SIMULATION IN DER CLOUD

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1 4. Workshop Grid- und Cloud-Technologie für den Entwurf technischer Systeme Fraunhofer IIS Dresden 22. September 2011 Prof. Dr.-Ing. Thomas Wiedemann, Dipl.-WiInf. cand. Yvonne Bensch HTW Dresden / University of Applied Science Dresden Überblick / Overview Cloud Computing - Basics und Optionen Simulation in der Cloud? Test verschiedener Cloud-Anbieter Microsoft Azure Cloud Amazon Elastic Compute Cloud Google App Engine Vergleich und Bewertung der aktuellen Optionen Quellen und weiterführende Links : - Provider-Websites - Wiedemann / HTW Dresden - Page 2 1

2 Einführung / Introduction Neues Schlagwort in der IT: Cloud computing -> Ist etwas dran? -> Lohnt sich eine Analyse? Simulationsspezifische Fragen zum Cloud Computing : DIE (laut Werbung) ultimative Lösung für viele Probleme? einsetzbar im Simulationsbereich? Kosten und Sicherheit? - Wiedemann / HTW Dresden - Page 3 Definition des Cloud Computing Definition Cloud Computing : Hochflexible Bereitstellung einer abstrahierte IT-Infrastruktur Komponenten können sein : Rechenkapazität, Datenspeicher, Netzwerkkapazitäten im Sinne von Webservern oder auch fertige Software (früher Application Service Providing genannt) ) Aus Nutzersicht erscheint die bereitgestellte IT-Infrastruktur wie in einer fernen Wolke leicht unscharf und verhüllt Historie : Bildquelle: Firma HP Entwicklung der Technologie und des Begriffes durch Internetfirmen Problem dieser Firmen: stark schwankende User-Requestzahlen (z.b. Weihnachtsgeschäft bei Amazon (x10!!) und Suchspitzen bei großen Events bei Google) Lösungsansatz : sehr flexible Menge kleinerer Recheneinheiten, welche fallweise dynamisch umkonfiguriert und den Aufgaben zugeordnet werden Nach internem Erfolg : Bereitstellung auch für externe Kunden - Wiedemann / HTW Dresden - Page 4 2

3 Arten des Cloud Computing Typen des Cloud Computing nach dem Servicetyp: Cloud Software as a Service (SaaS) stellt eine Software zur Nutzung bereit und wird deshalb auch als Software on Demand bezeichnet. Der Anwender muss die Software nicht selbst kaufen und installieren, sondern nutzt diese auf Mietbasis fallweise. Cloud Platform as a Service (PaaS) stellt eine Programmier- und/oder Laufzeitplattform zur Verfügung und erlaubt das Entwicklen und Ausführen von (Kunden-) Software auf dieser Plattform. Cloud Infrastructure as a Service (IasS) stellt eine Hardwareplattform zur Verfügung. Der Anwender muss selbst die Laufzeitund Anwendungssoftware installieren und administrieren. Typen des CC nach Vertraulichkeit und Datenschutz : Public Clouds - meist auf fremden (weit entfernten) Servern (USA Datenschutz??) Private Clouds - die Cloud wird innerhalb der eigenen Firma aufgebaut und betrieben (im Prinzip nur Nutzung der Cloud-Managementsoftware im firmeneigenen Rechenzentrum) - Wiedemann / HTW Dresden - Page 5 Allgemeine Vorteile und Nachteile des Cloud Computing Vorteile : sehr hohe Flexibilität bei Performance und techn. Parametern starke Kosteneinsparungen bei Aufbau und Betrieb von Cloudcomputing-Kapazitäten Professionelle Datensicherheit und hohe Verfügbarkeit immer aktuelle Softwarestände Nachteile : bei Public Clouds meist kein direkter (lokaler) Zugriff auf den Rechner, sondern nur über Webmasken oder Remote- Desktop etc. starke Abhängigkeit vom Anbieter (Pleite?, Ausfälle [Blitzschlag Irland/Amazon Juni 2012]) Bei Public clouds Probleme mit Sicherheit / Vertraulichkeit (Geheimnisschutz nicht 100% gewährleistet!) Hinweis : Die aufgeführten Vor- und Nachteile beziehen sich auf die aktuellen Cloud- Systeme 2011/2012. Möglich sind starke Änderungen in der Zukunft durch neue Lösungsansätze! - Wiedemann / HTW Dresden - Page 6 3

4 Eignung des Cloud Computing für die Simulation Historie und bisherige Ansätze vor ca. 10 Jahren : : erste Konzepte zur fallweisen Nutzung von Simulationssoftware : SIMPC/ GPSS/H Websimulator der Uni. Magdeburg, Lösungen des Fraunhofer Institut Stuttgart (Mail-basiert) Simsolution-System des Autors (Application Service Prov.-System) Allgemeine Bedingungen bei heutigen Cloud-Systemen Cloud-Masseneinsatz statt singulärer Anwendung statt exotischer ASP-Ansätze nun allgemeine Akzeptanz des Cloud-Gedankens starke Kosteneinsparungen durch Skalierungseffekte (billigere HW) jetzt insgesamt höhere Akzeptanz in der Managementebene breite Bandbreite an technischen Einsatzoptionen und Quasistandards mit den neuen Angeboten (vgl. Microsoft Azure-Cloud / Amazon Cloud Computing) sind universelle IT-Clouds mit leistungsfähigen Infrastrukturen verfügbar - Wiedemann / HTW Dresden - Page 7 Potentiale und Grenzen der Simulationsanwendung auf der Cloud a.) Einsatz von bekannten Simulatoren auf der Cloud Problem: Cloud-Anbieter sind aufgrund von Sicherheitsbedenken sehr restriktiv : fremde EXE-Dateien sind i.d.r. NICHT zugelassen damit entfallen fast alle bekannten Simulatoren, da diese nicht im Sourcecode, sondern als Binaries vorliegen ggf. können bei intensiven Verhandlungen mit Cloud-Anbietern auch geprüfte Simulatoren als Binaries angeboten werden wahrs. eher mit mittelständischen Firmen als mit Global Playern Option B: Einrichtung einer Private Cloud mit Binaries (effektiv?) b) Verfügbare, alternative Lösungen auf Public Clouds: auf Script-Basis oder Zwischencode operierenden Simulatoren : Java-basierte Simulatoren.NET basierte Simulatoren PHP und Python u.a. (je nach Cloud) - Wiedemann / HTW Dresden - Page 8 4

5 Test von Cloud Computing Systemen: Microsoft Azure Allgemeine Charakteristika : starke Anlehnung auf bekannte Microsoft-Technologien Windows Server 2008 R2 als Serverbasis Visual Studio 2010 als Entwicklungsplattform damit ALLE VS-Sprachen der.net-familie als Basis für Applikationen (C#, Visual Basic, ASP.NET, etc) Erste Einsatzerfahrungen Schneller Einstieg durch gute Dokumentationen und Beispiele mittelmäßige Managementumgebung : intuitiv bedienbar, aber relativ langsam und nicht sehr komfortabel, kein Single-Site-Login zum Einblick in die Vertrags- und Rechnungsdaten unterdurchschnittliche Leistungswerte der einfachen Serveroptionen, vergleichbar mit ca. 1,6 Ghz PC! Schlechtes Bezahlmodell : Berechnung auch im Standby-Modus - Wiedemann / HTW Dresden - Page 9 Test von Cloud Computing Systemen: Microsoft Azure II Softwaremodule: Abb. - Quelle: - Wiedemann / HTW Dresden - Page 10 5

6 Test von Cloud Computing Systemen: Microsoft Azure II Bereitstellung und Upload DIREKT aus VS 2010 heraus herausmanagement-konsole : Abb.: Bereitstellung und Upload DIREKT aus VS Wiedemann / HTW Dresden - Page 11 Test von Cloud Computing Systemen: Microsoft Azure III Managementconsole Host -Status Host Webinterface Abb.- Quelle : eigenes Foto / Screendump aus MS Visual Studio - Wiedemann / HTW Dresden - Page 12 6

7 Test : Google App Engine Allgemeine Charakteristika : : starke Orientierung auf Google-Technologien unterstützt Java, Python und GO Erste Einsatzerfahrungen sehr schneller Einstieg durch gute Dokumentationen und Beispiele mittelmäßige Managementumgebung : intuitiv bedienbar, graphische Darstellung der Werte, teilweise sehr verzögert unterschiedliche Leistungswerte, da manchmal 200ms, teilweise aber auch 4fache Zeit Performance sehr unterschiedlich sehr schneller Upload der App durch Eclipseplugin Probleme mit Lastmanagement : bei Laufzeiten > 30s Abbruch!!! -> Lösung erst durch neue Business-Option (mit höheren Kosten) unterschiedlich lange Durchlaufzeiten - Wiedemann / HTW Dresden - Page 13 Test : Amazon Elastic Compute Cloud Allgemeine Charakteristika : : starke Orientierung auf das Amazon-Shop-Geschäft Linux und Windows-basiert, (und Amazon-eigenes Betriebssystem) Unterstützt v.a..net, Java, aber auch Ruby, Python Erste Einsatzerfahrungen sehr umfangreich, da keine Funktionseinschränkungen und komplettes Amazon Cloud Angebot nutzbar Einstieg langsamer durch Umfang, jedoch Beispiele und auch Literatur vorhanden gute Managementumgebung : intuitiv bedienbar, komfortabel, guter Einblick in Vertrags- und Rechnungsdaten Leistungswerte der einfachen Serveroptionen sehr langsam, jedoch individuelle Konfiguration der Hardware möglich passende Hardware zu Anforderungen Einarbeitung / Upload schwierig teilw. Probleme mit der Lauffähigkeit, da Upload abbrach - Wiedemann / HTW Dresden - Page 14 7

8 Test : Amazon Elastic Compute Cloud - Management - sehr informativ und gut strukturiert - Wiedemann / HTW Dresden - Page 15 Vergleich der Kosten Generell gilt: Die aktuellen Preismodelle sind stark im Wandel, teilweise undurchsichtig und schlecht vergleichbar und können sich je nach Konkurrenzsituation schnell ändern (gewisse Unsicherheit und Nachteil gegenüber selbst betriebenen Rechnercluster..) Die Gesamtkosten ergeben sich aus Preis_pro_h * Anzahl_Instanzen * Anzahl_h + Preis_pro_Gigabyte_Datenspeicher * Datenablage + Preis_pro_Gigabyte_Datentraffic * DatenIO + Preis_für_Sonderoptionen Aktuelle Werte sind : Minimal Typisch Maximal Preis_pro_h : $0,095 $0,38 $2,28 Preis_pro_Gbyte: <1Gb free $0,11 / GB Preis_Traffic <1Gb free $0,12/ GB Zum Vergleich : Die reinen Stromkosten für eine eigene PC- Rechnerstunde (Annahme 500 W) liegen bei ca. 0,12 / Stunde! - Wiedemann / HTW Dresden - Page 16 8

9 Zusammenfassung / Conclusion / Discusion Cloud Computing im Standard-Simulationsbereich ist (gegenwärtig) noch problematisch durch fehlende Optionen zum Einsatz von Standard-Simulationssystemen (COTS)! die allgemein wachsende Akzeptanz in der IT und im Management sind jedoch auch im Simulationsbereich positiv bemerkbar! aus Kostensicht könnten ALLE aktuellen Cloud-Angebote günstiger sein, als die Anschaffung und der Betrieb von eigenen Rechnerclustern! Nach Klärung der Softwareproblematik könnten Cloud- Lösungen durchaus eine interessante Option für die Modellierung und Simulation sein! Aktuell ist eine PRIVATE Cloud (d.h. eigene Hardware in Deutschland am sinnvollsten!) - Wiedemann / HTW Dresden - Page 17 Discussion - Wiedemann / HTW Dresden - Page 18 9

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