Architektura chmur i wirtualizacja Wykład 2 Klasyfikacja chmur i usług
Zawartość Usługi w chmurach Typy chmur 2
Struktura i typy usług
Usługi i role Chmura jest zasadniczo klasą systemów, która dostarcza zdalnym użytkownikom zasoby IT w formie usług. Zasoby dotyczą sprzętu, środowisk programistycznych i aplikacji. Różne przedsiębiorstwa odgrywają różne role w budowaniu i używaniu systemów chmurowych. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 4
Usługi i role Zakres tych ról sięga od dostawców technologii (umożliwiających budowanie chmur, czyli sprzętu, wirtualizacji, usług sieciowych, itp.), przez dostawców chmur (dostarczających swoją infrastrukturę i platformy klientom) do samych klientów (używających usług dostawców dla usprawnienia swoich aplikacji webowych) i wreszcie użytkowników (którzy korzystają z aplikacji webowych, często nieświadomi, że opiera się ona na technologiach chmurowych). Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 5
Komponenty i dostawcy Główne elementy składowe platform chmurowych to sprzęt komputerowy (hardware), magazynowanie, infrastruktura, oprogramowanie, systemy operacyjne i wirtualizacja platform. Kluczowi dostawczy komponentów dla cloud computing Zasób Sprzęt komputerowy Magazynowanie Infrastruktura Oprogramowanie Systemy operacyjne Wirtualizacja platform Jednostka Dell, HP, IBM, Sun Sun, EMC, IBM Cisco, Juniper Networks, Brocade Communication 3tera, Eucalyptus, G- Eclipse, Hadoop Solaris, AIX, Linux (Red Hat, Ubuntu) Citrix, VMWare, IBM, Xen, Linux KVM, Microsoft, Sun xvm Borko Furht, Handbook of Cloud Computing Wikipedia, Cloud computing, http://en.wikipedia.org/wiki/cloud_computing 6
Struktura usług Cloud computing można postrzegać jako kolekcję usług, które są prezentowane jako warstwowa struktura chmur obliczeniowych Borko Furht, Handbook of Cloud Computing 7
Struktura usług Usługi oferowane przez cloud computing zazwyczaj zawierają usługi IT określane jako SaaS (Software- as- a- Service), które widać na górze stosu. SaaS pozwala użytkownikom zdalnie uruchamiać aplikacje z chmury. Platform- as- a- Service (PaaS) przypomina IaaS, ale zawiera także system operacyjny i usługi wymagane przez konkretną aplikację. Innymi słowy, PaaS to IaaS z dostosowanym stosem oprogramowania dla danej aplikacji. Infrastructure- as- a- service (IaaS) odnosi się do zasobów obliczeniowych jako usługi. Indywidualne wirtualizowane komputery z gwarantowaną mocą przetwarzania i zarezerwowaną przestrzenią magazynowania i dostępem do Internetu. Data- Storage- as- a- Service (dsaas) zapewnia magazynowanie, włączając w to wymagania pasma. Borko Furht, Handbook of Cloud Computing 8
Struktura usług Wikipedia, Cloud computing, http://en.wikipedia.org/wiki/cloud_computing 9
IaaS Infrastructure as a Service (IaaS) jest jednym z trendów Everything as a Service. Łatwiej zrozumieć IaaS kiedy pomyślimy o nim jako o Hardware as a Service zamiast budowania własnych farm serwerów mała firma może zapłacić za korzystanie z infrastruktury dostarczanej przez profesjonalne przedsiębiorstwo. Firmy takie jak Google, Microsoft i IBM są zaangażowane w oferowanie tego typu usług. Sprzęt komputerowy dużej skali i sieci komputerowe o wysokich parametrach są podstawowymi składowymi IaaS. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 10
IaaS Zasoby dostarczone konsumentowi mają na celu zapewnienie przetwarzania, magazynowania, sieci i innych podstawowych zasobów obliczeniowych, gdzie konsument może zainstalować i uruchomić dowolne oprogramowanie, włączając w to system operacyjny i aplikacje. Konsument nie zarządza i nie kontroluje znajdującej się poniżej infrastruktury chmury, ale kontroluje systemy operacyjne, magazynowanie, zainstalowane aplikacje i czasami w ograniczony sposób wybrane komponenty sieciowe (np. firewall). David E.Y. Sarna, "Implementing and Developing Cloud Computing Applications 11
IaaS IaaS dzieli się na: Computation as a Service (CaaS), gdzie wynajmowane są serwery oparte na wirtualnych maszynach (opłaty głównie za godzinowe użycie CPU i RAM, cechy wirtualnych maszyn, system operacyjny i oprogramowanie). Data as a Service (DaaS), gdzie oferowana jest nieograniczona przestrzeń magazynowania danych użytkownika dowolnego typy (opłaty za GB składowanych i przesyłanych danych). Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 12
SaaS Software as a Service (SaaS) opiera się na licencjonowaniu używania oprogramowania na żądanie, które to oprogramowanie jest już zainstalowane i działa na platformie chmurowej. Takie aplikacje na żądanie mogą być rozwijane i wdrażane na warstwie PaaS lub SaaS platformy chmurowej. SaaS zastępuje tradycyjne oprogramowanie używane w modelu subscribe/rent, redukując konieczność fizycznej instalacji przez użytkownika i koszty zarządzania. Chmury SaaS mogą także pozwalać użytkownikom komponować dostępne usługi w celu realizacji ich konkretnych potrzeb. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 13
SaaS Zasoby dostarczone konsumentowi na najwyższym poziomie mają na celu umożliwienie używania aplikacji działających w infrastrukturze chmury. Aplikacje są dostępne z różnych urządzeń klienckich przez cienkie interfejsy klienckie, takie jak przeglądarki internetowe (np. webowy klient email). Konsument nie zarządza i nie kontroluje znajdującej się poniżej infrastruktury chmury, włączając w to sieć, serwery, systemy operacyjne, magazynowanie czy nawet indywidualne możliwości aplikacji, z możliwym wyjątkiem dla konfiguracji ustawień samej aplikacji. David E.Y. Sarna, "Implementing and Developing Cloud Computing Applications 14
Kategorie SaaS Aplikacja działa bezpośrednio na kliencie, jednak ma ona dostęp do użytecznych funkcji i usług dostarczanych przez chmurę. Przykładem tego typu usługi jest aplikacja itunes (Apple). Aplikacja desktopowa odtwarza muzykę, podczas gdy usługa chmury używana jest do kupowania nowej zawartości audio i wideo. Biznesowym przykładem jest Microsoft Exchange Hosted Services. Lokalny Exchange Server używa dodanych usług z chmury, włączając w to na przykład filtrowanie spamu, archiwizowanie. SaaS, gdzie cała aplikacja działa w chmurze. Klient zawiera prostą przeglądarkę w celu dostępu do aplikacji. Dobrze znanym przykładem jest salesforce.com. Platforma chmury dla tworzenia aplikacji, używana przez deweloperów. Deweloperzy tworzą nowe aplikacje SaaS używając platformy chmury. Borko Furht, Handbook of Cloud Computing Chappell, D. (August 2008). A short introduction to cloud platforms: An enterprise- oriented view. San Francisco, CA 15
Daas wariant SaaS Desktop as a Service jest specjalnym wariantem SaaS, który dostarcza wirtualizowaną przestrzeń roboczą przypominającą własny komputer i wysyła jej obraz do fizycznego komputera użytkownika. Zamiast lokalnego desktopu, użytkownik może używać jego odpowiednika w chmurze, niezależnie od miejsca, w którym się znajduje i korzystać jednocześnie ze wszystkich zalet SaaS. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 16
PaaS Platform as a Service (PaaS) zapewnia środowisko wykonawcze oprogramowania Środowisko nie jest tylko pre- instalowanych systemem operacyjnych, ale także jest zintegrowane z platformą poziomu języka programowania, którą użytkownicy mogą używać do rozwijania i budowania aplikacji na daną platformę. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 17
PaaS Z punktu widzenia użytkowników PaaS, zasoby obliczeniowe są zamknięte w niezależnych kontenerach, mogą oni rozwijać własne aplikacje w określonych językach programowania a odpowiednie API jest wspierane przez kontener bez konieczności zawracania sobie głowy zarządzaniem zasobami i alokowania problemów w rodzaju automatycznego skalowania i load balancing. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 18
PaaS Zasób dostarczany konsumentowi na tym pośrednim poziomie ma na celu wdrożenie (deployment) do infrastruktury chmury stworzonej lub posiadanej przez klienta aplikacji napisanej za pomocą języków i narzędzi wspieranych przez dostawcę. Konsument nie zarządza ani nie kontroluje znajdującej się poniżej infrastruktury chmury, włączając w to sieć, serwery, systemy operacyjne, magazynowanie, ale posiada kontrolę nad wdrożoną aplikacją i możliwie nad konfiguracją środowiska aplikacji. David E.Y. Sarna, "Implementing and Developing Cloud Computing Applications 19
Przykład PaaS PaaS dostarcza IDE (integrated development environment) włączając w to bezpieczeństwo danych, kopie zapasowe, hosting aplikacji i skalowalną architekturę. Borko Furht, Handbook of Cloud Computing Zoho Creator, Platform as a Service, http://www.zoho.com/creator/paas.html 20
Typy chmur
Typy chmur W publicznej (zewnętrznej) chmurze zasoby obliczeniowe są dynamicznie dostarczane przez Internet poprzez aplikacje lub usługi webowe od zewnętrznego (offsite third- party) dostawcy. Chmury publiczne są utrzymywane przez zewnętrzne organizacje, a aplikacje od różnych konsumentów zazwyczaj są przemieszane między serwerami, magazynami, systemami i sieciami chmury. Środowisko chmury hybrydowej łączy liczne modele chmur publicznych i prywatnych. Chmury hybrydowe zarządzają złożonością rozdziału aplikacji między zarówno publiczne i prywatne chmury. Borko Furht, Handbook of Cloud Computing Wikipedia, Cloud computing, http://en.wikipedia.org/wiki/cloud_computing Chmura prywatna (wewnętrzna) określa cloud computing wewnątrz sieci prywatnej. Chmury prywatne zbudowane są dla wyłącznego użytku jednego klienta, zapewniając pełną kontrolę nad danymi, bezpieczeństwem i jakością usług. Chmury prywatne mogą być budowane i zarządzane przez własne działy IT lub zlecane dostawcom chmur. 22
Chmury publiczne Chmura publiczna (zewnętrzna) jest najpopularniejszą formą cloud computing, gdzie usługi są dostępne w ogólny publiczny pay- as- you- go sposób. Klienci indywidualni lub przedsiębiorstwa uzyskują dostęp do tych usług poprzez Internet od dostawcy zewnętrznego i dzielą zasoby z innymi klientami. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 23
Chmury publiczne Model chmury publicznej jest powszechnie akceptowany i przyjęty przez liczne przedsiębiorstwa, ponieważ wiodący dostawcy (Amazon, Microsoft i Google) wyposażyli swoją infrastrukturę w dużą liczbę centrów danych, umożliwiając użytkownikom dowolne skalowanie i kurczenie dzierżawionych zasobów przy zachowaniu niskich kosztów i niewielkich nakładach organizacyjnych. Bezpieczeństwo i zarządzanie danymi stanowią przy tym podejściu najpoważniejszy problem. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 24
Chmury prywatne Chmura prywatna (wewnętrzna) jest używana kiedy infrastruktura chmury, własna sieć lub centrum danych są obsługiwane samodzielnie przez firmę lub organizację i służy klientowi za firewallem. Większość prywatnych chmur należy do dużych przedsiębiorstw lub organizacji rządowych, które wolą trzymać swoje dane w bardziej kontrolowanym i bezpieczniejszym środowisku. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 25
Chmury publiczne a prywatne Obszar Chmura publiczna Chmura prywatna Właściciel infrastruktury Organizacja zewnętrzna (dostawca chmury) Przedsiębiorstwo Skalowalność Nieograniczona i na żądanie Ograniczona przez zainstalowaną infrastrukturę Kontrola i zarządzanie Jedynie zarządzanie wirtualnymi maszynami, co ogranicza ciężar zarządzania Wysoki poziom kontroli nad zasobami, potrzebna większa wiedza aby nimi zarządzać. Koszt Niższy koszt Wysoki koszt wynikający z przestrzeni, chłodzenia, zużycia energii i samego sprzętu. Wydajność Bezpieczeństwo Nieprzewidywalne wielo- użytkownikowe (multi- tenant) środowisko czyni gwarancję pożądanej wydajności trudną do uzyskania. Wątpliwości związane z prywatnością danych Gwarantowana wydajność Wysokie bezpieczeństwo Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 26
Chmury hybrydowe Połączenie dwóch typów chmur (prywatnej i publicznej), gdzie chmura prywatna jest w stanie zapewnić wysoki poziom dostępności usług przez skalowanie własnego systemu za pomocą zasobów zewnętrznie dostarczanych z chmury publicznej w momencie gwałtownego wzrostu zapotrzebowania lub awarii sprzętowej. W chmurach hybrydowych przedsiębiorstwo może trzymać krytyczne dane i aplikacje za firewallem, a mniej krytyczne w chmurze publicznej. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing 27
Chmury wspólnotowe Idea chmury wspólnotowej pochodzi z paradygmatów grid computing i volunteer computing. W chmurze wspólnotowej, grupa przedsiębiorstw o podobnych wymaganiach może współdzielić infrastrukturę, dzięki temu zwiększać skalę przy jednoczesnym obniżeniu kosztów. Inna forma chmury wspólnotowej może zostać ustanowiona przez stworzenie wirtualnego centrum danych z instancji wirtualnych maszyn uruchomionych na nieużywanych maszynach użytkowników. Hai Jin et al., Handbook of Cloud Computing Briscoe, G., Marinos, A. Towards community cloud computting. Proceedings of the IEEE DEST 2009, Istanbul, Turkey Wikipedia, Cloud computing, http://en.wikipedia.org/wiki/cloud_computing 28
Typy chmur - zestawienie Chmura prywatna (private) Infrastruktura chmury obsługiwana samodzielnie przez organizację. Może być zarządzana przez organizacją lub firmę zewnętrzną i może być utrzymywana wewnątrz (on- premise) lub na zewnątrz (off- premise) firmy. Chmura wspólnotowa (community) Infrastruktura chmury współdzielona pomiędzy kilkoma organizacjami i wspierająca specyficzną wspólnotę o podobnych zainteresowaniach (np. misji, wymaganiach bezpieczeństwa, polityce, itp.) Może być zarządzana przez organizacją lub firmę zewnętrzną i może być utrzymywana wewnątrz (on- premise) lub na zewnątrz (off- premise). Chmura publiczna (public) Infrastruktura chmury jest dostępna publicznie lub dla dużych grup przemysłowych i jest własnością organizacji sprzedającej usługi chmurowe. Chmura hybrydowa (hybrid) Infrastruktura chmury jest złożeniem dwóch lub więcej chmur (prywatncyh, wspólnotowych lub publicznych), które zachowują własne byty, ale są razem powiązane przez standardową lub własną technologię, która umożliwia przenośność danych i aplikacji (np. load balancing). David E.Y. Sarna, "Implementing and Developing Cloud Computing Applications 29
Cloud computing a usługi chmur Cloud computing jest podstawą IT dla usług chmurowych i składa się z technologii umożliwiających działanie usług chmurowych Atrybut Systemy infrastruktury Oprogramowanie aplikacyjne Rozwój aplikacji i wdrażanie oprogramowania Oprogramowanie zarządzania aplikacjami i systemami Sieci IP Kluczowe atrybuty cloud computing Opis W skład wchodzą serwery, magazynowanie i sieci, które skalują się na żądanie użytkownika. Zapewnia webowy interfejs użytkownika, API usług sieciowych i bogate możliwości konfiguracyjne. Wspiera rozwój i integrację oprogramowania aplikacyjnego w chmurze. Wspiera sprawną samoobsługę dostarczania (provisioning), konfigurowania i monitorowania użycia Łączą użytkowników do chmury u komponentów infrastruktury. Borko Furht, Handbook of Cloud Computing Jens, F. (September 2008). Defining cloud services and cloud computing. http://blogs.idc.com/ie/?p=190 30
Cloud computing a usługi chmur Atrybut Kluczowe atrybuty usług chmurowych Opis Dostawca zewnętrzny (offsite third- party) Dostęp przez Internet Wymagane minimalne lub żadne umiejętności IT Dostarczanie (provisioning) Cennik Interfejs użytkownika Interfejs systemowy Współdzielone zasoby Zakłada się, że podczas działania chmury usługi zapewnia dostawca zewnętrzny. Istnieje także możliwość wewnętrznego dostarczania usług. Usługi są dostępne przez standardowe uniwersalne łącza sieciowe. Mogą w to wchodzić także opcje QoS (quality of service) i bezpieczeństwa. Istnieje uproszczona specyfikacja wymagań. W skład wchodzi samodzielne żądanie zasobów, wdrożenia w (prawie) czasie rzeczywistym oraz dynamiczne i drobnoziarniste skalowanie. Ceny oparte są na użytkowaniu i są drobnoziarniste. W skład interfejsu użytkownika wchodzą przeglądarki dla szerokiego zakresu urządzeń o bogatych możliwościach. Interfejsy systemowe są oparte o API usług sieciowych (Web services) zapewniających standardowe szkielety dostępu i integracji pomiędzy usługami chmurowymi. Zasoby są współdzielone pomiędzy użytkownikami usług chmurowych. Jednak, poprzez opcje konfiguracji usługi, istnieje możliwość dostosowania. Borko Furht, Handbook of Cloud Computing Jens, F. (September 2008). Defining cloud services and cloud computing. http://blogs.idc.com/ie/?p=190 31