Στόχος
Τα υπολογιστικά νέφη (cloud computing) αποτελούν το επόμενο στάδιο στην εξέλιξη του διαδικτύου και των ψηφιακών τεχνολογιών και εισάγουν ένα νέο τρόπο διαμοιρασμού των υπολογιστικών πόρων και όχι νέα τεχνολογία. Οι εφαρμογές και η σημασία των υπολογιστικών νεφών αυξάνονται με ραγδαίο ρυθμό τα τελευταία χρόνια και οι εκτιμήσεις των ειδικών αναφέρουν ότι στα αμέσως επόμενα χρόνια θα αντικαταστήσουν τους προσωπικούς υπολογιστές. Παράλληλα, τα υπολογιστικά νέφη δημιουργούν μία σειρά από νέες ειδικότητες και νέες θέσεις εργασίας. Εκτιμάται ότι σε παγκόσμιο επίπεδο θα δημιουργηθούν 14 εκατομμύρια θέσεις εργασίας στο χώρο των υπολογιστικών νεφών μέχρι το 2015, ενώ το μέγεθος της αγοράς αυτής θα ανέρχεται σε 1.1 τρις δολάρια ανά έτος. Η σημασία των υπολογιστικών νεφών γίνεται πιο έντονη αν αναλογιστεί κανείς ότι εμφανίστηκαν στα τέλη της περασμένης δεκαετίας. Τα υπολογιστικά νέφη εισάγουν μία σειρά από νέες αρχές, τρόπους διαχείρισης, πρόσβασης, και χρήσης υπολογιστικών πόρων και υπηρεσιών. Το συγκεκριμένο μάθημα αυτό στοχεύει τόσο στην κατανόηση του θεωρητικού υπόβαθρου των υπολογιστικών νεφών όσο και στην εξοικείωση των φοιτητών με τεχνολογίες υπολογιστικών νεφών.
Θα πραγματοποιηθούν μια σειρά εργαστηριακών μαθημάτων που θα επιτρέπουν την εξειδίκευση των φοιτητών με περιβάλλοντα υπολογιστικών και αποθηκευτικών νεφών αναφορικά με την ανάπτυξη και εκτέλεση εφαρμογών σε περιβάλλοντα υπολογιστικών νεφών καθώς και την εγκατάσταση («δημιουργία») και διαχείριση υπολογιστικών και αποθηκευτικών νεφών με χρήση τεχνολογιών και εργαλείων αιχμής όπως Google AppEngine και OpenStack.
Περιεχόμενα
- Υπολογιστικά νέφη: ορισμός, στόχοι, προκλήσεις, τομείς εφαρμογής, όροι, συμβόλαια παροχής υπηρεσιών, φάσεις εκτέλεσης εργασιών και υπηρεσιών, διακριτά επίπεδα βάσει του μοντέλου Software-Platform-Infrastructure (SPI), αρχιτεκτονική σχεδίαση, αρχιτεκτονική ανοιχτών υπηρεσιών, υπηρεσιοστρεφής αρχιτεκτονική, αρχιτεκτονική επόμενης γενιάς, κατηγορίες εικονικοποίησης (έμφυτη – native, υλισμικού – hardware, επιπέδου λειτουργικού συστήματος – OS-level, επιπέδου εφαρμογής), hypervisors (Kernel-based Virtual Machine – KVM, Xen), συμβόλαια παροχής υπηρεσιών, τεχνικές απόδοσης και εποπτείας φυσικών και εικονικών πόρων.
- Επίπεδο Platform as a Service και επίπεδο Software as a Service: διαπραγμάτευση συμβολαίων παροχής υπηρεσιών, κατάλογοι υπηρεσιών (UDDI, UBR, ebXML) και μηχανισμοί εύρεσης, επιλογή κόμβων, εκτέλεση, εποπτεία, αποτίμηση και κοστολόγηση, διαχείριση ροών εργασίας, wrappers για τον έλεγχο, την εποπτεία και τη διαμόρφωση των εφαρμογών, μεθοδολογία μοντελοποίησης και ανάπτυξης εφαρμογών.
- Εργαστήριο 1 (επίπεδο Platform as a Service): προγραμματισμός, παραμετροποίηση και εκτέλεση εφαρμογών στο υπολογιστικών νέφος της Google με χρήση της πλατφόρμας Google AppEngine.
- Επίπεδο Infrastructure as a Service: διαχείριση δικτυακής υποδομής υπολογιστικών νεφών, θέματα διαχείρισης ενέργειας, απόδοσης, συνδεσιμότητας, δρομολόγησης, διαχείρισης κυκλοφορίας, πολιτικών ασφαλείας και συστήματα παρακολούθησης υπολογιστικών νεφών, περιπτώσεις χρήσης: παραδείγματα μέσω χρήσης ανοικτού λογισμικού (Nagios), επεκτάσεις MIBs για διαχείριση μέσω SNMP, το σύστημα Oceanos, Cloud Radio Access Networks, αρχιτεκτονικές, ανοικτές διεπαφές και πρότυπα (DMTF/OCSI, OCCI), Η έννοια του Network as a Service (NaaS), τεχνολογίες Software Defined Networking (SDN) και Openflow.
- Εργαστήριο 2 (επίπεδο Infrastructure as a Service): υλοποίηση («δημιουργία») υποδομής υπολογιστικού νέφους με χρήση του βασικού μεσολογισμικού OpenStack.
- Εργαστήριο 3 (επίπεδο Infrastructure as a Service): υλοποίηση («δημιουργία») υποδομής υπολογιστικού νέφους, παραμετροποίηση της αναφορικά με συνθήκες πρόσβασης (πιστοποιητικά, τερματικά σημεία) και διαχείριση συμβολαίων παροχής υπηρεσιών.
- Τεχνολογίες αποθηκευτικών νεφών: Αρχιτεκτονικές και συγκεκριμένες προσεγγίσεις (για θέματα επεκτασιμότητας, συνοχής των δεδομένων, διαχείρισης της ονοματολογίας – namespace, αναπαραγωγής) σε κατανεμημένα συστήματα αποθήκευσης αντικειμένων (οbjects) δεδομένων: EMC Atmos, Rackspace Cloud Files, Windows Azure Storage, Google Storage, Amazon S3. «Υπολογιστική» αποθήκευση: Μοντέλο για τον καθορισμό του υπολογισμού, των δεδομένων, των περιορισμών εκτέλεσης, των συνθηκών ενεργοποίησης και της αλληλεπίδρασης με άλλα δεδομένα και υπηρεσίες. Πρόσβαση σε αποθηκευμένα αντικείμενα βάσει περιεχομένου: Τεχνικές επισύναψης μεταδεδομένων στα αποθηκευμένα δεδομένα και δημιουργίας δικτύων περιεχομένου (μέσω συσχετίσεων), μέθοδοι ανάκτησης δεδομένων.
- Εργαστήριο 4 (αποθηκευτικά νέφη): υλοποίηση («δημιουργία») υποδομής αποθηκευτικού νέφους με χρήση OpenStack Swift, εκτέλεση εργασιών MapReduce σε περιβάλλον Apache Hadoop.
- Υπολογιστικά νέφη πραγματικού χρόνου: προτεραιότητες, χρονικοί περιορισμοί, αρχιτεκτονική πραγματικού χρόνου, μοντέλα σύνθεσης υπηρεσιών, ετερογένεια, κλιμάκωση, τεχνικές απεικόνισης δυναμικών ροών εργασίας, διασφάλιση ποιότητας σε υπολογιστικά νέφη, κατηγορίες παραμέτρων και απαιτήσεων, τεχνικές ανοχής σε σφάλματα, μοντέλο SNAP, προσεγγίσεις VAS – GARA.
- Υποδομές μελλοντικού διαδικτύου: Διασύνδεση υπολογιστικών νεφών με διαδίκτυα αντικειμένων, σύγχρονες εφαρμογές και πλατφόρμες υπολογιστικών νεφών, ανοιχτά ερευνητικά θέματα και πρακτικές μεγάλων εταιριών του χώρου. Εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητα με τρισδιάστατη αναπαράσταση περιβάλλοντος, δημοσιογραφία βάσει δεδομένων, υπηρεσίες έξυπνων πόλεων. Διαθέσιμες πλατφόρμες υπολογιστικών νεφών (αρχιτεκτονική, υπηρεσίες και σύγκριση αυτών). Προκλήσεις, ανοιχτά ερευνητικά θέματα και πρακτικές μεγάλων εταιριών του χώρου.
- David Linthicum, (2009): Cloud Computing and SOA Convergence in Your Enterprise: A Step-by-Step Guide, Addison-Wesley Professional, New York, ISBN 0136009220.
- John Rhoton, (2010): Cloud Computing Explained: Implementation Handbook for Enterprises, Recursive Press, London, ISBN 9780956355607.
- George Reese, (2009): Cloud Application Architectures: Building Applications and Infrastructure in the Cloud. O’Reily, Cambridge, UK, ISBN 0596156367.
- Tom White, (2010): Hadoop: The Definitive Guide, 2nd Edition. O’Reilly Media/Yahoo Press, ISBN 978-1-4493-8973-4.
Πρόσθετα Συγγράμματα
- Eric Marks, Bob Lozano (2010): Executive’s Guide to Cloud Computing, John Wiley & Sons Inc., New York, ISBN: 0470521724.
- Barry Sosinsky, (2010): Cloud Computing Bible, Wiley, New York, ISBN: 0470903562.
- Jothy Rosenberg and Arthur Mateos (2010): The Cloud at Your Service, Manning Publications, London, ISBN-10: 1935182528.
- Chuck Lam, (2010): Hadoop in Action, Manning Publications, ISBN-10: 1935182196.