Computação em Nuvem. Carlos Oliveira, Francisco Fambrini, Marcos Guilherme Cassolato de Oliveira, Waldomiro Moreira

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1 Computação em Nuvem Carlos Oliveira, Francisco Fambrini, Marcos Guilherme Cassolato de Oliveira, Waldomiro Moreira Faculdade de Campo Limpo Paulista Campo Limpo Paulista SP, Brasil {carlos.br, ffambrini, guicassolato, Abstract - A revolution is defined as a change in how people think and behave that is dramatic in nature and wide spectrum. By this definition, cloud computing is indeed a revolution. Cloud computing creates a fundamental change in computer architecture, software and development tools, and is in the way we store, distribute and consume information. The intention of this paper is to define the fundamentals of operation based on the pillars which are the infrastructure layer which is the cloud base, the middle layer is the platform and the upper layer is the application layer. Resumo Uma revolução é definida como uma mudança na maneira como as pessoas pensam e se comportam que é de natureza dramática e amplo espectro. Por essa definição, a computação em nuvem é de fato uma revolução. A computação em nuvem cria a fundamental mudança na arquitetura de computador, software e desenvolvimento de ferramentas e, é na forma como armazenamos, distribuímos e consumimos informações. A intenção deste artigo é definir os fundamentos baseados nos pilares de funcionamento quais sejam a camada de infraestrutura que é a base da nuvem, a camada intermediária que é a plataforma e a camada superior que é a camada de aplicativo. Keywords: Cloud Computing, Cluster, grid, virtualization, client-server model, security, maintenance, Infrastructure, Cloud engineering. Introdução A computação em nuvem é uma solução abrangente que entrega TI como um serviço. É uma solução de computação baseada na Internet, na qual recursos compartilhados são fornecidos como eletricidade distribuída na rede elétrica. Computadores na nuvem são configurados para trabalhar juntos, e os diversos aplicativos usam o poder da computação coletiva como se estivessem sendo executados em um único sistema. A flexibilidade da computação em nuvem é uma função da alocação de recursos sob serviço. Isso facilita o uso dos recursos acumulativos do sistema, evitando a necessidade de designar hardware específico para uma tarefa. Antes da computação em nuvem, Web sites e aplicativos baseados em servidor eram executados em um sistema específico. Com o advento da computação em nuvem, recursos são usados como um computador virtual agregado. Essa configuração amalgamada oferece um ambiente no qual os aplicativos são executados independentemente, sem considerar qualquer configuração em particular. Uma infra-estrutura de nuvem é o conjunto de hardware e de software que implementa as cinco características da computação em nuvem (Cloud Computing). A infra-estrutura da nuvem pode ser visualizada como sendo composta pela camada física e a camada de abstração. A camada física consiste de todo hardware necessário para prover os serviços da nuvem, e tipicamente inclui servidor, dispositivos de armazenamento e componentes de rede. A camada de abstração é o software que roda sobre a camada física, o qual manifesta a característica essencial da nuvem. Conceitualmente, a camada de abstração situa-se sobre a camada física [ ref. 1]. As cinco características essenciais da Computação em nuvem são: serviço fornecido sob demanda, acesso a rede pública, mistura de recursos, rápida elasticidade, medição dos serviços (essa última é tipicamente implementada através de serviços Pay-per-use ou charge-per-use ). 1. Histórico O termo computação em nuvem é relativamente recente porém historicamente não há um inicio claro da computação em nuvem e seu conceito inicial originou-se na década de 60, onde o cientista da computação norte-americano John McCarthy afirmou que iria acontecer com a informática o mesmo que aconteceu com a eletricidade. As pessoas não precisariam ter seus próprios geradores pare terem energia elétrica.

2 Em Maio de 1964, Martin Greenberger publicou o artigo Os computadores do Amanhã ( The computers of Tomorrow ) na Atlantic Monthly onde ele discorria sobre a utilização dos recursos computacionais não apenas para cálculo científicos e pesquisas, mas com funções para atender os processos de negócio das empresas. Ele visionou o que viria a se tornar o principal negócio da IBM, a venda de capacidade de processamento computacional para atender as demandas das empresas. Em Março de 1999, a salesforce.com foi inaugurada, utilizando-se do conceito de Software as Service (SaaS), oferecendo um software de CRM (Customer Relationship Management) diretamente em nuvem, altamente customizável e escalável. Em 2006 a Amazon criou e amadureceu o conceito da EC2(Elastic Computing Cloud ) onde os usuários podem criar e configurar suas próprias máquinas virtuais para execução na nuvem da Amazon. Estas máquinas virtuais são iniciadas somente quando solicitadas pelos clientes e ficam armazenadas no Amazon S3 (Simple Storage Service), um outro serviço já oferecido pela própria Amazon para armazenamento de arquivos. Todas as configurações são escaláveis, e o usuário só paga pelos recursos que foram utilizados. A empresa contava com uma grandiosa infra-estrutura para atender a períodos sazonais como o Natal, e nos meses decorrentes tinha ociosa desta infra-estrutura. Então começou a oferecer os serviços de computação em nuvem alugando o parque de hardware ocioso. Em Abril de 2008 é lançado a Google App Engine, onde você pode rodar aplicações, hospedar sites e armazenar dados, marcou a entrada de uma empresa no mercado de computação em nuvem. 2. Definição de computação em nuvem Computação em nuvem ou computação na nuvem (Cloud Computing) é definida pelo National Institute of Standards and Technology (NIST) como um modelo para permitir acesso sob demanda onipresente e conveniente via rede a um pool compartilhado de recursos computacionais configuráveis (redes, servidores, armazenamento, aplicativos e serviços) que podem ser rapidamente provisionados e lançados com o mínimo esforço de gestão ou interação com o provedor de serviços. Este modelo de nuvem é composta de cinco características essenciais, três modelos de serviço, e quatro de implantação modelos. Na computação em nuvem as informações não são alocadas em uma única máquina como é feito em um servidor físico. Um conjunto de máquinas é que realizam o processamento das informações, isto é um exemplo de um verdadeiro compartilhamento da capacidade de cálculo e de memória ligados através da Internet. Desta forma há uma redução significativa da carga de trabalho nos computadores locais já que eles não precisam mais rodar as aplicações. Em vez disso, a rede de computadores que faz com que as aplicações funcionem. Um ponto importante é que a demanda por hardware e software no lado do usuário também cai e a única coisa que a máquina do usuário deve ser capaz é rodar o software que proporciona a interface do sistema. Seu funcionamento ocorre de forma que os serviços são entregues aos clientes e eles não precisam saber como funciona o mecanismo para entrega destes serviços ou a localidade em que estes serviços estão fisicamente, isto é, o funcionamento é transparente aos usuários. Este funcionamento é análogo ao funcionamento de um Cluster ou um Grid. 3. Características essenciais da computação em nuvem Auto-serviço sob demanda, amplo acesso a rede, pool de recursos, rápida elasticidade ou expansão e medição de serviço são características básicas para compor uma solução de computação em nuvem. Estas são as vantagens que a computação em nuvem oferece e em conjunto a distingue de outros paradigmas Auto-serviço sob demanda O usuário pode adquirir unilateralmente recurso computacional, como tempo de processamento no servidor ou armazenamento na rede na medida em que necessite e sem precisar de interação humana com os provedores de cada serviço Amplo acesso a rede Recursos devem estar disponíveis através da rede e acessados por meio de mecanismos que promovam o padrão utilizado por qualquer plataforma (computadores, laptops e smartphones entre outros). A interface de acesso a nuvem não obriga os usuários a mudarem suas condições e ambientes de trabalho, como por exemplo, o sistema operacional. Os softwares clientes instalados localmente para o acesso à nuvem devem ser leves como um navegador de Internet Pool de recursos

3 O provedor de recursos de computação devem atender vários consumidores através de um modelo multicliente, com diferentes recursos físicos e virtuais atribuídos dinamicamente e novamente de acordo com a demanda do consumidor. Há um senso de independência local em que o cliente geralmente não tem nenhum controle ou conhecimento sobre a localização exata dos recursos disponibilizados, mas pode ser capaz de especificar o local em um nível maior de abstração (como o país, estado ou do datacenter) Elasticidade rápida Recursos podem ser adquiridos de forma rápida e elástica, em alguns casos automaticamente, caso haja a necessidade de escalar com o aumento da demanda, e liberados, na retração dessa demanda. Para os usuários, os recursos disponíveis para uso parecem ser ilimitados e podem ser adquiridos em qualquer quantidade e a qualquer momento. O que ajuda muito na característica de elasticidade rápida na computação em nuvem é a virtualização, criando várias instâncias de recursos requisitados utilizando um único recurso real. Virtualização é a criação de ambientes virtuais com o propósito de abstrair características físicas do hardware, podendo emular vários sistemas operacionais em uma única plataforma computacional Medição de Serviço Sistemas em nuvem automaticamente controlam e otimizam a utilização dos recursos, alavancando a capacidade de medição em algum nível de abstração adequado para o tipo de serviço (por exemplo, armazenamento, processamento, largura de banda, e contas de usuários ativos). Uso de recursos pode ser monitorado, controlado e relatado a existência de transparência para o fornecedor e o consumidor do serviço utilizado. Monitorar e controlar o uso de recursos garante a transparência para o provedor e o usuário do serviço utilizado. Utiliza-se a abordagem baseada em nível de serviço SLA (Services Level Agreement) para garantir a qualidade de serviço (QoS). O SLA fornece informações sobre os níveis de disponibilidade, funcionalidade, desempenho ou outros atributos do serviço como o faturamento e até mesmo penalidades em caso de violação destes níveis 4 - Modelos de Serviços Conforme ref. [1], existem basicamente três tipos de serviços que são oferecidos pelos fornecedores de Computação em Nuvem: IaaS (Infraestrucutre as a Service), Infraestrutura como Serviço SaaS (Sofware as a Service), Software como Serviço PaaS (Platform as a Service), Plataforma como Serviço Ainda de acordo com o Documento NIST [ref. 1], temos as seguintes definições: Infra-estrutura como Serviço (IaaS): É a capacidade proporcionada para o consumidor de fornecer processamento, armazenamento, redes e outros recursos computacionais fundamentais onde o consumidor é capaz de implantar e executar software arbitrário, que pode incluir sistemas operacionais e aplicativos. O consumidor não administra e nem controla a infra-estrutura subjacente da nuvem, mas tem controle sobre sistemas operacionais, armazenamento e aplicativos implementados e possivelmente controle limitado de componentes de rede selecionados (por exemplo, firewalls do hospedeiro). Software como Serviço (SaaS): É a capacidade oferecida ao consumidor de usar aplicativos do provedor rodando em uma infrastructure de nuvem. As aplicações são acessadas por vários dispositivos clientes usando-se uma interface simples, como por exemplo um navegador de Web ( exemplo: baseado na Web, tal como os serviços do GMail Google) ou uma interface de programa. O consumidor não gerencia e não controla a infra-estrutura subjacente da nuvem incluindo rede, sistemas operacionais, dispositivos de armazenamento ou as capacidades individuais de cada aplicativo, exceto os ajustes específicos de configuração de cada aplicativo que é destinado ao usuário. Plataforma como Serviço (PaaS): É a capacidade oferecida ao consumidor de implantar sob a infra-estrutura de nuvem aplicações adquiridas ou criadas pelo próprio usuário, usando linguagens de programação, bibliotecas, serviços e ferramentas apoiadas e suportadas pelo provedor da nuvem.

4 O consumidor não administra e nem controla a infra-estrutura subjacente da nuvem, incluindo rede, servidores, sistemas operacionais, ou armazenamento, mas tem controle sobre os aplicativos implementados e possivelmente configurações de configuração para o ambiente que hospeda o aplicativo. 5- Modelos de Implementação Ainda de acordo com NIST [1], existem os quatro seguintes modelos: a) Nuvem Privada b) Nuvem Comunitária c) Nuvem Pública d) Nuvem Híbrida 5.1 -Nuvem Privada: Proporcionada para uso exclusivo de uma única organização, contendo vários consumidores (exemplo: sistemas bancários e comerciais). Pode ser proprietária, gerenciada e operada pela Organização, por uma compania tercerizada ou uma combinação dos dois modelos, e pode existir com ou sem a existência de um provedor em particular da nuvem Nuvem Comunitária: A infra-estrutura de nuvem é projetada para uso exclusivo de uma comunidade especifica de consumidores de organizações que tem necessidades em comum (por exemplo, mesmo objetivo, mesmas necessidades de segurança, mesma política e normas de conformidade comuns). Pode ser proprietária, gerenciada e operada po uma ou mais organizações que fazem parte da mesma comunidade, um administrador tercerizado ou uma combinação dos dois modelos. Pode existir ou não o Provedor da Nuvem Nuvem Pública: Inra-estrutura é fornecida para uso aberto ao público em geral. Pode ser proprietária, gerenciada e operada por organizações comerciais, academicas ou governamentais, ou uma combinação dessas organizações. Existe somente se existir um provedor da nuvem Nuvem Híbrida: É composta por duas ou mais infra-estruturas de nuvem (privada, comunitária ou pública) que permanecem como entidades únicas, mas estão unidas pela tecnologia em comum ou proprietária que possibilita portabilidade de aplicativos e de dados entre elas (exemplos: sistemas de ruptura para balanceamento de cargas entre as nuvens). Referências Bibliográficas 1 The NIST Definition of Cloud Computing SP , Computer Security Division Information Technology Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD , September PIANTOLA, Ricardo L, BARUCHI, Artur. Sobre Computação na Nuvem e Teste de Software, IBM Brasil, São Paulo. 3- Seol, Carlos Eduardo,Da Silva. Virtualização Problemas e desafios IBM Linux Technology Center Hortolândia, SP - Brasil 4- Youseff, Lamia. Dilma, Maria Butrico. Toward a Unified Ontology of Cloud Computing University of California, Santa Barbara, IBM T.J. Watson Research Center, Yorktown, New York, Lehman, Tobin J. "I've Looked at Clouds from both Sides Now",

5 IBM Almaden Research Center. 6- Vouk, Mladen A. Cloud Computing Issues,Research and Implementations Department of Computer Science, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, USA 7- Varia, Jinesh. Cloud Architectures. Technology Evangelist, Amazon Web Services June Kundra, Vivek Kundra. FEDERAL CLOUD COMPUTING STRATEGY U.S. Chief Information Officer, Washington D.C. 9- Pedrosa, Paulo H.C. Computação em Nuvem,Unicamp, Miranda,Hugo.Cruz,Nuno. Arquitetura para uma Computação em Nuvem Colaborativa entre Dispositivos Móveis - LaSiGE, Universidade de Lisboa. 11- Armbrust, Michael et al. Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing Electrical Engineering and Computer Sciences University of California at Berkeley, February 10, Nurmi D.,Wolski R., Grzegorczyk C, Obertelli, S. Sunil, Youseff, L. Eucalyptus Open-source Cloud-computing System Computer Science Department University of California, Santa Barbara Santa Barbara, California. 13- Weiss, A. Computing in the Clouds. December, Souza J. P., de Paula D. D., Marchi K. R. C.,Computação em Nuvem Uma Nova Realidade Universidade Paranaense (Unipar), Paranavaí - PR Brasil 15-Sousa F.R.C., Moreira L. O., Machado J.C., Computação em Nuvem Autônoma: Oportunidades e Desafios. Universidade Federal do Cear a (UFC) Fortaleza, CE Brasil. 16-De Conti F. Grades Computacionais para Processamento de Alto Desempenho. Laboratório de Sistemas de Computação - LSC Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) - Santa Maria, RS Brasil.