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Über dieses Buch

Andreas Kohne liefert einen fundierten Einblick in die Grundlagen des Cloud Computings, der Cloud-Föderationen und des SLA-basierten VM-Schedulings. Weiterhin wird mit FederatedCloudSim ein flexibles und erweiterbares Simulationsframework zur Untersuchung unterschiedlichster Föderationsszenarien vorgestellt. Mithilfe des Frameworks werden dann verschiedene Scheduling-Strategien untersucht und ihre Auswirkungen auf die SLA-Einhaltung und die Finanzen der Cloud Service Provider umfassend untersucht.

Der Autor
Andreas Kohne hat sich in den letzten Jahren intensiv mit dem Bereich Cloud Computing auseinandergesetzt und sich dabei auf den Bereich der SLA-basierten föderierten Cloud-Umgebungen spezialisiert. Er arbeitet bei einem großen IT-Systemhaus in Dortmund und veröffentlicht Fachbücher in den Bereichen IT-Management und Business Development. Seine Forschungsarbeit hat er gemeinsam mit der TU Dortmund durchgeführt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Cloud Computing hat sich in den letzten Jahren von einem Hype-Thema zu einem ernstzunehmenden Wirtschaftszweig entwickelt (vgl. [17, 67]). Das Cloud Computing bietet dabei die Möglichkeit, schnell und flexibel IT-basierte Dienste zu bestellen, zu nutzen oder wieder abzubestellen. Ein großer Vorteil gegenüber einer starren lokalen IT sind die flexiblen Abrechnungsmodelle, die eine nutzungsgenaue Bezahlung erlauben.

Andreas Kohne

Grundlagen und verwandte Arbeiten

Frontmatter

Kapitel 2. Cloud Computing

In diesem Kapitel wird zuerst die Entwicklung des Cloud Computings beschrieben. Dabei werden die Grundlagen aus dem Grid Computing kurz erläutert und dann die wichtigsten Voraussetzungen und Eigenschaften des Cloud Computings vorgestellt. Es folgt eine Definition des Begriffs Cloud. Abschließend werden die unterschiedlichen Cloud-Service-Arten und deren jeweiligen Umsetzungsmöglichkeiten vorgestellt.

Andreas Kohne

Kapitel 3. Service Level Agreements

SLAs werden oft im Bereich der IT-basierten Services eingesetzt, um die Dienstgüte einer Service-Leistung zu beschreiben und vertraglich festzulegen (vgl. [75]). In einem SLA werden die funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen an einen speziellen Service beschrieben. Eine funktionale Anforderung könnte zum Beispiel die Ausführung einer VM mit einem speziellen Betriebssystem und einem Webserver in einer bestimmten Konfiguration sein.

Andreas Kohne

Kapitel 4. Cloud Föderationen

Cloud-Föderationen sind in den letzten Jahren in den Fokus der Cloud-Forschung geraten, da sie viele Probleme der traditionellen Clouds, wie zum Beispiel Ressourcenengpässe in Überlastsituationen, überwinden können. Diese Föderationen bestehen dabei aus mehreren Clouds, die sich wiederum in einem Netzwerk zusammenschließen, um sich gegenseitig Dienste und Ressourcen anzubieten. Die Grundidee dahinter stammt bereits aus dem Grid Computing, bei dem sich auch mehrere DCs unterschiedlicher Anbieter zusammengeschlossen haben.

Andreas Kohne

Kapitel 5. Cloud Scheduling

Scheduling bedeutet aus dem Englischen übersetzt Ablaufplanung. In der IT wurde dieser Begriff zuerst für den Bereich der Prozessverwaltung auf multiprogrammierbaren Betriebssystemen eingesetzt (vgl. [143]). Hierbei sorgt ein zentraler Scheduler dafür, dass jeder aktive Prozess Rechenzeit auf der CPU erhält.

Andreas Kohne

FederatedCloudSim

Frontmatter

Kapitel 6. Simulation von Cloud Systemen

Zur Untersuchung komplexer Systeme und deren Eigenschaften werden oft Simulationen eingesetzt (vgl. [16], [79] und [171]). Sie erlauben es, von der Realität zu abstrahieren und somit den Fokus auf die zu betrachtenden Aspekte zu legen. Die Komplexität der Simulation und der Grad an Realitätsnähe korrelieren dabei oft.

Andreas Kohne

Kapitel 7. Das FCS-Framework

In diesem Kapitel wird das Simulations-Framework FederatedCloud-Sim (FCS) im Einzelnen vorgestellt. Ziel der Entwicklung von FCS war es, ein flexibles und erweiterbares Framework zur Simulation von unterschiedlichsten Cloud-Szenarien zu erstellen. Da für diesen Bereich noch kein frei verfügbares Simulationswerkzeug zur Verfügung stand, war es ebenfalls das Ziel, dieses Framework nach Abschluss der Entwicklung der internationalen Forschungsgemeinschaft zur Verfügung zu stellen, um die Forschungen im Bereich der föderierten Cloud-Umgebungen zu beschleunigen.

Andreas Kohne

Kapitel 8. Auswahl von Eingabedaten

Die Untersuchung von neuen Scheduling-Algorithmen in realen DCs ist sehr komplex und potentiell teuer. Darum werden neue Scheduler oft zuerst mit Hilfe von Simulationen getestet und optimiert. In diesen Simulationen sollen die Scheduler möglichst realitätsnahe Aufgaben lösen.

Andreas Kohne

Scheduling-Strategien

Frontmatter

Kapitel 9. Modell

Das Scheduling von VMs in föderierten Cloud-Umgebungen ist ein komplexer Prozess. Dies erklärt sich damit, dass in einer Cloud-Föderation mehrere CSPs mit jeweils einem oder potentiell mehreren DCs existieren und jeder CSP zu jedem Zeitpunkt sicherstellen will, dass alle aktiven VMs die per SLA zugesicherten Ressourcen auch wirklich nutzen können. Da es sich bei föderierten Cloud-Umgebungen um verteilte Systeme handelt, die kein Wissen über den internen Zustand der jeweiligen Föderationspartner austauschen, muss jeder CSP seine eigenen Strategien implementieren.

Andreas Kohne

Kapitel 10. DC-Scheduling

Im Kapitel 9 wurde beschrieben, dass das VM-Scheduling in DCs ein zweistufiges Verfahren ist. Im ersten Schritt werden eine oder mehrere Ziel-VMs für die Migration anhand von vorgegebenen Kriterien ausgewählt. Im zweiten Schritt wird ein neuer Ziel-Host, auf den die VMs migriert werden sollen bestimmt.

Andreas Kohne

Kapitel 11. CSP-Scheduling

Die Inter-DC-Scheduler haben das Ziel, bei der Überlast eines DCs ein passendes DC innerhalb eines gegebenen CSPs zu finden und gefährdete VMs zwischen den DCs zu migrieren. Dabei sollen die Scheduler, genau wie die der ersten Ebene, dafür sorgen, dass möglichst wenige SLAs gebrochen werden und somit die Kosten für eventuelle Strafen möglichst niedrig gehalten werden. Können sie den Ressourcenengpass in keinen der CSP-eigenen DCs lösen, so übergeben sie die gefährdeten VMs an den Föderations-Scheduler.

Andreas Kohne

Kapitel 12. Föderations-Scheduling

Nachdem in den letzten beiden Kapiteln unterschiedliche Scheduling-Strate-gien für die CSP-internen Ebenen untersucht wurden, werden in diesem Kapitel Inter-CSP-Scheduler auf der Föderationsebene vorgestellt und untersucht. Im Gegensatz zu den Schedulern auf den ersten beiden Ebenen, die versuchen, die Anzahl der SLA-Brüche möglichst niedrig zu halten, versuchen die Scheduler auf der Föderationsebene, die externen Ausführungskosten für VMs, die aktuell in keinem CSP-internen DC ausgeführt werden können, so gering wie möglich zu halten. Dabei können diese Scheduler, genau wie die Inter-DC-Scheduler, nicht für sich allein untersucht werden.

Andreas Kohne

Kapitel 13. Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurde das Konzept von Cloud-Föderationen ausführlich vorgestellt. Dabei bilden SLAs die Grundlage der Zusammenarbeit zwischen Kunden und CSPs und zwischen den CSPs einer Föderation. Kunden betreiben bei den CSPs virtuelle Maschinen, auf denen sie ihre jeweiligen Services ausführen. Bei Überlastsituationen können die CSPs die VMs innerhalb eines Data Centers von einem Host zu einem anderen migrieren, um die VMs wieder mit ausreichenden Ressourcen zu versorgen.

Andreas Kohne

Kapitel 14. Ausblick

In dieser Arbeit wurden die theoretischen Grundlagen für eine SLAbasierte Zusammenarbeit von CSPs in Cloud Föderationen sowie unterschiedliche VM-Scheduling-Strategien für CSPs vorgestellt und untersucht. Die Ergebnisse können zukünftig beim Aufbau von realen Cloud-Föderationen genutzt werden, um zum einen die SLAs besser abzusichern und zum anderen den Gewinn der CSPs zu steigern. Dazu könnten die hier vorgestellten Scheduler beispielsweise in OpenStack implementiert werden. Erste Implementierungen von Cloud-Föderationen in OpenStack wurden bereits von del Castillo et al. in [35] vorgestellt.

Andreas Kohne

Backmatter

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