Sistemas Distribuidos. Introducción al Cloud Computing

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1 Sistemas Distribuidos. Introducción al Cloud Computing Óscar García Población Departamento de Automática Universidad de Alcalá Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 1 / 47

2 Contenidos 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 2 / 47

3 Presentación La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 3 / 47

4 Un servidor sobrecargado Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT Archivos compartidos CRM Correo electrónico Servidor WEB Bussines Inteligence Simulación CAD/CAM Etc... Data Warehousing Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 4 / 47

5 Muchos servidores ociosos Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT Simulación Archivos compartidos Etc... Data Warehousing CAD/CAM Servidor WEB CRM Bussines Inteligence Correo electrónico Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 5 / 47

6 La virtualización al rescate Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 6 / 47

7 Qué ocurre en IT hoy? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT According to a 2007 survey by Gartner Research, more than 70 percent of Global 1,000 organizations expect that they will need to significantly modify their data center facilities before 2012[1] Por qué? Importantes gastos de consumo eléctrico. Aumento incesante de las necesidades de los usuarios. Almacenamiento de datos caótico. Crecimiento exponencial de los datos almacenados. Herencia de multitud de sistemas: evolución descontrolada, cambios de era tecnológica, fusiones, etc. Costes de personal muy elevados. Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 7 / 47

8 Presentación La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 8 / 47

9 Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT Servicios públicos de virtualización: la nube Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 9 / 47

10 Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT Al final, un dibujo y otro nuevo acrónimo Por qué se llamó la nube? Porque es el símbolo que llevábamos tiempo usando en redes cuando no queríamos entrar en detalles sobre algo que sabíamos que se podía hacer. Desacoplo entre procesamiento y su realidad tecnológica. Desacoplo entre almacenamiento y su realidad tecnológica. Podemos escalar por agregación. Una nueva abstracción (ocultar detalles tecnológicos). IaaS, Infrastructure as a Service Si necesito infraestructura, CPU s, discos duros, comunicaciones, no hace falta que los compre: los alquilo a un tercero. Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 10 / 47

11 Qué servicios proporciona la nube? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT Crear y destruir máquinas (virtuales claro). Gestionar puntos de acceso a servicios (direccionamiento). Crear y destruir almacenamiento (virtual claro). Gestionar el control de acceso a los recursos. Parece que no todo son ventajas... Que nuestros datos privados confidenciales, sobre los que se toman las decisiones estratégicas de la empresa van a estar dónde?!! Fdo. El gran Jefe. Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 11 / 47

12 Y todo esto gratis? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT No, claro. El precio depende de lo que compres: Cuántas máquinas virtuales quieres? Cuánta CPU vas a usar? constante? a ráfagas? a qué hora? Cuántas direcciones IP quieres? qué tráfico se va cursar? sostenido? calidad de servicio? Qué volumen de almacenamiento de datos necesitas? se va a leer mucho? y a escribir? qué disponibilidad geográfica tendrá? durante cuánto tiempo estará almacenado? Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 12 / 47

13 Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT El ejemplo: Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) Un ejemplo de tarificación Pongamos un portal publicitario de una empresa, soportado por dos servidores que se utilizarán ambos el 100 % del tiempo, situados en dos zonas geográficas diferentes, uno en Europa y el otro en la costa este de los EEUU, con un almacenamiento de 2300GB al mes, de los cuales 200GB serán transferidos en las solicitudes de los clientes y 10GB de los clientes al sistema, costaría unos 1.800$ al mes. Seguro Óscar? Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 13 / 47

14 Presentación La nube: De dónde surge la idea? 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 14 / 47

15 The Open-source Cloud-computing System UEC es un software para implantar nubes privadas. Combina tecnologías de dos empresas: Eucalyptus Systems y Canonical Emula funcionalmente a EC2 de Amazon: tiene el mismo API A grandes rasgos, permite al usuario: Crear instancias de una máquina a partir de una imagen existente en el sistema Crear y asignar volúmenes de almacenamiento persistente a las máquinas (incluso en caliente) Asignar direcciones IP a las máquinas Proporcionar almacenamiento persistente independiente de las máquinas virtuales. Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 15 / 47

16 Funcionalidad provista Interfaz web para el usuario final. Claves (key-pairs) Almacén de imágenes (virtual appliances) Interfaz CLI via euca2ools [7] Consulta de clusters disponibles (zonas de disponibilidad en terminología EC2) Gestión de claves SSH (añadir, listar, borrar) Gestión de máquinas virtuales (arrancar, listar, parar, reiniciar, consultar salida por consola) Gestión de la seguridad Gestión de volúmenes y de puntos de recuperación (snapshots) (conectar, listar, desconectar, crear, componer, borrar) Gestión de imágenes (composición, subida, registro, listado, eliminación) Gestión de direccionamiento IP (reserva, asociación, listado, liberación) Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 16 / 47

17 Presentación La nube: De dónde surge la idea? 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 17 / 47

18 Diagrama general La nube: De dónde surge la idea? Cloud Controller (CLC) Walrus Storage Controller (S3) Red pública Cluster Controller (CC) Elastic Block Storage (EBS) Cluster Controller (CC) Elastic Block Storage (EBS) Node Controllers (NC) Node Controllers (NC) Red local privada Red local privada Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 18 / 47

19 Cloud Controller (CLC) Es el componente encargado de presentar el interfaz web al usuario. Protocolo https. Puerto Es una aplicación web en Java. Implementa el mismo interfaz que Amazon EC2/S3 Toma decisiones de alto nivel sobre disponibilidad de recursos. Gestiona los usuarios y sus claves. Coordina el registro del resto de los componentes. Notas de instalación en Ubuntu # ntpdate -u ntp.ubuntu.com # apt-get install euca2ools openssh-server ntp # apt-get install eucalyptus-cloud Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 19 / 47

20 El servicio Walrus S3 Almacenamiento persistente de objetos Compatible funcionalmente con el API S3 de Amazon Proporciona una nueva abstracción: buckets (cubos) Sirven para contener objetos Se referencian por una clave unívoca Un ACL por bucket Tienen una o varias ubicaciones geográficas (reducción de latencia), y pueden transferirse entre zonas. Cada bucket contiene uno o varios objetos Los objetos se parecen mucho a archivos: datos + meta Desde un byte a 5Gb ACL por objeto API basado en REST o SOAP Lectura, escritura y borrado de objetos Descarga HTTP o Bittorrent Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 20 / 47

21 El servicio Walrus S3 Notas de instalación en Ubuntu # sudo apt-get install euca2ools openssh-server ntp # sudo apt-get install eucalyptus-walrus Un cliente para el API S3 de Walrus: s3curl Wrapper sobre curl para incluir autenticación S3 Fijamos nuestras claves en un archivo de configuración %awssecretaccesskeys = ( # personal account personal => { id => 1ME55KNV6SBTR7EXG0R2, key => zymrlzukeg9ucypwzlpko/+ciu0k2co0durm3fhi, } Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 21 / 47

22 El servicio Walrus S3 Operaciones en S3 con s3curl a través de REST Apuntamos a nuestro servidor Walrus $ export S3S=http:// :8773 Y ahora podemos crear un bucket $ s3curl.pl --put /dev/null -- -s -v $S3S/cajon Subir un objeto al bucket cajón $ s3curl.pl --put=b.txt -- -s -v $S3S/cajon/cosa.txt Recuperarlo luego $ s3curl.pl --get -- -s -v $S3S/cajon/cosa.txt Borrarlo $ s3curl.pl --delete -- -s -v $S3S/cajon/cosa.txt Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 22 / 47

23 El controlador de cluster y almacenamiento Van en parejas en UEC El controlador de cluster: Actúa como router entre la red privada y el exterior Gobierna a los controladores de nodos y distribuye el trabajo entre ellos El controlador de almacenamiento: Proporciona almacenamiento en crudo para el Walrus y para el servicio EBS EBS proporciona dispositivos de modo bloque a través de iscsi o AoE. Los llamaremos volúmenes Los volúmenes pueden ir desde 1Gb hasta 1Tb y están asociados a un cluster (availability zone) Es posible crear snapshots a partir de un volumen Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 23 / 47

24 Las instancias y la persistencia de los datos Las instancias de las máquinas virtuales no son persistentes: los datos escritos en la imagen se pierden cuando la máquina se destruye Pero hay volúmenes persistentes a la venta en la nube Creación de un volumen en la nube Creamos el volumen con las herramientas euca2ools: $ euca-create-volume -s 1 -z cluster-l4 VOLUME vol-59f2062f 1 creating T18:07 Comprobamos si está disponible: $ euca-describe-volumes VOLUME vol-59f2062f 1 cluster-l4 available : VOLUME vol-5fb cluster-l4 available : Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 24 / 47

25 Algunas notas sobre diseño de aplicaciones para la nube[8] Apuesta por arquitecturas de tres capas Presentación (no persistente) Lógica (no persistente) Almacenamiento (persistente) Diseña arquitecturas con acoplamiento débil:soa Evita construcciones síncronas Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 25 / 47

26 Los controladores de nodos Son los encargados de ejecutar las instancias de las máquinas Las máquinas físicas deben tener capacidad hardware para virtualización Intel Vanderpool Technology [5] AMD Virtualization (AMD-V TM ) Technology [6] UEC utiliza libvirt para aislar los detalles del hipervisor Los hipervisores más habituales: KVM, Xen y VMWare. Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 26 / 47

27 Tecnologías de virtualización en los nodos: Emulación Emulation Software Emulation Software Emulation Software Emulation Software Sistema operativo anfitrión Host operating system Hardware físico Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 27 / 47

28 Tecnologías de virtualización en los nodos: Mecanismo de llamadas al sistema section.data hola: db 'Hola Mundo!',12; La cadena 'Hola mundo' lonhola: equ $-hola; Longitud de la cadena Ring 3 section.text global _start_start: mov eax,4 ; Llamada write (sys_write) mov ebx,1 ; Descriptor de archivo 1 - STDOUT mov ecx,hello ; Puntero a la cadena mov edx,hellolen ; Caracteres a escribir int 80h ; Llamada al sistema... Ring 2 Ring 1 Sistema operativo API Ring 0 Hardware físico Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 28 / 47

29 Tecnologías de virtualización en los nodos: Virtualización... _start_start: mov eax,4 ; Llamada write (sys_write) mov ebx,1 ; Descriptor de archivo 1 - STDOUT mov ecx,hello ; Puntero a la cadena mov edx,hellolen ; Caracteres a escribir int 80h ; Llamada al sistema... Ring 3 Sistema operativo Guest API Ring 1 Hypervisor Sistema operativo Host VMWare API Ring 0 Hardware físico Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 29 / 47

30 La nube: De dónde surge la idea? Tecnologías de virtualización en los nodos: Paravirtualización... _start_start: mov eax,4 ; Llamada write (sys_write) mov ebx,1 ; Descriptor de archivo 1 - STDOUT mov ecx,hello ; Puntero a la cadena mov edx,hellolen ; Caracteres a escribir int 80h ; Llamada al sistema... Sistema operativo Guest API Ring 3 Ring 0 Non-Root Modes Hypervisor Sistema operativo Host VMWare API Root Mode Hardware físico Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 30 / 47

31 Los controladores de nodo Notas sobre la instalación en Ubuntu Instalación del software. $ sudo apt-get install eucalyptus-nc Configuración del adaptador principal en modo bridge iface br0 inet dhcp bridge_ports eth0 bridge_fd 9 bridge_hello 2 bridge_maxage 12 bridge_stp off Comprobamos que el bridge está creado correctamente $ brctl show bridge name bridge id STP enabled interfaces br d19baf8b no eth0 virbr yes Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 31 / 47

32 Presentación La nube: De dónde surge la idea? 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 32 / 47

33 Clientes para interaccionar con la nube Elasticfox o Hybridfox Son plugins para el navegador firefox. Permite gestionar imágenes, iniciarlas y detenerlas, gestionar la asignación de direcciones IP, grupos de seguridad, volúmenes EBS, etc. Euca2ools Son un conjunto de scripts en Python inspirados en las herramientas que Amazon distribuye para gestionar su nube. De hecho es compatible con su API EC2 y S3. wiki/euca2oolsguide_v1.1 boto A Python interface to Amazon Web Services. Incluye S3, SQS, EC2, ELB, CloudWatch, Autoscale, SimpleDB, CloudFront, Virtual Private Cloud y algún otro producto. Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 33 / 47

34 Euca2ools La nube: De dónde surge la idea? Son herramientas CLI (muy queridas por los administradores de sistemas curtidos en la batalla) Se autentican ante el CLC utilizando PKI. Cuando te registras como usuario en la página web recibes: Un.zip con las claves necesarias Un shellscript con las variables de entorno necesarias: EC2_URL, S3_URL, EC2_ACCESS_KEY, EC2_SECRET_KEY, EC2_CERT, EC2_PRIVATE_KEY Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 34 / 47

35 Euca2ools: euca-describe-availability-zones Permite consultar qué clusters hay disponibles (zonas de disponibilidad, availability zones en terminología Amazon). Cuántos clusters tiene el Departamento de Automática? $ euca-describe-availability-zones verbose AVAILABILITYZONE cluster-l AVAILABILITYZONE - vm types free / max cpu ram disk AVAILABILITYZONE - m1.small 0002 / AVAILABILITYZONE - c1.medium 0002 / AVAILABILITYZONE - m1.large 0001 / AVAILABILITYZONE - m1.xlarge 0001 / AVAILABILITYZONE - c1.xlarge 0000 / Elige una máquina suficientemente potente para ejecutar la instancia de tu imagen (a buen precio eh!) Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 35 / 47

36 Euca2ools: euca-bundle-image Cómo construir la imagen que quiero ejecutar en esos modelos de máquina? Es algo laborioso, pero sólo hay que hacerlo una vez 1 Crear una imagen de disco duro virtual $ kvm-img create -f qcow2 image.img 5G 2 Ejecutar la máquina virtual en casa y: 1 Instalar el sistema operativo 2 Instalar el software que queramos 3 Configurar todo a nuestro gusto 4 Instalar curl y la integración de UEC metadata 3 Construir un EMI (Eucalyptus Machine Image) 1 Registrar la imagen del núcleo: EKI 2 Registrar la imagen del ramdisk: ERI 3 Registrar la imagen del disco virtual: EMI 4 Subir cada uno de los elementos a un bucket S3 Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 36 / 47

37 Euca2ools: euca-run-image Ahora ejecutamos nuestra máquina en la nube Obtener el Eucalyptus Machine Identifier (el paso anterior) de la máquina que queremos instanciar. En nuestro caso: emi-e1d1107c Y cuando se ejecute, cómo accedo yo si no tengo ningún usuario creado en ella? Registrar claves RSA en la nube $ euca-add-keypair claveoscar > mykey.priv $ euca-describe-keypairs KEYPAIR claveoscar 68:39:39:11:d4:ac:ac:a1:e6:... Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 37 / 47

38 Euca2ools: euca-run-image Por fin tenemos todos los ingredientes! Ejecutar una instancia junto con sus claves $ euca-run-instances -t m1.large -n 1 emi-e1d1107c -k claveoscar Por qué tarda tanto? qué está ocurriendo? Y por fin... $ euca-describe-instances RESERVATION r-3ee60759 admin default INSTANCE i-5a7d0949 emi-e1d1107c running 0 m1.large T17:22:14.12Z cluster-l4 eki-f eri-0cce1168 Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 38 / 47

39 Euca2ools: euca-attach-volume Instalamos un nuevo disco a nuestra máquina? A ver, qué volúmenes tengo disponibles? $ euca-describe-volumes VOLUME vol-59f2062f 1 cluster-l4 VOLUME vol-5fb cluster-l4 available : T18:07 available : T11:10 Conectemos (en caliente) vol-5fb80657 de 1Gb a nuestra instancia i-5a7d0949 $ euca-attach-volume -i i-5a7d0949 -d /dev/sdb vol-5fb80657 Y el resultado... $ euca-describe-volumes VOLUME vol-5fb cluster-l4 in-use : T11:10 ATTACHMENT vol-5fb80657 i-3ce4070e unknown,requested:/dev/sdb T18:12:17.889Z Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 39 / 47

40 Presentación La nube: De dónde surge la idea? Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 40 / 47

41 Una definición para la nube Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Cloud Computing refers to both the applications delivered as services over the Internet and the hardware and systems software in the datacenters that provide those services La nube comprende servicios software y la infraestructura necesaria para soportar dichos servicios bajo demanda. Nubes públicas: se ofrecen al público como servicios de pago (Utility computing) Nubes privadas: no se ofrecen al público sino que forman parte de la infraestructura privada de una empresa Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 41 / 47

42 Algunos mitos sobre la nube Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos I m using virtualization/hypervisors in my data center I m already running a cloud. Cloud Computing is just Grid Computing by a different name. Clouds provide infinite scale. Clouds only provide pay-as-you-go access. Las nubes no son sistemas distribuidos, o si? Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 42 / 47

43 Presentación La nube: De dónde surge la idea? Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos 1 La nube: De dónde surge la idea? Evolución de los servicios de IT Una nueva forma provisión de servicios de IT 2 3 Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 43 / 47

44 Algunas opiniones y citas Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 44 / 47

45 Algunas opiniones y citas Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos Cloud computing is seen as the next wave for technology investors. David Hamilton. Financial Post It s stupidity. It s worse than stupidity: it s a marketing hype campaign. Richard Stallman. The Guardian 29/9/2008. Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 44 / 47

46 Personalmente... La nube: De dónde surge la idea? Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos La nube formará parte del conjunto de herramientas (comerciales) a nuestra disposición La nube condicionará la forma en la que diseñamos nuestros sistemas hardware y software La nube introducirá un nuevo punto de debate sobre ética y desarrollo Muchas gracias por su atención! Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 45 / 47

47 Personalmente... La nube: De dónde surge la idea? Definiciones y mitos[9] Opiniones y sentimientos La nube formará parte del conjunto de herramientas (comerciales) a nuestra disposición La nube condicionará la forma en la que diseñamos nuestros sistemas hardware y software La nube introducirá un nuevo punto de debate sobre ética y desarrollo Muchas gracias por su atención! Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 45 / 47

48 Referencias bibliográficas I I.B.M: The Benefits of Cloud Computing. A new era of responsiveness, effectiveness and efficiency in IT service delivery. Daniel Nurmi, Rich Wolski, Chris Grzegorczyk Graziano Obertelli, Sunil Soman, Lamia Youseff, Dmitrii Zagorodnov. The Eucalyptus Open-source Cloud-computing System Computer Science Department University of California. The Amazon EC2 web page. Intel Corporation. Marzo Intel Cloud Builder Guide to Cloud Design and Deployment on Intel Platforms. Descargado el 18/7/2010 de software.intel.com/file/26205 Intel Corporation. Marzo Superior Hardware Platform for Server Virtualization Improving Data Center Flexibility, Performance and TCO with the Intel R Xeon R Processor 5500 Series. Descargado el 11/7/2010 de htm?iid=tech_vt+tech Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 46 / 47

49 Referencias bibliográficas II AMD. AMD Virtualization (AMD-V TM ) Technology. Descargado el 11/7/2010 de virtualization/pages/amd-v.aspx Eucalyptus Systems. Euca2tools User Guide. Descargado el 1/7/2010 de David Linthicum. Application design guidelines for cloud computing. Descargado el 3/7/2010 de application-design-guidelines-cloud-computing-784?page=0,1 Michael Armbrust and Armando Fox and Rean Griffith and Anthony D. Joseph and Randy H. Katz and Andrew Konwinski and Gunho Lee and David A. Patterson and Ariel Rabkin and Matei Zaharia. Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing Grupo de Sistemas Operativos Cloud Computing 47 / 47

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