Introduzione al cloud computing

Introduzione al Cloud Computing

Davide Salomoni INFN CNAF

Ancona – 19/21 novembre 2013

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INFN

•  INFN = Istituto Nazionale di Fisica Nucleare !  Ente Pubblico di Ricerca vigilato dal MIUR dedicato allo

studio dei costituenti fondamentali della materia e delle leggi che li governano.

!  Svolge attività di ricerca in ambito di competizione internazionale e in stretta collaborazione con il mondo universitario italiano.

o  Ovviamente per la fisica, ma anche nel campo tecnologico di supporto agli esperimenti di fisica – ad es. forte esperienza nel campo del calcolo e storage distribuito (Grid e Cloud computing)

•  Forte attività di trasferimento tecnologico !  Di cui la collaborazione con Regione Marche è un esempio

Introduzione al Cloud Computing - 19/21 Nov 2013 2 Davide Salomoni

•  Le strutture INFN !  20 sezioni e 11 gruppi

collegati con sede in dipartimenti di fisica universitari

!  4 laboratori nazionali: Catania, Frascati, Gran Sasso, Legnaro

!  3 centri nazionali: o  CNAF, Centro

Nazionale per la Ricerca e Sviluppo nelle Tecnologie Informatiche e Telematiche, a Bologna

o  GSSI, Gran Sasso Science Institute, a L’Aquila

o  TIFPA, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications, a Trento


CNAF •  Centro costituito a Bologna nei primi anni ‘60 con

l’obiettivo di analizzare eventi di fisica ottenuti da camere a bolle. !  Da qui il nome CNAF = Centro Nazionale Analisi Fotogrammi. !  Missione evoluta nel corso degli anni: centro di riferimento per lo

sviluppo della rete Internet in Italia negli anni ‘90, per il calcolo distribuito a partire dal 2001.

•  Sede del centro nazionale di calcolo INFN (detto “Tier-1”) utilizzato da circa 20 collaborazioni. internazionali, compresi gli esperimenti al Large Hadron Collider (LHC) al CERN di Ginevra !  Circa 17.000 core di calcolo, 13 PB di storage di disco, 18 PB di

storage di nastro, diversi link geografici a 10 Gbit/s per connettività di rete.

•  Numerose attività di ricerca e sviluppo e di definizione di progetti nazionali e internazionali legati a Cloud computing.


Davide Salomoni (io)

•  CV !  Laurea in Fisica nel 1990. Dal 1991 al 1998 ho lavorato

all’INFN CNAF su attività di network management, ricerca e sviluppo legata a protocolli di rete (IP, DECnet, etc.). Sono stato il primo manager dell’allora neonato GARR NOC.

!  Dal 1999 al 2005 ho lavorato a Stanford (USA), a Colt Telecom (Olanda) e a NIKHEF (Olanda) su networking locale e per data acquisition, sviluppo di prodotti Internet per il mondo business, infrastrutture distribuite Grid.

!  Dal 2006 a oggi sono di nuovo all’INFN, prima come manager della parte calcolo del centro Tier-1 del CNAF, ora come Dirigente Tecnologo, responsabile del settore ricerca e sviluppo del CNAF e coordinatore di vari progetti legati a Cloud computing.

!  E-mail: [email protected]


Questa giornata

•  Serie di talk di taglio tecnico legati al cloud computing in generale e all’implementazione realizzata presso la Regione Marche dell’infrastruttura Marche Cloud

•  I talk sono pensati per essere interattivi


Agenda

•  Il Cloud computing

•  Casi d’uso del Cloud computing

•  Applicazioni nel Cloud


Cloud computing


•  ”Il cavallo è una cosa che resterà, l’automobile è solo una novità, una moda." (Presidente della Michigan Savings Bank, 1903)


•  ”La televisione non durerà, perché la gente si stancherà presto di passare ogni notte a fissare una scatola di legno compensato.” (Darryl Zanuck, 20th Century Fox, 1946)


•  ”Nessuna donna del mio tempo diventerà mai Primo Ministro della Gran Bretagna.” (Margaret Thatcher, 1970 – diventò Primo Ministro nel 1979)


•  “Entro il 2005 o giù di lì, diventerà chiaro che l'impatto di Internet sull'economia non è stato maggiore di quello del fax". (Paul Krugman, economista del New York Times e premio Nobel per l’economia, 1998)


•  “Se avessi chiesto alla gente che cosa voleva, avrebbe detto che voleva dei cavalli più veloci.” (Henry Ford)

•  “Se pensi di comprendere la meccanica quantistica, non capisci la meccanica quantistica.” (Richard Feynman)


Cloud computing

•  La definizione classica di riferimento è quella del National Institute of Standards and Technology (NIST) USA (http://goo.gl/eBGBk)

•  In sintesi il Cloud computing si occupa di:

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Fornitura di tecnologia di informazione e comunicazione (ICT) come servizio

Davide Salomoni

Caratteristiche del Cloud

•  Self-service, on-demand !  Il cliente chiede autonomamente ciò che gli serve, quando gli serve (e

sperabilmente lo ottiene).

•  Accesso attraverso la rete !  Assume che una rete (Internet o intranet) sia disponibile, normalmente a

banda larga.

•  Pool di risorse !  L’utente non si preoccupa di conoscere i dettagli delle risorse, che sono

gestiti dai Cloud resource provider.

•  Elasticità !  Il servizio Cloud può scalare rapidamente come dimensioni a seconda delle

necessità del cliente.

•  Pagamento a consumo !  Il cliente paga solo per ciò che usa.


Una analogia: l’autonoleggio

•  Self-service, on-demand !  Prenotazione telefonica

oppure online •  Rete

!  Estesa rete di autonoleggi in tutto il mondo

•  Pool di risorse !  Pensa l’autonoleggio a

gestire sapere quante macchine gli servono

•  Elasticità !  Il numero di auto disponibili

normalmente varia a seconda della richiesta

•  Pagamento a consumo !  Il cliente paga per il tempo in

cui usa l’auto (e non pensa ad assicurazione, gomme, etc.)


Fonte: http://goo.gl/cEa8M

Davide Salomoni

Che cosa c’è di nuovo?

•  La fornitura di risorse in modo distribuito, in forme simili, avviene da molti anni

•  Un esempio di successo nel mondo scientifico è rappresentato dal Grid Computing. Cf. http://goo.gl/i5Rkt: !  Stato in tempo reale

dei job di calcolo (Computing) e del trasferimento dati (Storage) legati agli esperimenti LHC al CERN


Tuttavia…

•  Il Grid Computing, di enorme successo nel suo campo, non ha mai avuto significativa diffusione al di fuori di grandi collaborazioni scientifiche

•  I trends (http://www.google.com/trends/): Grid Computing vs. Cloud Computing


Il focus sul “service”

•  Abbiamo visto che nella definizione di Cloud computing (“Fornitura di tecnologia di informazione e comunicazione come servizio”) il servizio nei confronti del cliente è parte essenziale.

•  Il Cloud computing si può modellare infatti intorno a servizi legati principalmente a !  Infrastruttura (IaaS " Infrastructure as a Service) !  Piattaforma (PaaS " Platform as a Service) !  Software (SaaS " Software as a Service)


Chi fa cosa?


Fonte: http://goo.gl/1jmkR

Davide Salomoni

Aggiungiamo dimensioni

•  Oltre i modelli di servizio, parti importanti per definire e capire il Cloud computing sono i modelli di: !  deployment (dove

distribuisco i servizi) !  isolamento (come

isolo i servizi)


Fonte: http://goo.gl/1jmkR

Davide Salomoni

Deployment: i “tipi di Cloud”

•  Cloud privata: !  L’infrastruttura viene fornita per un uso esclusivo da parte di una

singola organizzazione. La gestione, l’operazione, la proprietà, la dislocazione della Cloud privata tuttavia può essere anche indipendente dall’organizzazione che la usa.

•  Cloud di comunità (Community Cloud): !  L’infrastruttura è disponibile ad una comunità di organizzazioni che

hanno uno scopo comune (ad esempio missione, requisiti di sicurezza, conformità a regole comuni, etc.)

•  Cloud pubblica: !  L’infrastruttura è disponibile in generale al pubblico. La gestione può

essere pubblica o privata. La dislocazione è presso il fornitore di servizi.

•  Cloud ibrida: !  L’infrastruttura è una combinazione di due o più infrastrutture Cloud

(private, di comunità o pubbliche) che sono collegate in modo da garantire forme di portabilità ad esempio di dati o applicazioni.


Isolamento

•  I modelli di isolamento nel Cloud (spesso ignorati) sono importanti e si dividono in: !  Infrastrutture dedicate !  Infrastrutture “multi-tenant” (con diversi [tipi di] clienti)

•  Il tipo di isolamento è importante per molti aspetti, come: !  Segmentazione delle risorse !  Protezione dei dati !  Sicurezza delle applicazioni !  Auditing !  Disaster recovery


Ma la moda è già passata?

•  Cf. i trend di Google per i termini “Cloud computing”, “Cloud storage”, “Big data”


(Intermezzo sui Big data)

•  Questa è la distribuzione geografica riportata da Google per ricerche molto popolari come “Big data”.

•  Gartner prevede che entro il 2015 il 20% delle principali organizzazioni mondiali avrà sull’infrastruttura dell’informazione la stessa attenzione strategica della gestione delle applicazioni (cf. http://goo.gl/ghSk7).


Dunque il Cloud è una moda?

•  In molte tecnologie si passa attraverso varie fasi di “hype” (di moda). Possiamo distinguere (cf. http://goo.gl/1qaC) spesso tra: !  Inizio della tecnologia !  Picco di aspettative !  Disillusione (aspettative

fallite) !  Crescita di maturazione !  Altopiano di produttività


Dove siamo nella moda? •  Forbes, citando Gartner (cf. http://goo.gl/4r1AM), ha riportato in

agosto 2012 la sua stima della maturità delle tecnologie associate al Cloud


A maturazione…

•  Entro i prossimi due anni: !  Virtualizzazione

•  Tra due e cinque anni: !  Big data, public,

private o community Cloud, pubblicità nella Cloud, PaaS

•  Tra cinque e dieci anni: !  Hybrid Clouds, real-

time infrastructures, paradigma DevOps


Casi d’uso del Cloud


Un buon testo di riferimento •  http://goo.gl/1jrqK •  Sette casi principali:

!  Utente finale " Cloud !  Impresa " Cloud "

utente finale !  Impresa " Cloud !  Impresa " Cloud "

impresa !  Cloud privata !  Cambiamento di fornitori

Cloud !  Cloud ibride


Utente " Cloud

•  Accedo a dati o applicazioni nella Cloud (es. email, social networks).

•  Punti chiave: !  Identità. !  Open client. !  SLA non tanto

importanti.


Impresa " Cloud " utente

•  Un’impresa usa la Cloud per fornire servizi ad utenti.

•  Punti chiave: anche !  Identità " spesso federata

(es. OpenID). !  Dislocazione dei dati (es.

per questioni legali). !  Controllo dei costi

(monitoring, accounting). !  Sicurezza. !  API comuni (per portabilità). !  SLA. !  Dati / applicazioni federate. !  Data retention / data

destruction.


Impresa " Cloud

•  Un’impresa usa la Cloud per i propri processi interni.

•  Punti chiave: !  Supplemento di storage

(es. per back-up). !  “Cloud bursting”, creazione

di VM per periodi di picco. !  Uso della Cloud per alcune

applicazioni (email, calendario, etc.)

!  Portabilità, uso di standard, possibilità di spostamento di VM e dati per evitare di legarsi a un unico fornitore.


Impresa " Cloud " Impresa

•  Due imprese utilizzano la stessa Cloud.

•  Punti chiave: !  Le applicazioni nelle due

imprese possono interoperare (esempio tipico è una catena di approvvigionamento).

!  Consistenza e concorrenza nelle transazioni.

!  Interoperabilità attraverso l’uso di standard.


Cloud privata

•  Una cloud all’interno di un’impresa.


Cambiamento di fornitori

•  Ad esempio si vuole cambiare un fornitore Cloud oppure aggiungerne un altro.

•  Punti chiave: !  Ovviamente

standardizzazione.


Cloud ibride

•  Ad esempio uso di Cloud sia pubbliche che private.

•  Punto essenziale: !  Per l’utente finale questo

caso d’uso non deve essere diverso dal caso Utente " Cloud. L’utente finale ignora (vuole ignorare) i dettagli.

•  Le Cloud di comunità possono essere considerate un sottoinsieme delle Cloud ibride.


Gli stack Cloud IaaS più usati


Ancora sui trend

•  Abbiamo visto l’importanza degli standard (de jure o de facto) nei casi d’uso. Limitandoci per ora agli stack Cloud di tipo aperto, questi i Google trends per OpenStack, CloudStack, OpenNebula:


OpenStack: alcuni punti essenziali

!  È un prodotto open source, con dipendenze di tipo open source e che può essere eseguito su piattaforme interamente open source (ad es. Linux).

!  Ha un forte supporto da parte dell’industria. !  Ad es. Rackspace, Intel, Cisco, Juniper, NetApp, HP, DELL,

VMware, AT&T, IBM, Canonical, SUSE, RedHat, Yahoo! !  In forte e costante crescita in termini di funzionalità e di

sviluppatori (cf. http://goo.gl/lBHzn per una comparazione con OpenNebula, CloudStack, Eucalyptus).

!  Ha un disegno architetturale aperto e modulare, principalmente sviluppato in Python.

!  Ha una governance interna ben definita che non è in mano a nessun singolo ente o impresa.

!  Interopera con altri sistemi di Cloud computing pubblici o privati. !  Ad es. VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, Amazon EC2.


Qualche numero su OpenStack

•  Alla fine del 2012 (cf. http://goo.gl/d6vG8): !  6.695 membri della comunità di OpenStack in 87 paesi. !  Più di 550 sviluppatori sui vari progetti che compongono OpenStack. !  Più di 300.000 download di OpenStack dai repository centrali. !  Sponsorizzato da 155 industrie/compagnie. !  Solo nel 2012 sono stati lanciati 48 user groups in 33 paesi. !  La partecipazione al Design Summit di OpenStack in autunno 2012 è

aumentata di tre volte rispetto al Design Summit di primavera. !  La comunità di OpenStack nei social media è stimata essere circa sei volte

quella del prodotto concorrente open source più prossimo. •  All’ultimo OpenStack Summit (Hong Kong, novembre 2013):

!  3500 partecipanti, provenienti da più di 50 paesi. !  Casi d’uso mostrati da imprese con numero di utenti nell’ordine di svariate

centinaia di milioni di persone. !  Qual è la città nel mondo con il maggior numero di sviluppatori di

OpenStack? !  Pechino.


Open Source •  Per definizione, è disponibile il codice sorgente del prodotto (OpenStack,

ma ad esempio anche Linux, Apache web server, Firefox, Calibre, etc.) !  Analisi di features, sicurezza, trasparenza, contributi allo sviluppo.

•  Da “Raccomandazioni e proposte sull’utilizzo del Cloud computing nella pubblica amministrazione”, giugno 2012, http://goo.gl/h7OI8: !  “Le amministrazioni dovrebbero selezionare fornitori di servizi cloud conformi agli

standard e alle altre caratteristiche tecnologiche che garantiscano portabilità e interoperabilità dei servizi erogati. L’infrastruttura di un fornitore di servizi cloud deve garantire che i servizi cloud possano essere trasferiti su piattaforme di fornitori differenti ovvero possano eventualmente essere riportati all’interno dell’organizzazione cliente con il minimo di impatto, così da evitare il rischio di legarsi ad un unico cloud provider (il cosiddetto vendor lock-in).”

•  Modifica dell’art. 68 del CAD attraverso DL 18/10/2012, convertito in legge il 17/12/2012, cf. http://goo.gl/a9DC1 (art. 9 bis): !  “Ove dalla valutazione comparativa di tipo tecnico ed economico, secondo i criteri di

cui al comma 1-bis, risulti motivatamente l’impossibilita’ di accedere a soluzioni già disponibili all’interno della pubblica amministrazione, o a software liberi o a codici sorgente aperto, adeguati alle esigenze da soddisfare, è consentita l’acquisizione di programmi informatici di tipo proprietario mediante ricorso a licenza d’uso.”


Ma come si usa il Cloud?

•  Il tema caldo è, dati i casi d’uso mostrati in precedenza (che presuppongono spesso indipendenza dal vendor, aderenza agli standard, risparmi economici, etc.):

Come migrare verso il Cloud computing?

•  Una presentazione successiva mostrerà i possibili benefici del Cloud computing vs. l’utilizzo di infrastrutture tradizionali.


Migrazione di applicazioni a infrastrutture Cloud

•  Obiettivo: passaggio di una applicazione da un data center esistente a una Cloud di riferimento.

•  Quali sono i fattori tecnici e di business che portano alla migrazione? Tipicamente: !  Riduzione dei costi " resource pooling, pay-per-use !  “Business agility” " semplificazione del deployment !  Risparmi gestionali " performance (es. piattaforme performanti,

auto-scaling), facilità di gestione (es. delega di responsabilità operative)

•  Cloud pubbliche o private? Vale quanto detto sopra, in particolare: !  Traffico a livello WAN? (tipicamente costoso) !  Sicurezza? !  Integrazione con altre applicazioni di tipo legacy? (ad es. forte

accoppiamento con applicazioni che girano su AS400 o simili)


Quale tipo di migrazione? (SaaS)

•  Esistono alternative di tipo SaaS già disponibili attraverso Cloud providers? !  Questa in realtà non è una migrazione ma una

trasposizione di applicazioni. Vale la pena comunque di considerarla.

!  Anche con un’opzione di tipo SaaS, i dati potrebbero dover essere comunque migrati.

!  Attenzione ai costi a lungo termine, dipendenti ad es. da numero di utenti e dalla durata del contratto di tipo SaaS (specialmente nel caso in cui sia stato già effettuato un investimento significativo in un data center).

!  Security? (ad es. per dati sensibili ospitati presso un Cloud provider.)


Quale tipo di migrazione? (PaaS)

•  E’ adottabile un modello PaaS? !  Ad esempio se l’applicazione è basata su application

server standard, come Java EE o .NET. !  Tipicamente il Cloud provider potrebbe fornire anche

sistemi di back-end di database (es. SQL-based). !  Attenzione al fatto che l’infrastruttura di application

server (e/o i database di back-end) potrebbe essere condivisa con altri utenti (security!) …

!  … e al fatto che non tutte le caratteristiche di PaaS necessarie all’applicazione potrebbero essere disponibili presso il Cloud provider.


Quale tipo di migrazione? (IaaS)

•  Esiste compatibilità hardware e software dell’applicazione con il Cloud provider? !  Es. piattaforme x86-compatibili, sistema operativo

XYZ. !  Tipicamente, si ha condivisione delle virtual machines

fornite dal Cloud provider sulla stesso hardware fisico tra più utenti (security!).

!  Quale scalabilità? Come viene implementato il load-balancing ad es. in caso di auto-scaling?


Esame di tipiche architetture applicative

•  Nelle multi-tiered applications esistono normalmente 3 tiers: !  Data management tier, legato alla gestione dei database (relazionali

o meno). !  Business logic tier, realizzato attraverso application platforms come

Java EE o .NET. !  Presentation tier, interfacciamento con l’utente o con altri sistemi

esterni. •  Se l’applicazione è ben strutturata, potrebbe essere possibile

migrare i singoli tier al Cloud in modo indipendente. !  Ad esempio, spostamento della sola parte di presentation sul Cloud. !  Non è detto che questo sia conveniente, cf. ad esempio alto traffico

di rete tra i tier. Può essere interessante eseguire un profiling d’uso dell’applicazione per valutare i costi associati.

o  Per valutare requirement legati a uso di CPU, di RAM, di storage (es. IOPS) e rete.


La mia applicazione è “cloud-friendly”?

•  Applicazioni “cloud-aware”: !  Distribuite !  Stateless !  Fail-over in the app !  Scaling in the app

•  Applicazioni “legacy”: !  Client-server !  Monolitiche, senza scalabilità

orizzontale !  Fail-over nell’infrastruttura !  Scaling nell’infrastruttura


Fonte: VMware

Davide Salomoni

Una analogia: i cagnolini e le mucche

•  Le applicazioni “legacy” vengono curate come animali domestici, sono uniche e spesso non rimpiazzabili.

•  Le applicazioni “cloud” vengono trattate come mucche in una stalla. Ad esempio quando una mucca si ammala la sostituiamo con una delle tante altre (funzionalmente uguali) che abbiamo a disposizione.


Fonte: http://goo.gl/Gx0ly

Davide Salomoni

Il Cloud, dunque…

•  “Il Cloud computing non è altro che un termine alla moda per indicare il noto concetto di computer collegati via rete. Una nuvola non è che vapore acqueo.” !  Larry Ellison, co-fondatore e CEO di Oracle Corporation,

Settembre 2009

•  “Q: qual è la strategia di Oracle sul Cloud computing? A: Oracle ha due obiettivi sul Cloud computing. Il primo è di assicurarsi che sia a livello di una impresa e pronto per l’adozione […] Il secondo è di supportare sia il Cloud computing pubblico che privato.” !  Oracle Cloud Computing FAQ, Ottobre 2010

•  “La verità è raramente pura, e mai semplice.” !  Oscar Wilde, L’importanza di chiamarsi Ernesto, 1895


Credits

•  Ringraziamenti per discussioni, materiale e contributi vari legati alla realizzazione di questo corso vanno a: !  Marco Caberletti !  Enrico Fattibene !  Stefano Longo !  Matteo Manzali !  Valerio Venturi !  Paolo Veronesi

•  Info: [email protected]


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