Programmazione Distribuita - Cloud Computing

MODELLI DI SISTEMA PER L'ELABORAZIONE DISTRIBUITA E IL CLOUD

I sistemi distribuiti e di cloud computing sono costruiti su un gran numero di nodi di computer autonomi. Queste macchine sono interconnesse da SAN, LAN o WAN in modo gerarchico. Con la tecnologia di rete odierna, pochi switch LAN possono collegare facilmente centinaia di macchine come un cluster funzionante. Una WAN può connettere molti cluster locali per formare un cluster molto grande di cluster. In questo senso, si può costruire un enorme sistema con milioni di computer collegati a reti edge.

I sistemi massicci sono considerati altamente scalabili e possono raggiungere una connettività su scala Web, sia fisicamente che logicamente. Nella Tabella 1.2, i sistemi massicci sono classificati in quattro gruppi: cluster, reti P2P, computing grids e cloud Internet su enormi data center. Le voci della tabella caratterizzano queste quattro classi di sistema sotto diversi aspetti tecnici e applicativi.

Architettura dei...

La Figura mostra l'architettura di un tipico cluster di server costruito attorno a una rete a bassa latenza e alta larghezza di banda. Questa rete può essere semplice come una SAN (ad es. Myrinet) o una LAN (ad es. Ethernet). Per creare un cluster più grande con più nodi, la rete può essere costruita con più livelli di switch Gigabit Ethernet, Myrinet o InfiniBand. Attraverso la costruzione gerarchica utilizzando una SAN, una LAN o una WAN, è possibile creare cluster scalabili con un numero crescente di nodi. Il cluster è connesso a Internet tramite un gateway VPN (Virtual Private Network). L'indirizzo IP del gateway individua il cluster. L'immagine di sistema di un computer è determinata dal modo in cui il sistema operativo gestisce le risorse cluster condivise. La maggior parte dei cluster dispone di computer con nodi debolmente accoppiati. Tutte le risorse di un nodo server sono gestite dal proprio sistema operativo.

Pertanto, la maggior parte dei cluster ha più immagini di sistema a causa della presenza di molti nodi autonomi sotto il controllo di sistemi operativi diversi.

Infrastrutture di Grid Computing

Negli ultimi 30 anni, gli utenti hanno sperimentato un percorso di crescita naturale da Internet ai servizi web e grid computing. I servizi Internet come il comando Telnet consentono a un computer locale di connettersi a un computer remoto. Un servizio Web come HTTP consente l'accesso remoto a pagine Web remote. Il grid computing è concepito per consentire una stretta interazione tra applicazioni eseguite simultaneamente su computer distanti.

Grid computazionali

Come una rete elettrica, una grid offre un'infrastruttura che accoppia computer, software/middleware, strumenti speciali, persone e sensori insieme. La grid è spesso costruita su reti LAN, WAN o backbone Internet su scala regionale, nazionale o globale. Le aziende o le organizzazioni presentano le grid come risorse.

informatiche integrate. Possono anche essere viste come piattaforme virtuali per supportare le organizzazioni virtuali. I computer utilizzati in una grid sono principalmente workstation, server, cluster e supercomputer. Personal computer, laptop e PDA possono essere utilizzati come dispositivi di accesso a un sistema grid.

La Figura mostra un esempio di grid computazionale costruita su più siti di risorse di proprietà di diverse organizzazioni. I siti delle risorse offrono risorse informatiche complementari, tra cui workstation, server di grandi dimensioni, una rete di processori e cluster Linux per soddisfare una catena di esigenze di calcolo. La grid è costruita su varie reti IP a banda larga, comprese LAN e WAN già utilizzate da aziende o organizzazioni su Internet. La grid viene presentata agli utenti come un pool di risorse integrato, come mostrato nella metà superiore della figura.

Reti peer-to-peer

Un esempio di un sistema distribuito ben consolidato

èl'architettura client-server. In questo scenario, le macchine client (PC e workstation) sono collegate a un server centrale per applicazioni di calcolo, e-mail, accesso ai file edatabase. L'architettura P2P offre un modello distribuito di sistemi in rete. Innanzitutto, una rete P2P è orientata al client anziché al server.

Sistemi P2P

In un sistema P2P, ogni nodo funge sia da client che da server, fornendo parte delle risorse di sistema. Le macchine peer sono semplicemente computer client connessi a Internet. Tutte le macchine client agiscono autonomamente. Ciò implica che non esiste alcuna relazione master-slave tra i nodi. Non è necessario alcun coordinamento centrale o banca dati centrale. In altre parole, nessuna macchina peer ha una visione globale dell'intero sistema P2P. Il sistema si auto-organizza con controllo distribuito.

La Figura mostra l'architettura di una rete P2P a due livelli di astrazione. Inizialmente, i coetanei sono totalmente indipendenti.

Ogni macchina peer si unisce o lascia la rete P2P volontariamente. A differenza del cluster o della grid, una rete P2P non utilizza una rete dedicata. La rete fisica è semplicemente una rete ad hoc formata in vari domini Internet in modo casuale utilizzando i protocolli TCP/IP e NAI. Pertanto, la rete fisica varia in termini di dimensioni e topologia in modo dinamico a causa dell'appartenenza alla rete P2P.

Il panorama Cloud

Tradizionalmente, un sistema di calcolo distribuito tende a essere di proprietà e gestito da un dominio amministrativo autonomo (ad esempio, un laboratorio di ricerca o un'azienda) per esigenze informatiche in loco. Tuttavia, questi sistemi tradizionali hanno incontrato diversi colli di bottiglia in termini di prestazioni: manutenzione costante del sistema, scarso utilizzo e aumento dei costi associati agli aggiornamenti hardware/software. Il cloud computing come paradigma di calcolo on-demand risolve o solleva questi problemi. La Figura illustra la

panorama del cloud e i principali attori del settore, sulla base di tre modelli di servizio cloud.

• (IaaS) Questo modello Infrastructure as a Service mette insieme le infrastrutture richieste dagli utenti, ovvero server, storage, reti e la struttura del data center. L'utente può installare ed eseguire su più macchine virtuali che eseguono sistemi operativi guest su applicazioni specifiche. L'utente non gestisce o controlla l'infrastruttura cloud sottostante, ma può specificare quando richiedere e rilasciare le risorse necessarie.
• (PaaS) Questo modello Platform as a Service consente all'utente di installare applicazioni create dall'utente su una piattaforma cloud virtualizzata. PaaS include middleware, database, strumenti di sviluppo e alcuni supporti di runtime come Web 2.0 e Java. La piattaforma comprende sia hardware che software integrati con specifiche interfacce di programmazione. Il provider fornisce l'API e gli strumenti software (ad es.

Java, Python, Web 2.0, .NET). L'utente è esonerato dalla gestione dell'infrastruttura cloud.

• (SaaS) Si riferisce al software Software as a Service applicativo avviato da browser su migliaia di clienti cloud a pagamento. Il modello SaaS si applica a processi aziendali, applicazioni di settore, gestione delle relazioni con i consumatori (CRM), pianificazione delle risorse aziendali (ERP), risorse umane (HR) e applicazioni collaborative. Dal lato del cliente, non vi è alcun investimento iniziale in server o licenze software. Dal lato del provider, i costi sono piuttosto bassi rispetto all'hosting convenzionale delle applicazioni utente.

I cloud Internet offrono quattro modalità di installazione: privata, pubblica, gestita e ibrida. Queste modalità richiedono diversi livelli di implicazioni sulla sicurezza. I diversi SLA implicano che la responsabilità della sicurezza sia condivisa tra tutti i provider di servizi cloud, i consumatori di risorse cloud.

E i fornitori di software abilitati per il cloud di terze parti. I vantaggi del cloud computing sono stati sostenuti da molti esperti IT, leader del settore e ricercatori di informatica.

Cloud pubblici, privati e ibridi

Il concetto di cloud computing si è evoluto da cluster, grid e utility computing. Cluster e grid computing sfruttano l'uso di molti computer in parallelo per risolvere problemi di qualsiasi dimensione. Utility e Software as a Service (SaaS) forniscono risorse informatiche come servizio con la nozione di pay per use. Il cloud computing sfrutta le risorse dinamiche per fornire un gran numero di servizi agli utenti finali. Il cloud computing è un paradigma di high-throughput computing (HTC) in base al quale l'infrastruttura fornisce i servizi attraverso un grande data center o server farm. Il modello di cloud computing consente agli utenti di condividere l'accesso alle risorse da qualsiasi luogo e in qualsiasi momento tramite i propri dispositivi.

connessi.Calcolo centralizzato rispetto a quello distribuito

Alcune persone sostengono che il cloud computing sia un'elaborazione centralizzata nei data center. Altri sostengono che il cloud computing sia la pratica del calcolo parallelo distribuito sulle risorse del data center. Questi rappresentano due punti di vista opposti del cloud computing. Tutti i calcoli nelle applicazioni cloud vengono distribuiti ai server in un data center. Si tratta principalmente di macchine virtuali (VM) in cluster virtuali creati a partire dalle risorse del data center. In questo senso, le piattaforme cloud sono sistemi distribuiti attraverso la virtualizzazione.

Cloud pubblici

Un cloud pubblico è costruito su Internet ed è accessibile a qualsiasi utente che ha pagato per il servizio. I cloud pubblici sono di proprietà dei provider di servizi e sono accessibili tramite un abbonamento. Il riquadro di richiamo nella parte superiore della Figura 4.1 mostra l'architettura di un tipico cloud pubblico.