Cloud Computing (arquitetura) - UBIpprata/spd/SD_14_15_T16.pdf · 2015. 5. 7. · 3 Sistemas...

Sistemas Distribuídos

From: Mastering Cloud Computing

Foundations and Applications Programming

Rajkumar Buyya, Christian Vecchiola, Thamarai Selvi

Morgan Kaufmann Publishers

Cloud Computing

(arquitetura)

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2 – A Arquitetura da Cloud

Mais um definição:

Cloud Computing is a utility-oriented and Internet-centric way of

delivering IT services on demand. These services cover the entire

computing stack: from the hardware infrastructure packaged as a set

of virtual machines to software services such as development

platforms and distributed applications.

A computação na Cloud suporta qualquer serviço de tecnologias da

informação (IT) que possa ser consumido como uma utilidade, e

fornecido através da internet.

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O modelo de referência da cloud:

• Na base da pilha que forma o modelo de cloud computing está a

infraestrutura de hardware.

• Tecnologias de virtualização são usadas para garantir um ambiente

de execução, isolamento e segurança das aplicações, e qualidade de

serviço.

• Estas tecnologias permitem particionar os recursos (CPU, memória,

periféricos, rede e armazenamento)

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• A camada de gestão da infraestrutura mais a infraestrutura física

formam o modelo de serviço: IaaS.

• IaaS fornece serviços limitados para construir aplicações. Essa

funcionalidade constitui a camada acima da pilha, que vai fornecer

uma plataforma para o desenvolvimento de aplicações.

• Essa plataforma inclui ferramentas como: interfaces baseadas na

web; interfaces baseadas em linha de comando; frameworks para

computação paralela e distribuída.

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• Neste nível, os utilizadores podem construir aplicações usando a

API fornecida pelo midlleware ao utilizador.

• Este nível constitui o modelo de serviço PaaS.

• Finalmente o nível de topo do modelo de referência da cloud

contém serviços fornecidos como aplicações. Geralmente são

aplicações web e constituem o modelo de serviço: SaaS.

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Virtual Machine (VM), VM Management and Deployment

QoS Negotiation, Admission Control, Pricing, SLA Management,

Monitoring, Execution Management, Metering, Accounting

Cloud Hosting Platforms

Web 2.0, Mashups, Concurrent and Distributed Programming,

Workflows , Libraries, Scripting

Cloud Programming Environment and Tools

User

Applications Social Computing, Enterprise ISV, Scientific Computing, CDNs

Cloud Applications

Cloud Resources

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Monitoring, Execution Management, Metering, Accounting

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Workflows , Libraries, Scripting

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Infrastructure as a Service – IaaS

• Máquinas virtuais constituem os componentes atómicos que são

disponibilizados ao utilizador a aos quais é atribuído um preço de

acordo com as suas caraterísticas ou workload: memória, nº de

processadores, capacidade de disco.

• Em muitos casos as máquinas virtuais vêm apenas com o sistema

operativo seleccionado.

• Outras soluções, fornecem imagens virtuais que já contêm pacotes

de software de uso comum: servidor web; SGBD; LAMP/XAMPP

LAMP – Linux Apache MySQL and PHP; XAMPP – Apache + MySQL + PHP + Pearl

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• Além da gestão básica das máquinas virtuais, serviços adicionais

podem ser fornecidos como:

- Interface web para aceder aos recursos;

- Gestão de workload;

- Alocação de recursos;

- Suporte para aceder a serviço de outros fornecedores (third party)

O workload define a capacidade de um servidor realizar um dado trabalho:

- descrição e número de instâncias necessárias; - acesso ao disco (I/O);

- quantidade de RAM necessária; - network throughput e latência.

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Uma IaaS é formada por 3 níveis de componentes:

- Infraestrutura física;

- Software de gestão da infraestrutura;

- Interface do utilizador.

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Tecnologias de Cloud Computing

Physical Infrastructure

Datacenter Cluster Desktop /

Heterogeneous Resources Third Party IaaS Cloud

Infrastructure Management Software

Scheduling Pricing / Billing

Monitoring

QoS SLA Management

Reservation VM Pool

Management VM Image Repository

Provisioning

Web Services, Portals, REST API

Web based Management Interface

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A Interface do utilizador permite ao utilizador aceder aos serviços

fornecido pela infraestrutura através de:

Consolas com interface web;

Web services;

- permitem interactuar com os serviços sem

RESTful APIs; intervenção humana.

mash-ups - página ou aplicação web que usa o conteúdo de

mais do que uma fonte para criar um único serviço..

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2 – A Arquitetura da Cloud - IaaS

O Software de gestão da infraestrutura faz a gestão das máquinas

virtuais através do um software de escalonamento (scheduler) que

aloca a execução das máquinas virtuais e interactua com os outros

componentes:

- “Pricing and billing” – regista o custo de execução de cada instância

das máquinas virtuais, e mantém os dados necessários para faturar o

serviço ao cliente.

- “Monitoring” – regista os dados de execução de cada instância das

máquinas virtuais, e mantém os dados necessários para reportar e

analisar o desempenho (performance) do sistema.

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O Software de gestão da infraestrutura … outros componentes:

- “Reservation” –armazena a informação sobre as instâncias de

máquinas virtuais já executadas e sobre as que estão previstas

executar.

- “QoS/SLA management” – mantém informação sobre as SLAs

acordadas com os utilizadores. Este componente é usado em conjunto

com o serviço de monitorização para verificar se cada instância de

uma máquina virtual foi executada com a desejada qualidade de

serviço.

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O Software de gestão da infraestrutura … outros componentes:

- “VM repository” – fornece um catálogo com as imagens virtuais

disponíveis, que o utilizador pode usar para criar as suas instâncias.

Alguns serviços permitem ao utilizador adicionar novas imagens ao

serviço.

- “VM pool manager” – mantém informação sobre as instâncias em

estado executável.

- “ Provisioning” – permite fornecer uma instância de uma máquina

virtual que é externa à infraestrutura física em uso.

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A infraestrutura física pode ser de vários tipos:

- Um grande “datacenter” com milhares de máquinas, uma pequena

cloud implementada em casa, uma infraestrutura média criada para

uma empresa em particular, …

- Eventualmente pode conter recursos locais e recursos alugados a

fornecedores de IaaS.

- Os recursos também podem ser heterogéneos: PCs, workstations,

clusters, …

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Soluções de IaaS completas fornecem as 3 camadas descritas. É o caso

por exemplo de:

Amazon, GoGrid, Rightscale, Rackspace, …

Outras soluções fornecem apenas as camadas de interface com o

utilizador e software de gestão. É o caso por exemplo de:

Eucalyptus, OpenNebula, OpenStack, …

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Platform as a Service – PaaS

- Fornecem ambientes para desenvolvimento e implantação de

aplicações que executam na cloud.

- A funcionalidade principal do middleware é a gestão das aplicações

não fornecendo qualquer interface para aceder à infraestrutura.

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Programming API / Libraries

Physical Infrastructure IaaS Providers

PaaS Core Middleware

Resources Management

Application

Management

User

Management

QoS / SLA Management &

Billing

Elasticity &

Scaling

Runtime

Web Services, Portals, REST API

Web based Interface

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2 – A arquitetura da Cloud – PaaS

O middleware da PaaS tem o com principal função a gestão de

aplicações:

- automatizando o processo de implantação de aplicações;

- configurar componentes de aplicações;

- configurar tecnologias de suporte como bases de dados e “load

balancers”;

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A interface com os utilizadores pode ser através de:

- Interface web;

- API’s de programação.

Ofertas de PaaS podem incluir o middleware para desenvolvimento de

aplicações mais a infraestrutura (Google AppEngine, MS Azure, …)

Ou, apenas o software para gestão das aplicações

(AppScale, Cloud IQ, …

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PaaS – Caraterísticas Principais:

´

• “Runtime framework” - Possui um ambiente de execução, que

executa o código do utilizador de acordo com as políticas acordadas

entre utilizador e fornecedor.

• Abstração – os utilizadores estão ao nível de abstração da

aplicações. Não se apercebem das máquinas virtuais nem da

infraestrutura.

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PaaS – Caraterísticas Principais:

• Automação – O processo de fazer o deploy das aplicações é

automático. A Paas é também capaz de aumentar de forma

automática os recursos de acordo com as necessidades de utilização,

tendo em contas as SLA.s.

• “Cloud Services” – A plataforma oferece serviços e interfaces para

simplificar a criação de aplicações “elásticas”, e com elevada

disponibilidade. Fornecem também serviços de monitorização,

gestão e geração de relatórios.

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PaaS – Desvantagens:

• “Vendor lock-in”- A maioria das PaaSs fornece um ambiente de

desenvolvimento que prende o utilizador à plataforma usada.

• Migrar a aplicação para outro fornecedor pode não ser fácil .

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2 – A arquitetura da Cloud

Software as a Service - SaaS:

• Modelo de serviço em que é fornecido o acesso a aplicações através

da internet por um serviço baseado na web.

• Os utilizadores só precisam de um browser, fornecer as suas

credenciais e detalhes para faturação e podem aceder à aplicação

sem custos de hardware, nem de desenvolvimento e manutenção.

• O modelo é útil para aplicações que possam servir para um grande

âmbito de utilizadores. Ex.los CRM – Customer relationship

management; ERP – enterprise resource planning)

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Software as a Service - SaaS:

• As caraterísticas base do SW são iguais para todos e cada utilizador

pode depois adaptar (customized) os detalhes às suas necessidades.

• As aplicações SaaS são “multitenent” o que permite aos

fornecedores otimizarem a gestão dos recursos.

• Outras aplicações muito usadas como SaaS são as redes sociais.

Permitem integrar outras aplicações que terão acesso aos contactos das

primeiras.

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2 – A arquitetura da Cloud - SaaS

Todas as aplicações SaaS partilham as seguintes caraterísticas:

• O Software é acedido através da Internet usando um browser.

• A licença é baseada numa subscrição/utilização e é cobrada

periodicamente.

• O Software e o serviço são monitorizados e mantidos pelo

fornecedor, independentemente da localização onde executam os

diferentes componentes.

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• Pode haver código executado do lado do cliente mas o utilizador

não é responsável por manter esse código nem a sua interação com

o serviço.

• A redução dos custos de distribuição, manutenção e interação com o

utilizador final faz com que as Aplicações SaaS sejam mais baratas

que os pacotes de software distribuídos de forma clássica.

• Novas versões, atualizações e correções são muito mais fáceis de

efetuar.

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• Aplicações SaaS têm um acesso inicial muito mais fácil que as

aplicações concorrentes instaladas localmente. Tem um custo cobrado

ao longo do tempo e podem ser escaláveis a pedido.

• Todos os utilizadores têm a mesma versão do Software, portanto cada

utilizador é compatível com os outros.

• SaaS suporta múltiplos utilizadores e fornece um modelo de dados

partilhado através de uma única instância da aplicação.

Uma única instância do software é partilhada por vários utilizadores

mas cada um tem os seus dados, a sua configuração e funcionalidades

especificas. (“single-instance, multi-tenancy model).

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Com a evolução da Cloud vários tipos de serviços foram surgindo, um

dos mais desenvolvidos é o

IDaaS – Identity as a Service

Fornece serviços de autenticação e autorização em redes distribuídas.

Um serviço de identificação armazena informação associada com uma

entidade digital numa forma que pode ser inquirida e gerida para

utilização em transações eletrónicas.

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- Um entidade digital é um objecto constituído por atributos e

metadados que incluem associações com outros objetos.

- Uma identidade é um conjunto de caraterísticas que torna a entidade

reconhecível num determinado contexto.

Por exemplo:

- Para ser reconhecido na rede irá ser inquirido pelo seu username e

password (single-factor authentication)

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- Uma autenticação mais segura requer um esquema de duas vias

(two-factor authentication): é pedido o username e password e uma

chave fornecida pelo hardware, por exemplo o MAC* address.

- Serviços de identidade têm como componentes principais:

- a data store;

- a query engine;

- a policy engine.

* MAC - media access control

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Tipos de Clouds

A classificação anterior tipifica os tipos de serviços fornecidos pela

cloud.

Outra classificação tem a ver com o domínio de administração da

cloud:

- Clouds públicas;

- Clouds privadas;

- Clouds híbridas;

- Clouds comunitárias!.

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Tipos de Clouds - Clouds públicas

- A cloud é aberta a todo o público. É a concretização do modelo no

qual o serviço é fornecido a qualquer pessoas, em qualquer lugar, em

qualquer altura através da internet.

- Uma cloud pública pode fornecer qualquer tipo de serviço:.

infraestrutura, plataforma, aplicações.

- São desenhadas para suportar grandes quantidades de utilizadores,

suportarem procuras variadas, nomeadamente picos de utilização.

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Tipos de Clouds - Clouds privadas

- São implementadas dentro de uma empresa/instituição, a acessíveis ao

seus membros ou a um subconjunto destes.

- Podem ser úteis se existe informação crítica, ou se existe já uma

infraestrutura de hardware.

- Permitem:

- O controle dos recursos e informação pelos seus proprietários;

- Controlo sobre a qualidade de serviço fornecido;

- Controlo sobre standards próprios das organizações.

- Podem ter menos possibilidades de escalar à medida das necessidades.

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Tipos de Clouds - Clouds híbridas

- Combinação dos dois modelos anteriores. Geralmente uma cloud

privada é ampliada com recursos fornecidos por uma cloud pública.

- Algum do software de gestão de infraestruturas de cloud permite

a integração de recursos de clouds públicas.

- Resolve o problema da não escalabilidade das clouds privadas.

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Datacenter

Public Cloud

Cluster Desktop Grids

Public Cloud

Dynamic

Provisioning IaaS (M)

Paas

Private Cloud

Hybrid / Heterogeneous

Cloud

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Tipos de Clouds - Clouds comunitárias

- Destinam-se a servir o interesse de uma comunidade um ou setor de

negócio.

- Pode integrar qualquer dos três modelos anteriores.

- Pode ser administrada por várias entidades.

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Aspetos Económicos

- Cloud computing reduz os custos de capital associados a adquirir

infraestruturas de IT.

- Elimina os custos associados à desvalorização/desatualização do

equipamento.

- Licenças de software são substituídas por subscrições

- Reduz os custos de manutenção e gestão dos recursos de IT

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Desafios

- Interoperabilidade e standards

- Escalabilidade e tolerância a falhas

- Segurança, confiança e privacidade

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