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Cloud Computing

Dr. Djamel Benmerzoug Email : [email protected]

Maitre de Conférences A, Laboratoire LIRE

Département TLSI Faculté des NTIC

Université Constantine 2 – Abdelhamid Mehri

Master 2 SITW - Recherche

DoS - Master 2 SITW

Plan de travail

1. Introduction au Cloud Computing 2. Définitions et concepts liés au Cloud Computing 3. La virtualisation 4. Les challenges et axes de recherches liés au

Cloud Computing

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Introduction générale

Quelques chiffres: - Flickr a > 10 milliards de photos - Facebook compte > 2 milliards d'utilisateurs mensuels - Google traite plus de 3,5 milliards de requêtes / jour sur plus de 130 trillions de pages - > 5 milliards de vidéos par jour visionnées sur YouTube - 300 heures de vidéo sont téléchargées sur YouTube toutes les minutes!

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Les applications modernes utilisent des données massives - Rendu du film "Avatar" requis + 1 pétaoctet de stockage (250 octet) - En 2008, Google a traité 20 pétaoctets par jour. - Dropbox contient plus de 500 pétaoctets de données utilisateur. - Google conçoit actuellement pour 1 exaoctet de stockage (exaoctet = 1018 octets) - On dit que le centre de données de la NSA Utah a 5

zettaoctets (!) Un zettaoctet = 1 000 000 000 000 000 000 octets (1021)

- Une pile de disques durs de 1 To d'une hauteur de 25 400 km 4


- Aucun ordinateur ne peut traiter autant de données: - De combien d’ordinateurs les services modernes ont besoin? - Facebook a plus de 60 000 serveurs - 1 & 1 Internet compte plus de 70 000 serveurs - Akamai possède + 95 000 serveurs dans 71 pays - Google est censé avoir plus de 1 million de serveurs.

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Mise à l'échelle (Scaling up)

Plus de besoin Plus de capacité

serveur PC Cluster Data center

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Clusters

Caractéristiques d'un cluster: - Beaucoup de machines similaires, interconnexion étroite (même pièce?) - Matériel souvent standardisé (racks, blades) - Habituellement détenu et utilisé par une seule organisation 7

Une vue globale de Data center

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Un Data center de l’intérieur

& Du networking massif

Milliers de centaines de racks

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Un Data center de l’intérieur

Refroidissement massif

Générateurs d’urgence

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Le problème de l’énergie

• Les data center consomment beaucoup d'énergie - les construire à proximité de sources d'électricité - Exemple: le prix par kWh est de 3,6 ct en Idaho (près de l’énergie hydroélectrique), de 10 ct en Californie (transmission longue distance) et de 18 ct à Hawaï (doit expédier le carburant)

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Power and cooling (énergie et refroidissement)

• Les clusters ont besoin de beaucoup d’énergie - Exemple: 140 Watts par serveur - Rack avec 32 serveurs: 4.5kW (nécessite une alimentation spéciale!) - La majeure partie de cette puissance est convertie en chaleur • Les grands cluster nécessitent un refroidissement massif - 4,5 kW est environ = 3 appareils de chauffage

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Mise à l'échelle (Scaling up)

Et si les data center n'étaient pas assez grands? - Construire des DC supplémentaires? - Où? Combien?

serveur PC Cluster Data center Network of Data center

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Distribution globale

• Les DC sont souvent distribués dans le monde entier • Pourquoi? - Etre proche des utilisateurs (physiquement) - Ressources moins chères - Protection contre les pannes

Emplacements des DC Google

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Problème 1: Difficile à dimensionner

• la charge peut varier considérablement - La charge maximale peut dépasser la charge moyenne du facteur de 2x jusqu’à 10x - Les organisations prévoient délibérément le maximum - Utilisation des serveurs dans les DC existants ~ 5% à

20%!! - Dilemme: gaspiller des ressources ou perdre des clients!

Demande non satisfaite 2x-10x

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Problème 2: Le coût

• Besoin d'investir beaucoup dans le matériel - Même un petit cluster peut coûter 100 000 $

- Microsoft a récemment investi 499 millions de dollars dans un seul DC

• Besoin d'expertise - La planification et la mise en place d'un cluster nécessite de la qualification et des logiciels spéciaux, etc.

• Besoin d'entretien - Quelqu'un doit remplacer le matériel défectueux, installer les mises à niveau logicielles, gérer les comptes d'utilisateurs, etc.

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Problème 3: Difficulté de passer à l’échelle

• Augmenter (Scaling up) est difficile - Nécessité de commander de nouvelles machines, de les installer, de les intégrer au cluster existant - cela peut prendre des mois! - Des facteurs d'échelle importants peuvent nécessiter une refonte majeure, par exemple, un nouveau système de stockage, une nouvelle interconnexion, un nouveau bâtiment

• Rebaisser (Scaling down) est difficile - Que faire du matériel superflu? - La puissance à vide (Énergie consommée même en l'absence de travail ) du serveur correspond à environ 60% de la consommation dans les picks - De nombreux coûts fixes, tels que la construction

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Résumé

• Les applications modernes == des traitement et de données massifs - Besoin de matériel, d'algorithmes et d'outils spéciaux pour travailler à cette échelle

• Les clusters et les DC peuvent fournir les ressources dont nous avons besoin, noter deux aspects : 1- échelle (taille de la pièce par rapport à celle du bâtiment) 2- matériel spécial; l'alimentation et le refroidissement sont de grandes préoccupations

• Les clusters et les DC ne sont pas parfaits - difficile à dimensionner; coûteux; difficile à l'échelle

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Cloud Computing

• Informatique à l'échelle

– le besoin d'évolutivité; échelle des services actuels

– Mise à l'échelle: des PC aux centres de données

– Problèmes avec les techniques de mise à l'échelle "classiques«

Cloud Computing

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Le Cloud computing prend les technologies, les services et les applications similaires à ceux d’Internet et les transforme en un utilitaire de libre-service. L’utilisation du mot «Cloud» fait référence aux deux concepts essentiels: 1- Abstraction: Cloud Computing cache (fait une abstraction) les détails de la mise en œuvre du système pour les utilisateurs et des développeurs. 2- Virtualisation: le Cloud Computing virtualise les systèmes en regroupant et en partageant les ressources.

Définition du Cloud Computing

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Définition du Cloud Computing

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According to NIST: Cloud computing is a model for enabling convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage, applications, and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction "Accès via un réseau à des ressources informatiques partageables et configurable" Essential characteristics: – On-demand self service – Broad network access – Resource pooling – Rapid elasticity – Measured service

Cloud Types

Pour parler du Cloud computing on doit définir le lexique du domaine. Il est convenu de séparer le Cloud computing en deux ensembles distincts de modèles: - Modèles de déploiement: Cela concerne l'emplacement

et la gestion de «l'infrastructure» du Cloud. - Modèles de service: il s'agit des types de services

particuliers auxquels on peux accéder a travers une plateforme de Cloud computing.

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Un modèle de déploiement définit l'objectif du

Cloud et la nature de la localisation du Cloud. La définition du NIST pour les quatre modèles de déploiement est la suivante: 1- Privé 2- Public 3- Hybride 4- Communautaire

Les modèles de déploiement

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Les modèles de déploiement

• Cloud public: service commercial; ouvert à (presque) n'importe qui Exemple: Amazon AWS, Microsoft Azure, Google App Engine

• Cloud communautaire: partagé par plusieurs organisations similaires.

Exemple: Google’s “Gov Cloud”

• Cloud privé: partagé au sein d'une seule organisation. Exemple: centre de données interne d'une grande entreprise.

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Trois types de service ont été universellement adoptées: 1- Infrastructure en tant que service: IaaS fournit des machines virtuelles, du stockage virtuel, une infrastructure virtuelle et d'autres ressources matérielles en tant que ressources pouvant être fournies pour les clients. le client est responsable de tous les autres aspects du déploiement. Exemple: Amazon Elastic Compute Cloud (EC2), Eucalyptus, GoGrid, FlexiScale, Linode, RackSpace Cloud, Terremark

Les 3 types de service du Cloud

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2- Plate-forme en tant que service: PaaS fournit des machines virtuelles, des systèmes d'exploitation, des applications, des services, des infrastructures de développement, des transactions et des structures de contrôle pour l’économie par exemple. Exemple: Force.com, GoGrid CloudCenter, Google App Engine, Windows Azure Platform


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3- Software en tant que service: SaaS est un environnement d'exploitation complet avec des applications, une gestion et une interface utilisateur. Dans le modèle SaaS, l'application est fournie au client via une interface client léger (généralement un navigateur) Exemple: GoogleApps, Oracle On Demand, SalesForce.com, SQL Azure


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Résumé

+ Partage de ressources, élasticité, payement à l’usage - Dépendance du fournisseur, Sécurité

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Modèles de service Modèles de déploiement

Cloud Computing: Accès via un réseau à des ressources informatiques partageables et configurables (NIST)

Virtualisation & Cloud Computing

Dr Djamel Benmerzoug

Maitre de Conférences A

Laboratoire LIRE


[email protected]

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Université Constantine 2 – Abdelhamid Mehri Faculté des Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication

Département TLSI Formation Master 2 SITW

mailto:[email protected]



Plan

• Introduction

• La virtualisation pourquoi ?

• Les hyperviseurs

• Types de la virtualisation

• Avantages de la virtualisation

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Introduction

• Le Cloud Computing est certainement sous le parapluie de la virtualisation.

• Cloud Computing : un environnement virtuel • Cet environnement virtuel permet la création d'un

système qui n'est pas lié logiquement au matériel sous-jacent.

• Le Cloud est essentiellement un environnement virtuel issu de la combinaison de plusieurs machines virtuelles en une seule entité puissante. Par conséquent, le processus de virtualisation est un élément clé dans la création de plates-formes et d'une infrastructure Cloud.

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La virtualisation pourquoi ?

• Supposons Ali a une machine physique avec 4 CPU et 8 Go de RAM et trois clients: – Yacine veut une machine avec 1 CPU et 3 Go de RAM – Amira veut 2 processeurs et 1 Go de RAM – Wassim veut 1 CPU et 4 Go de RAM

• Que doit faire Ali ?

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• Ali peut vendre à chaque client une machine virtuelle (VM) avec les ressources demandées

– Du point de vue de chaque client, il a sa propre machine physique (principe de l’isolateur)

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• La virtualisation peut être définie comme une technique pour cacher les caractéristiques physiques des ressources informatiques, en particulier sur la façon dont les autres systèmes, applications ou utilisateurs finaux interagissent avec ces ressources.

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Les hyperviseurs

• L’hyperviseur est la couche logicielle qui permet de gérer plusieurs machines virtuelles (VM) sur une seule machine physique.

• En apparence, chaque VM a ses ressources matériels ( CPU ; RAM, Disque .. ) alors que en réalité c’est l’hyperviseur qui les contrôles : il leur donnes les ressources matérielle dont elles ont besoin comme si chaque VM à ses propres ressources matérielles.

Généralement on utilise des

Hyperviseurs

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Les hyperviseurs

• Il existe 2 types d’hyperviseur :

• Hyperviseur de type 1 (barre métal ou natif) : il s'exécute directement sur une plateforme hardware.

• Exemple: VMware ESXi, Xen, HyperV, …etc.

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Les hyperviseurs

• Hyperviseur de type 2 (Hosted) : il s'exécute à l'intérieur d'un système d'exploitation, le système hôte

• Exemple: VMware Workstation, Parallels Oracle VirtualBox … etc.

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Différents types de la virtualisation

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Virtualisation de serveurs Principe: faire fonctionner plusieurs serveurs virtuels sur un serveur physique. L’objectif est de mutualiser les capacités de chaque serveur, permettant à l’entreprise de réaliser des économies et de réduire les investissements en infrastructures physiques. Avantages: - Utilisation optimale des ressources (répartition des

machines virtuelles sur les machines physiques en fonction des charges respectives)

- Les environnements fortement virtualisés simplifient l’installation, les tests, les développements, et permettent de rependre à différents points sans casser le système d’exploitation hôte

- Gains en sécurisation d’un réseau (les systèmes d’exploitation hôtes ne sont pas visibles de l’attaquant)

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Virtualisation de serveurs

• Deux principales techniques de virtualisation

– Virtualisation complète (full)

– Paravirtualisation

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Virtualisation complète

• La virtualisation est dite complète lorsque le système d'exploitation invité n'a pas conscience d'être virtualisé (sans aucune modification de leur noyau).

• L’hyperviseur va permettre l’exécution de plusieurs machines virtuelles sur la machine physique. Il gère les accès mémoire, l’allocation du CPU et toutes les ressources nécessaires aux machines virtuelles.

• Le produit le plus connu est VMware Infrastructure. Au boot de la machine, un linux se lance pour d’une part charger la console d’administration de la machine et d’autre part l’OS dédié à l’hyperviseur.

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• Virtualisation complète

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Paravirtualisation

• Par opposition à la virtualisation complète, on parle de paravirtualisation lorsque les systèmes d'exploitation doivent être modifiés pour fonctionner sur un hyperviseur de paravirtualisation. Les modifications sont en fait des insertions de drivers permettant de rediriger les appels système au lieu de les traduire.

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• Paravirtualisation

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Avantages de la virtualisation des serveurs

• Les 10 avantages de la virtualisation des serveurs (selon Silicon Vally)

1. moins de serveurs physiques

puisque plusieurs machines virtuelles peuvent fonctionner sur un unique serveur physique => le nombre de serveurs à acheter et à entretenir va être réduit.

2. meilleure disponibilité

migration à chaud des machines virtuelles => améliorer le taux de disponibilité de vos services.

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3. meilleures performances

répartir la charge de travail entre les serveurs. Lorsqu’une VM monte en charge de façon extrême, les autres pourront se replier sur un serveur physique moins sollicité.

Les tâches critiques pourront également fonctionner au sein d’une VM disposant de plus de cœurs de CPU (virtuels), de mémoire (virtuelle) et d’espace disque (virtuel) que les autres.

4. meilleure sécurité

séparer les différentes tâches d’un serveur physique en autant de machines virtuelles distinctes qui seront alors isolées les unes des autres, ce qui permettra de cloisonner les services.

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5. Garantie anti-obsolescence Un serveur virtualisé pourra basculer d’une machine en fin de vie vers un serveur neuf,

6. Gain potentiel sur les coûts de licences La virtualisation permet cependant parfois de profiter de packs de licences

couvrant l’OS du serveur physique et de ses machines virtuelles.

7. des sauvegardes simplifiées Avec une infrastructure virtualisée, le serveur physique est le seul qui soit matériellement présent dans la salle des machines. Les VM sont pour leur part du pur logiciel. Cet aspect simplifie grandement les opérations de sauvegardes de données.

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8. un PRA plus facile à gérer La virtualisation peut simplifier le plan de reprise d’activité (PRA), en facilitant l’application de plans complexes de remise en fonction. Par exemple le lancement d’un serveur de base de données avant le serveur de l’ERP qui y accède.

9. tester, sans rien payer Les développeurs ou administrateurs système pourront exploiter une VM pour essayer de nouveaux services

10. un tremplin vers le Cloud privé

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Externalisation des processus métiers vers le Cloud

Business Process Outsourcing (BPO) into the Cloud Computing

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Université Constantine 2 – Abdelhamid Mehri Faculté des Nouvelles Technologies de l'Information et de la

Communication

Dr Djamel Benmerzoug

Maitre de Conférences A

Laboratoire LIRE


[email protected]




Plan

• Introduction

• BPO pourquoi ?

• Types de BPO

• Problèmes de BPO

• Solution : Approche décisionnelles pour BPO

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Introduction

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un processus métier est un ensemble d'activités et de tâches qui rempliront l'un des objectifs de l'entreprise.

Introduction

• Gestion de processus métier

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Cloud

Modélisation

Automatisation

Exécution

Optimisation

Introduction

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Introduction

• Externalisation des processus métiers (Business Process Outsourcing: BPO) est une pratique d’entreprise qui consiste à déléguer à un prestataire une tâche ou l’intégralité d’un métier. L’entreprise externalise la mission qu’elle ne peut réaliser par elle-même.

• Dans le domaine de l’informatique, les entreprises externalisent généralement des missions hautement qualifiées. Par exemple, la programmation de logiciels ou l’administration de réseau sont des tâches qui peuvent faire l’objet d’un BPO. Les entreprises peuvent aussi délocaliser intégralement leur pôle informatique.

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BPO pourquoi ?

• Lorsqu’une entreprise ne peut accomplir certaines missions en interne, elle fait appel à un fournisseur pour s’en charger à sa place (pallier à son manque de compétences).

• Le BPO permet de libérer l’entreprise pour qu’elle puisse s’occuper de missions plus stratégiques et à plus forte valeur ajoutée.

• Libérez des ressources internes. Ces ressources peuvent être affectées à d'autres fonctions.

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BPO pourquoi ?

• Réduire et contrôler les coûts. BPO permet de réduire les dépenses en coûts fixes et de contrôler les coûts variables pouvant entraîner des économies significatives.

• Tap world-class talent. Faites appel à des expertises/talents de niveau mondiale. Les fournisseurs Cloud offrent une base de connaissances mondiale offrant des services de haut niveau/qualité.

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Types de BPO

Critère: distance géographique entre le pays où est basée la société donneuse d’ordre et celui où est implanté le prestataire.

• Offshore outsourcing : concerne une délocalisation des services vers des pays étrangers éloignés. (Maurice, Madagascar ou à l’Inde)

• Nearshore outsourcing : proximité moyenne. C’est le cas des pays de l’Est comme la Roumanie ou les pays du Maghreb comme l’Algérie, la Tunisie et le Maroc.

• Onshore outsiurcing : Il s’agit de recourir à des prestataires locaux.

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Types de BPO

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Problèmes

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Problèmes

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• Externalisation vers le Cloud ? Processus concernés ?

• Externalisation totale/partielle ? Activités à externaliser ?

• Offres Cloud les plus adaptés ? Critères à prendre en compte ?

• Garantir la sécurité et la conformité des processus externalisés ?

Décisions d’externalisation : Très difficile à mesurer… [INSEE 1, 2015]

1. Institut national de la statistique et des études économiques (France)

Solution

Approche décisionnelle pour l’externalisation des processus métiers vers le Cloud

– Spécification des exigences des activités

– Combinaison de plusieurs critères (risques, conformité, QoS, transfert de données …)

– Aide à la décision pour faire les bons choix

– Mise en place d’une solution BI pour l’analyse de l’historique

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Solution

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Modélisation : Meta-model pour BPO vers le Cloud

Solution

- Extension de BPMN (Méta-modèle)

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Solution

– Extension de BPMN (exemple)

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Solution

• Utilisation des méthodes de décision multicritère

• Méthodes existantes: AHP, TOPSIS, ELECTRE, PROMETHEE

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AHP: Analytic Hierarchy Process (Processus d’analyse hiérarchique)

• T. Saaty, "The Analytic Hierarchy Process," McGraw-Hill International, 1980 • Méthode multicritère d’aide à la décision (MCDM methods)

Principe de la méthode AHP

Étape 1: Structuration du problème décisionnel

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Étape 2: Comparaison des critères

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Étape 3: Vérification de la cohérence et calcul des poids relatifs – Poids relatif = Poids absolu / Somme des poids de la colonne

– Poids finaux = Moyenne de la ligne

– Ratio de Cohérence < 10 %

Étape 4: Calcul des scores finaux des alternatives

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Exemple AHP

• Étape 1: Structuration du problème

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Exemple AHP

Étape 2: Comparaison des critères/alternatives

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Exemple AHP

Étape 2: Comparaison des critères/alternatives

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Exemple AHP étape 3: Calcul des scores

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Exemple AHP

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