Υπολογιστικά Νέφη

Άγγελος Μιχάλας

Περιγραφή

Το μάθημα καλύπτει τα ακόλουθα:

1. Ιστορική αναδρομή βασικές αρχές κατηγορίες συστημάτων, δυνατότητες και αρχιτεκτονική των Υπολογιστικών Νεφών.

2. Παράλληλη επεξεργασία, αρχιτεκτονική παραλλήλων υπολογιστών, συγχρονισμός και συνέπεια μνήμης

3. Παραδοσιακές τεχνικές κατανεμημένων υπολογιστικών συστημάτων, TCP/UDP –Sockets, RPC, Java RMI, DCOM, Corba, SOAP, DSDL, Web Services. Αρχιτεκτονική υπολογιστικών νεφών.

4. Κατανεμημένες βάσεις δεδομένων και διαχείριση δεδομένων στα υπολογιστικά νέφη.

5. Ασφάλεια, επίβλεψη διαθέσιμων πόρων, συμβόλαια παροχής εργασιών, διαχείριση εργασιών στα υπολογιστικάνέφη.

6. Εισαγωγή και εξοικείωση με το περιβάλλον του Oceanos της ΕΔΕΤ, εκτέλεση απλών και παράλληλων MPI εργασιών, διεξαγωγή μετρήσεων απόδοσης προγραμμάτων

 

CC - Αναφορά - Μη Εμπορική Χρήση - Όχι Παράγωγα Έργα

Ενότητες

Σκοπός της ενότητας είναι η εισαγωγή στον τομέα της υπολογιστικής νέφους Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Δικτυοκεντρικά συστήματα

Δικτυοκεντρικά συστήματα και περιεχόμενο

Εξέλιξη ιδεών και τεχνολογιών

Υπολογιστική νέφους

Τύποι νεφών

Πλεονεκτήματα της υπολογιστικής νέφους

Γιατί η υπολογιστική νέφους μπορεί να επιτύχει

Προκλήσεις  για την υπολογιστική νέφους

Περισσότερες προκλήσεις

Μοντέλα παροχής υπηρεσιών νέφους

Λογισμικό ως υπηρεσία

Πλατφόρμα ωςυπηρεσία

Υποδομή ως υπηρεσία

Τύποι υπηρεσιών

Δραστηριότητες νέφους

Το μοντέλο αναφοράς του NIST για το νέφος

Ζητήματα ηθικής

Αποπεριμετροποίηση - Deperimeterisation

Ζητήματα ιδιωτικότητας

Ευπάθειες των συστημάτων νέφους

Σκοπός της ενότητας είναι η περιγραφή των βασικών ζητημάτων της υπολογιστικής νέφους Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Ο δρόμος για την υπολογιστική νέφους

Παράλληλη επεξεργασία

Ταυτοχρονισμός Λειτουργία και αδιέξοδα

Προκλήσεις

Παραλληλισμός

Επίπεδα παραλληλισμού

Αρχιτεκτονική παράλληλων υπολογιστών

Κατανεμημένα συστήματα

Επιθυμητές ιδιότητες ενός κατανεμημένου συστήματος

Διεργασίες νήματα και συμβάντα

Μηνύματα και κανάλια επικοινωνίας

Παγκόσμια κατάσταση μίας ομάδας διεργασιών

Πρωτόκολλα επικοινωνίας- Συντονισμός

Χρόνος και χρονικάδιαστήματα

Λογικάρολόγια

Κανόνες παράδοσης μηνυμάτων

Εκτελέσεις και τεμάχια

Συνεπής και ασυνεπής τεμάχια κι εκτελέσεις

Το πρωτόκολλο στιγμιότυπων Chandy & Lamport

Ταυτοχρονισμός

Ατομικές δράσεις

Ατομικότητα “όλα ή τίποτα”

Μοντέλα αποθήκευσης

Ατομικότητα

Πρωτόκολλα συναίνεσης

Paxos

Οι φάσειςτου αλγόριθμου Paxos

Petri Nets

Μοντελοποίηση ταυτοχρονισμούμε Petri Nets

Κανόνες ενεργοποίησης των Petri Nets

Μοντελοποίηση των Petri Nets

Κλάσειςτ  ων Petri Nets

Το μοντέλο client-server

Υπηρεσία e-mail

Μια υπηρεσία συμβάντων υποστηρίζει το συντονισμόσε ένα κατανεμημένο περιβάλλον

Παγκόσμιος Ιστός

Σκοπός της ενότητας είναι η περιγραφή ζητημάτων που σχετίζονται με την υποδομή του υπολογιστικού νέφους Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Περιεχόμενα ενότητας

Υπάρχουσες υποδομές νέφους

Amazon Web Services - AWS

AWS περιοχές και ζώνες διαθεσιμότητας

AWS instances

Βήματα εκτέλεσης μίας εφαρμογής

Αλληλεπιδράσεις χρήστη με το AWS

Παραδείγματα Amazon Web Services

Ελαστική Υπολογιστική Νέφους- EC2

Τύποι instances

Απλό Σύστημα Αποθήκευσης- S3

Ελαστική Αποθήκευση επιπέδου Block - EBS

Απλή ΒΔ - SimpleDB

Απλή Υπηρεσία Αναμονής- SQS

Επίβλεψη Νέφους- Cloud Watch

Υπηρεσίες AWS που παρουσιάστηκαν το 2012

Elastic Beanstalk

Υπηρεσίες SaaS από την Google

Υπηρεσίες PaaS από την Google

Υπηρεσίες PaaS και SaaS απότη Microsoft

Azure

Πλατφόρμες ανοικτού κώδικα για ιδιωτικά νέφη

Eucalyptus

Ποικιλομορφία αποθήκευσης στο νέφος και lock-in κατασκευαστή

Διαλειτουργικότητα στο νέφος Το Intercloud

Ενεργειακή διαχείριση και οικολογικές επιπτώσεις

Energy-proportional συστήματα

Συμφωνητικά επιπέδου υπηρεσιών

Ανησυχίες για την ασφάλεια του χρήστη.

Σε αυτή την ενότητα παρουσιάζονται εφαρμογές και παραδείγματα υπολογιστικών νεφών. Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Εφαρμογές νέφους

Προκλήσεις για την ανάπτυξη εφαρμογών νέφους

Υπάρχουσες και νέες ευκαιρίες εφαρμογών

Επεξεργασία διασωληνώσεων

Εφαρμογές μαζικής επεξεργασίας

Πρόσβαση στον Ιστό

Αρχιτεκτονικοί σχεδιασμοί για εφαρμογές νέφους

Ροές εργασιών

Ασφάλεια και ζωντάνια

Βασικά πρότυπα ροών εργασίας

Συνεργασία - ZooKeeper

Επικοινωνία στο Zookeeper

Κοινός ιεραρχικός χώρος ονομάτων

Εγγυήσεις υπηρεσιών ZooKeeper

Το API του Zookeeper

Ελαστικότητα κα κατανομή φόρτου

Η φιλοσοφία του MapReduce

Μελέτη: GrepTheWeb

Υπολογιστικά νέφη για την επιστήμη και τη μηχανική

Διαδικτυακή ανάκτηση δεδομένων

Υπολογιστική υψηλής απόδοσης στο νέφος

Εφαρμογές παλαιού τύπου στο νέφος

Cirrus

Κοινωνική υπολογιστική και ψηφιακό υλικό

Σε αυτή την ενότητα περιγράφεται η εικονοποίηση πόρων. Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Εικονοποίηση

Στρωματοποίηση

Διεπαφές

Φορητότητα κώδικα

Ελεγκτής εικονικών μηχανών

Εικονοποίηση επεξεργαστή και μνήμης

Εικονικές μηχανές

Απομόνωση απόδοσης και ασφάλειας

Αρχιτεκτονική υπολογιστών και εικονοποίηση

Πλήρης εικονοποίηση και παραεικονοποίηση

Εικονοποίηση αρχιτεκτονικήςx86

VT- x

Xen - Παραεικονοποίηση βασιζόμενη σε εικονικές μηχανές

Xen

Υλοποίηση του Xen σε αρχιτεκτονικήx86

Συστατικάτου Dom0

Αφαιρετικότητες του Xen για δικτύωση και είσοδο/έξοδο

Xen 2.0

Η αρχιτεκτονική δικτύου του Xen - Αρχική αρχιτεκτονική

Η αρχιτεκτονική δικτύου του Xen - Βελτιωμένη αρχιτεκτονική

Σύγκριση των ρυθμών αποστολής και λήψης δεδομένων

Σύγκριση απόδοσης εικονικών μηχανών

Η κρυμμένη πλευρά της εικονοποίησης

Εισαγωγή ενός VMBR ως το χαμηλότερο επίπεδο λογισμικού πάνω

Αυτή η ενότητα πραγματεύεται τη διαχείριση πόρων και τον χρονοπρογραμματισμό στο νέφος Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Διαχείριση πόρων και χρονοπρογραμματισμός

Κίνητρα

Πολιτικές διαχείρισης πόρων στο νέφος

Μηχανισμοί υλοποίησης των πολιτικών διαχείρισης πόρων

Διλλήματα

Εφαρμογή της θεωρίας ελέγχου στη διαχείριση πόρων στο νέφος

Ανάδραση και σταθερότητα

Η δομή ενός ελεγκτή νέφους

Δύο επιπέδων ελεγκτής νέφους

Διδάγματα από το πείραμα δύο επιπέδων

Σχεδιαστικές αποφάσεις

Αναλογικός καθορισμός κατωφλίου

Συνδυασμός της διαχείρισης ενέργειας και της απόδοσης

Ένα μοντέλο βασιζόμενο στη χρησιμότητα για υπηρεσίες νέφους

Ομαδοποίηση πόρων

Συνδυαστικές δημοπρασίες για πόρους του νέφους

Αλγόριθμοι κοστολόγησης και κατανομής πόρων

Αλγόριθμοι χρονοπρογραμματισμού του νέφους

Χρονοπρογραμματισμός πολλαπλών ροών σε έναν μεταγωγέα

Δίκαιη ουρά αναμονής χρόνου έναρξης- start time

Δανικός εικονικός χρόνος

Εικονικός χρόνος χρονοπρογραματιστή

Αποτελεσματικός εικονικός χρόνος

Προθεσμίες του χρονοπρογραμματισμού στο νέφος

Κανόνες τμηματοποίησης του φόρτου εργασίας

Αυτή η ενότητα πραγματεύεται ζητήματα σχετικά με τη διαχείριση του δικτύου. Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Δίκτυα μεταγωγής πακέτου

Το Διαδίκτυο

Η στοίβα πρωτοκόλλων του Διαδικτύου

IPv4 και IPv6

Διευθύνσεις IP και MAC, θύρες και sockets

Σχέσεις μεταξύ των δικτύων του Διαδικτύου

Ο μετασχηματισμός του Διαδικτύου

Πρόσβαση στον ιστό και TCP

Έλεγχος συμφόρησης στο TCP

Class Based Queuing - CBQ

Hierarchical Token Buckets

Δίκτυα διασύνδεσης υπολογιστικών νεφών

Διάφανη επικοινωνία ως προς την τοποθεσία

Δίκτυα διασύνδεσης- InfiniBand

Δρομολογητές και switches

Χαρακτηρισμός δικτύων

Ηχητικά δίκτυα

Δίκτυα περιοχής αποθήκευσης

Στρώματα πρωτοκόλλων FC

Κλάσεις υπηρεσίας FC

Πλαίσιο FC

Δίκτυα FC

Δίκτυα μεταφοράς περιεχομένου

Σχεδιασμός κι απόδοση CDN

Δίκτυα επικάλυψης

Σε αυτή την ενότητα περιγράφονται τα συστήματα αποθήκευσης που εφαρμόζονται στο νέφος Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Αποθήκευση δεδομένων στο νέφος

Big data

Εξέλιξη της τεχνολογίας αποθήκευσης

Μοντέλα αποθήκευσης και δεδομένων

Σύστημα Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων

Απαιτήσεις εφαρμογών νέφους

Λογική και φυσική οργάνωση ενός αρχείου

Συστήματα αρχείων

Unix File System - UFS

Network File System - NFS

General Parallel File System - GPFS

Αξιοπιστία του GPFS

Κατανεμημένο κλείδωμα στο GPFS

Google File System - GFS

GFS - Αποφάσεις σχεδίασης

Τα τεμάχια του GFS

Η αρχιτεκτονική ενός GFS cluster

Apache Hadoop

Chubby - Μία υπηρεσία κλειδώματος

Ο αλγόριθμος Paxos

Κλειδαριές

Ο τρόπος λειτουργίας του Chubby

Επεξεργασία συναλλαγών

Πηγές επιπλέον φόρτου στο OLTP

NoSQL βάσεις δεδομένων

Bigtable

Megastore

Το μοντέλο δεδομένων του Megastore

Η οργάνωση του Megastore

Αυτή η ενότητα περιγράφει ζητήματα που σχετίζονται με την ασφάλεια στο νέφος. Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Ασφάλεια υπολογιστών στη νέα χιλιετία

Ασφάλεια στο νέφος

Ρίσκα ασφαλείας στο νέφος

Επιθέσεις σε περιβάλλον υπολογιστικού νέφους

Οι σημαντικότερες απειλές σε ένα υπολογιστικό νέφος

Έλεγχος δραστηριοτήτων στο νέφος

Ασφάλεια - Η βασική ανησυχία για τους χρήστες του νέφους

Ιδιωτικότητα

Νομική προστασία των χρηστών του νέφους

Κανόνες που διέπουν τη συλλογή προσωπικών πληροφοριών

Εκτίμηση επιπτώσεων απώλειας προσωπικών δεδομένων

Εμπιστοσύνη

Εμπιστοσύνη στο διαδίκτυο

Πως προσδιορίζεται η εμπιστοσύνη

Ασφάλεια λειτουργικού συστήματος

Κλειστές και ανοιχτές πλατφόρμες

Ασφάλεια εικονικών μηχανών

Απειλές ασφαλείας εικονικών μηχανών

Ασφάλεια εικονοποίησης

Περισσότερα πλεονεκτήματα της εικονοποίησης

Επιπτώσεις της εικονοποίησης

Επιπτώσεις της εικονοποίησης στην ασφάλεια

Κίνδυνοι ασφαλείας από τη χρήση κοινόχρηστων εικόνων

Κίνδυνοι ασφαλείας από τη χρήση ενός λειτουργικού συστήματος διαχείρισης

Πιθανές ενέργειες ενός κακόβουλου Dom0

Μία σημαντική αδυναμία του Xen

Αντιμετώπιση μίας ευπάθειας που εμφανίζεται κατά τη λειτουργία του Dom0

Xoar - ξεπερνώντας τον μονολιθικό σχεδιασμότου TCB

Συστατικά του Xoar

Η αρχιτεκτονική του Xoar

Έμπιστοι ελεγκτές εικονικών μηχανών

Σε αυτή την ενότητα περιγράφονται ζητήματα σχετικά με τα πολύπλοκα συστήματα και την αυτοοργάνωση. Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Πολύπλοκα συστήματα

Ποσοτικοποίηση της πολυπλοκότητας

Ανάδειξη

Αυτόοργάνωση

Δυνατότητα κλιμάκωσης κι αυτόοργάνωση

Κλιμάκωση

Μεταβάσεις φάσης

Όρια συνθεσιμότητας

Ο ρόλος του λογισμικού

Επεκτασιμότητα

Διαστρωμάτωση και ιεραρχία

Πολυπλοκότητα υπολογιστικών κι επικοινωνιακών συστημάτων

Παράγοντες που επηρεάζουν την πολυπλοκότητα των συστημάτων

Σύστημα απόσυστήματα

Αυτή η ενότητα ασχολείται με την ανάπτυξη εφαρμογών νέφους Η ενότητα περιλαμβάνει τα παρακάτω περιεχόμενα:

Κίνητρα

Ιεράρχηση πυραμίδας

Διασυνδέοντας clients με instances μέσω firewalls

Σύνδεση με ένα AWS instance

Σε αυτή την ενότητα περιγράφεται το MapReduce. Η ενότητα περιλαμβάνει τα  παρακάτω περιεχόμενα:

Εισαγωγή

Η φιλοσοφία του MapReduce

Ένα απλό παράδειγμα - Καταμέτρηση λέξεων

Καταμετρητής λέξεων και πίνακας αποτελεσμάτων

Πολλαπλές υποστάσεις του καταμετρητή λέξεων

Βελτίωση του καταμετρητή λέξεων για καλύτερη απόδοση

Όγκος δεδομένων της τάξης των Petabytes

Επίλυση του ζητήματος της κλιμάκωσης

Κατανομή της συλλογής δεδομένων

Διαίρει και Βασίλευε

Mapper and Reducer

Η διαδικασία του Map

Η διαδικασία του Reduce

Παραδείγματα εφαρμογών του MapReduce

Κατανεμημένο Grep

Μεγάλης κλίμακας παραγωγή αρχείων PDF

Τεχνητή νοημοσύνη

Γεωγραφικά δεδομένα

Page Rank

Ανοικτό Ακαδ. Μάθημα

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα
Επίπεδο: A+

Αρ. Επισκέψεων :  2113
Αρ. Προβολών :  11824

Ημερολόγιο