Progettazione e Sviluppo di un Sistema Cloud P2P

La tesi si colloca nell'ambito del Cloud Computing, un modello in grado di abilitare l’accesso in rete in maniera condivisa, pratica e on-demand, di diverse risorse computazionali, come potenza di calcolo o memoria di massa. Questo lavoro ha come scopo la realizzazione di una Cloud privata, per la fornitura di servizi, basata su un’architettura P2P. L’elaborato vuole studiare il caso di un sistema P2P di livello infrastruttura (IaaS) e propone la realizzazione di un prototipo capace di sostenere un insime basilare di API. Verranno utilizzati protocolli di gossip per la costruzione dei servizi fondamentali.

Dynamic power management: from portable devices to high performance computing

Electronic applications are nowadays converging under the umbrella of the cloud computing vision. The future ecosystem of information and communication technology is going to integrate clouds of portable clients and embedded devices exchanging information, through the internet layer, with processing clusters of servers, data-centers and high performance computing systems. Even thus the whole society is waiting to embrace this revolution, there is a backside of the story. Portable devices require battery to work far from the power plugs and their storage capacity does not scale as the increasing power requirement does. At the other end processing clusters, such as data-centers and server farms, are build upon the integration of thousands multiprocessors. For each of them during the last decade the technology scaling has produced a dramatic increase in power density with significant spatial and temporal variability. This leads to power and temperature hot-spots, which may cause non-uniform ageing and accelerated chip failure. Nonetheless all the heat removed from the silicon translates in high cooling costs. Moreover trend in ICT carbon footprint shows that run-time power consumption of the all spectrum of devices accounts for a significant slice of entire world carbon emissions. This thesis work embrace the full ICT ecosystem and dynamic power consumption concerns by describing a set of new and promising system levels resource management techniques to reduce the power consumption and related issues for two corner cases: Mobile Devices and High Performance Computing.

Il Modello ad Attori per lo Sviluppo di Applicazioni Web orientate al Cloud: il Framework Play come Caso di Studio

Negli ultimi anni le Web application stanno assumendo un ruolo sempre più importante nella vita di ognuno di noi. Se fino a qualche anno fa eravamo abituati ad utilizzare quasi solamente delle applicazioni “native”, che venivano eseguite completamente all’interno del nostro Personal Computer, oggi invece molti utenti utilizzano i loro vari dispositivi quasi esclusivamente per accedere a delle Web application. Grazie alle applicazioni Web si sono potuti creare i cosiddetti social network come Facebook, che sta avendo un enorme successo in tutto il mondo ed ha rivoluzionato il modo di comunicare di molte persone. Inoltre molte applicazioni più tradizionali come le suite per ufficio, sono state trasformate in applicazioni Web come Google Docs, che aggiungono per esempio la possibilità di far lavorare più persone contemporanemente sullo stesso documento. Le Web applications stanno assumendo quindi un ruolo sempre più importante, e di conseguenza sta diventando fondamentale poter creare delle applicazioni Web in grado di poter competere con le applicazioni native, che siano quindi in grado di svolgere tutti i compiti che sono stati sempre tradizionalmente svolti dai computer. In questa Tesi ci proporremo quindi di analizzare le varie possibilità con le quali poter migliorare le applicazioni Web, sia dal punto di vista delle funzioni che esse possono svolgere, sia dal punto di vista della scalabilità. Dato che le applicazioni Web moderne hanno sempre di più la necessità di poter svolgere calcoli in modo concorrente e distribuito, analizzeremo un modello computazionale che si presta particolarmente per progettare questo tipo di software: il modello ad Attori. Vedremo poi, come caso di studio di framework per la realizzazione di applicazioni Web avanzate, il Play framework: esso si basa sulla piattaforma Akka di programmazione ad Attori, e permette di realizzare in modo semplice applicazioni Web estremamente potenti e scalabili. Dato che le Web application moderne devono avere già dalla nascita certi requisiti di scalabilità e fault tolerance, affronteremo il problema di come realizzare applicazioni Web predisposte per essere eseguite su piattaforme di Cloud Computing. In particolare vedremo come pubblicare una applicazione Web basata sul Play framework sulla piattaforma Heroku, un servizio di Cloud Computing PaaS.

Coordination as a Service (CaaS) in the Cloud

Nel primo capitolo si è studiata la nuova tecnologia del Cloud Computing, fornendo una semplice analisi di tutte le caratteristiche principali, gli attori coinvolti e i relativi metodi di distribuzione e servizi offerti. Nel secondo capitolo si è introdotta la nozione di coordination as a service, discutendone le relative astrazioni che compongono l'architettura logica. Successivamente si è preso in considerazione il modello di coordinazione TuCSoN definendo cosa si intende per nodo, agente, centro di tuple e agent coordination context ed è stato analizzato il relativo linguaggio di coordinazione attraverso il quale essi interagiscono. Nel terzo capitolo sono state riviste ed estese le nozioni di TuCSoN, precedentemente acquisite, nell'ambito del Cloud Computing ed è stato fornito un modello astratto ed una possibile architettura di TuCSoN in the Cloud. Sono stati analizzati anche gli aspetti di un possibile servizio di tale genere nello scenario di servizio pay-per-use. Infine nel quarto ed ultimo capitolo si è sviluppato un caso di studio in cui si è implementata un'interfaccia per l'attuale CLI di TuCSoN sottoforma di applet, che è stata poi inserita nel Cloud attraverso la piattaforma PaaS Cloudify.

Coordinazione embodied vs. Disembodied: TuCSon on cloud

Lo scopo della tesi è esplorare il nuovo dualismo tra calcolo situato e calcolo come mero servizio immateriale che si osserva nel rafforzarsi di due paradigmi apparentemente antitetici come Cloud Computing e Pervasive Computing. Si vuole quindi dimostrare che i due paradigmi sono complementari, e possibilmente sviluppare un modello e un approccio metodologico per sistemi distribuiti che sfrutti opportunamente le caratteristiche dei due paradigmi. A tale scopo si utilizzerà come caso di studio il modello TuCSoN con linguaggio ReSpecT, combinando opportunamente Situated ReSpecT con il modello Coordination as a Service (CaaS) espresso da TuCSoN on Cloud.

Pattern e tecnologie per lo sviluppo di applicazioni cloud: Orleans come caso di studio.

Uno dei temi più discussi ed interessanti nel mondo dell’informatica al giorno d’oggi è sicuramente il Cloud Computing. Nuove organizzazioni che offrono servizi di questo tipo stanno nascendo ovunque e molte aziende oggi desiderano imparare ad utilizzarli, migrando i loro centri di dati e le loro applicazioni nel Cloud. Ciò sta avvenendo anche grazie alla spinta sempre più forte che stanno imprimendo le grandi compagnie nella comunità informatica: Google, Amazon, Microsoft, Apple e tante altre ancora parlano sempre più frequentemente di Cloud Computing e si stanno a loro volta ristrutturando profondamente per poter offrire servizi Cloud adeguandosi così a questo grande cambiamento che sta avvenendo nel settore dell’informatica. Tuttavia il grande movimento di energie, capitali, investimenti ed interesse che l’avvento del Cloud Computing sta causando non aiuta a comprendere in realtà che cosa esso sia, al punto tale che oggi non ne esiste ancora una definizione univoca e condivisa. La grande pressione inoltre che esso subisce da parte del mondo del mercato fa sì che molte delle sue più peculiari caratteristiche, dal punto di vista dell’ingegneria del software, vengano nascoste e soverchiate da altre sue proprietà, architetturalmente meno importanti, ma con un più grande impatto sul pubblico di potenziali clienti. Lo scopo che mi propongo con questa tesi è quello quindi di cercare di fare chiarezza in quello che è il mondo del Cloud computing, focalizzandomi particolarmente su quelli che sono i design pattern più utilizzati nello sviluppo di applicazioni di tipo cloud e presentando quelle che oggi rappresentano le principali tecnologie che vengono utilizzate sia in ambito professionale, che in ambito di ricerca, per realizzare le applicazioni cloud, concentrandomi in maniera particolare su Microsoft Orleans.

Sicurezza, protezione e integrità nei sistemi cloud: Modelli, metodi e tecnologie

La natura distribuita del Cloud Computing, che comporta un'elevata condivisione delle risorse e una moltitudine di accessi ai sistemi informatici, permette agli intrusi di sfruttare questa tecnologia a scopi malevoli. Per contrastare le intrusioni e gli attacchi ai dati sensibili degli utenti, vengono implementati sistemi di rilevamento delle intrusioni e metodi di difesa in ambiente virtualizzato, allo scopo di garantire una sicurezza globale fondata sia sul concetto di prevenzione, sia su quello di cura: un efficace sistema di sicurezza deve infatti rilevare eventuali intrusioni e pericoli imminenti, fornendo una prima fase difensiva a priori, e, al contempo, evitare fallimenti totali, pur avendo subito danni, e mantenere alta la qualità del servizio, garantendo una seconda fase difensiva, a posteriori. Questa tesi illustra i molteplici metodi di funzionamento degli attacchi distribuiti e dell'hacking malevolo, con particolare riferimento ai pericoli di ultima generazione, e definisce le principali strategie e tecniche atte a garantire sicurezza, protezione e integrità dei dati all'interno di un sistema Cloud.

Ruolo del cloud nell'amministrazione dei sistemi informatici moderni

Per far fronte alla necessità di sviluppo incrementale ed evolutivo dell'IT, è necessario un continuo rinnovamento del sistema aziendale. Negli ultimi anni, il progresso informatico è stato caratterizzato dall'espansione delle tecnologie Cloud, in grado di semplificare la complessità amministrativa delle aziende, aumentare la scalabilità dei sistemi e ridurre i costi di produzione. Nel corso di questo elaborato analizzerò nel dettaglio come il Cloud sia capace di rivoluzionare, in primis dal punto di vista amministrativo, ma non solo, i sistemi informatici moderni, valutando i molteplici benefici da esso generati e gli inevitabili trade-off che ne derivano.

Composizione dinamica di funzioni di rete virtuali in ambienti cloud

Questo documento si interroga sulle nuove possibilità offerte agli operatori del mondo delle Reti di Telecomunicazioni dai paradigmi di Network Functions Virtualization, Cloud Computing e Software Defined Networking: questi sono nuovi approcci che permettono la creazione di reti dinamiche e altamente programmabili, senza disdegnare troppo il lato prestazionale. L'intento finale è valutare se con un approccio di questo genere si possano implementare dinamicamente delle concatenazioni di servizi di rete e se le prestazioni finali rispecchiano ciò che viene teorizzato dai suddetti paradigmi. Tutto ciò viene valutato per cercare una soluzione efficace al problema dell'ossificazione di Internet: infatti le applicazioni di rete, dette middle-boxes, comportano costi elevati, situazioni di dipendenza dal vendor e staticità delle reti stesse, portando all'impossibilità per i providers di sviluppare nuovi servizi. Il caso di studio si basa proprio su una rete che implementa questi nuovi paradigmi: si farà infatti riferimento a due diverse topologie, una relativa al Livello L2 del modello OSI (cioè lo strato di collegamento) e una al Livello L3 (strato di rete). Le misure effettuate infine mostrano come le potenzialità teorizzate siano decisamente interessanti e innovative, aprendo un ventaglio di infinite possibilità per il futuro sviluppo di questo settore.

Design and implementation of an anonymous peer-to-peer iaas cloud

Cloud services are becoming ever more important for everyone's life. Cloud storage? Web mails? Yes, we don't need to be working in big IT companies to be surrounded by cloud services. Another thing that's growing in importance, or at least that should be considered ever more important, is the concept of privacy. The more we rely on services of which we know close to nothing about, the more we should be worried about our privacy. In this work, I will analyze a prototype software based on a peer to peer architecture for the offering of cloud services, to see if it's possible to make it completely anonymous, meaning that not only the users using it will be anonymous, but also the Peers composing it will not know the real identity of each others. To make it possible, I will make use of anonymizing networks like Tor. I will start by studying the state of art of Cloud Computing, by looking at some real example, followed by analyzing the architecture of the prototype, trying to expose the differences between its distributed nature and the somehow centralized solutions offered by the famous vendors. After that, I will get as deep as possible into the working principle of the anonymizing networks, because they are not something that can just be 'applied' mindlessly. Some de-anonymizing techniques are very subtle so things must be studied carefully. I will then implement the required changes, and test the new anonymized prototype to see how its performances differ from those of the standard one. The prototype will be run on many machines, orchestrated by a tester script that will automatically start, stop and do all the required API calls. As to where to find all these machines, I will make use of Amazon EC2 cloud services and their on-demand instances.

Coordination nel Cloud: Elasticità in Respect

L'elasticità è un concetto fondamentale nell'ambito del cloud computing, ma propone problemi di coordinazione che, se non compresi nella loro natura, rischiano di renderla inefficiente. Tramite il concetto di “elasticità consapevole della coordinazione” (coordination-aware elasticity), in questa tesi si discute come si possa espandere il linguaggio per l’elasticità cloud SYBL in modo che possa eseguire alcune funzioni elastiche tramite il linguaggio di coordinazione ReSpecT.

Smart execution of distributed application by balancing resources in mobile devices and cloud-based avatars

L’obiettivo del progetto di tesi svolto è quello di realizzare un servizio di livello middleware dedicato ai dispositivi mobili che sia in grado di fornire il supporto per l’offloading di codice verso una infrastruttura cloud. In particolare il progetto si concentra sulla migrazione di codice verso macchine virtuali dedicate al singolo utente. Il sistema operativo delle VMs è lo stesso utilizzato dal device mobile. Come i precedenti lavori sul computation offloading, il progetto di tesi deve garantire migliori performance in termini di tempo di esecuzione e utilizzo della batteria del dispositivo. In particolare l’obiettivo più ampio è quello di adattare il principio di computation offloading a un contesto di sistemi distribuiti mobili, migliorando non solo le performance del singolo device, ma l’esecuzione stessa dell’applicazione distribuita. Questo viene fatto tramite una gestione dinamica delle decisioni di offloading basata, non solo, sullo stato del device, ma anche sulla volontà e/o sullo stato degli altri utenti appartenenti allo stesso gruppo. Per esempio, un primo utente potrebbe influenzare le decisioni degli altri membri del gruppo specificando una determinata richiesta, come alta qualità delle informazioni, risposta rapida o basata su altre informazioni di alto livello. Il sistema fornisce ai programmatori un semplice strumento di definizione per poter creare nuove policy personalizzate e, quindi, specificare nuove regole di offloading. Per rendere il progetto accessibile ad un più ampio numero di sviluppatori gli strumenti forniti sono semplici e non richiedono specifiche conoscenze sulla tecnologia. Il sistema è stato poi testato per verificare le sue performance in termini di mecchanismi di offloading semplici. Successivamente, esso è stato anche sottoposto a dei test per verificare che la selezione di differenti policy, definite dal programmatore, portasse realmente a una ottimizzazione del parametro designato.

A QoS Controller Framework Compliant with the ETSI Network Function Virtualization Specification

The 5th generation of mobile networking introduces the concept of “Network slicing”, the network will be “sliced” horizontally, each slice will be compliant with different requirements in terms of network parameters such as bandwidth, latency. This technology is built on logical instead of physical resources, relies on virtual network as main concept to retrieve a logical resource. The Network Function Virtualisation provides the concept of logical resources for a virtual network function, enabling the concept virtual network; it relies on the Software Defined Networking as main technology to realize the virtual network as resource, it also define the concept of virtual network infrastructure with all components needed to enable the network slicing requirements. SDN itself uses cloud computing technology to realize the virtual network infrastructure, NFV uses also the virtual computing resources to enable the deployment of virtual network function instead of having custom hardware and software for each network function. The key of network slicing is the differentiation of slice in terms of Quality of Services parameters, which relies on the possibility to enable QoS management in cloud computing environment. The QoS in cloud computing denotes level of performances, reliability and availability offered. QoS is fundamental for cloud users, who expect providers to deliver the advertised quality characteristics, and for cloud providers, who need to find the right tradeoff between QoS levels that has possible to offer and operational costs. While QoS properties has received constant attention before the advent of cloud computing, performance heterogeneity and resource isolation mechanisms of cloud platforms have significantly complicated QoS analysis and deploying, prediction, and assurance. This is prompting several researchers to investigate automated QoS management methods that can leverage the high programmability of hardware and software resources in the cloud.

Managing server energy and reducing operational cost for online service providers

The past decade has seen the energy consumption in servers and Internet Data Centers (IDCs) skyrocket. A recent survey estimated that the worldwide spending on servers and cooling have risen to above $30 billion and is likely to exceed spending on the new server hardware . The rapid rise in energy consumption has posted a serious threat to both energy resources and the environment, which makes green computing not only worthwhile but also necessary. This dissertation intends to tackle the challenges of both reducing the energy consumption of server systems and by reducing the cost for Online Service Providers (OSPs). Two distinct subsystems account for most of IDC’s power: the server system, which accounts for 56% of the total power consumption of an IDC, and the cooling and humidifcation systems, which accounts for about 30% of the total power consumption. The server system dominates the energy consumption of an IDC, and its power draw can vary drastically with data center utilization. In this dissertation, we propose three models to achieve energy effciency in web server clusters: an energy proportional model, an optimal server allocation and frequency adjustment strategy, and a constrained Markov model. The proposed models have combined Dynamic Voltage/Frequency Scaling (DV/FS) and Vary-On, Vary-off (VOVF) mechanisms that work together for more energy savings. Meanwhile, corresponding strategies are proposed to deal with the transition overheads. We further extend server energy management to the IDC’s costs management, helping the OSPs to conserve, manage their own electricity cost, and lower the carbon emissions. We have developed an optimal energy-aware load dispatching strategy that periodically maps more requests to the locations with lower electricity prices. A carbon emission limit is placed, and the volatility of the carbon offset market is also considered. Two energy effcient strategies are applied to the server system and the cooling system respectively. With the rapid development of cloud services, we also carry out research to reduce the server energy in cloud computing environments. In this work, we propose a new live virtual machine (VM) placement scheme that can effectively map VMs to Physical Machines (PMs) with substantial energy savings in a heterogeneous server cluster. A VM/PM mapping probability matrix is constructed, in which each VM request is assigned with a probability running on PMs. The VM/PM mapping probability matrix takes into account resource limitations, VM operation overheads, server reliability as well as energy effciency. The evolution of Internet Data Centers and the increasing demands of web services raise great challenges to improve the energy effciency of IDCs. We also express several potential areas for future research in each chapter.