UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA DERIK JONATAN LIMA

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1 UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA DERIK JONATAN LIMA PROPOSTA DE ARQUITETURAS PARA DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES CORPORATIVAS VOLTADAS AO AMBIENTE DE NUVEM Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Engenharia de Projetos de Software da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial à obtenção do título de Especialista em Engenharia de Projetos de Software. Orientador: Prof. Osmar De Oliveira Braz Junior, M.Eng. Florianópolis 2013

2 DERIK JONATAN LIMA DIRETRIZES, PADRÕES E BOAS PRÁTICAS NO DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES CORPORATIVAS VOLTADAS AO AMBIENTE DE NUVEM Esta monografia foi julgada adequada à obtenção do título de Especialista em Engenharia de Projetos de Software e aprovada em sua forma final pelo Curso de Especialização em Engenharia de Projetos de Software da Universidade do Sul de Santa Catarina. Florianópolis, 16 de Abril de Prof. Osmar De Oliveira Braz Junior, M.Eng. Universidade do Sul de Santa Catarina Prof. Jean Carlo Rossa Hauck, DR. Universidade do Sul de Santa Catarina

3 Dedico esta monografia aos meus pais, Evandro e Fabiana e a minha irmã, Petlyn.

4 AGRADECIMENTOS Aos meus pais pelo apoio e grande incentivo, não só neste trabalho, como na vida. Ao professor Osmar, pela sua orientação. Ao criador da cerveja, por ter criado o líquido que impulsionou muitas ideias para o presente trabalho.

5 Machine). If ignorance is bliss, then knock the smile off my face. (Rage Against The

6 RESUMO A computação em nuvem veio para auxiliar as empresas de desenvolvimento de software a manterem seu foco, preocupando-se menos com infraestrutura e mais com o desenvolvimento do software em si. A infraestrutura como serviço na nuvem (Infrastructure as a Service, IaaS) permitiu a criação e evolução de diversas empresas que precisaram de pouco ou nenhum investimento inicial em hardware e infraestrutura de rede. O presente trabalho visa estudar os serviços que uma dessas empresas de infraestrutura na nuvem oferece, A Amazon Web Services (AWS), que é a maior no segmento, assim como as boas práticas de arquitetura específicas para a infraestrutura na nuvem. Como objetivo, este trabalho fará um comparativo entre uma arquitetura de uma aplicação legada real, que roda da maneira tradicional, com servidores físicos próprios, e o que deveria ser alterado para que a mesma funcionasse utilizando da melhor maneira possível os recursos da infraestrutura em nuvem. Palavras-chave: Computação em Nuvem. Infrastructure as a Service. Arquitetura. Amazon Web Services.

7 ABSTRACT Cloud computing is here to help companies that developing software to keep your focus, worrying less about infrastructure and more with the development of the software itself. Infrastructure as a cloud service (Infrastructure as a Service, IaaS) allowed the creation and evolution of several companies that needed little or no upfront investment in hardware and network infrastructure. The present work aims to study the services of one of these companies in the cloud infrastructure offers, the Amazon Web Services (AWS), which is the largest company of IaaS, as well as the best practices of architecture specific for cloud infrastructure. As a goal, this work will make a comparison between an architecture for a real legacy application that runs in the traditional way, with their own physical servers, and what should be changed so that it would work the best way possible using the resources of the cloud infrastructure. Keywords: Cloud Computing. Infrastructure as a Service. Architecture. Amazon Web Services.

8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Quadrante mágico para provedores de Infraestrutura como Serviço...14 Figura 2: Console de gerenciamento dos serviços disponibilizados pela AWS...23 Figura 3: Screenshot da área de seleção de região do console da AWS, mostrando as atuais opções de regiões...29 Figura 4: Zonas de disponibilidades (VERAS, 2013, p. 41)...30 Figura 5: Detalhe da zona de disponibilidade (VERAS, 2013, p. 43)...31 Figura 6: Regiões e zonas de disponibilidade (VERAS, 2013, p. 43)...31 Figura 7: Níveis de Multitenancy (CHATE, 2010, p. 5)...36 Figura 8: Arquitetura para hosting de uma aplicação Web...47 Figura 9: Arquitetura para alta tolerância a falhas e alta disponibilidade utilizando o Elastic Load Balancing...50 Figura 10: Arquitetura para alta tolerância a falhas e alta disponibilidade utilizando o Elastic IP...51 Figura 11: Diagrama de deployment mostrando a atual infraestrutura que roda as aplicações da empresa hipotética...52 Figura 12: Uma representação do lado do servidor da interface com o usuário. (BURNS, 2009, p. 37)...54

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Frameworks utilizados para suportar o modelo MVC nas aplicações da empresa hipotética...53

10 LISTA DE SIGLAS IaaS Infrastructure as a Service PaaS Plataform as a Service SaaS Software as a Service AWS Amazon Web Services NIST National Institute of Standards and Technology IBM International Business Machines CSA Cloud Security Alliance REST Representational State Transfer SOA Service-oriented Architecture WS Web Services MVC Model-view-controller

11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA PROPOSTA DE ARQUITETURAS PARA A NUVEM CASO DE USO: APLICAÇÃO LEGADA CONCLUSÃO...57 REFERÊNCIAS...58

12 12 1 INTRODUÇÃO Muitas empresas, principalmente startups 1, encontram dificuldades para conseguir investimentos para iniciar seus negócios. Em alguns casos, faz-se necessário um grande investimento inicial em infraestrutura computacional para suportar grandes acessos a uma nova aplicação. Por exemplo, para lançar uma nova rede social, é necessário um grande investimento em infraestrutura para poder suportar uma grande quantidade de usuários. (HOWARD, 2010) Gerenciar a infraestrutura computacional é bastante complexo, pois é difícil saber exatamente o quanto, em recursos computacionais, você precisará para suportar sua aplicação. Além disso, cada aplicação pode utilizar os recursos computacionais disponíveis (Ex: Processamento, memória, armazenamento, performance de rede, entre outros.) de maneiras diferentes. Algumas aplicações exigem um grande armazenamento de dados, outras exigem maior processamento, entre outros. (VARIA, 2010) Se a empresa optar por fazer um grande investimento em infraestrutura, pode vir a ter um grande prejuízo se a aplicação não der certo. Por outro lado, caso a aplicação cresça demais e não possua a infraestrutura suficiente, a empresa poderá perder mercado por falta de performance da sua aplicação para atender a demanda necessária. (VARIA, 2010) Possuir uma infraestrutura computacional grande também requer custos adicionais com energia, espaço físico, aluguel de salas, segurança e pessoas capacitadas para gerenciar esses recursos. (VARIA, 2010) A computação em nuvem vem para acabar com o problema citado acima. Computação em nuvem é um novo conceito para abstrair o acesso aos recursos computacionais, utilizando-os sob demanda. Por recursos computacionais, entende-se: redes, servidores, armazenamento, aplicações, serviços, entre outros. Esses recursos devem estar disponíveis rapidamente, com o mínimo esforço de configuração ou interação com o provedor de serviço. (MELL, 2011) Conforme REESE (2009, p. 16): 1 Uma startup compreende de uma a oito pessoas, a maioria desenvolvedores, que se uniram para criar uma base de código cujos benefícios eles oferecerão ao mundo, especialmente o mundo online. Essa base de código, muitas vezes, pode ser acessado através da Web. (WALSH, 2009, p. 8)

13 13 A nuvem é onde você vai para usar tecnologia conforme sua necessidade, pelo tempo que você precisar e nenhum minuto a mais. Você não instala nada no seu computador pessoal e você só paga pela tecnologia quando você está utilizando-a. A computação em nuvem possui diversas modalidades. Segundo a proposta de padronização da National Institute of Standards and Technology (NIST), essas modalidades se dividem em três (MELL, 2011): Infrastructure as a Service (IaaS); Plataform as a Service (PaaS), e; Software as a Service (SaaS). O IaaS é responsável pelos recursos computacionais providos por um provedor de nuvem, limitando-se a parte física (hardware) dos recursos, como processamento, armazenamento, tráfego de rede, entre outros. (MELL, 2011) Já o PaaS é responsável pelas plataformas de desenvolvimento providas por um provedor de nuvem. Por plataformas de desenvolvimento entende-se servidores de aplicação 2, APIs 3 para acesso aos recursos disponibilizados, através de uma ou mais linguagens de programação, entre outros. Nessa modalidade o cliente não possui acesso aos recursos de hardware. (MELL, 2011) O SaaS é responsável pelas aplicações providas por um provedor de nuvem. Essas aplicações rodam totalmente online, não sendo necessário instalar nada localmente. O acesso a essas aplicações pode ser feito de computadores, dispositivos móveis, entre outros. (MELL, 2011) No capítulo Revisão Bibliográfica (Capítulo 2), esses temas serão explicados com maior profundidade. Para tornar o trabalho mais específico e objetivo, utilizaremos como base para aplicação dos conceitos propostos a estrutura da Amazon Web Services (AWS) que, segundo Gartner, é a empresa líder em IaaS. 2 Servidor de aplicação refere-se ao processo que fornece as funções que são necessárias para suportar os aplicativos do usuário. (ALBERTONI, 2010) 3 API significa Application Programming Interface. Uma API pode fornecer um gancho para colegas, parceiros ou desenvolvedores terceiros, provendo acesso a dados e serviços para construir aplicações, como aplicativos para dispositivos móveis, rapidamente. (JACOBSON, 2012)

14 14 Figura 1: Quadrante mágico para provedores de Infraestrutura como Serviço. Fonte: < Acesso em: 20 dez O presente trabalho será focado apenas no IaaS, que é o modelo de serviço na computação em nuvem no qual poderemos aplicar arquiteturas para aplicações. 1.1 JUSTIFICATIVA A arquitetura de sistemas tradicionais foi projetada para utilizar uma infraestrutura única, com pouca ou nenhuma elasticidade 4. É bastante complexo fornecer recursos computacionais a medida que a demanda cresce. Sendo assim, o cenário mais comum são 4 Elasticidade é a capacidade do ambiente computacional de nuvem aumentar ou diminuir de forma automática os recursos computacionais demandados e provisionados para cada usuário. (CHEDE, 2009)

15 15 empresas que possuem recursos insuficientes para sua atual demanda, ou possuem recursos demasiados para sua demanda, recursos que são desperdiçados, gerando custos para a empresa. (VERAS, 2013) Dado o cenário acima, muitas das consolidadas práticas de arquitetura de aplicações não levam em consideração a arquitetura de recursos dos provedores de nuvem como elasticidade, balanceamento de carga e uma arquitetura voltada a serviços. (VARIA, 2010) A maioria das aplicações são criadas sem a arquitetura necessária para a elasticidade e extensibilidade das mesmas, o que ocasiona um mal aproveitamento dos recursos de infraestrutura quando a aplicação é portada para a nuvem. (VARIA, 2010) Hoje em dia a nuvem surge como uma solução para utilizar grandes recursos computacionais e de infraestrutura, sem a necessidade de um grande investimento inicial. Além disso, utilizando os serviços de infraestrutura de um provedor de nuvem, é possível aumentar a capacidade de recursos para uma aplicação de maneira simples, rápida e com baixo custo, diminuindo muito o risco de investimentos em infraestrutura. (VARIA, 2010) Para adequar as aplicações a essa nova realidade, é necessário um projeto de arquitetura que saiba utilizar da melhor maneira possível esses recursos disponibilizados pelo provedor de nuvem. (VARIA, 2010) Este trabalho possui a intenção de mostrar algumas boas práticas de arquitetura de aplicações que auxiliam no melhor uso possível dos recursos da nuvem. Por melhor uso se entende alta performance, baixo custo, alta escalabilidade, alta disponibilidade de dados e alta segurança. Além disso, pretende fazer um comparativo prático entre a atual arquitetura de uma aplicação legada e o que a mesma deve alterar na sua arquitetura para se ajustar aos novos conceitos da nuvem. 1.2 OBJETIVOS Para facilitar o entendimento, os objetivos foram divididos em duas partes: objetivo geral e objetivo específico.

16 Objetivo Geral O objetivo geral do trabalho é propor soluções arquiteturais para que novas aplicações possam utilizar os recursos dos provedores de nuvem da melhor maneira possível, de acordo com objetivos predefinidos como: baixo custo, alta performance, alta disponibilidade, alta segurança, entre outros, além de realizar um comparativo entre a arquitetura atual de uma aplicação legada, que não é utilizada com os recursos da nuvem, e o que deveria ser alterado para que a mesma suportasse da melhor maneira possível os recursos da nuvem Objetivo Específico Os objetivos específicos são: Definir os conceitos envolvidos em Computação na Nuvem; Apresentar os serviços que são disponibilizados nos principais provedores de Nuvem; Apresentar como esses serviços devem ser utilizados; Propor boas práticas de desenvolvimento de aplicações para a nuvem; Propor arquiteturas de aplicações para objetivos específicos; Fazer um estudo sobre uma aplicação legada não projetada para nuvem e o que deveria ser alterado para a mesma utilizar corretamente todos os recursos de nuvem. 1.3 METODOLOGIA A metodologia do trabalho será conceitual e teórica, sendo fundamentada em pesquisa bibliográfica. O trabalho será baseado em estudos teóricos sobre os serviços disponíveis nos provedores de nuvem e as boas práticas de arquiteturas disponíveis no mercado, culminando em diversas propostas de arquitetura de aplicações específicas para a nuvem que caminhem de acordo com o objetivo do cliente.

17 ESTRUTURA DO TRABALHO O trabalho está dividido em cinco partes: A introdução apresenta os objetivos, a justificativa e a motivação do trabalho, além de explicar, brevemente, alguns conceitos importantes de computação em nuvem para auxiliar no entendimento do trabalho; A segunda parte fará a revisão bibliográfica dos conceitos que serão necessários para o entendimento da proposta desse trabalho, como Computação em Nuvem, Cache, Amazon Web Services (AWS), Representational State Transfer (REST), Serviceoriented Architecture (SOA), Elasticidade, Balanceamento de Carga, Paralelização, Redundância, Multi-tenant, entre outros; A terceira parte apresentará as propostas de arquiteturas de aplicações que melhor se adéquam aos conceitos citados acima para que possa servir de base para entidades que queiram criar aplicações totalmente adequadas ao ambiente de nuvem; A quarta parte apresenta um caso de uso das alterações necessárias em uma aplicação legada para que a mesma utilize da melhor maneira possível os recursos do ambiente de nuvem; A quinta, e última, parte apresenta a conclusão do trabalho e sugestões para futuros trabalhos.

18 18 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Este capítulo é responsável por dar o embasamento teórico necessário para o correto entendimento da proposta deste trabalho. Conceitos como Computação em Nuvem, Cache, AWS, REST, SOA, Elasticidade, Balanceamento de Carga, Paralelização, Redundância, Multi-tenant, entre outros, serão vistos. 2.1 VISÃO GERAL SOBRE A NUVEM Existem diversos modelos que propõe uma arquitetura de referência para explicar a computação em nuvem. Segundo Veras (2013, p. 16), existem quatro arquiteturas de referência que se destacam: NIST Cloud Computing Reference Architecture IBM Cloud Reference Architecture Cisco Cloud Reference Architecture Cloud Reference Model da CSA Ainda segundo Veras (2013, p. 16), o modelo NIST é o mais aceito atualmente. Por isso, utilizaremos o NIST como base para explicar os conceitos mais básicos da computação em nuvem. Segundo Coutinho (2013, p. 216): A Computação em Nuvem propõe a integração de diversos modelos tecnológicos para o provimento de infraestrutura de hardware, plataformas de desenvolvimento e aplicações na forma de serviços sob demanda com pagamento baseado em uso [Sá et al. 2011]. Neste novo paradigma de utilização de recursos computacionais, clientes abrem mão da administração de uma infraestrutura própria e dispõem de serviços oferecidos por terceiros, delegando responsabilidades e assumindo custos estritamente proporcionais à quantidade de recursos que utilizam. A título de melhor entendimento, os modelos tecnológicos aos quais Coutinho (2013) se refere podem ser ligados com os modelos de serviços citados pelo NIST. Infraestrutura de Hardware seria o IaaS, Plataformas de Desenvolvimento seriam o PaaS e as

19 19 Aplicações seriam o SaaS. Esses três modelos de serviços serão explicados no texto sobre Modelos de Serviço. Para explicar em definitivo os principais conceitos da nuvem, será seguido a mesma estrutura proposta pelo NIST (MELL, 2011) que é dividida em três partes: Características essenciais da Computação em Nuvem; Modelos de serviços; Modelos de deployment Características essenciais da Computação em Nuvem: Autosserviço sob demanda: Um cliente de um serviço de computação em nuvem pode requisitar recursos computacionais em tempo real sem precisar interagir com o provedor de serviço. (MELL, 2011, p. 2) Amplo acesso à rede: Os recursos computacionais estão disponíveis através da rede e são acessados através de mecanismos padrão que possibilitam o acesso através de diversos tipos de dispositivos, como smartphones, tablets e computadores pessoais. (MELL, 2011, p. 2) Pool de recursos: Os recursos de computação do provedor são agrupados para atender vários clientes através de um modelo multi-tenant 5, com diferentes recursos físicos e virtuais atribuídos e realocados dinamicamente de acordo com a demanda do cliente. A localização dos recursos é transparente para o usuário, normalmente se restringindo ao país, estado ou datacenter 6. Exemplos de recursos incluem armazenamento, processamento, memória e largura de banda da rede. (MELL, 2011, p. 2) 5 Multi-tenant é uma aplicação do lado servidor que suporta diversos clientes em uma única instância da aplicação. (REESE, 2011, p. 3) 6 Datacenter (centro de dados) é o departamento em uma empresa que abriga e mantém a infraestrutura dos sistemas de tecnologia da informação e armazenamento de dados (seus mainframes, servidores e bancos de dados). Este departamento e todos os sistemas residem em um lugar físico, portanto, o nome Datacenter. (Fonte: < >, Acesso em: 20 jan. 2014)

20 20 Elasticidade rápida: Os recursos computacionais podem ser elasticamente usados e liberados, algumas vezes até de maneira automática, para aumentar ou diminuir os recursos computacionais de acordo com a demanda. Para o cliente, os recursos computacionais parecem ilimitados e podem ser apropriados para qualquer quantidade a qualquer tempo. (MELL, 2011, p. 2) Serviço mensurado: Os sistemas Cloud automaticamente controlam e otimizam o uso dos recursos, medindo, de maneira abstrata para o usuário, todos os tipos de serviço como armazenamento, processamento, largura de banda e contas de usuários ativos. (MELL, 2011, p. 2) Modelos de serviços: IaaS: É a capacidade fornecida ao consumidor para processamento, armazenamento, redes e outros recursos de computação fundamentais onde o consumidor é capaz de implementar e executar software arbitrário, que pode incluir sistemas operacionais e aplicativos. O consumidor não gerencia nem controla a infraestrutura de nuvem subjacente, mas tem controle sobre sistemas operacionais, armazenamento e aplicativos implementados e possivelmente controle limitado de componentes de rede (por exemplo, firewalls do host). (MELL, 2011, p. 3) PaaS: É a capacidade fornecida ao consumidor para implantar suas aplicações consumindo a infraestrutura de nuvem criada usando linguagens de programação, bibliotecas, serviços e ferramentas suportadas pelo provedor. O consumidor não gerencia nem controla a infraestrutura de nuvem subjacente, incluindo rede, servidores, sistemas operacionais ou armazenamento, mas tem controle sobre os aplicativos implementados e possivelmente definições de configuração para o ambiente de hospedagem de aplicativos. (MELL, 2011, p. 2)

21 21 SaaS: É a capacidade fornecida ao consumidor de utilização de aplicativos rodando em uma infraestrutura de nuvem. As aplicações são acessíveis a partir de vários dispositivos clientes, quer através de uma interface de cliente, como um navegador web (por exemplo, baseado na web), ou uma interface desktop nativa. O consumidor não gerencia nem controla a infraestrutura de nuvem subjacente, incluindo rede, servidores, sistemas operacionais, armazenamento, ou mesmo capacidades de aplicativos individuais, com a possível exceção de configurações limitadas de configuração de aplicativos específicos do usuário. (MELL, 2011, p. 2) Modelos de deployment: Nuvem privada: a infraestrutura de nuvem privada é provisionada para uso exclusivo para uma única organização, sendo que essa organização pode agrupar vários consumidores. A infraestrutura pode, ou não, ser de propriedade da própria organização, além de ser gerenciada e operada pela mesma, um terceiro, ou alguma combinação deles, e pode existir dentro ou fora das instalações da organização. (MELL, 2011, p. 3) Nuvem comunitária: a infraestrutura de nuvem comunitária é provisionada para uso exclusivo por uma comunidade específica de organizações que possuem objetivos similares. A infraestrutura pode, ou não, ser de propriedade de uma ou mais organizações, além de ser gerenciada e operada por uma ou mais organizações na comunidade, um terceiro, ou uma combinação deles, além de poder existir dentro ou fora das instalações das organizações responsáveis. (MELL, 2011, p. 3) Nuvem pública: a infraestrutura de nuvem pública é provisionada para uso aberto ao público em geral. A infraestrutura pode, ou não, ser de propriedade, gerenciada e operada por uma empresa, centro acadêmico ou organização governamental, ou alguma combinação das mesmas. Ela existe nas instalações do provedor de nuvem. (MELL, 2011, p. 3)

22 22 Nuvem híbrida: a infraestrutura de nuvem híbrida é uma composição de duas ou mais infraestruturas de nuvem distintas (privada, comunitária, ou pública) que permanecem entidades únicas, mas são unidas por tecnologia padronizada ou proprietária que permitem portabilidade de dados e aplicações. (MELL, 2011, p. 3) 2.2 AMAZON WEB SERVICES Introdução a AWS A Amazon começou como uma loja online, no final de Logo de início, seu faturamento cresceu exponencialmente, batendo 1.6 bilhões de dólares em Mesmo assim, seu volume de vendas era apenas 0.5% do Walmart, forçando a Amazon a expandir seus negócios. (VLIET, 2011, p. 1) Após esse crescimento exponencial, a Amazon estava sofrendo com o gerenciamento da sua infraestrutura. Era um sistema monolítico, difícil de escalar. (VLIET, 2011, p. 1) O primeiro passo da Amazon para melhorar sua infraestrutura foi criar uma API para acessar os recursos do site atual. Era dado os primeiros passos para a criação da AWS. (VLIET, 2011, p. 1) Apesar de existir uma API para desenvolvedores terceiros acessarem recursos da loja online da Amazon, a mesma ainda sofria com os problemas da sua infraestrutura. O problema foi resolvido em 2004, quando a Amazon deixou de ser apenas uma loja online com uma API para acesso de terceiros aos seus recursos e tornou-se, também, uma completa infraestrutura de nuvem. (VLIET, 2011, p. 1) Em 2006 a Amazon começou a oferecer acesso à sua infraestrutura através de serviços web, o que caracteriza o modelo de serviço de infraestrutura como serviço da computação em nuvem. (AMAZON WEB SERVICES, 1, 2013) A partir desse novo direcionamento nos negócios, a Amazon não só resolveu seu problema com infraestrutura, como foi pioneira em um novo modelo de negócios. (VLIET, 2011, p. 1)

23 Serviços AWS grandes partes: Segundo Veras (2013, p. 17) a estrutura de serviços da AWS é dividida em três Infraestrutura global de suporte para a plataforma. Aqui se incluem as regiões, zonas de disponibilidade, localizações de conteúdo e DNS. (VERAS, 2013, p. 17) Segundo Veras (2013, p. 17, 18): Serviços de infraestrutura que são os serviços de processamento, armazenamento, rede, banco de dados e gerenciamento. Serviços de infraestrutura de TI, mas com outro nível de abstração, acesso baseado em web services e fornecidos sob demanda. No modelo AWS pode-se contratar estes serviços de acordo com a necessidade. Um servidor virtual, uma instância virtual, por exemplo, pode ser contratado com diferentes níveis de processamento e diferentes tipos de armazenamento local. Os serviços de armazenamento na AWS podem ser utilizados mediante a necessidade, sem precisar antecipar a capacidade. Serviços básicos de plataforma que estão no limite do serviço IaaS e acabam por completar a oferta de serviços incluindo mensageria, workflow e gerenciamento dos aplicativos. (VERAS, 2013, p. 17) Figura 2: Console de gerenciamento dos serviços disponibilizados pela AWS Fonte: acesso em 13 jan Atualmente a AWS conta com os seguintes serviços (AMAZON WEB SERVICES, 2, 2014): Computação Amazon Elastic Compute Cloud (EC2): Oferece capacidade computacional em nuvem, escalável e paga conforme o uso.

24 24 Elastic Load Balancing: Distribui automaticamente o tráfego de entrada dos aplicativos em várias instâncias do Amazon EC2. Auto Scaling: Permite expandir ou reduzir a capacidade do Amazon EC2 automaticamente, de acordo com condições pré-definidas. Amazon WorkSpaces: É um serviço computacional de desktop totalmente gerenciado na nuvem. Analytcs Amazon Elastic MapReduce: É um serviço web que permite que empresas, pesquisadores, analista de dados e desenvolvedores processem grandes quantidades de dados com facilidade e economia. AWS Data Pipeline: É um serviço que ajuda a processar e mover dados entre diferentes serviços de armazenamento e computação da AWS, além de fontes de dados locais, com segurança e em intervalos especificados. Amazon Kinesis: É um serviço gerenciado para processamento em tempo real para streaming 7 de dados em alta escala. Implementação e gerenciamento AWS Identity and Access Management (IAM): Permite que você controle com segurança o acesso aos serviços e recursos da AWS para seus usuários. A IAM permite que você crie e gerencie usuários na AWS, e também possibilita a concessão de acesso a recursos da AWS para usuários gerenciados fora da AWS no seu diretório corporativo. AWS Elastic Beanstalk: É uma maneira ainda mais fácil de implementar e gerenciar aplicativos na nuvem da AWS. Para gerenciar uma aplicação online, é necessário fazer o upload da mesma e o Elastic Beanstalk automaticamente gerencia os detalhes de implantação, fornecimento de capacidade, balanceamento de carga, escalonamento automático e monitoramento do status do aplicativo. AWS CloudWatch: É um serviço web que fornece monitoramento para recursos da nuvem da AWS, começando com o Amazon EC2. AWS CloudTrail: É um serviço da web que registra chamadas de API da AWS de uma conta específica e entrega arquivos de registro para o usuário dessa mesma conta. 7 Streaming é a técnica que suporta a, transmissão contínua de áudio e / ou vídeo através da Internet e, mais recentemente, através de uma rede móvel. (Fonte: < Acesso em: 12 jan. 2014)

25 25 Amazon CloudFormation: é um serviço que fornece aos desenvolvedores e empresas uma forma rápida de criar um conjunto de recursos relacionados da AWS e os oferece de maneira organizada e previsível. AWS OpsWorks: É uma plataforma de operações de desenvolvimento para o gerenciamento de qualquer escala ou complexidade na nuvem da AWS. AWS CloudHSM: É um serviço que ajuda a atender requisitos de conformidade corporativos, contratuais e normativos para a segurança de dados utilizando dispositivos Hardware Security Module (HSM Módulo de segurança de hardware) dedicados dentro da nuvem da AWS. Com o AWS CloudHSM, o usuário que gerencia a conta AWS que mantém toda a propriedade, o controle e o acesso a chaves e dados confidenciais, enquanto a Amazon gerencia os dispositivos HSM localizados perto dos seus aplicativos e dados para obter o desempenho máximo. Serviços de aplicativos Amazon AppStream: É um serviço flexível, de baixa latência, que permite o streaming de aplicativos com uso intenso de recursos e jogos na nuvem. Amazon CloudSearch: É um serviço de pesquisa totalmente gerenciado na nuvem que permite aos clientes integrar facilmente funcionalidades de pesquisa altamente escaláveis e rápidas a seus aplicativos Amazon Simple Workflow Service (Amazon SWF): Ajuda a coordenar as etapas do processo nos seus aplicativos e a gerenciar estados de execução distribuída. Amazon Simple Queue Service (Amazon SQS): Fornece uma fila hospedada para armazenar mensagens à medida que elas são transferidas entre computadores, facilitando a criação de um fluxo de trabalho automatizado entre os serviços web. Amazon Simple Notification Service (Amazon SNS): É um serviço web que facilita a configuração, a operação e o envio de notificações com base na nuvem. Amazon Simple Service (Amazon SES): É um serviço de envio de s em massa e transacional altamente escalável e econômico para a nuvem. Amazon Elastic Transcoder: É um serviço totalmente gerenciado que facilita a conversão de arquivos de mídia na nuvem, com escalabilidade e economia. Pagamentos e faturamento Amazon Flexible Payments Service (FPS): Facilita a transferência digital monetária entre duas entidades, pessoas ou computadores quaisquer.

26 26 Amazon DevPay: É um serviço de faturamento e de gerenciamento de contas que permite que os desenvolvedores cobrem o pagamento pelos seus aplicativos da AWS. Software AWS Marketplace: É uma loja on-line que ajuda os clientes a encontrar, comprar e começar a usar imediatamente software executado na nuvem da AWS. Ele inclui software de fornecedores confiáveis, como SAP 8, Zend 9, Microsoft 10, IBM 11, Canonical 12 e 10gen 13, bem como muitas ofertas de software livre amplamente usadas, como Wordpress 14, Drupal 15 e MediaWiki 16. Redes Amazon Route 53: É um serviço web de Domain Name System 17 (DNS) altamente disponível e escalável. AWS Direct Connect: Facilita o estabelecimento de uma conexão de rede dedicada do seu local para a AWS, o que normalmente reduz os custos da rede, aumenta a taxa de transferência da largura de banda e fornece uma experiência de rede mais consistente que as conexões baseadas em Internet. Amazon Virtual Private Cloud (VPC): Permite aproveitar uma seção privada e isolada na nuvem da AWS onde é possível executar recursos em uma rede virtual própria. Lembra muito uma rede tradicional que você poderá operar no seu próprio Datacenter. Entrega de conteúdo Amazon CloudFront: É um serviço web que facilita a distribuição de conteúdo com baixa latência por meio de uma rede global de pontos de presença DNS é a abreviação de Domain Name System, um sistema para nomear computadores e serviços de rede que é organizado em uma hierarquia de domínios. O Servidor DNS é usado em redes como a Internet, para localizar computadores e serviços através de nomes amigáveis. Quando um usuário insere um nome DNS em um aplicativo, serviços de DNS podem traduzir o nome para outras informações associadas com o nome, como um endereço IP. (Fonte: < Acesso em: 14 jan. 2014)

27 27 Banco de dados Amazon Relational Database Service (Amazon RDS): É um serviço web que facilita a configuração, a operação e a escalabilidade de um banco de dados relacional na nuvem. Amazon DynamoDB: É um serviço de banco de dados NoSQL de alto desempenho que é fácil de configurar, operar e escalar. Amazon Redshift: É um serviço de armazenamento de dados rápido, potente e totalmente gerenciável para fazer data warehouse em larga escala (petabytes) na nuvem. Oferece consultas rápidas para analisar virtualmente qualquer tamanho de dados utilizando o mesmo estilo de uma ferramenta de SQL comum. Amazon ElastiCache: É um serviço web que torna fácil implementar, operar e escalar um cache em memória na nuvem. Amazon SimpleDB: É um serviço de armazenamento de dados não relacional, altamente disponível e flexível. Storage Amazon Simple Storage Service (Amazon S3): Fornece uma infraestrutura de armazenamento de dados totalmente redundante para armazenar e recuperar qualquer quantidade de dados, a qualquer momento, de qualquer local na web. Amazon Glacier: É um serviço de armazenamento de custo extremamente baixo, que fornece armazenamento seguro e durável para backup e arquivamento de dados. AWS Storage Gateway: É um serviço que conecta um dispositivo de software local ao armazenamento baseado na nuvem para fornecer a integração perfeita e segura entre o ambiente de TI local de uma organização e a infraestrutura de armazenamento da AWS. Amazon Elastic Block Store (Amazon EBS): Fornece volumes de armazenamento em bloco para uso com instâncias do Amazon EC2. Os volumes Amazon EBS são armazenamentos independentes da instância EC2. AWS Import/Export: Acelera a movimentação de grandes volumes de dados para dentro e para fora da AWS usando dispositivos de armazenamento portáteis para transporte. Suporte

28 28 AWS Support: É um canal de suporte de resposta rápida e individualizada para ajudar na criação e na execução de aplicativos nos serviços de infraestrutura da AWS. Tráfego da Web Alexa Web Information Service: Disponibiliza para os desenvolvedores o enorme repositório de dados do Alexa 18 com relação aos padrões de tráfego e de estrutura na Web. Alexa Top Sites: Expõe dados de tráfego de sites globais à medida que eles são continuamente coletados e atualizados pelo Alexa Traffic Rank. Força de trabalho Amazon Mechanical Turk: Permite que as empresas tenham acesso a milhares de trabalhadores globais sob demanda e integrem, de forma programática, seu trabalho em vários processos de negócios Infraestrutura Segundo Veras (2013, p. 36), a infraestrutura da AWS é baseada nos conceitos de zonas de disponibilidade e de região. As zonas de disponibilidade refletem os datacenters da AWS, e as regiões consistem de uma ou mais zonas de disponibilidade que são separadas em áreas geográficas ou países. Existem também os pontos de presença, onde a AWS permite o armazenamento de conteúdos estáticos dos clientes. Esses conteúdos estáticos podem ser os componentes mais acessados do website do cliente, podem ser para distribuição de software, publicação de arquivos de mídia popular e até mesmo para distribuições por streaming. (VERAS, 2013, p. 36, 52 e 53) Devido a sua infraestrutura estar localizada em países, e até continentes, distintos, a AWS pode ser considerada um serviço global de IaaS. (VERAS, 2013, p. 37) 18 Alexa é o principal fornecedor de métricas web globais e livres. (Fonte: < Acesso em: 12 jan. 2014).

29 Regiões As regiões da AWS são conjuntos isolados de datacenters em uma determinada geografia. (VERAS, 2013, p. 39) No momento do desenvolvimento deste trabalho, a AWS conta com oito regiões, conforme a Figura 3. Figura 3: Screenshot da área de seleção de região do console da AWS, mostrando as atuais opções de regiões. Fonte: < Acesso em: 21 dez Segundo Veras (2013, p. 39), quando se utiliza a AWS, pode-se definir onde os dados devem ficar armazenados, onde devem rodar as instâncias, onde as filas de mensagens são inicializadas e os bancos de dados devem ser instanciados Zonas de Disponibilidade Segundo o próprio site da AWS, (AMAZON WEB SERVICES, 3, 2014): As Zonas de disponibilidade são as posições distintas que são projetadas para serem isoladas das falhas em outras Zonas da disponibilidade e fornecem rede de conectividade acessível e de baixa latência para outras Zonas de disponibilidade da mesma região.

30 30 Veras (2013, p. 41, 42 e 43) explicou bem através de figuras como funciona a interação entre as regiões e as zonas de disponibilidade. Na figura 4 é possível visualizar como as zonas de disponibilidades dentro de uma determinada região (no caso da figura, a região US East, Virginia) possuem uma rede de alto desempenho e baixa latência. As zonas de disponibilidade (abreviadas para AZ, na figura 4), a título de exemplificação, foram nomeadas de AZA, AZB, AZC e AZD. Figura 4: Zonas de disponibilidades (VERAS, 2013, p. 41) Através da figura 5, é possível verificar que cada zona de disponibilidade possui seu próprio datacenter, com infraestrutura independente.

31 31 Figura 5: Detalhe da zona de disponibilidade (VERAS, 2013, p. 43) Na figura 6 é possível vislumbrar a interação entre as diversas regiões da AWS e suas zonas de disponibilidade. Figura 6: Regiões e zonas de disponibilidade (VERAS, 2013, p. 43)

32 REST e SOAP Como se pode constatar ao longo deste trabalho, muitas das APIs para acesso aos serviços da AWS são acessadas através de REST e SOAP (VERAS, 2013). Abaixo será feita uma rápida revisão bibliográfica sobre a arquitetura SOA e suas implementações (REST e SOAP) Arquitetura SOA Service Oriented Architecture é uma arquitetura de referência que é baseada em serviços. Se a arquitetura é definida pela perspectiva de serviços, a mesma é chamada de orientada a serviços ou SOA. (DIKMANS, 2012, p. 46) A arquitetura orientada a serviços é centrada em torno de serviços. Os serviços são pequenos blocos de construção que oferecem acesso claro para um conjunto limitado de recursos. O mesmo serviço é responsável pela lógica de negócios e consistência dos dados de um determinado conjunto de capacidades. Se os dados que pertencem a um serviço precisam ser alterados, isso é feito exclusivamente através desse serviço, reforçando, assim, um único ponto de acesso para essa funcionalidade e/ou dados particulares. A arquitetura orientada a serviços promove isso, dados e lógica que não pertencem um ao outro são dissociados (ou fracamente acoplado), através do conjunto de serviços. Este fraco acoplamento ocorre em nível de propriedade, lógica de negócios, dados e implantação. (DIKMANS, 2012, p. 47) SOAP Web services baseados em SOAP são serviços formalmente descritos, criados e consumidos baseados em uma série de padrões web services e protocolos. Juntos, esses padrões são denotados como WS-* e são mantidos por comitês de padronização como a

33 33 World Wide Web Consortion (W3C) e OASIS. Alguns exemplos de padrões web service são WS-Security, Web Service Description Language (WSDL), WS-RM (Reliable Messaging) e Simple Object Access Protocol (SOAP). (BAKKER, 2013, p. 116) Serviços baseados em SOAP possuem interfaces que mostram as operações disponíveis, as entradas e saídas dessas operações e a tecnologia de ligação por meio do qual as operações são disponibilizados. Essas interfaces são documentadas utilizando documentos WSDL e XSD. Uma WSDL define as operações de um serviço e pode definir as mensagens de entrada e saída ou referenciar um arquivo XSD externo para isso. (BAKKER, 2013, p. 116) É uma boa prática definir as operações em um WSDL, referenciar um XSD externo que define as mensagens de solicitação e resposta, e referem-se a partir daí a outros XSDs que definem as entidades de negócio, como cliente, e entidades de ordem que fazem parte das mensagens de solicitação e resposta. (BAKKER, 2013, p. 116) REST REST, ou Representational State Transfer (Transferência de Estado Representativo) é um estilo arquitetural para construção de aplicações web que descreve um conjunto de princípios utilizando os padrões Web, como o protocolo HTTP e um Identificador Uniforme de Recursos (URI, Uniform Resource Identifier), de uma maneira natural. O estilo de arquitetura REST encaixou-se muito bem com as aplicações em nuvem, porque permite a interação com clientes diversos como telefones móveis, browsers e outros websites com o mínimo de processamento. (BAKKER, 2013, p. 114) Serviços Representational State Transfer (REST) são baseados em um modelo muito diferente do que os serviços baseados em SOAP. REST é um modelo formal baseado em recursos. A ideia é que se envia uma solicitação para um recurso. O recurso que é retornado mostra as opções para a próxima etapa. Por exemplo, pode-se requisitar uma lista de clientes. A lista resultante irá mostrar-lhe a localização dos dados individuais de cada cliente, por exemplo, em uma URL. Este modelo é muito flexível e não requer que o cliente

34 34 saiba de antemão quais os serviços e chamadas de serviço estão disponíveis. A World Wide Web é um exemplo de uma implementação de arquitetura REST. Serviços RESTful dependem do protocolo HTTP em que métodos HTTP, como GET, PUT, POST e DELETE são usados para representar operações do tipo CRUD (Create, Read, Update, Delete). As mensagens são trocadas usando XML. (DIKMANS, 2012, p. 117) A linha a seguir mostra como os mesmos detalhes dos clientes que foram recuperados usando SOAP podem ser recuperadas usando REST (DIKMANS, 2012, p. 117). Basicamente, um serviço RESTful é invocado usando uma URL, por exemplo: Em ambos os exemplos de clientes, o servidor que hospeda o serviço que retorna a lista de clientes receberá o pedido, processar o pedido e retornar uma resposta contendo os dados do cliente. Embora os serviços baseados em SOAP sempre utilizam XML, os serviços RESTful não impõem restrições sobre o formato dos dados trocados. Os dados podem ser formatados como HTML, XML ou JavaScript Object Notation (JSON), e assim por diante. (DIKMANS, 2012, p. 117) Segundo Veras (2013, p. 11): A API REST é uma interface HTTP. Para usar a API REST pode-se utilizar qualquer kit de ferramentas que ofereça suporte a HTTP. Pode-ser usar um navegador para buscar objetos, contanto que eles sejam anonimamente legíveis. Deve-se utilizar a API REST para os cabeçalhos HTTP padrão e códigos de status, para que os toolkits e navegadores funcionem conforme o esperado Elasticidade Segundo Coutinho (2013, p. 216 e 217): A elasticidade é ponto chave para implementar serviços com qualidade de serviço para nuvem, pois permite adicionar ou remover recursos, sem interrupções e em tempo de execução para lidar com a variação da carga. De acordo com (COUTINHO, 2013 apud Mell and Grance 2009), estes recursos podem ser adquiridos de forma rápida, em alguns casos automaticamente, caso haja a necessidade de escalar com o aumento da demanda, e liberados, na retração dessa

35 35 demanda. Para os usuários, os recursos disponíveis para uso parecem ser ilimitados e podem ser adquiridos em qualquer quantidade e a qualquer momento Balanceamento de Carga Se o sistema for escalado verticalmente (elasticidade vertical), não precisa se preocupar muito com as requisições dos usuários. As requisições chegam ao nosso servidor monolítico, são atendidas, e uma resposta é enviada de volta para o usuário. Dividir a carga entre os vários processadores é um trabalho do sistema operacional. Como a maioria dos softwares servidores de aplicação web suportam multi-processadores, podemos manter uma instância em cada processador e executar muitos pedidos em paralelo. (HENDERSON, 2006, p. 214) Quando o servidor começa a escalar horizontalmente (elasticidade horizontal), um novo problema aparece. Existem vários processadores, provenientes de diversos computadores, mas não existe nenhum sistema operacional para espalhar pedidos entre eles. Diversas solicitações entram para o mesmo IP, que deveria dividir o processamento entre várias máquinas. A solução pode vir de uma série de métodos, mas todos eles são agrupados sob o termo balanceamento de carga. (HENDERSON, 2006, p. 214) Multitenancy Singletenancy é quando uma aplicação suporta apenas um cliente. Se um novo cliente resolver ter acesso a essa mesma aplicação, ele precisa instalar essa aplicação em uma nova infraestrutura, totalmente independente da primeira, para que as informações dos dois clientes não se misturem. Multitenancy é um conceito que é o oposto do Singletenancy. No jargão da computação em nuvem, um cliente ou uma organização é referido como tenant (inquilino). As várias desvantagens e ineficiências de custo de modelos single-tenant são superadas pelo modelo multi-tenant. A aplicação multi-tenant atende a várias organizações, cada uma trabalhando em seu próprio ambiente virtual isolado e compartilham uma única

36 36 instância física e versão do aplicativo hospedado na infraestrutura da nuvem. É isolado porque, embora a infraestrutura seja compartilhada, os dados de cada cliente, customizações e código permanecem seguros e isolados de outros clientes. (ARORA, 2013, p. 32) Aplicações multi-tenant executam em uma única instância física e possuem a mesma versão da aplicação, fornecendo a mesma infraestrutura robusta para todos os seus clientes. Isso também significa liberdade de custos iniciais, de atualizações contínuas, e de custos de manutenção. (ARORA, 2013, p. 33) Segundo Chate (2010, p. 4), Multi-tenancy é a chave determinante para eficiência de uma aplicação SaaS. Normalmente, um aplicativo suporta múltiplos usuários, mas com a presunção de que todos os usuários são de uma mesma organização. Esse modelo é bom para as aplicações tradicionais, não-saas, no qual uma organização compraria um aplicativo para uso dos seus funcionários. Mas no mundo do SaaS e na nuvem, muitas organizações usarão o mesmo aplicativo, todas essas organizações devem ser capazes de permitir o acesso de todos seus usuários, mas a aplicação deve permitir que os funcionários de cada organização possam acessar os dados somente da sua organização, e não de qualquer outra. Esta capacidade de ter várias organizações (chamadas de tenant na nomenclatura SaaS), coexistindo na mesma aplicação, sem comprometer a segurança dos dados para as organizações, define o aplicativo como multi-tenant. Existem vários níveis de multi-tenant: 1. Virtualização simples na nuvem, onde apenas o hardware é compartilhado. 2. Aplicação única com bancos de dados separados por inquilino. 3. Aplicação única e banco de dados compartilhado (maior eficiência, verdadeiro multitenancy). Figura 7: Níveis de Multitenancy (CHATE, 2010, p. 5)

37 Serviços assíncronos Quando se fragmenta uma aplicação em serviços, é normal que alguns deles demorem mais para responder do que outros. Quando um usuário realiza uma requisição, alguns dos serviços que são acessados por aquela requisição podem demorar alguns segundos para responder. Isso é definido como uma má experiência para o usuário, já que o mesmo não sabe quais serviços estão sendo chamados e porque demoram. Isso pode levá-lo a pensar que o sistema caiu ou a infraestrutura está saturada. (HENDERSON, 2006) A solução é mover esses serviços para um modelo assíncrono. Assim, otimiza-se a fase de requisição (request) para responder imediatamente e guardar a requisição. A fase de resposta (response), se for preciso uma, pode vir depois, fora da solicitação da página. Quando se fala de serviços assíncronos, normalmente, significa requisições síncronas e respostas assíncronas. (HENDERSON, 2006) Como regra, usa-se a comunicação assíncrona sempre que possível. Essa prática não é apenas para criar alguns serviços que se comunicam de maneira assíncrona, mas sim desenvolver o aplicativo para possuir um comportamento assíncrono. Isto significa, em grande parte, o afastamento de protocolos de request/response, ou, pelo menos, aqueles com restrições temporais sobre as respostas (responses). (ABBOTT, 2011) Utiliza-se serviços assíncronos para garantir que cada serviço e camada seja o máximo independente possível. Isso permite que o sistema seja muito mais escalável do que se todos os componentes forem fortemente acoplados. (ABBOTT, 2011) EC2 O Amazon EC2 é um web service que provê um processamento computacional na nuvem, totalmente redimensionável e o cliente paga apenas pelo seu uso. (AMAZON WEB

38 38 SERVICES, 5, 2014) Através do console de gerenciamento do EC2, o cliente pode selecionar o sistema operacional que deseja utilizar e instalar todos os recursos de que necessita. Para isso, o cliente cria uma instância EC2 através do console, dizendo quais os recursos de que precisa, como quantidade de memória, quantidade de processadores, entre outros, podendo alterar esses recursos posteriormente. Além dessa elasticidade vertical, onde você aumenta os recursos da máquina que está rodando os serviços, você pode ter uma elasticidade horizontal, adicionando mais máquinas e distribuindo o processamento entre elas através do Balanceamento de Carga. (VERAS, 2013, p. 119 e 120) Para permitir a economia utilizando as instâncias do EC2, você optar entre três modalidades de uso: Instâncias On-Demand: As instâncias On-Demand permitem que você pague pela capacidade computacional por hora, sem compromissos a longo prazo. Isso exime você dos custos e das complexidades de planejamento, aquisição e manutenção de hardware e transforma o que normalmente são grandes custos fixos em custos variáveis muito menores. As Instâncias On-Demand também eliminam a necessidade de se comprar uma rede de segurança com capacidade de lidar com repiques de tráfego periódicos. (AMAZON WEB SERVICES, 5, 2014) Instâncias reservadas: As Instâncias reservadas lhe dão a opção de fazer um pagamento único e acessível para cada instância que você deseja reservar e, por sua vez, você recebe um desconto significativo sobre a taxa por hora para essa instância. Existem três tipos de instância reservada (utilização leve, média e pesada) que permitem equilibrar o valor inicial pago e o preço efetivo da hora. Se suas necessidades mudarem, você pode solicitar mover sua instância reservada para outra Zona de disponibilidade dentro da mesma região, pode mudar sua plataforma de rede ou, para RIs Linux/UNIX e Windows, pode modificar o tipo de instância de sua reserva para outro tipo na mesma família de instâncias sem custo adicional. Você também pode vender suas instâncias reservadas para outros clientes através do Reserved Instance Marketplace se tiver uma conta nos Estados Unidos. (AMAZON WEB SERVICES, 5, 2014) Instância Spot: As Instâncias Spot permitem aos clientes negociarem a capacidade não utilizada do Amazon EC2 e executarem essas instâncias durante o período em que sua oferta exceder o Preço Spot atual. O Preço Spot muda periodicamente com base no fornecimento e na demanda, e os clientes cuja proposta atende-o ou ultrapassa-o ganham acesso às Instâncias Spot disponíveis. Se você tem flexibilidade sobre quando os seus aplicativos podem ser executados, as Instâncias Spot podem reduzir significativamente seus custos no Amazon EC2. (AMAZON WEB SERVICES, 5, 2014)