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

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1 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 1/36 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim Christian Baun Karlsruher Institut für Technologie Steinbuch Centre for Computing

2 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 2/36 Heute Vorstellung Organisatorisches zur Vorlesung Literatur Generationen von Computersystemen Schöne neue Welt? Client-Server Heute gibt es primär Grundlagenwissen und Denkanstöße

3 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 3/36 Christian Baun 2005 Diplom in Informatik an der FH-Mannheim 2006 Master of Science an der HS-Mannheim Wissenschaftler im Institut für Wissenschaftliches Rechnen des Forschungszentrum Karlsruhe Teil des D-Grid Integrationsprojekts ( Doktorand im Steinbuch Centre for Computing des Karlsruher Institut für Technologie Schwerpunkte: Cloud-Computing, Virtualisierung, Verteilte Dateisysteme Doktorarbeit: Untersuchung und Entwicklung von Cloud Computing-Diensten als Grundlage zur Schaffung eines Marktplatzes

4 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 4/36 Organisatorisches zur Vorlesung und Übung Vorlesungstermin: Mittwoch (15:20 16:50 Uhr) Ort: Raum A210 Übungstermin: Mittwoch (17:00 18:30 Uhr) Ort: Raum A008 Homepage: Skriptum: Folienskript auf der Homepage im PDF-Format Übungen: Übungsblätter auf der Homepage im PDF-Format Lösungen müssen bis zur darauffolgenden Übung in Google Docs stehen Rege Teilnahme an Vorlesung und Übung ist sehr erwünscht!

5 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 5/36 Literatur Cloud Computing: Web-basierte dynamische IT-Services, Christian Baun, Marcel Kunze, Jens Nimis, Stefan Tai, Springer (2011) The Big Switch: Der große Wandel. Die Vernetzung der Welt von Edison bis Google, Nicholas Carr, Mitp-Verlag (2008) Wie Surfen zu Arbeit wird: Crowdsourcing im Web 2.0, Christian Papsdorf, Campus Verlag (2009) Cloud Application Architectures, George Reese, O Reilly (2008) Hadoop. The Definitive Guide, Tom White, O Reilly (2009)

6 Generationen von Computersystemen 0.Generation (bis 1940) (Elektro-)mechanische Rechenmaschinen 1.Generation (1940 bis 1955) Elektronenröhren, Relais und Klinkenfelder 2.Generation (1955 bis 1965) Transistoren und Stapelverarbeitung 3.Generation (1965 bis 1980) Integrierte Schaltungen und Dialogbetrieb 4.Generation (1980 bis 2000) Hoch-integrierte Schaltungen, Mikroprozessoren, PCs/Workstations 5.Generation (2000 bis???) Verteilte Systeme, Das Netz ist der Computer, Virtualisierung Aus der Zeitschrift Populäre Mechanik (1949) Computer der Zukunft werden nicht mehr als 1,5 Tonnen wiegen. Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 6/36

7 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 7/36 5.Generation (2000 bis????) Ein paar Schlagworte aus der 5.Generation: Das Netz ist der Computer Verteilte Systeme = Cluster-, Cloud-, Grid-, P2P-Computing Multicore-Prozessoren und parallelisierte Anwendungen Virtualisierung = VMware, XEN, KVM,... OpenSource = Linux, BSD,... Kommunikation überall = mobile Systeme Neue Arbeitsformen = e-science, e-learning, e-business,... Dienste und Services = Serviceorientierte Architekturen (SOA) Ressourcen nach Bedarf mieten bzw. anfordern = On Demand Schlagworte für später: Quantencomputer (wohl eher 7. oder 8.Generation)

8 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 8/36 Inhalt der Vorlesung Cluster-, Grid-, Peer-to-Peer und Cloud-Computing gehören zur Gruppe der verteilten Systeme In dieser Vorlesung werden nicht alle, sondern nur bestimmte verteilte Systeme behandelt Diskussion der Grundlagen einiger verteilter Systeme Hintergründe der Entwicklung einiger verteilter Systeme Entwicklung eines Verständnisses, wie verteilte Systeme heute funktionieren Erwerb grundlegender Kenntnisse im Umgang mit den besprochenen verteilten Systemen

9 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS1112 9/36 Schöne neue Welt? Bringt das Konzept Das Netz ist der Computer wirklich nur Vorteile? Wer bestimmt in Zukunft welche Anwendungen wir nutzen dürfen? Wer bestimmt in Zukunft welche Bücher wir lesen dürfen? Wie viel Freiheit und Selbstbestimmung geben wir auf? Ein paar Beispiele...

10 Apple iphone Keine freie Software möglich/erlaubt Apple reglementiert selbst, welche Programme auf dem iphone laufen dürfen Ausschließlich DRM-Technologien (Digital Rights Management) enthalten Keine Nutzung DRM-freier Formate wie Ogg Vorbis oder MP3 Ausschluss von Anwendungen teilweise willkürlich und immer ohne Vorwarnung Apple hat die Möglichkeit, installierte Anwendungen nachträglich auf den Geräten zu löschen. Hat davon aber offenbar noch nie Gebrauch gemacht Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36

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13 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Google Android

14 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36

15 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Google Chrome OS

16 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Amazon Kindle Es können nur Bücher auf Geräten gelesen werden, die auf ein gemeinsames Amazon-Konto registriert sind Die Weitergabe von Büchern ist nicht möglich Amazon behält sich vor, den Zugriff auf bereits gekaufte Bücher zu verbieten

17 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36

18 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Wer entscheidet in Zukunft über Zensur und Freiheit? Politik? Industrie? Bevölkerung (Kunden/Wähler)?

19 Guter Artikel zu diesem Thema: Carental Computing Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36

20 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Client-Server Ein Client-Server-System besteht aus: einem oder mehreren Clients, die Dienste des Servers in Anspruch nehmen und auf Daten auf dem Server zugreifen (= Konsumenten) einem zentralen Server, der Dienste und/oder Daten bereit stellt (= Produzenten) Der Verbindungsaufbau geht von den Clients aus Die Kommunikation erfolgt nach einem festen Ablaufprotokoll Ein Client sendet an den Server eine Anforderung (Request), die von diesem mit einer Antwort (Reply) beantwortet wird Die Client-Server-Architektur besteht aus zwei Schichten und wird Two-Tier-Modell (Tier = Schicht) genannt

21 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Fünf Aufgabenbereiche beim Client-Server-Modell Bei einer verteilten Anwendung, die auf der Client-Server-Architektur basiert, lassen sich fünf Aufgabenbereiche voneinander trennen: Darstellung der grafischen Benutzeroberfäche Benutzerinterface (GUI) Verarbeitung Datenmanagement Datenspeicherung Die Verteilung der einzelnen Aufgaben auf Clients und Server legt fest, um welche Art von Clients es sich handelt Entsprechend ihrer Aufgabenbereiche, unterscheidet man 4 Arten von Clients: 1 Text-/X-Terminals 2 Thin Clients 3 Applet Clients 4 Fat Clients

22 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Vier Arten von Clients beim Client-Server-Modell X-Terminal oder Text-Terminal Sind sind nur für die Darstellung der (grafischen) Benutzeroberfäche und die Übertragung der Benutzereingaben an den Server zuständig Bereitstellung der GUI, Verarbeitung, Datenverarbeitung und Datenspeicherung übernimmt der Server Thin Clients Sind für die Darstellung der grafischen Benutzeroberfäche und Bereitstellung der GUI zuständig Applet Clients Werden auch Network Computer genannt Übernehmen die Darstellung und Bereitstellung der GUI und einen Teil der Verarbeitung Die Anwendungen (Applets) verarbeiten die Clients selbst Fat Clients Nur Datenmanagement und Datenhaltung befindet sich auf dem (Fileoder Datenbank-)Server

23 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 (Text-)Terminal: WYSE WY-50 (Anfang 1990er)

24 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 (X-)Terminal: NCD 88K (Mitte 1990er)

25 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Network Computer: SUN JavaStation ( )

26 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Fat Clients: Gibt es an jeder Ecke

27 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Thin Clients (Beispiele von HP)

28 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Thin Clients (Beispiele von IGEL und Fujitsu Siemens)

29 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Vor- und Nachteile von Thin Clients gegenüber Desktops Vorteile von Thin Clients Geringe Anschaffungskosten (ca. e 500) Geringer Stromverbrauch (ab 10 Watt) = geringe Betriebskosten Geringe Stellfläche (wenig Platzverbrauch) Wenig oder gar keine Geräuschentwicklung, da ohne Festplatte und zum Teil auch ohne Lüfter Zentrale Speicherung der Daten ist effizient und mit geeigneten Werkzeugen sicher Geringerer Ressourcenverbrauch durch Virtualisierung auf dem Server Geringerer Aufwand (Kosten) für Administration Nachteile von Thin Clients Keine Grafikleistung im 3D-Bereich Eingeschränkte Erweiterbarkeit Angst der Nutzer vor Herausgabe der eigenen Daten und Speicherung außerhalb des eigenen PCs (außerhalb des eigenen Einflussbereichs) Server ist Single Point of Failure und eventuell Flaschenhals

30 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Linux und Windows CE mit 3 Watt (als Unterputz)

31 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Eine kleine Kalkulation der Kosten Ein Unternehmen X hat 1000 Computerarbeitsplätze Szenario 1: Fat Clients (PC) Elektrische Anschlussleistung pro Desktopsystem: 300 Watt Elektrische Anschlussleistung pro Bildschirm: 100 Watt Szenario 2: Thin Clients Elektrische Anschlussleistung pro Thin Client: 20 Watt Elektrische Anschlussleistung pro Bildschirm: 100 Watt Elektrische Anschlussleistung pro Server-Blade: 200 Watt Auf ein Server-Blade passen 40 virtuelle Desktopsysteme Was kostet der jährliche Dauerbetrieb (24/7) bei 0,21 e/kwh? Taschenrechner raus!

32 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Szenario 1: Fat Clients (PC) Anschlussleistung Desktopsystem: 300 Watt Anschlussleistung Bildschirm: 100 Watt Summe der Anschlussleistung: 400 Watt Stromkosten (mit Schaltjahr) pro Computerarbeitsplatz 0, 4 kw 24 h Tag 365, 25 0, 21 e Tag Jahr Stromkosten für 1000 Computerarbeitsplätze = 736, 344 e kwh , 344 e Jahr = e Jahr Jahr

33 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Szenario 2: Thin Clients (1) Anschlussleistung Thin Client: 20 Watt Anschlussleistung Bildschirm: 100 Watt Summe der Anschlussleistung: 120 Watt Stromkosten (mit Schaltjahr) pro Computerarbeitsplatz (ohne Server) 0, 12 kw 24 h Tag 365, 25 0, 21 e Tag Jahr Anschlussleistung Server-Blade: 200 Watt Stromkosten (mit Schaltjahr) pro Server-Blade 0, 2 kw 24 h Tag 365, 25 0, 21 e Tag Jahr = 220, 9032 e kwh = 368, 172 e kwh Jahr Jahr

34 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Szenario 2: Thin Clients (2) Stromkosten für 1000 Computerarbeitsplätze (ohne Server) , 9032 e Jahr = , 2 e Jahr Stromkosten für 25 Server-Blades , 172 e Jahr = 9204, 3 e Jahr Stromkosten für Computerarbeitsplätze und Server-Blades , 2 e Jahr = +9204, 3 e Jahr = , 5 e Jahr

35 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Fazit zu den Clients X-Terminals und Text-Terminals haben sich überlebt Applet Clients haben sich nie durchgesetzt Applet Clients könnten in Zukunft aktuell werden. Stichwort Google Chrome OS Fat Clients sind heute Standard Thin Clients führen ein Nieschendasen Langsam setzt ein Umdenken in der Industrie ein Thin Clients sind wieder ein aktuelles Thema wegen steigender Stromkosten Stichwort: Green IT

36 Christian Baun 1.Vorlesung Cluster-, Grid- und Cloud-Computing Hochschule Mannheim WS /36 Nächste Vorlesung Nächste Vorlesung: