3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim

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1 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 1/54 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim Christian Baun Karlsruher Institut für Technologie Steinbuch Centre for Computing

2 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 2/54 Wiederholung vom letzten Mal Grundlagen und Einschränkungen Mooresche Gesetz Amdahls Gesetz Granularität Gustafsons Gesetz Dimensionen von Daten Portabilität von Daten Parallelrechner Gemeinsamer Speicher Verteilter Speicher Verbindungsnetzwerke

3 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 3/54 Heute Was ist Cloud-Computing? Definitionen (lustige, falsche und richtige) Warum Cloud-Computing? Organisatorische Typen von Clouds Public Cloud Private Cloud Hybrid Cloud Kategorien von Cloud-Systemen (anhand der angebotenen Dienste) Humans as a Service (HuaaS) Software as a Service (SaaS) Platform as a Service (PaaS) Infrastructure as a Service (IaaS) Weitere Konzepte (Cloud Print, Cloud Gaming, Cloud Betriebssysteme) Fazit zum Cloud-Computing

4 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 4/54 Was ist Cloud-Computing?

5 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 5/54 Was ist Cloud-Computing? Eine Definition des Cloud-Computing erscheint schwierig Alle reden davon Kaum jemand weiß wirklich was es ist Definitionen sind meistens ungenau oder falsch

6 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 6/54 Gartner Hype Cycle 2008

7 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 7/54 Gartner Hype Cycle 2009

8 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 8/54 Gartner Hype Cycle 2010

9 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1011 9/54 Lustige Definition leider zu ungenau

10 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Warum braucht die Welt Cloud-Computing?

11 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Was ist Cloud-Computing?

12 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Bessere Cloud-Definition Definition Unter Ausnutzung virtualisierter Rechen- und Speicherressourcen und moderner Web-Technologien stellt Cloud-Computing skalierbare, netzwerk-zentrierte, abstrahierte IT-Infrastrukturen, Plattformen und Anwendungen als on-demand Dienste zur Verfügung. Die Abrechnung dieser Dienste erfolgt nutzungsabhängig Eckpunkte Ein oder wenige Rechenzentren mit heterogenen oder homogenen Ressourcen unter zentraler Kontrolle Virtualisierte Ressourcen Verbrauchsabhängige Abrechnung (Pay-as-you-go) Selten ist die Nutzung kostenfrei Benutzerfreundlich (geringe Einarbeitungszeit notwendig)

13 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Warum braucht/will die Welt Cloud-Computing? Cloud-Computing soll: Kosten (für Benutzer) senken (durch Abrechnung nach Verbrauch) Kosten (für Anbieter) senken (durch Konsolidierung) Komplexität (für Benutzer) verringern (durch hohe Benutzbarkeit und Wegfall von Installation und Administration) Einfachen Ressourcenzugriff bieten (durch Web Services) Benutzerwünsche erfüllen und Flexibilität bieten (durch Virtualisierung) Unbegrenzten (elastischen) Ressourcenzugriff ermöglichen (durch Virtualisierung) Vielfältige Einsatzmöglichkeiten aus Benutzersicht. Eine Instanz 10 Tage mieten oder 10 Instanzen für einen Tag. Der Preis ist identisch Benutzer emanzipieren (freie Wahl von OS, Anwendungen und Firewallregeln) Kurz: Cloud-Computing soll die IT revolutionieren

14 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Übergang der IT in das Zeitalter der Industrialisierung

15 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Abneigung gegen Cloud Computing? Gründe für Abneigung gegen Cloud Computing? Hardware ist sexy (Möglichst viel) eigene Hardware macht was her am Tag der offenen Tür Schwer zu beschreibendes Gefühl von Unsicherheit Die eigenen Daten außer Haus zu speichern, erzeugt ein mulmiges Gefühl Auf meiner Hardware bin ich der Herr Administratoren lieben ihre Hardware Trotz der vielen Arbeit und Frustration Stockholm-Syndrom?! Verlust der Hardware = Verlust von Macht und Einfluss?

16 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Da muss der Doktor ran...

17 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Warum Cloud-Computing? No Hardware...

18 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Organisatorische Typen von Clouds Public Cloud (bzw. External Cloud) Private Cloud (bzw. Internal Cloud oder Intra Cloud) Hybrid Cloud

19 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Public Cloud (bzw. External Cloud) Anbieter und Nutzer gehören unterschiedlichen Organisationen an Anbieter verfolgen immer kommerzielle Geschäftsinteressen Nutzer haben keine Kosten für Anschaffung, Betrieb und Wartung eigener Hardware Public Cloud Dienste liegen immer vor der eigenen Firewall Theoretisches Risiko des Lock-in Datenschutz und Datensicherheit beachten!

20 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Private Cloud (bzw. Internal Cloud oder Intra Cloud) Anbieter und Benutzer der Cloud Dienste gehören der gleichen Organisation an Dienste der Private Cloud sind im Idealfall kompatibel zu den Public Cloud Diensten etablierter Anbieter Keine Gefahr des Lock-in Datenschutz ist kein Problem Ähnlich hohe Kosten für eigene Hardware, Stellplatz und Administration wie bei einer nicht-cloud-basierten Architektur

21 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Hybrid Cloud Dienste aus Public und Private Clouds werden gemeinsam innerhalb einer Infrastruktur verwendet Anwendungsgebiete: Lastspitzen mit den Ressourcen von Public Clouds abfedern Sicherheitskopien von Daten in Public Clouds auslagern

22 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Die vier (wichtigsten) Kategorien von Cloud-Systemen

23 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Humans as a Service (HuaaS) Prinzip des Crowdsourcing Ressource Mensch wird zu geringen Kosten oder als Spende Freiwilliger angeboten Interessant für... niedrig qualifizierte Tätigkeiten Tätigkeiten, die ein Computer gar nicht, nur schlecht oder erst nach einer unverhältnismäßig hohen Entwicklungszeit erledigen könnte Einsatzmöglichkeiten sind u.a. Bilderkennung subjektive (Produkt)-Bewertungen Übersetzungen (Produkt)-Zuordnungen zu (Produkt)-Kategorien Beispiele für Public Cloud HuaaS Untersuchung der Zeitung The Guardian zum britischen Spesenskandal 2009 Marktplatz für HuaaS: Amazon Mechanical Turk Im Bereich Private Cloud spielt HuaaS keine Rolle

24 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Literaturempfehlung zu Crowdsourcing Christian Papsdorf. Wie Surfen zu Arbeit wird. Campus Konsumenten schreiben Bewertungen, entwickeln Ideen, erstellen Logos, usw. Diese wertschöpfenden Tätigkeiten sind von hoher ökonomischer Bedeutung Unternehmen nutzen die Internetkultur (Partizipation, Engagement, Selbstverwirklichung,...), um die Konsumenten zumeist unentgeltlich für sich arbeiten zu lassen Warum machen die Konsumenten da freiwillig mit?

25 Amazons mechanischer Türke Quelle: Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54

26 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Marktplatz für HuaaS: Amazon Mechanical Turk

27 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Amazon Mechanical Turk: Human Intelligence Tasks

28 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Amazon Mechanical Turk: Ein Beispiel-HIT

29 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Software as a Service (SaaS) Applikationen werden durch Dienstleister betrieben und als Service zur Verfügung gestellt Benutzer kümmern sich nicht um Installationen, Administration, Updates,... Nutzung der Software ist kostenlos oder Abrechnung nach Verbrauch Lokale Installation der Software ist nicht vorgesehen Auf Seite der Benutzer ist lediglich ein Browser notwendig Benutzer muss dem Anbieter vertrauen im Bezug auf: Eigene Daten Verfügbarkeit der Dienste Beispiele für Public Cloud SaaS Google Docs, Salesforce.com, Gliffy, Clarizen, Zoho Writer, SlideRocket, Adobe Photoshop Express und Apple iwork.com Beispiele für Private Cloud SaaS Sugar und Zimbra

30 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Google Docs: Textverarbeitung, Tabellenkalkulation,...

31 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Zoho Writer: Textverarbeitung

32 Salesforce: Kundenbeziehungsmanagement Quelle: Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54

33 Zimbra Collaboration Suite: Groupware Quelle: Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54

34 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Weitere Konzepte Es existieren weitere Dienstgruppen, die auch zur Gruppe SaaS gehören Dabei handelt es sich um spezialisierte Dienste für bestimmte Anwendungen Cloud Printing Cloud Gaming Cloud Betriebssysteme

35 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Google Cloud Print Ermöglicht das Drucken quasi aus der Cloud heraus Interessantes Konzept des Cloud-Computing von Google Passt nicht so recht in die Kategorien der etablierten Cloud Dienste Kategorien Verbreitung internetfähiger Geräte wie Netbooks, Touchpads und Mobiltelefone steigt Einrichtung eines lokalen Druckers ist schwierig Fehlen geeigneter Druckertreiber Teilweise sehr geringen Ressourcen in den Geräten Vielfalt der Betriebssysteme (Mac OS, Android, Windows Mobile...) Lösung: Google Cloud Print Nutzer sendet sein zu druckendes Dokument an den Dienst, legt die Druckeinstellungen fest und bekommt eine Rückmeldung über die erfolgreiche Ausführung des Auftrags

36 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Google Cloud Print (zwei Arten von Druckern) Google Cloud Print kompatible Netwerkdrucker Drucker ist beim Dienst angemeldet Druckjobs werden an einen Dienst gesendet Dienst bereitet den Druckauftrag auf und leitet ihn an den Drucker weiter Legacy Drucker (sind nicht zu Google Cloud Print kompatibel) Lokal angeschlossene Drucker (USB) oder Netzwerkdrucker Auf einem lokalen PC wird ein Proxy installiert Proxy registriert den Drucker und sendet Druckaufträge an den Dienst Aufbereitete Druckjobs werden über den Proxy an den Drucker gesendet Nachteil: Proxy-Rechner muss zum Drucken eingeschaltet sein

37 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Google Cloud Print Google Cloud Print befindet sich aktuell noch in der Entwicklung Kompatible Drucker sind bislang noch nicht erhältlich Gründe, warum es ein Erfolg werden kann Integration in Google Chrome OS Freier Standard Unterstützung der Firma HP HP hat eine erste Produktlinie von Google Cloud Print kompatiblen Druckern angekündigt Das günstigste Modell wird für 99 US-Dollar erhältlich sein Über eine -Adresse lassen sich die Geräte identifizieren und als Cloud-Drucker unter Chrome OS hinzufügen HP plant bis zum Jahresende 2010 mehrere Millionen Cloud-Drucker verkauft zu haben

38 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Cloud Gaming Cloud Gaming bezeichnet Dienste, um High-End Videospiele auf Low-End Geräten (ältere PCs, Fernseher, mobile internetfähige Endgeräte) verfügbar zu machen Videospiele werden in den Serverfarmen des Anbieters ausgeführt Ausschließlich die Darstellung erfolgt auf den lokalen Zielgeräten Darstellung wird als komprimierter Videostrom übertragen Benutzereingaben werden zum Anbieter gesendet und dort ausgewertet Nachteil: Die notwendige Kompression reduziert die optischen Qualität Problem: Netzwerklatenzen müssen gering sein, da die Benutzereingaben zu einem entfernten Server übertragen und ausgewertet werden Zeit zwischen Benutzereingabe und Ergebnis auf dem lokalen Anzeigegerät muss gering sein, um den Spielfluss nicht zu unterbrechen Positiver Nebeneffekt für die Anbieter: Keine Raubkopien möglich Ein bekannter Anbieter von Cloud Gaming ist OnLive

39 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Cloud Betriebssysteme Web-Desktops werden auch als Cloud Betriebssysteme bezeichnet Bekanntes Produkt aus dieser Gruppe: eyeos Betriebssystem und alle installierten Anwendungen und Benutzerdaten befinden sich auf den Serverfarmen des Anbieters Benutzer benötigt lediglich einen Computer mit Internetzugang und Webbrowser Der Begriff Cloud Betriebssystem ist in den meisten Fällen irreführend Auch für die Nutzung eines Cloud Betriebssystems benötigt der Benutzer einen Rechner mit Browser und dafür ein zugrunde liegendes Betriebssystem Das native Betriebssystem wird nicht ersetzt. Es werden nur die Benutzeranwendungen und Benutzerdaten ausgelagert

40 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Cloud Cooking die Zukunft?!

41 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Platform as a Service (PaaS) Skalierbare, integrierte Laufzeitumgebungen Häufig auch Entwicklungsumgebungen Anbieter unterstützen meistens 1 oder 2 Programmiersprachen Erscheint als ein großer Rechner und macht es einfach zu skalieren Zielgruppe sind primär Entwickler Geringere Flexibilität als bei IaaS Kein Administrationsaufwand für die Nutzer Anwender kümmern sich nicht um das Betriebssystem, Systemsoftware,... Beispiele für Public Cloud PaaS Google App Engine, Bungee Connect, Heroku, Engine Yard, Zoho Creator und Windows Azure Services Plattform Beispiele für Private Cloud PaaS AppScale und typhoonae

42 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Bungee Connect Quelle: Webbasierte Entwicklungsumgebung ähnlich aufgebaut wie Microsoft Visual Studio proprietäre Sprache, die an C# oder Java erinnert

43 Heroku Quelle: Webbasierte Entwicklungsumgebung und Plattform für Ruby on Rails Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54

44 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Google App Engine und AppScale Google App Engine (GAE) ist ein Plattformdienst, in dem Web-Anwendungen in Python und JAVA in der Google-Infrastruktur betrieben werden können AppScale ist eine Open-Source Reimplementierung der GAE Ermöglicht den Aufbau einer eigenen PaaS, kompatibel zur GAE Google App Engine und AppScale werden in einer eigenen Vorlesung ausführlich behandelt

45 Infrastructure as a Service (IaaS) Selten auch Hardware as a Service (HaaS) genannt Benutzer betreiben virtuelle Server-Instanzen mit (fast) beliebigen Betriebssystemen und unveränderten Anwendungen auf den Serverfarmen des Anbieters Benutzer haben innerhalb ihrer Instanzen Administratorenrechte Benutzer haben keinen Kontakt zur physischen Hardware Firewall-Regeln können selbst definiert werden Welche Betriebssysteme unterstützt werden, hängt vom Anbieter ab Komplette Rechenzentren können virtuell realisiert werden Beispiele für Public Cloud IaaS 3tera, Amazon Elastic Compute Cloud (EC2), GoGrid, Joyent, FlexiScale, Rackspace Cloud (vormals Mosso) und Zimory Public Cloud Beispiele für Private Cloud IaaS Eucalyptus, Enomaly Elastic Computing Platform, OpenNebula und Nimbus Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54

46 Quelle: Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 GoGrid

47 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Amazon Web Services und Eucalyptus Die Amazon Web Services (AWS) sind eine Sammlung verschiedener Cloud-Dienste Eucalyptus ist eine Open-Source Software, um eine AWS-kompatible IaaS auf Clustern aufzubauen Amazon Web Services und Eucalyptus werden in einer eigenen Vorlesung ausführlich behandelt

48 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 HPCaaS Zu den IaaS-Diensten gehört auch High Performance Computing as a Service (HPCaaS) Bei HPCaaS ist die Netzwerklatenz zwischen den virtuellen Maschinen und damit die physische Lokalität der Knoten elementar Nur sehr wenige Private Cloud Lösungen bieten eine Gruppierung von Knoten OpenNebula und CloudStack Einige Private Cloud Lösungen bieten überhaupt keine Lokalität der virtuellen Maschinen Eucalyptus Es existieren HPCaaS-Angebote von Public Cloud Anbietern Cluster Compute Instances in Amazon EC2 HPCaaS ist nicht für alle HPC-Probleme geeignet HPCaaS ist für trivial parallele Probleme geeignet

49 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Organisatorische und funktionale Kategorien von Clouds

50 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Fazit Cloud-Computig ist aktuell DER Hype in der IT Es gibt nicht die eine Cloud-Architektur oder Cloud-Anwendung Cloud-Computing kann helfen, die IT zu industrialisieren

51 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Gefahren durch Cloud-Computing (2009)

52 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Gefahren durch Cloud-Computing (2010)

53 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Literaturempfehlung und Werbung

54 Christian Baun 3.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /54 Nächste Vorlesung Nächste Vorlesung: