IaaS mit OpenStack

Cloud Computing in der Praxis

Tilman Beitter, Thomas Kärgel, André Nähring, Andreas Steil, Sebastian Zielenski

• Verlag: dpunkt
• Jahr: 2014
• ISBN:
  9783864915505
• Thema: Ciencia de la computación
• Thema: Computación cliente-servidor

Seit Jahren schwebt der Begriff "Cloud" über der IT-Welt. OpenStack ist eine mittlerweile von nahezu allen namhaften Herstellerfirmen unterstützte freie Softwarelösung für eine "Infrastructure-as-a-Service-Cloud", die Prozessorleistung, Speicher, Netzwerk- dienste - die Dienste einer kompletten IT-Infrastruktur - anbietet.Dieses Buch vermittelt einen Einstieg in das Thema Cloud Computing mit OpenStack. Es richtet sich an Linux-Systemadministratoren, die OpenStack in der Praxis ein- und umsetzen wollen.Nach der Klärung grundlegender Begriffe und Konzepte des Cloud Computing werden überblicksweise die einzelnen Komponenten der OpenStack-Infrastruktur und ihr Zusammenspiel vorgestellt. Anschließend werden die wesentlichen Komponenten distributionsübergreifend im Detail in jeweils einem eigenen Kapitel besprochen. Weitere und zukünftigeKomponenten werden in einem kurzen Überblick skizziert. Ein Kapitel zu Setup-Szenarien zeigt schließlich den konkreten Aufbau einerOpenStack-Umgebung anhand der Enterprise- Distributionen Red Hat Enterprise Linux, SUSE Linux Enterprise Server sowie Ubuntu.Mit diesem Buch finden Sie einen Weg zur Installation, Konfiguration und Administration Ihrer eigenen IaaS-Cloud mit OpenStack.Die Autoren sind Mitarbeiter der B1 Systems GmbH, die sich seit Anfang 2011 an der Entwicklung von OpenStack beteiligt und erfolgreichzahlreiche Projekte sowohl bei mittelständischen als auch bei DAX-Unternehmen umgesetzt hat. Ihre Praxiserfahrungen sind in das Buch miteingeflossen.

1 Einführung

1.1 Was ist Cloud Computing?

Seit einigen Jahren findet sich der Ausdruck Cloud Computing in der Fachwelt, die Verbreitung in den allgemeinen Sprachgebrauch wurde schließlich auch durch die Werbung großer Internet Service Provider vorangetrieben. Doch was bedeutet das genau?

Im IT-Umfeld meint eine Cloud oft zwei verschiedene Dinge:

• zum einen die oft beworbene Cloud zur Speicherung von Daten,
• zum anderen eine Cloud, die nicht nur Speicherplatz, sondern auch weitere Ressourcen (wie z. B. CPU-Zeit) bereitstellt.

Abb. 1-1 Cloud Computing – Übersicht

1.1.1 Anwendungsfälle

Im Folgenden werden zwei gängige Anwendungsfälle der Cloud für Endanwender vorgestellt.

Datenspeicherung in der Cloud

Ein Kunde nutzt einen Webmail-Anbieter für seinen E-Mail-Zugang und somit den vom Anbieter bereitgestellten Speicherplatz. Ein Teil des Platzes ist dem Postfach des Kunden zugeordnet. Bei der Nutzung entstehen weitere Daten und belegen den Speicher, bis dieser ausgeschöpft ist. Der Anbieter stellt nun zusätzlichen Speicherplatz für den Kunden bereit. Dieser zusätzlich genutzte Speicherplatz wird protokolliert und dem Kunden unter Umständen in Rechnung gestellt.

Ein Kunde ist also ein Verbraucher, der sich an bereitgestellten Ressourcen bedient. Das Postfach läuft voll und der zur Verfügung stehende Speicherplatz wird automatisch erweitert. Dabei wird der neue, zusätzlich benötigte Speicherplatz aus einem Pool genommen. Solch ein Pool enthält Ressourcen, die von anderen Systemen zur Verfügung gestellt werden, und kann von unterschiedlichen Anbietern beansprucht werden. Wäre das Postfach eines anderen Kunden zuerst vollgelaufen, hätte dieser den entsprechenden Speicher bekommen. Es werden also gemeinsam genutzte Ressourcen verteilt. Dabei wird die Nutzung der Ressourcen, der eigentliche Verbrauch, automatisch überwacht und protokolliert. Selbstverständlich kann hier auch eine Kontrolle erfolgen (buchhalterisch ausgedrückt: Erst wenn die Rechnungen des Kunden bezahlt wurden, bekommt er neuen Speicherplatz).

Viele Hosting-Anbieter stellen ihren Kunden mittlerweile Lösungen dieser Art zur Verfügung. Auch große Service-Provider haben inzwischen ein entsprechendes Angebot.

Die Cloud hingegen, die nicht nur den Speicherplatz, sondern auch weitere Ressourcen zur Verfügung stellt, macht dies mit virtuellen Maschinen¹. Diese virtuellen Maschinen können mit einer vollständigen Konfiguration eines Betriebssystems auf Anforderung gestartet werden. Hier besteht die Möglichkeit, dass lediglich ein Betriebssystem als Basis für eine virtuelle Maschine angeboten wird. Es können aber auch vollständig konfigurierte Anwendungen bereitgestellt werden.

Nutzung virtueller Maschinen in der Cloud

Ein Onlinekaufhaus bietet in einer Werbeaktion ein sehr gefragtes Produkt günstig an. Daraufhin nehmen die Besuche auf der Plattform des Anbieters in kürzester Zeit rasant zu, die vorhandenen Webserver können die Anfragen nicht mehr abarbeiten. Genau für diese Auslastung startet der Betreiber nun virtuelle Maschinen in seiner Cloud, die über eine Anbindung ans Netzwerk verfügen, ein Betriebssystem starten und einen konfigurierten Webserver bereitstellen. Auf diese nun zusätzlich vorhandenen Webserver können die neuen Anfragen verteilt werden. Ist das Angebot nicht mehr gültig oder die Besucherzahlen flauen ab, beendet der Anbieter die virtuellen Maschinen wieder.

Ein alternatives Einsatzgebiet ist das Testen von Software auf unterschiedlichen Betriebssystemen. Mithilfe einer Cloud können verschiedene Betriebssystemabbilder vorgehalten werden. Auf Knopfdruck startet ein ausgewähltes Betriebssystem in einer virtuellen Maschine (VM). Dort finden nun Softwaretests statt. Nach deren Beendigung wird die Instanz beendet und ein anderes Betriebssystem gestartet. Je nach Anforderung der Testumgebung (z. B. Festplattenplatz, Hauptspeicher oder Anzahl der Netzwerkkarten) können diese Ressourcen angepasst werden. So können verschiedene Anforderungen kurzfristig erfüllt werden; die Hardware kann dadurch optimal ausgenutzt werden und es muss nicht für jede Möglichkeit passende Hardware vorgehalten werden.

1.1.2 Definition: Cloud Computing

Das National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA hat eine allgemeingültige Definition² von Cloud Computing vorgestellt. Diese wird auch vom deutschen BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik) als Grundlage für seine Definition einer Cloud verwendet und auch die ENISA (European Network and Information Security Agency) nutzt die Formulierung des NIST.

Danach umschreibt Cloud Computing ein Modell, um auf einfache Art und Weise auf geteilte Ressourcen von Computern zuzugreifen. Hierbei kann es sich um Netzwerk, Speicher, Anwendungen oder sonstige Serverdienste handeln. Diese Ressourcen können schnell angefordert, genutzt und freigegeben werden. Der entsprechende Service-anbieter wird, wenn überhaupt, nur minimalen Aufwand betreiben müssen, um die Ressourcen zu verwalten.

Außerdem definiert das NIST die wesentlichen Merkmale, Servicemodelle und Verwendungsmodelle von Cloud Computing.

Merkmale

Laut der NIST-Definition existieren fünf essenzielle Charaktermerkmale einer Cloud:

On-demand Self Service

Ein Kunde kann die von ihm genutzten Ressourcen verwalten. Dies betrifft z. B. Speicherplatz. Eine manuelle Aktion des Service-Providers ist nicht notwendig, der Kunde kann rund um die Uhr, an allen Tagen, auf die Ressourcen zugreifen und diese per API-Zugriffen verwalten. »Verwalten« bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Kunde in der Lage ist, Ressourcen anzufordern, einzubinden und freizugeben.

Broad Network Access

Ressourcen sind über ein Netzwerk erreichbar und können über Standardmechanismen über das Netzwerk verwaltet werden.

Resource Pooling

Die verfügbaren Ressourcen eines Anbieters werden als gemeinsame Basis für mehrere Kunden genutzt. Physikalische und virtuelle Ressourcen können dynamisch erweitert oder verringert werden. Ein Kunde benötigt kein Wissen über den geografischen Standort seiner Ressourcen. Diese können über Landesgrenzen hinweg verteilt werden.

Rapid Elasticity

Die zur Verfügung stehenden Ressourcen können je nach Anforderung hinzugefügt oder entfernt werden. Dies kann in einigen Fällen automatisch geschehen, sodass die Ressourcen automatisch reguliert und optimiert werden können. Durch diese Möglichkeiten erscheinen den Kunden die Ressourcen als unbegrenzt vorhanden.

Measured Service

Die genutzten Ressourcen werden gemessen und können korrekt abgerechnet werden.

Servicemodelle

Die zur Verfügung stehenden Ressourcen können über unterschiedliche Servicemodelle genutzt werden.

Software as a Service (SaaS)

Die vom Anbieter zur Verfügung gestellten Anwendungen stehen über ein schlankes Clientinterface bereit. Der Kunde nutzt die Anwendung eines Anbieters, also z. B. ein Wiki. Beispiele für solche Anwendungen sind z. B. Google Apps, Web-Conferencing-Lösungen und Imaging/Printing-Lösungen.

Platform as a Service (PaaS)

Hier werden Kunden z. B. bestimmte Plattformen wie TomCat o.ä. zur Verfügung gestellt. Im Gegensatz zur SaaS-Cloud sind die Anwendungen eigentlich für Entwickler gedacht und nicht für Endanwender. Die Kunden kümmern sich nicht um die darunter befindlichen Ressourcen wie Netzwerk, Speicher etc. Anbieter für PaaS sind u. a. Microsoft mit Azure und die Google App Engine.

Infrastructure as a Service (IaaS)

Hier wird dem Kunden die benötigte Infrastruktur zur Verfügung gestellt; dies betrifft Netzwerk, Speicher, Rechenleistung etc. Als Beispiele seien Amazon Web Services oder OpenStack genannt.

Abb. 1-2 Cloud Computing – Servicemodelle

Verwendungsmodelle

Zusätzlich zu den Servicemodellen werden unterschiedliche Verwendungsmodelle definiert. Diese unterscheiden sich je nach Einsatzgebiet:

Private Cloud

Die zur Verfügung gestellten Ressourcen werden exklusiv von einer Organisation genutzt. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Bereitstellung der Hardware (und somit der Ressourcen) im eigenen Rechenzentrum handeln. Die Ressourcen werden nicht öffentlich zugänglich gemacht, sie stehen exklusiv nur einer Firma zur Verfügung.

Community Cloud

Die Nutzung der Ressourcen ist für eine bestimmte Community gedacht, die als Kunde auftritt und somit die Ressourcen nutzt. Dabei kannn die Community aus mehreren Organisationen bestehen. Hier kann die Cloud einer Organisation gehören oder von ihr verwaltet werden.

Public Cloud

Eine Organisation kann die Ressourcen dieser Cloud nutzen. Einem Anwender ist nicht bekannt, mit wem er die Ressourcen gerade teilt (z. B. wessen virtuelle Maschinen auf demselben Host laufen, auf dem nun die eigenen VMs gestartet wurden).

Hybrid Cloud

Hierbei werden zwei der bereits erwähnten Verwendungsmodelle verschmolzen, so wird eine öffentliche mit einer privaten Cloud vereint. Somit kann eine private Cloud, die ihre Ressourcen bereits alle zur Verfügung stellt und keine weiteren mehr bereitstellen kann, durch die Anbindung einer öffentlichen Cloud zur einer hybriden Cloud werden. Hier werden dann neue Ressourcen in der öffentlichen Cloud gebucht und verwendet.

Je nach Einsatzzweck und gewünschter Verwendung wird nun aus den entsprechenden Typen gewählt. Unternehmen nutzen vielfach zur Bereitstellung interner Cloud-Strukturen nur eine private Cloud, damit sowohl Kontrolle als auch Daten im eigenen Haus bleiben. Wird eine private Cloud im eigenen Rechenzentrum betrieben und müssen z. B. zur Weihnachtszeit Lastspitzen aufgefangen werden, so kann auf einen externen Anbieter zurückgegriffen werden und die private Cloud zu einer hybriden Cloud erweitert werden. Ist die zusätzliche Last wieder verschwunden, wird nur noch die private Cloud genutzt.

Datensicherheit und Datenschutz spielen bei der Auswahl des korrekten Modells eine wichtige Rolle. Diese Kriterien müssen vor Nutzung ein...