Softwarearchitektur : Grid - und Cloudcomputing

HTW

Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing

GIS Praktische Informatik Master1. Semester an der HTW des Saarlandes

Kim Meiser, Victor Mitskanets

Softwarearchitektur

Grid- und CloudcomputingBetreut durch Prof. Dr. Reiner Güttler

HTWdS, Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing

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Softwarearchitektur: Grid- und Cloudcomputing

„ Ein Platz auf der Wolke: Was Cloud Computing genau ist, ist noch

nicht ganz klar. Dass es sich allerdings um die Computer-Technik der

Zukunft handelt, scheint sicher (…) Längst liefern sich Google, Amazon,

Adobe und Microsoft einen Kampf um die Vorherrschaft im Geschäft mit

den zentralisierten Diensten.“

„Pioneer will Millionen Fernsehgeräte mit P2P-Grid vernetzen“

„CERN startet das Peta-Grid (…) ein Netzwerk aus 140 Rechenzentren“

Quelle: heise.de Newsticker

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Agenda

Was ist Grid- und Cloudcomputing Anwendungsbereiche Grid-Strukturen Anbieter Beispiel: Verwendung eines Webgrids Fazit


Agenda


Was ist Grid- und Cloudcomputing: Einleitung

Vor etwa 30 Jahren: Beginnende Vernetzung von Computern mit dem Ziel, Informationen zu teilen

Der Durchbruch des Internets kam erst Jahre späterEtablierung von Standards, Protokolle, Sicherheit braucht ZeitAufbau Infrastruktur, Änderung Geschäftsprozesse langwierig

Nutzen des Internets ist erst seit wenigen Jahren für den Anwender sichtbar und erlebbar



Nächste Stufe der Vernetzung: Neben Bereitstellung von Daten auch Bereitstellung von Rechenkapazität

Vorhandene Rechenleistung „mieten“

Zugriff einfach, standardisiert und sicher

Jeder kann diese Rechenleistung verwenden, wenn nötig



Idee: Zusammenschluss der Rechenleistung zu einem „Supercomputer“, einem Grid

Vergleichbar mit Strom-Grid und Steckdose Wie beim Stromnetz kann jeder einspeisen:

Rechenzentren (Kraftwerke), Privatleute (Solar-Anlage)

Große, meist ungenutzte Kapazitäten weltweit(Computer, Handys, Spielkonsolen, Embedded Systems…)

Ziel: Vorhandene Ressourcen zugänglich machen



Beispiel: In jedem Handy, Computer, Fernseher, Playstation, Aufzug, Kühlschrank, … steckt eine zur Zeit ungenutzte CPU

Bereitstellung der ungenutzten Ressourcen für andereNutzung fremder Ressourcen bei BedarfEffizientere AuslastungGeringere, nutzungsorientierte KostenUnterschiedliche Ressourcen, also auch Speicherplatz usw.


Was ist Grid- und Cloudcomputing: Die 5 Ideen

Resource Sharing: Beinahe „endlose“ Kapazitäten Secure access: Wer wann auf welche Ressourcen zugreifen darf,

muss klar geregelt sein Resource use: Das Grid „verteilt“ die Aufgabe möglichst

automatisch, um effiziente (schnelle) Lösungen zu liefern Death of Distance: Entfernung sollte keinen Unterschied machen Open Standards: Interoperabilität zwischen verschiedenen Grids


Was ist Grid- und Cloudcomputing: Buzzword-Bingo Farm

Gleichartige, vernetzte Hosts, die zu einem logischen System verbunden sind.

Cluster Vernetzte Computer, zur Steigerung von Verfügbarkeit, Load-Balancing oder High-

Performance. Bei gleichartiger Ausstattung wird auch der Begriff Farm verwendet.

Grid „Virtueller Supercomputer“, der aus einem Cluster lose gekoppelter Computer

erzeugt wird. Lose bedeutet, während des Betriebes dynamisch hinzufügen und entfernen.

Cloud Die Idee oder das Konzept, Ressourcen auf einer „pay-per-use“-Basis aus einer

„Wolke“ zu beziehen. In unterschiedlichen Quellen wird Grid- und Cloudcomputing synonym verwendet.

Quellen: Foster, Kesselmann. GridCafé. Wikipedia. IBM. Amazon.



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Anwendungsbereiche


Anwendungsbereiche

Rechenintensive Aufgaben Mathematische Berechnungen, Simulationen (Medizin,

Geologie, Klimawandel, Astronomie, …)

Speicherintensive Aufgaben Messdaten, Datenbanken, Web-Kopien (Suchmaschinen)

Hochleistungs-Grids Forschungszentren, Simulation, Wetter



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Grid-Strukturen: Ein Grid zum Selberbasteln

Software/Middleware für Aufbau und Verwaltung von Grids OGSA (Open Grid Service Architecture) UNICORE (Uniform Interface to Computing Resources) GridGain (Entwicklungs- und Runtime-Umgebung für Java) Globus Toolkit (Implementierung von OGSA) Sun Open Cloud Platform


Grid-Strukturen: Betriebssystem-Ebene


Windows Azure Service Platform Ubuntu „Karmic Koala“

mit EC2-Unterstützung Linux-Distribution

XtreemOS uvm.

Grid-Strukturen: Volunteer-ComputingBOINC - Berkley Open Infrastructure for Network Computing


Grid-Strukturen: Hochleistungs-GridsZusammenschaltung von HochleistungsrechnernD-Grid: Deutschland-GridWorldwide LHC Computing Grid (WLCG) vernetzt 140

Rechenzentren in 33 Ländern



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Anbieter für Webgrids bzw. SaaS

Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud) SimpleDB S3 (Simple Storage Service) Cloud Front SQS (Simple Queue Services)

Google AppEngineGlobal Player wie IBM, Sun, etc. mit eigenen AngebotenKleinere, Spezialisierte Anbieter (Dr. GoGrid u.a.)



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Beispiel: Verwendung eines Webgrids


Umgebung für Webanwendungen Ersetzt klassischen Webserver und

Datenbank bei Webanwendungen Läuft auf Googles Infrastruktur Skalierung der Ressourcen und

load-balancing übernimmt App Engine Software Google APIs als Ressourcen verfügbar

Google App Engine

Übersichtliches Beispiel

Benutzt die Datenbank

Beliebig viele Benutzer gleichzeitig möglich

Wegen Benutzeroberfläche geeignet zur Vorführung



Beispielanwendung Gästebuch



Anwendung während Entwicklung lokal ausführbar

Automatischer Rollout per Script möglich

Einfacher Rollback, falls im Betrieb Fehler auftreten

Test und Rollout



Erläuterung Programmaufbau

Deployment-Prozess

Testlauf

Vorführung

Google App Engine Grid: Pro/Contra


Vorteile Sehr einfache Projekt Veröffentlichung Genug CPU und RAM kostenlos

Nachteile zur Zeit nur mit Python Die Projekte müssen öffentlichen sein. Begrenzt auf 5 Mio. Seitenzugriffe pro Monat in der

kostenlosen Version. max. 10 Applikationen pro Google-Account möglich


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Fazit

Grid- und Cloudcomputing ist die nächste Innovation im Netz Potentiale sind unvorstellbar groß Nach und nach wird auch der Anwender die Vorteile erleben

Innovationen brauchen Zeit Stabile, leistungsstarke Netze erforderlich Architekturkonzepte müssen gefunden werden Abrechnung, Sicherheit und Integrität der Daten ist noch nicht

gewährleistet


Ihre Fragen bitte!

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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