Her Yönüyle Grid ve Cloud Computing Karşılaştırması Serdar Bakır Kocaeli Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Danışman: Yrd. Doc. Dr. Ahmet Sayar

Sunumun Temel aldığı makale Sunum Ian Foster’in “Cloud Computing and Grid Computing 360-Degree Compared” başlıklı makalesini temel almıştır. Ian T. Foster, Yong Zhao, Ioan Raicu, Shiyong Lu: Cloud Computing and Grid Computing 360-Degree Compared CoRR abs/0901.0131: (2009)

Grid Computing Ve Cloud Computing Nedir? Bulut bilişimin günümüzde onlarca tanımı mevcut.Ancak bulut bilişimin ne olduğu hakkında kesin bir tanım yok. Bununla beraber bulut bilişim yeni bir konsept değil. Ancak yaklaşık otuz yıllık tarihi olan dağıtık sistemler, grid computing, utility computing’e göre yeni bir fikir.

Grid Computing Ve Cloud Computing Nedir? Bulut bilişim bize ileride bilgisayarlarımızın hangi mimaride olacağı hakkında ipuçları veriyor. Bulut bilişim temel olarak yerel bir sistem değil.Bunun yerine işlemlerimizi uzak sunucularda gerçekleştirmemizi ve dosyalarımızı yine uzak sistemlerde saklamamızı sağlıyor.

Grid Computing Ve Cloud Computing Nedir? Grid computing 1990’ların ortasında tüketicilerin eldeki işlem gücünü talep edildiğinde kullandırması olarak tanımlanmıştır. Ian Foster ve diğerleri bilgisayarlara istek protokollerin standartlaştırılmasını sağlamıştır. Ardından geliştiriciler büyük boyutta dağıtık sistemler oluşturdular. (TeraGrid,Open Science Grid, caBIG, EGEE, Earth System Grid)

Grid Computing Ve Cloud Computing Nedir? Peki bulut bilişim grid computingden daha yeni bir fikir mi? Evet-Çünkü işlem ücretleri düşecek, güvenilirlik artacak, uyumluluk artacak. Hayır-Çünkü herşey 10 yıl öncesine göre çok farklı.Artık daha büyük dosyalarla işlem yapıyoruz.Bu da işlem gücüne olan ihtiyacımızı çok fazla artırıyor.Bununla beraber artık sanallaştırma teknolojisi işlem gücünü ucuz birim maliyetiyle bize sunuyor.

Cloud Computing (Bulut Bilişim) Nedir? Bulut bilişim kullanıcıların internet üzerinden kullanabileceği büyük ölçekli sanallaştırılmış bilgisayar havuzudur. Kullanıcılar bu havuzdan istedikleri ölçüde faydalanabilir ve bu ölçüde de ücret öder. Burada önemli üç nokta var: 1)Güçlü bir ölçeklendirme yapısı 2)Kullanıcılar için ayrıştırılabilir farklılaştırabilir sistem yapısı 3)Ekonomi tabanlı olarak kullanıcıların aldığı hizmet dinamik bir şeklide arttırılabilir yada azaltılabilir.

Cloud Computing (Bulut Bilişim) Nedir?   Ancak bunlarla beraber bulut bilişimin önünde birkaç engel söz konusu Hızla düşen donanım fiyatları ve bununla birlikte ucuzlayan işlem gücü. Karesel olarak artan veri boyutları. Yaygın olarak kullanılan web 2.0 ve servis mimarisine uyum sağlama.

Bulut Bilişim Grid Computing Dağıtık Sistemler   Aslında bulut bilişim; grid computing utility computing ve service computing ile fazlasıyla benzeşen bir sistem. Bulut bilişim yalnızca grid computing ile gelişebilecek bir sistem değil.Bununla beraber iş modeli olarak utility computing ile gelişmek zorunda. Utility computing ise işlem gücünün ekonomik bedelini alışık olduğumuz bir kere al sınırsız kullan olarak değil ne kadar kullanırsan o kadar öde olarak belirler.

Bulut Bilişim Grid Computing Dağıtık Sistemler  

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması Bu kısmın amacı bulut bilişim ve grid computing’i geniş bir açıdan mimari, güvenlik modeli, iş modeli, program modeli, sanallaştırma, veri modeli, işlem modeli, konumlandırma ve uygulamalar bazında karşılaştırmaktır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -İş Modeli Açısından   Bulut Bilişim İş Modeli Geleneksel yazılım iş modeli bir kez al sınır kullan şeklindedir. Ancak bulut bilişimde kullanıcılar kullandıkları kadar öder.Yani kullanıcı işlem gücünü ne kadar kullanmışsa, ne kadar dosya depoluyorsa yada ne kadar trafik kullanmışsa bunlara göre ücret öder.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -İş Modeli Açısından   Bununla beraber yüzbinlerce işlemciye sahip bir sistemi kullanmak için gerekli olan tek şey kredi kartıdır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -İş Modeli Açısından   Grid Computing İş Modeli Grid sistemlerin iş modeli ise proje bazlıdır ve kullanıcılar bu sistemlere cpu saati ile ödeme yapar. Örnek vermek gerekirse teraGrid bir düzineden fazla dünyanın farklı yerlerinde bulunan grid sitesine sahiptir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından   Grid sistemler 1990’ların ortasında büyük ölçekli sistemlerin adreslenmesi olarak kuruldu. Amaç süper bilgisayarlara alternatif olarak yüksek performansı ekonomik bir şeklide almaktı. Grid sistemler mevcut işlem gücünü işletim sistemleri, kaynak yönetimi güvenlik altyapısıyla birleştirmeyi amaçlamaktadır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından Grid mimarisi 5 farklı katman olarak geliştirildi.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından   1-)Fabric Layer: Sistemin farklı kaynaklara ulaşmasını sağlar.Ağ, bellek işlemci, kodlar gibi.Fabric katmanı genelde hali hazırda bulunan sistemleri kullanır. 2-)Connectivity Layer:Çekirdek iletişimini ve yetki protokollerini; güvenli ve hızlı ağ erişimi için belirler. The GSI (Grid Security Infrastructure) tüm grid sistemlerin altyapısını oluşturmaktadır. 3-)Resource Layer: Bireysel kaynakların bulunması, yayınlanması, hesap işlemleri, ve paylaşımları belirlemektedir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından   4-)Collective Layer:Kaynak koleksiyonları arasındaki etkileşimleri yakalamaktadır.İzinler, işlemlerin çizelgelendirilmesi bu katmanda yapılır. 5-)Application Layer:Kullanıcı katmanlarını kapsamaktadır.Uygulamalar diğer katmanları kullanarak yazılır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından   Bulut bilişim internet tabanlı bir mimaridir ve bu yüzden bazı sorunlar farklıdır. Bulut bilişim kaynaklara ulaşmak için standart web protokollerini kullanmaktadır.(web 2.0 wsdl soap ajax gibi)

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından Bulut Bilisim 4 katmandan oluşur.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından 1-)Fabric Layer: Bu katman ham halde donanımları bulundurur.Bunlar işlemci, bellek veya ağ kaynakları olabilir. 2-)Unified Layer:Bu katmanda sanallaştırılmış kapsullenmiş kaynaklar bulunur.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından   3-)Platform Layer:Kapsullenmiş sanallaştırılımış kaynaklara burada gerekli yazılımlar eklendikten sonra yayınlamaya/kullanıma hazır hale gelir. 4-)Application Layer:Bulut içinde kullanılacak uygulamaları içinde barındırır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından   Bulut bilişim genelde 3 farklı hizmet düzeyiyle sunulur bunlar IaaS, PaaS, ve Saas’dir. Infrastructure as a Service (IaaS) Bulut bilişim hizmetinin altyapı olarak sunulmasıdır.Bu hizmet modelinde kullanıcılar platformlarını kendileri oluşturur

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Mimari Açısından   Platform as a Service (PaaS) Bulut bilişim hizmetlerinin platform olarak sunulmasıdır.Kullanıcılar yazılımlarını kendileri geliştirir. Software as a Service (SaaS) Bulut bilişimin kullanıma hazır olarak sunulmasıdır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -İşlem Modeli Açısından Çoğu grid sistem yığın zamalı (batch scheduled) işlem mimarisinde çalışır. LRM (local resource manager) işlemleri yönetir.Bu işlem PBS, Condor, SGE gibi programlarla gerçekleştirilir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -İşlem Modeli Açısından   Lrm mimarisinin çalışma şekline örnek vermek gerekirse bir işlem 100 adet işlemciyi 1 saat boyunca kullanım hakkı talep etsin.Bunun için 100 adet işlemcinin 1 saat boyunca bu işlemciye tahsis edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle grid sistemler interaktif uygulamaları desteklemez.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -İşlem Modeli Açısından   Ancak bulut bilişimin mimarisi oldukça farklıdır. Bulut bilişimde kaynaklar tüm kullanıcılar tarafından eş zamanlı olarak paylaşılır. Bu nedenle bulut bilişimde gecikmelere izin verilir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Veri Modeli Açısından   Pek çok kişi günümüz internet bilişiminin zamanla bulut bilişimin merkezi olacağı görüşünde. İnternet bilişiminin zamanla verileri tablodaki gibi üzerine alacağı düşünülüyor.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Veri Modeli Açısından   Ancak bunun gelişmesinin önünde birkaç önemli sorun mevcut. Güvenlik sorunları:Kullanıcılar önemli işlemlerini ve verilerini bulut üzerinde işlemek istemeyecektir. Ağ hızı:Kullanıcılarinternet hızı düşük olduğunda yada internet erişimi olmadığında verilerine ve işlemlerine ulaşamayacak.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Veri Modeli Açısından  Grid computing ise yoğun verileri işlemek üzere taşarlanmıştır. Bu yoğun veriler sanallaştırılmış ve dağınık haldedir. Sanal haldeki veriler dataları,programları ve işlemleri barındırır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Veri Modeli Açısından   Gelişen teknoloji:Bulut bilişimin en önemli avantajlarından olan yüksek başarımlı bilgisayarlar günümüzde ev kullanıcıları için de mümkün.Çünkü yeni nesil donanımlar çok daha hızlı.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Veri Konumları Açısından  Birim işlem fiyatları her yıl düşmekte ve bununla beraber işlenen veriler ise her yıl iki katına çıkmaktadır. Ancak veri boyutlarındaki bu hızlı yükseliş işlemcileri darboğaz haline getirmektedir. Giriş çıkış işlemlerinin hızlarında lokal disk ve ağ üzerinde çok ciddi bir hız farkı bulunmaktadır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Veri Konumları Açısından İnternet üzerinden iyi bir bulut,grid işlemi sağlayabilmek için veriler işlem icin en iyi ve en ekonomik yere yönlendirilebilmeli. Google’s MapReduce adlı program google file system üzerinde çalışmaktadır. Bu program yüklenen programları parçalara ayırmakta ve tum parcaları kopyalamaktadır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -Veri Konumları Açısından Bu programa yuklenen verinin işlenmesi gerektiğinde ise haritaya bakılarak veri yeniden birleştirilmekte ve talep edilen işleme sunulmaktadır. Grid sistemler ise paylaşımlı dosya sistemlerini kullanmaktadır.( NFS, GPFS, PVFS, Luster gibi)

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması -İşlemleri ve Veri Yönetimini Birleştirmek Açısından Dağıtık sisemlerde en kritik noktalardan birisi işlem gücünü ve verileri optimum bir şekilde birleştirmektir. Uygulamalarda işlem performansının optimize edilebilmesi için verileri minimum miktarda heraket etmesi gerekmektedir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Sanallaştırma Açısından Sanallaştırma teknolojisi bulut bilişimin kaçınılmaz bileşenlerindendir. Bulut bilişim aynı anda milyonlarca uygulamanın çalışmasını gerektirmektedir. Bu uygulamalar simultane halde bulut bilişim kaynaklarını kullanmalıdır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Sanallaştırma Açısından Sanallaştırma ise burada devreye girmekte.Ham halde bulunan kaynaklar (harddisk, işlemci gibi) sanallaştırılarak farklı yerlerde bulunan bulunan veriler yine farklı yerlerde olan işlemciler tarafından işlenmelidir. Sanallaştırma kaynakları birleştirmenin yanında guvenligi, yonetimi ve izolasyonu sağlamalı.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Sanallaştırma Açısından Grid sistemler ise bulut bilişim kadar sanallaştırma teknolojisini kullanmaz. Ancak bunula beraber grid sistemlerde de sanallaştırma teknolojisi kullanılmaya çabalanmaktadır. Nimbus adlı program grid computing’in soyutlaştırma ve yayınlama kapasitesini arttırmıştır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Sanallaştırma Açısından Bu programla grid üzerine dinamik ve güvenli bir şekilde işlem yapılabilmektedir. Geçmişte sanallaştırma teknolojisi bir miltar veri kaybına sebep olmaktaydı.Ve bu kayıp sanallaştırmanın en büyük dezavantajı durumundaydı. Günümüzdeye işlemci firmaları sanallaştırma teknolojisini desteklemektedir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - İzleme (Monitoring) Açısından Bulut bişimin önemli noktalarında bir ise iyi bir kontrol mekanizmasıdır. Grid computing de izleme bulut bilşime nazaran daha kolaydır çünkü grid sistemler bulut bilişim kadar sanallaştırılmamıştır ve bulut bilişime göre daha güzenilir kaynaklar kullanılmaktadır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - İzleme (Monitoring) Açısından Bulut bilişimde ise farklı hizmet modelleri bu konuda sorun oluşturmaktadır.Örneğin IaaS hizmeti veren bir kurum kullanıcısına API’ları sağlamalıdır.Ancak bu API’lar ile yazılan programları denetleyemez.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Programlama Modeli Açısından Grid programlama geleneksel paralel programlamadan oldukça karışıktır. Çünkü grid sistemlerde alışılagelmiş dağıtık sistemlere ek olarak farklı türde sistem kaynakları, yetki sorunları, stabilite ve performans sorunları bulunmaktadır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Programlama Modeli Açısından MPI (message passing interface) paralel programlama için en yaygın programlama yöntemidir. MPICH-G2 ise MPI mimarisini grid için uygun hale getirmiştir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Programlama Modeli Açısından Cloud sistemler ise genelde web mimarisi üzerine geliştilişmiştir.(Amazon Web Wervices , Microsoft Azure gibi) Bu sistemler Web servisler, HTTP ve SOAP gibi halihazırda bulunan protokolleri kullanır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Programlama Modeli Açısından Cloud sistemler ise genelde web mimarisi üzerine geliştilişmiştir.(Amazon Web Wervices , Microsoft Azure gibi) Bu sistemler Web servisler, HTTP ve SOAP gibi halihazırda bulunan protokolleri kullanır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Uygulama Modeli Açısından Grid sistemler HPC mimariden HTC mimariye kadar geniş bir aralığa hizmet verir. HPC (High Performance Computing) birbirine optimum şekilde baglanmış gecikme süreleri düşük sistemlerde verimlidir. Bu sistemler işlemlere ulaşabilmek için mpi arayüzünü kullanır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Uygulama Modeli Açısından HTC(High Throughput Computing) sistemler ise içerdiği uygulamalar açısından pek çok görev (task) barındırır. Bu işlemler birbirinden bağımlı yada bağımsız olabilir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Uygulama Modeli Açısından Diğer taraftan ise bulut bilişimden beklenen ise HPC sistemler gibi yüksek performanstır.Ancak hpc sistemler gibi kaynakların birbiriyle düşük gecikmede çalışması oldukça zordur ve bunula beraber oldukça fazla sayıdaki kaynağı (işlemci, bellek gibi) dengeli kullanmak da oldukça zordur. Bu yüzden bulut bilişim hala bebeklik dönemindedir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Güvenlik Modeli Açısından Bulut bilişim pek çok farklı data centerdan oluşur.Ve bu sistemler yapı olarak birbirinden farklı olabilir. Buna karşın grid sistemler daha homojen yapıdadır. Bulut bilişimde bu fark kullanımda ciddi sorunlar oluşturabilir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Güvenlik Modeli Açısından Örnek vermek gerekirse işlemlerinizin bir kısmını farklı bir bulutta diğer kısmını da farklı bir bulutta işlediğinizi düşünün.Böyle bir durumda her iki sistem birbiryle haberleşebilmeli ancak bulutların kendilerine ait yetkilendirme sistemleri burada potensiyel bir sorun oluşturmaktadır.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Güvenlik Modeli Açısından Grid sistemlerde ise bu şekilde bir yapı olmadığından sorun daha azdır. Grid sistemler GSI (Grid Security Infrastructure) ile gerekli protokollere sahip olur. Günümüzde bulut sistemler grid sistemlere göre daha basit güvenlik yapılarına sahiptir.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Güvenlik Modeli Açısından Daha önce de bahsettiğimiz gibi bulut bilişim tipik web protokollerini temel alır. Bu nedenle güvenlik bulut bilişimin en önemli sorunlarından biridir.Güvenlik sorununun altbaşlıkları şu şeklide belirtilebilir: 1-)Kullanıcı Girişleri/Yetkilendirme: Kurumsal işlemlerde kritik verilere yalnızca yetkili kişiler ulaşabilmeli.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Güvenlik Modeli Açısından 2-)Mevzuata Uygunluk: Müşteriler hizmet aldıkları kurumdan güvenlik konusunda sertifika bekleyecklerdir. 3-)Veri Konumları: Dosyaları bilinmeyen bir yerde tutulan kullanıcıya yerel mahremiyet sağlanmalı.

Grid ve Cloud Computing’in Karşılaştırılması - Güvenlik Modeli Açısından 4-)Veri Ayrıştırılması Veriler diğer kullanıcılardan tamamen ayrıştırılmalı. 5-)Yedekleme Kullanıcıların dosyaları verimli bir şekilde yedeklenmeli. 6-)Süreklilik Bulut sağlayıcısı başka bir şirket tarafından alınsa dahi kullanıcı verilerine erişebilmeli.