Introduzione al Cloud Computing

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2 Introduzione al Cloud Computing Luca Moscardelli -- Dipartimento di Economia Università di Chieti-Pescara per le slides si ringrazia la Prof. Francesca Scozzari

3 Sommario Virtualizzazione Green Computing (solo un accenno) Grid Computing Web Services Cloud Computing

4 Virtualizzazione Un vecchio detto: Se c'è e lo vedi è reale Se c'è e non lo vedi è trasparente Se non c'è e lo vedi è virtuale

5 Virtualizzazione Parleremo di virtualizzazione di computer o di sistemi operativi Vengono nascoste all'utente le caratteristiche fisiche delle macchine Viene mostrato una macchina astratta che emula quella fisica

6 Come nasce La virtualizzazione viene effettuata su un dato hardware (macchina fisica) attraverso uno specifico software (un programma di controllo) che crea un ambiente simulato (la macchina virtuale) dove è possibile eseguire del software È possibile eseguire qualsiasi tipo di software, anche un sistema operativo Il software viene eseguito come se fosse eseguito direttamente sull'hardware fisico, seppur con delle limitazioni. Alcune risorse possono non essere accessibili, o esserlo solo parzialmente, a seconda della politica della macchina virtuale

7 Astrazione vs Virtualizzazione

8 Windows in Linux

9 Linux in Windows

10 Windows in Windows

11 Perché virtualizzare Server consolidation: molti piccoli server fisici sono rimpiazzati da un unico server più grande, per aumentare l'utilizzo delle risorse hardware, specialmente la CPU Ogni SO in una macchina fisica viene convertito in un SO distinto eseguito in una macchina virtuale Un unico server può ospitare molte macchine virtuali Una macchina virtuale può essere controllata e gestita dall'esterno più facilmente di una macchina fisica, e la sua configurazione è più flessibile

12 Esempi Ad esempio: se volete provare un nuovo software che necessita di molte librerie e di altri software di supporto, invece di installare tutte queste cose, potete scaricare una macchina virtuale con il software già installato e funzionante Altro esempio: la Nintendo Wii consente di scaricare dei vecchi video giochi (tipo Super Mario Bros originale), che girano su vecchie consolle non più utilizzate (Commodore 64) come macchine virtuali, senza dover riscrivere i giochi per la Wii Mame è realizzata come macchina virtuale

13 Green IT ottimizzazione dell'utilizzo dei pc per migliorare il risparmio energetico

14 Virtualizzazione e Green IT Circa il 46% del consumo energetico di un server è causato dalla CPU Inoltre i server sono utilizzati al 15% delle loro capacità Questo dato può essere letto anche in questo modo: per 85% del loro tempo, circa, la CPU è impegnata in cicli di idle. VIRTUALIZZAZIONE

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16 Grid computing I Grid computing o sistemi Grid sono un infrastruttura di calcolo distribuito, utilizzati per l elaborazione di grandi quantità di dati, mediante l uso di una vasta quantità di risorse. permettono la condivisione coordinata di risorse all interno di un organizzazione virtuale

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18 Grid Il grid computing è un tipo speciale di parallel computing che si basa su computer completi (dotati di CPU, memorie, scheda di rete) connessi ad una rete (pubblica o privata) nel modo standard (ad esempio Ethernet) Non è un supercomputer con un alto numero di processori connessi da un bus ad alta velocità

19 Tipi di grid Il termine Griglia nasce alla metà degli anni Novanta problema alla base del concetto di Griglia: la condivisione coordinata di risorse all interno di una organizzazione virtuale (Virtual Organization VO) dinamica e multi-istituzionale La condivisione non è limitata solo allo scambio dei file, ma si estende all accesso diretto a computer, a software, in generale a tutto l hardware necessario alla risoluzione di un problema scientifico, ingegneristico o industriale Gli individui e le istituzioni, che mettono a disposizione della griglia le loro risorse per la medesima finalità, fanno parte della stessa VO I dati sono geograficamente distribuiti: è onere della Grid farli scambiare nel miglior modo possibile.

20 nessun computer attualmente in commercio sarebbe in grado, da solo, di elaborare simili moli di dati in tempi ragionevoli la condivisione di risorse quali CPU e dischi opportunamente coordinati può dare l impressione all utente di accedere ad un supercomputer virtuale, con una incredibile potenza computazionale e capacità di memorizzazione in grado di sopportare grandi carichi di lavoro Si cela all utilizzatore tutta la complessità interna e si mostrano solo i benefici (ASTRAZIONE) una grid prevede un livello di middleware fra le risorse di calcolo e memoria e gli utenti della grid stessa, allo scopo di effettuare l'accoppiamento tra le risorse richieste e quelle disponibili in modo da garantire la distribuzione dei job (termine utilizzato nei sistemi batch per indicare un processo o una parte di esso) nelle condizioni migliori avendo sempre visibilità dello stato dell'intera grid.

21 Lo schedulatore Lo scheduling è un campo tradizionale dell informatica, ma nonostante siano state studiate molte tecniche per numerose tipologie di sistemi (da uniprocessore a multiprocessore ai sistemi distribuiti), le caratteristiche tipiche delle griglie di dati rendono molti di questi approcci inadeguati Le risorse delle griglie sono: geograficamente distribuite di natura eterogenea appartengono a diversi individui o organizzazioni, ciascuna con le proprie politiche di scheduling, modelli di costo di accesso differenti, carichi di lavoro e disponibilità di risorse che varia dinamicamente nel tempo

22 3 punti chiave del grid Le risorse di calcolo non sono gestire centralmente Sono utilizzati degli standard aperti Viene garantita una buona qualità del servizio (QoS)

23 Storia del grid La condivisione delle risorse di calcolo ci permette di suddividere la Storia dell'informatica in 4 ere: un singolo computer per molti utenti: le risorse di calcolo erano molto costose e il problema era quello dell'uso contemporaneo di tali risorse da parte dei diversi utenti a partire dagli anni '80: un computer per ogni singolo utente (grazie al calo dei costi dell'hardware). Nascono i primi personal computer dalla fine degli anni '80: idea della condivisione dell'architettura hardware, nascita delle prime macchine parallele virtuali Anni '90: si affermano le reti di calcolatori e Internet (concetti fondamentali per il Grid)

24 Esempi applicazioni che richiedono una grande potenza di calcolo: In campo scientifico e matematico attraverso il volunteer computing Nel privato in applicazioni per: sintesi di proteine, previsioni del tempo, analisi sismiche, analisi finanziarie, processi di supporto al commercio elettronico ed ai web services Un esempio: neugrid, un progetto del 7 Programma Quadro che prevede lo sviluppo di una infrastruttura per lo studio delle malattie neurodegenerative. Un altro esempio: tentativi di crack dei sistemi di cifratura

25 Web service Un web service è un'applicazione web che fornisce dei dati in un formato facilmente manipolabile da un altro software Di solito, si accede ai web services attraverso Internet usando il protocollo HTTP (come per le normali pagine web) ma la risposta, invece di essere un file html, è un file XML contenente i dati grezzi senza nessuna formattazione per la loro visualizzazione, ma con una loro struttura interna

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27 Interfaccia software caratteristica fondamentale di un Web Service è quella di offrire un'interfaccia software, cioè una lista di servizi offerti L'interfaccia web viene descritta in un formato che sia elaborabile da un computer, in un apposito linguaggio (ad esempio, il Web Services Description Language) utilizzando l'interfaccia software, gli altri sistemi possono interagire con il Web Service stesso attivando le operazioni descritte nell'interfaccia tramite appositi "messaggi" (SOAP) i messaggi sono, solitamente, trasportati tramite il protocollo HTTP e formattati secondo lo standard XML

28 Interoperabilità Proprio grazie all'utilizzo di standard basati su XML, si possono utilizzare applicazioni scritte in diversi linguaggi di programmazione e implementate su diverse piattaforme hardware le interfacce sono esposte pubblicamente ed elencano le funzioni (servizi, operazioni di calcolo complesse) che un web service è in grado di effettuare la possibilità dell'interoperabilità fra diversi software (ad esempio, tra Java e Python) e diverse piattaforme hardware (come Windows e Linux) è resa possibile dall'uso di standard aperti (open source)

29 Vantaggi l'interoperabilità tra diverse applicazioni software su diverse piattaforme hardware utilizzo di standard e protocolli "open"; i protocolli ed il formato dei dati è spesso, in formato testuale, cosa che li rende di più facile comprensione ed utilizzo da parte degli sviluppatori Grazie all'uso di HTTP per il trasporto dei messaggi i Web Service non necessitano che vengano effettuate modifiche alle regole di sicurezza utilizzate come filtro sui firewall possono essere facilmente utilizzati, in combinazione l'uno con l'altro (indipendentemente da chi li fornisce e da dove vengono resi disponibili) per formare servizi "integrati" (mesh-up) e complessi. consentono il riutilizzo di infrastrutture ed applicazioni già sviluppate e sono (relativamente) indipendenti da eventuali modifiche delle stesse

30 Svantaggi attualmente non esistono standard consolidati per applicazioni critiche quali, ad esempio, le transazioni distribuite le performance legate all'utilizzo dei Web Service possono essere peggiori di quelle riscontrabili utilizzando approcci alternativi di distributed computing quali Java RMI, CORBA, o DCOM L'uso dell'http permette ai Web Service di evitare le misure di sicurezza dei firewall (le cui regole sono stabilite spesso proprio per evitare le comunicazioni fra programmi "esterni" ed "interni" al firewall)

31 Esempio: Amazon Amazon mette a disposizione un web service attraverso il quale è possibile effettuare delle ricerche sui libri, CD e DVD. Esempi: Tutti i libri di Umberto Eco Tutti i film con Bud Spencer Dato il codice ISBN di un libro, posso ottenere tutte le informazioni dettagliate sul libro: anno di pubblicazione, numero di pagine, casa editrice, tipo di copertina, etc etc... Utilizzo: mi scrivo un piccolo programma che interroga il database di Amazon e mi permette di creare facilmente un archivio elettronico dei libri nella mia casa

32 Un altro esempio: Facebook Facebook mette a disposizione un web service per scrivere delle applicazioni aggiuntive L'applicazione può chiedere informazioni come: Il profilo dell'utente Gli amici di un utente Posso scrivere un programma ed integrarlo dentro facebook, nel senso che è visibile ed utilizzabile dagli utenti di Facebook

33 Ancora un esempio: Google maps Google maps è un web service Posso generare una mappa con certe caratteristiche: centrata in un certo punto, con dei marcatori in altri punti Posso ottenere una mappa statica (una semplice figura) o live, con cui l'utente può interagire

34 Cloud computing un insieme di tecnologie informatiche che permettono l'utilizzo on-demand ed in remoto di risorse hardware (memorie, CPU) o software (applicazioni) che sono scalabili, virtualizzate e distribuite.

35 La nuvola Non è necessario che gli utenti abbiano conoscenza, siano esperti o controllino l'infrastruttura nella nuvola che li supporta

36 Tipologie di Cloud SaaS Software as a Service PaaS Platform as a Service IaaS Infrastructure as a Service

37 Software As A Service SaaS Utilizzo di programmi in remoto Questo acronimo è un sinonimo di ASP (Application Service Provider), ora in disuso No hardware or software da amministrare Servizio utilizzato tramite un browser I clienti usano il servizio on demand Scalabilità istantanea Esempio: server

38 Platform As A Service PaaS simile al SaaS, ma non viene utilizzato in remoto un singolo programma Viene gestita una piattaforma software e hardware che può essere costituita da diversi servizi, programmi, librerie, etc. Esempi: web server + database, ambiente di esecuzione

39 Infrastructure As A Service IaaS utilizzo di risorse hardware in remoto. Questo tipo di Cloud è l'evoluzione del Grid Computing, Differenza: le risorse vengono utilizzate su richiesta al momento in cui un cliente ne ha bisogno, non vengono assegnate a prescindere dal loro utilizzo effettivo. Esempi: macchine virtuali, server, storage, load balancer,...

40 Caratteristiche del Cloud Computing Rendere disponibili all'utilizzatore le risorse come se fossero implementate da sistemi "standard". L'implementazione effettiva delle risorse non è definita in modo dettagliato; anzi l'idea è proprio che l'implementazione sia un insieme eterogeneo e distribuito the cloud, in inglese nuvola di risorse le cui caratteristiche non sono note all'utilizzatore. Rispetto al grid computing che è un paradigma orientato al calcolo distribuito, non si richiede che le applicazioni siano progettate in modo specifico.

41 Attori Fornitore di servizi Offre servizi (server virtuali, memorie, applicazioni complete) generalmente secondo un modello "pay-per-use" Cliente amministratore Sceglie e configura i servizi offerti dal fornitore, generalmente offrendo un valore aggiunto come ad esempio applicazioni software Cliente finale Utilizza i servizi opportunamente configurati dal cliente amministratore il cliente amministratore e il cliente finale possono coincidere. Ad esempio un cliente può utilizzare un servizio di memorizzazione per effettuare il backup dei propri dati, in questo caso il cliente provvede a configurare e utilizzare il servizio.

42 Le interfacce Il fornitore di servizi espone delle interfacce per elencare e gestire i propri servizi. Web Application Web Service Il cliente amministratore utilizza tali interfacce per selezionare il servizio richiesto (ad esempio un server virtuale completo oppure solo delle memorie) e per amministrarlo (configurazione, attivazione, disattivazione). Il cliente finale utilizza il servizio configurato dal cliente amministratore, le caratteristiche fisiche dell'implementazione (localizzazione del server reale) sono irrilevanti.

43 Il cliente del cloud computing Il cliente del Cloud computing non possiede l'infrastruttura fisica (i server) sulla quale vengono eseguite le applicazioni Invece di acquistare l'hardware, lo affitta da un provider Il cliente consuma risorse come un servizio e paga solo per le risorse effettivamente utilizzate Spesso viene adottato l' utility computing model, analogo a quello usato per altri servizi (ad esempio l'elettricità) Condividendo la potenza di calcolo, i server non vengono lasciati in stato di idle (riducendo i costi) Aumenta l'utilizzo globale dei computer, in quanto i clienti non si devono preoccupare dei picchi di utilizzo La banda larga permette di ottenere lo stesso tempo di risposta di un server locale

44 Fornitori I maggiori fornitori di servizi di cloud computing sono: Vmware Sun Microsystems IBM Amazon Google Microsoft Yahoo Aruba

45 Architettura L'architettura del cloud computing prevede uno o più server reali, generalmente in architettura ad alta affidabilità e fisicamente collocati presso il fornitore del servizio.

46 Svantaggi I clienti non possiedono fisicamente le memorie (hard disk) che contengono i dati (al limite possono averne una copia di back-up), tutta la responsabilità della memorizzazione e del controllo dei dati è nelle mani del provider Limita la libertà del cliente e lo rende dipendente dal provider, è possibile utilizzare solo le applicazioni che il provider vuole offrire Tipicamente gli utenti non hanno la libertà di installare nuove applicazioni e alcuni compiti devono essere approvati dal provider

47 Vantaggi Riduzione dei costi Indipendenza dal luogo: i clienti utilizzano il browser web per connettersi al provider. È possibile connettersi da qualsiasi posto e con qualsiasi mezzo (PC, portatile, palmare,...) Distribuzione di risorse e di costi tra tutti gli utenti: Le infrastrutture sono poste in aree con costi minori (elettricità, immobili, etc...) Aumenta la capacità di picco dei singoli utenti Aumenta l'utilizzo e l'efficienza dei sistemi, che sono spesso utilizzati solo per il 10-20%

48 Affidabilità: aumenta con l'uso di siti ridondanti, che assicura continuità e possibilità di recupero in caso di incidenti Scalabilità: le risorse sono fornite in modo dinamico ( on demand ) e gli utenti non si devono preoccupare di gestire i picchi Sicurezza: aumenta grazie alla centralizzazione dei server, e rende possibile aumentare le risorse focalizzate alla sicurezza, ma aumentano i dubbi sulla mancanza di controllo sui dati sensibili Sostenibilità: attraverso l'uso comune di risorse e sistemi più efficienti

49 Un esempio

50 An Industry Transformed Delgo

51 Shrek, Delgo, and Others Why does Dreamworks use this?