 1 EINLEITUNG 1.1 MOTIVATION Konzentrieren auf die Anwendung, nicht auf die Infrastruktur Dieser Leitsatz von Microsofts Cloud-Dienst Windows Azure 1 bringt kurz und prägnant die wesentlichen Vorteile des Cloud-Computings auf den Punkt. Einer der führenden Wissenschaftler auf diesem Gebiet, Rajkumar Buyya, Professor für Informatik und Softwareengineering an der Universität Melbourne, beschreibt diese Vorteile folgendermaßen. Er vergleicht die Bereitstellung und Nutzung von virtualisierter Rechenleistung, mit dem alltäglichen Umgang von Strom im Haushalt. Die meisten schließen ihre elektrischen Geräte an die Steckdose an, ohne sich Gedanken zu machen, woher der Strom kommt. Die Steckdose im eigenen Zuhause stellt also im übertragenen Sinn einen Dienst oder Service dar, der die dahinter liegenden Vorgänge vor dem Nutzer verbirgt, wie die Energieerzeugung im Kraftwerk und die Abläufe in den Umspannwerken. Somit kann sich der Nutzer völlig auf die Nutzung seiner Anwendungen konzentrieren [Buyya2011]. Mittlerweile werden die verschiedensten Komponenten über das Internet als Service zur Verfügung gestellt. Angefangen von der Software, über die Infrastruktur bis hin zu Plattformen. Das Pew-Forschungszentrum, ein Meinungsforschungsinstitut in den USA, hat bereits im Jahr 2008 in dem Projekt Pew Internet & American Life Project veröffentlicht, dass 69% der Internetnutzer in den USA ihre Daten online speichern oder internetbasierte Softwareanwendungen nutzen [Horrigan2008]. Dieser Trend ist weiterhin steigend. Damit ist auch klar, dass das Thema Cloud Computing mehr als nur ein Hype ist. Es gibt eine Vielzahl von Gründen, warum jemand seine Softwareanwendung in die Cloud migrieren will. Für viele Unternehmen sind dies in erster Linie wirtschaftliche Vorteile. Auf Grund der wesentlich geringeren Anfangsinvestitionen werden Kosten gespart und wegen der schnelleren Verteilung über das Internet werden mehr Kunden erreicht. Somit erhöht sich einerseits die Kapitalrentabilität (Return on Investment RoI) und andererseits verringern sich die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership TCO) [Yeo2007]. Für Privatanwender stehen oft die technologischen Möglichkeiten im Vordergrund, wie die ortsunabhängige Nutzung der Dienste oder die Skalierbarkeit. Egal ob es einer dieser Gründe ist oder ein anderer, der einen Nutzer dazu bewegt, seine Anwendung in die Cloud zu migrieren, stellt dieses Vorhaben jeden Nutzer vor gewisse Herausforderungen. Im Rahmen dieser Arbeit sollen diese Herausforderungen herauskristallisiert und entsprechende Lösungsansätze vorgestellt werden. 1 (aufgerufen am ) 1

20 1.2 ZIELSETZUNG Der Fokus dieser Arbeit liegt auf dem Aspekt der Migration von Softwareanwendungen auf eine Cloud-Plattform beziehungsweise von einer Cloud in eine andere. Derzeit existieren einige Beschreibungssprachen und Modelle, die nur einen Teil der benötigten Eigenschaften enthalten, die für eine solche Dienstmigration notwendig sind. Dies geht auch aus einer Studie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) hervor. Darin wird erläutert, dass die derzeitigen Standardisierungsansätze noch nicht ausgereift sind und die tatsächliche Nutzung solcher Standards durch nationale Regeln sowie durch den Mangel an gemeinsam genutzten Technologien erschwert wird. Daher sollen im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Ansätze untersucht werden, um darauf aufbauend ein Modell zu entwickeln, dass den geforderten Ansprüchen gerecht wird. Um die Zielstellung dieser Arbeit noch einmal klar herauszustellen, soll folgendes Zitat dienen. Zitat des [BMWi2012] Für die Zukunft sind eine gesamthafte Betrachtung und eine koordinierte Zielbestimmung für die Arbeiten auf dem Feld der Cloud-Standardisierung notwendig. Dies sollte möglichst abgestimmt auf internationaler, europäischer und deutscher Ebene erfolgen. Es sollte vorrangig darum gehen, im Interesse eines funktionierenden fairen Wettbewerbs bestehende Lücken zu schließen. So bestehen sehr viele Herausforderungen hinsichtlich Interoperabilität, Portabilität, sowie besserer Transparenz, Rechtssicherheit (etwa in Bezug auf Datenschutz), Informationssicherheit und Governance, oder grundsätzlich der Offenheit für mehr Wettbewerb. Unter diesen vielen Punkten werden in dieser Arbeit vordergründig die Interoperabilität, Portabilität sowie die Transparenz eine Schlüsselrolle einnehmen. Betrachtet man den derzeitigen Stand, auf welche Art und Weise Webservices beschrieben werden, wird der Handlungsbedarf sofort klar. Was noch vor 10 Jahren gut funktionierte, ist heute auf Grund der enorm gestiegenen Anzahl an Webservices ein großes Hindernis, vor allem bei der Suche, dem Abgleich und dem Herstellen der Verbindung zu diesen Services [Barros2012]. Daraus ergibt sich das wesentliche Ziel für diese Arbeit. Es ist die Entwicklung eines Modells, das die Anforderungen zu migrierender Dienste an die Zielumgebung beschreiben kann. Auf Grundlage dessen kann dann die Entscheidungsfindung bei der Auswahl geeigneter Cloud-Anbieter unterstützt werden. Im nächsten Kapitel werden die nötigen Vorüberlegungen getroffen und dem Leser soll wichtiges Hintergrundwissen, für das Verständnis der späteren Kapitel, vermittelt werden. Die weitere Gliederung der Arbeit ist folgendermaßen aufgebaut. In Kapitel 3 werden, unter Berücksichtigung verschiedener Fragen und Nutzergruppen, einige Cloud-Anbieter analysiert. Anschließend werden auf dieser Grundlage verschiedene Beschreibungssprachen und Modelle untersucht und weitere Einzelheiten anhand eines Migrationsbeispiels aufgezeigt. In Kapitel 4 soll dann mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse sowie eines vorliegenden Ontologie-Frameworks ein Modell entwickelt werden, dass der Zielstellung gerecht wird. Abschließend soll dieses Modell in Kapitel 5 evaluiert werden. Die Arbeit schließt ab mit dem Kapitel 6, in dem die Ergebnisse zusammengefasst werden und ein Zukunftsausblick für die weitere Forschungsarbeit in dieser Richtung gegeben wird. 2 Kapitel 1 Einleitung

21 2 HINTERGRUNDWISSEN UND VOR- ÜBERLEGUNGEN In diesem Kapitel wird zuerst erläutert, was unter dem Begriff Cloud Computing zu verstehen ist, welche Formen der Cloud-Anbieter annehmen kann und welche Rolle dabei die Webservices einnehmen. Anschließend werden wichtige Grundlagenkenntnisse vorgestellt, welche für die Migrationsvorgänge in der Cloud relevant sind. Dazu gehören die Beschreibungssprachen für die Webservices und es soll aufgezeigt werden, wie deren Beschreibungsumfang von einer rein syntaktischen bis hin zur semantischen Ebene variiert. Zuletzt werden dann differenzierte Modelle und Standardisierungsansätze vorgestellt. 2.1 CLOUD COMPUTING EIN ÜBERBLICK Im Laufe der letzten Jahre haben sich viele IT-Spezialisten und Forscher an die Begriffsdefinition von Cloud Computing heran gewagt. Da der Blickwinkel auf diesen Bereich je nach Bedarf und Ziel der einzelnen Gruppen variiert, herrscht auch im Umfeld des Cloud Computing eine große Definitionsvielfalt. Eine aktuelle und sehr treffende Beschreibung liefert das Team rund um Professor Buyya, da im Rahmen ihrer Arbeit hauptsächlich komplexe Migrationsvorgänge in der Cloud beschrieben werden. Definition 2.1 (Cloud Computing) Die Cloud ist ein paralleles und verteiltes Computersystem, welches aus einer Ansammlung von miteinander verbundenen und virtualisierten Computern besteht. Diese virtualisierten Computer können auf dynamische Weise zur Verfügung gestellt und als einzelne oder mehrmals auftretende, einzigartige Rechnerressourcen dargeboten werden, basierend auf sogenannten Service Level Agreements (SLA). Die Bereitstellung erfolgt durch eine Aushandlung zwischen Serviceanbieter und -konsument [Buyya2009]. Mit dieser Definition und auch anderen, die hier nicht aufgelistet werden, kann man die Haupteigenschaften ableiten, die eine Cloud aufweisen sollte. Im Einzelnen sind dies die folgenden Punkte: bedarfsorientierte Bezahlung pay-per-use (keine fortlaufenden Betriebs- und Versorgungskosten) 3

22 Flexibilität (Möglichkeit die Kapazitäten an die Bedürfnisse des Kunden anzupassen) Selfservice-Schnittstellen (zur Kommunikation zwischen Anbieter und Kunde) unendliche Ressourcen (in virtualisierter oder abstrahierter Form) Damit wird der Weg geebnet, Rechenleistung als abrufbare Größe zur Verfügung zu stellen, an jedem Ort und zu jeder zeit [Armbrust2009] Cloud-Anbieter und Servicemodelle Durch die differenzierten Servicemodelle erhält der Nutzer die Möglichkeit auf die Cloud-Infrastruktur des jeweiligen Anbieters zuzugreifen. Dabei unterscheiden sich die einzelnen Schichten in ihrem Umfang, welche Ressourcen tatsächlich angeboten werden und wie der Nutzer darauf zugreifen kann. Das ermöglicht dem Nutzer einen individuellen, auf seine Bedürfnisse zugeschnittenen Zugriff und erleichtert die Auswahl eines passenden Dienstes. Die darunterliegende Cloud- Infrastruktur wird vom Cloud-Anbieter verwaltet und kontrolliert. Nachfolgend werden die Servicemodelle vorgestellt, die für diese Arbeit relevant sind (vgl. [Gross2013]): Service Class Main Access & Management Tool Service content SaaS Web Browser Cloud Applications Social networks, Office suites, CRM, Video processing PaaS Cloud Development Environment Cloud Platform Programming languages, Frameworks, Mashup editors, Structured data IaaS Virtual Infrastructure Manager Cloud Infrastructure Compute Servers, Data Storage, Firewall, Load Balancer Abbildung 2.1: Die Servicemodelle im Cloud Computing (vgl. [Buyya2009]). Infrastructure as a Service (IaaS) Anders als beim klassischen Anwendungsfall, bei dem ein Nutzer seine eigene Rechnerinfrastruktur kauft, bietet IaaS die Möglichkeit, individuell auf bestimmte Ressourcen zuzugreifen. Dazu gehören grundlegende Rechnerressourcen, wie Rechenleistung, Speicherplatz und Netzwerkressourcen. Laut [Gaertner2012] ist das mieten von Infrastruktur (IaaS), in Form von sogenannten virtuellen Maschinen (VM), die einfachste Form der Dienstmigration. Das bedeutet, dass die gesamten Laufzeitdaten einer VM von einem System (Quelle) zu einem anderen (Ziel) transferiert werden. Nach Abschluss der Migration wird die VM auf dem Zielsystem weiter ausgeführt. Da bei dieser Migration kaum Anpassungen vorgenommen werden müssen, entfallen die sonst hohen Migrationskosten. Ein direkter Nachteil hierbei besteht allerdings darin, dass die unbegrenzte, automatische und bedarfsorientierte Skalierung, die seitens der Cloud bereitgestellt wird, nicht genutzt werden kann. Verwendung findet IaaS in der Praxis unter anderem 4 Kapitel 2 Hintergrundwissen und Vorüberlegungen

23 bei den Amazon Web Services, die dem Nutzer beispielsweise skalierbare Rechenkapazität und leistungsabhängige Abrechnung zur Verfügung stellen (Amazon EC2) oder eine Infrastruktur zur Datenspeicherung (Amazon S3). Plattform as a Service (PaaS) Als eine Weiterentwicklung des Unified Hosting Environments 2 kann mit Hilfe einer PaaS-Lösung der volle Funktionsumfang einer Cloud ausgeschöpft werden. Die Idee des Unified Hosting besteht darin, heterogene Webservice-Container durch einheitliche Schnittstellen zur Verfügung zu stellen. Dadurch wird unter anderem die Ausführbarkeit sowie das Überwachen der Services ermöglicht [Spillner2005]. PaaS- Technlologien stellen eine Lösung dar, mit der individuelle Anwendungen in der Cloud entwickelt, getestet, genutzt und verwaltet werden können. PaaS-Anbieter offerieren Plattformen oder Laufzeitumgebungen, in der der Kunde seine Dienste innerhalb der Cloud ausführen kann. Diese Dienste kann er, mit Hilfe der vom Anbieter zur Verfügung gestellten Werkzeuge, erstellen und bearbeiten. Die zugrunde liegende Infrastruktur (Rechner, VMs, Speicher und Netzwerk) befindet sich dabei hinter Services und Schnittstellen und ist somit für den Nutzer nicht einsehbar. Damit kann er sich voll und ganz auf die Anwendungsentwicklung konzentrieren. Außerdem braucht man die darunter liegende Struktur mit Hilfe von PaaS weder zu kaufen noch zu verwalten. Oft schließen sich PaaS- und IaaS-Anbieter zusammen, um die jeweiligen Plattformen von der Entwicklung bis zur Nutzung auf einem flexiblen Infrastruktur-Fundament zu hosten. Bekannte Beispiele für PaaS-Lösungen sind Google App Engine und Microsoft Azure. Software as a Service (SaaS) Durch den Begriff SaaS wird ein Modell definiert, bei dem Softwareanwendungen als Services angeboten und diese komplett in der Cloud ausgeführt werden. Oft werden die Begriffe SaaS und Cloud Computing äquivalent genutzt. Jedoch besteht der große Unterschied, dass SaaS-Softwareanwendungen direkt von Menschen genutzt werden, während beim Cloud Computing bestimmte Komponenten der Softwareanwendungen von anderen Systemen genutzt werden (vgl. [Gartner2008]). Im SaaS- Modell übernimmt der Serviceanbieter die gesamte Wartung der IT-Infrastruktur und kümmert sich um die Konfiguration, Wartung und natürlich um die ständige Aktualisierung der Software. Somit kann sich der Kunde völlig auf die Nutzung der Software konzentrieren, die je nach Bedarf genutzt und bezahlt werden kann. Der Kunde kauft die Software also nicht als Produkt, sondern bezieht sie als Dienstleistung. Ein weiterer Aspekt ist die Skalierbarkeit von SaaS-Lösungen und die damit einhergehende Flexibilität. Dies zieht allerdings die Verantwortung des Anbieters mit sich, dass er auf alle Anforderungen des Kunden flexibel reagieren sollte, wie zum Beispiel der Wunsch nach mehr Leistung oder höherer Speicherkapazität. Zu den aktuellen SaaS-Lösungen gehören -Dienste und Suchmaschinen, wie sie beispielsweise von Google angeboten werden sowie die Dienste der Internetseiten Salesforce.com, Twitter und Facebook. Diese drei Modelle können als Grundlage für weitere Modelle angesehen werden, die unter dem Begriff Everything as a Service (XaaS) zusammengefasst werden. Dieser Begriff ermöglicht eine Zusammenstellung mehrerer Dienste, so dass zum Beispiel virtualisierte physische Ressourcen, Infrastruktur, Middleware Plattformen und Geschäftsanwendungen als Dienst in der Cloud angeboten werden können [Lenk2009]. 2 (aufgerufen am ) 2.1 Cloud Computing Ein Überblick 5

24 2.1.2 Dienstmigration im Cloud-Umfeld In [Sun2013] wird die Migration auf Basis von IaaS beschrieben. Da hier aber als Grundlage ein sehr genereller Ansatz für den Migrationsprozess verwendet wird, eignet sich dieser Ansatz auch für andere Migrationsszenarien im Rahmen des Cloud Computing. Definition 2.2 (Dienstmigration) Der Begriff Migration im Kontext des Cloud Compoutings bedeutet die Überführung von Softwaresystemen in eine andere Zielumgebung oder eine neue Form, ohne hierbei deren Funktionalität zu ändern [Ackermann2005]. Um die benötigten Daten von der Migrationsquelle zum -ziel zu befördern, wird bei dem angeführten Ansatz der Migrationsprozess in folgende drei Phasen unterteilt: Planung Es werden Vereinbarungen über das Zielsystem ausgehandelt. Außerdem wird entschieden, innerhalb welcher Dimensionen migriert werden sollen und welche Teile der Zielplattform migriert werden sollen. Am Ende der Planungsphase wird noch der eigentliche Migrationsprozess designt. Migration Zu Beginn der Migrationsphase wird zuerst das Zielsystem durchsucht und anschließend ein Abgleich durchgeführt, um die Korrektheit sicherzustellen. Danach sollten die durchsuchten Daten vollständig vorhanden sein und keine Konflikte bezüglich der Konfigurationsparameter mehr enthalten sein. Mit Hilfe der korrekten Daten können nun die Konfigurationsinformationen des Quellsystems auf die des Zielsystems abgebildet werden. Dadurch wird ein Modell auf dem Zielsystem erzeugt, welches auf Grund seiner geprüften Korrektheit maßgeblich zu einer erfolgreichen Migration beiträgt. Die eigentliche Aufgabe bei der Migration besteht nun darin, dass die Konfigurationseinstellungen vom Quell- zum Zielsystem übertragen werden. Test Nach Abschluss der Migration sollte immer eine Überprüfung erfolgen, ob die migrierte Anwendung auch ordnungsgemäß mit all ihren Bestandteilen übertragen wurde. Dabei werden sowohl die funktionalen als auch die nicht-funktionalen Eigenschaften abgeglichen, um zu Prüfen, ob die Anwendungen in der neuen Zielumgebung schlechter oder besser ausgeführt werden kann als vorher. Abbildung 2.2: Der Migrationsprozess mit seinen drei Phasen 6 Kapitel 2 Hintergrundwissen und Vorüberlegungen

25 In Abbildung 2.2 werden die einzelnen Schritte innerhalb der Phasen des Cloud-Migrationsprozesses dargestellt. Dabei stehen die Schritte in direkter Korrelation mit dem Arbeitsaufwand und der Zeit, die für die Ausführung der einzelnen Schritte benötigt wird. Durch den linearen Anstieg zeigt [Sun2013] hier sehr anschaulich, dass die Dienstmigration ein komplexer Vorgang ist, bei dem sowohl der Faktor Zeit eine bedeutende Rolle spielt, als auch der tatsächlich aufgebrachte Arbeitsaufwand. Im Folgenden werden die Einzelschritte kurz erläutert: Planungsphase Anforderungserfassung: In der Regel migriert ein Nutzer nur dann, wenn er einen Vorteil durch die Migration erfährt. Dies können zum Einen messbare Werte sein (funktionale Eigenschaften), wie die Prozessorgeschwindigkeit und zum Anderen nicht funktionale Eigenschaften, wie das Image des Cloud-Anbieters. Da bei einer Migration in die Cloud oder auch von einer Cloud zu einer anderen, nicht davon ausgegangen werden kann, dass die Zielplattform mit dem Quellsystem übereinstimmt, müssen die gegebenen Einstellungen beider Systeme abgeglichen werden. Derzeit erfolgt die Erfassung der Anforderungen meist auf manuellem Wege. In späteren Abschnitten wird noch auf die automatisierte Suche eingegangen. Ein gründliches Vorgehen bei der Anforderungserfassung wirkt sich positiv auf die eigentliche Migrationsphase aus, da man mit Hilfe der gesammelten Informationen wesentlich einfacher die Rahmenbedingungen und Einstellungsmöglichkeiten abschätzen kann. Planung der Migration: Mit Hilfe der gewonnenen Anforderungen wird bei der Planung der Migration festgelegt, wie das Zielsystem aussehen soll. Hierbei handelt es sich allerdings nur um eine grobe Planung. Außerdem werden verschiedene Migrationsansätze vorab geprüft, hinsichtlich ihrer Durchführbarkeit und Erfolgssicherheit. Migrationsphase Durchsuchung: Bevor die eigentliche Migration beginnt, müssen zuerst die Konfigurationsinformationen des Quellsystems gesammelt werden. Dabei werden drei Ebenen von Informationen einbezogen. Bei der ersten Ebene handelt es sich um das Wissen über die Beschaffenheit des Systems. Hier spielen zum Beispiel die Anzahl der physischen Maschinen, die im jeweiligen System zum Einsatz kommen oder auch deren Netzwerktopologien eine wesentliche Rolle. Diese Informationen werden später benötigt, um genaue Aussagen bei der Skalierung des Zielsystems zu treffen. Die zweite Ebene innerhalb der Konfigurationsinformationen legt ihren Fokus auf die Anwendungen. Dabei ist von besonderem Interesse, wie die notwendigen Topologien zur Bereitstellung von Anwendungen, auf dem jeweiligen System, aufgebaut sind. In der dritten Ebene werden die Konfigurationsparameter untersucht, welche einen detaillierten Aufschluss über die einzelnen Softwarekomponenten geben. Letztendlich liefert das Ergebnis der Durchsuchung ein vollständiges Modell aller Konfigurationsinformationen in Bezug auf das Quellsystem. Design: Um die Realisierbarkeit der Migration abschätzen zu können, muss eine konkrete Migrationsstrategie entworfen werden.dies geschieht mit Hilfe der genauen Konfigurationsinformationen der Discovery-Phase. Durch sie ist es möglich, die Charakteristika der gesamten zu migrierenden Daten des Quellsystems zu beschreiben und ein konkretes Modell der Umgebung oder Rahmenbedingungen des Quellsystems, zu erzeugen. Somit können auch Aussagen über die Realisierbarkeit der zu migrierenden Daten gemacht und der Migrationsvorgang konzipiert werden. Abbildung: Trotz der nun vorhandenen Informationen über sämtliche Konfigurationen und Daten des Quellsystems besteht eine große Lücke zwischen Quelle und Ziel im Bezug auf die 2.1 Cloud Computing Ein Überblick 7

26 Migration in der Cloud. Der Grund für die Lücke liegt darin, dass sich Quell- und Zielsystem in der Regel stark voneinander unterscheiden. Eine wesentliche Aufgabe innerhalb der Migrationsphase besteht nun darin, das Datenmodell des Quellsystems auf das des Zielsystems abzubilden. Da die manuelle Handhabung der Konfigurationsinformationen sehr kompliziert ist, wird im Allgemeinen eine automatisierte Methode gewählt. Nach erfolgreicher Durchführung der Abbildung erhält man ein Datenmodell mit sämtlichen Informationen über die einzelnen Schichten, wie die Betriebssystemschicht, die Middleware- und die Anwendungsschicht. Bereitstellung: Voraussetzung für die Migration aller Daten in die Ziel-Cloud ist das Bestehen einer Laufzeitumgebung für die komplette Arbeitsmenge des Quellsystems. Diese Laufzeitumgebung umfasst sowohl physische als auch virtuelle Maschinen sowie Betriebssysteme, Middleware, binäre Schnittstellen der Anwendungen und Hypervisors. Nachdem die Bereitstellung durchgeführt wurde, ist der Hard- und Softwarestack der Zielumgebung in der Lage, die zu migrierenden Daten anzunehmen. Für die gesamte Durchführung der Bereitstellung existieren zwei Möglichkeiten. Zum einen kann der Hard- und Softwarestack Schicht für Schicht aufgebaut werden, also zum Beispiel von der Inbetriebnahme einer Virtual Machine bis hin zur Installation der Anwendungen. Zum anderen können die einzelnen VM-Schichten als Ganzes vom Quell- zum Zielsystem migriert werden. Auf die Vor- und Nachteile dieser beiden Möglichkeiten wird im Rahmen dieser Arbeit nicht näher eingegangen. Migration: Das Ziel der Migration besteht darin, die gesamten Konfigurationsinformationen mit allen dazugehörigen Parametern vom Quell- zum Zielsystem zu übertragen. Hierzu werden, unter Verwendung des Datenmodells, welches im Abbildungs-Schritt erzeugt wurde, die Konfigurationsparameter auf das Zielsystem transferiert. Abschließend wird noch geprüft, ob eventuelle Korrekturmaßnahmen notwendig sind, damit sichergestellt werden kann, dass der gesamte migrierte Inhalt auf das Zielsystem angepasst ist und das Zielsystem somit optimal funktionieren kann. Testphase Testen: Wie in fast allen Bereichen der Entwicklung sind auch beim Cloud-Migrationsprozess Tests von großer Bedeutung. Dabei ist es wichtig, das System als ganzes zu prüfen, innerhalb seiner neuen Zielumgebung. Das schließt ein, dass keine Einschränkungen in der Funktionalität des Zielsystems vorliegen und das Zielsystem genauso gut oder sogar besser läuft, als das Quellsystem. Um diese Qualitätsmerkmale sicher zu stellen, werden bei den Tests sowohl funktionale als auch nicht funktionale Eigenschaften des Zielsystems untersucht. Dieser Migrationsprozess wäre durchaus auch als iterativer Ansatz denkbar, wie er in [Buyya2011] beschrieben wird. 8 Kapitel 2 Hintergrundwissen und Vorüberlegungen

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