Automated analysis of performance and energy consumption for cloud applications

In cloud environments, IT solutions are delivered to users via shared infrastructure. One consequence of this model is that large cloud data centres consume large amounts of energy and produce significant carbon footprints. A key objective of cloud providers is thus to develop resource provisioning and management solutions at minimum energy consumption while still guaranteeing Service Level Agreements (SLAs). However, a thorough understanding of both system performance and energy consumption patterns in complex cloud systems is imperative to achieve a balance of energy efficiency and acceptable performance. In this paper, we present StressCloud, a performance and energy consumption analysis tool for cloud systems. StressCloud can automatically generate load tests and profile system performance and energy consumption data. Using StressCloud, we have conducted extensive experiments to profile and analyse system performance and energy consumption with different types and mixes of runtime tasks. We collected finegrained energy consumption and performance data with different resource allocation strategies, system configurations and workloads. The experimental results show the correlation coefficients of energy consumption, system resource allocation strategies and workload, as well as the performance of the cloud applications. Our results can be used to guide the design and deployment of cloud applications to balance energy and performance requirements.

A decentralized cloud firewall framework with resources provisioning cost optimization

Cloud computing is becoming popular as the next infrastructure of computing platform. Despite the promising model and hype surrounding, security has become the major concern that people hesitate to transfer their applications to clouds. Concretely, cloud platform is under numerous attacks. As a result, it is definitely expected to establish a firewall to protect cloud from these attacks. However, setting up a centralized firewall for a whole cloud data center is infeasible from both performance and financial aspects. In this paper, we propose a decentralized cloud firewall framework for individual cloud customers. We investigate how to dynamically allocate resources to optimize resources provisioning cost, while satisfying QoS requirement specified by individual customers simultaneously. Moreover, we establish novel queuing theory based model M/Geo/1 and M/Geo/m for quantitative system analysis, where the service times follow a geometric distribution. By employing Z-transform and embedded Markov chain techniques, we obtain a closed-form expression of mean packet response time. Through extensive simulations and experiments, we conclude that an M/Geo/1 model reflects the cloud firewall real system much better than a traditional M/M/1 model. Our numerical results also indicate that we are able to set up cloud firewall with affordable cost to cloud customers.

Security and privacy concerns for Australian SMEs cloud adoption: empirical study of metropolitan vs regional SMEs

New national infrastructure initiatives such as the National Broadband Network (NBN) allow small and medium-sized enterprises (SMEs) in Australia to have greater access to cost effective Cloud computing. However, the ability of Cloud computing to store data remotely and share services in a dynamic environment brings with it security and privacy concerns. Evaluating these concerns is critical to address the Cloud computing underutilisation issue and leverage the benefits of costly NBN investment. This paper examines the influence of privacy and security factors on Cloud adoption by Australian SMEs in metropolitan and regional area. Data were collected from 150 Australian SMEs (specifically, 79 metropolitan SMEs and 71 regional SMEs) and structural equation modelling was used for the analysis. The findings reveal that privacy and security factors do not significantly influence the decision-making of Australian SMEs in the adoption of Cloud computing. Moreover, the results indicate that Cloud computing adoption is not influenced by the geographical location (i.e., metropolitan or regional location) of the SMEs. The findings extend the current understanding of Cloud computing adoption by Australian SMEs. The results will be useful to SMEs, Cloud service providers and policy makers devising Cloud security and privacy policies.

A representação social do cloud computing na visão dos profissionais de TI brasileiros

Este estudo visa desenvolver uma investigação exploratória e quali-quantitativa, a cerca da representação social do Cloud Computing, na visão dos profissionais de TI brasileiros. Objetiva expor quais as percepções dos usuários da área de TI a respeito do paradigma computacional Cloud Computing. Para suportar o estudo teórico, foram coletados dados empíricos, por meio de questionários online respondidos por 221 profissionais da área de TI. Com o uso da técnica de evocação de palavras e da teoria da representação social (TRS), os dados coletados foram sumarizados. Após o tratamento dos dados mediante o uso da técnica do quadro de quatro casas de Vergès, obteve-se como resultado, a identificação do núcleo central e do sistema periférico da representação social do Cloud Computing. Por fim, os dados foram analisados utilizando-se as análises implicativa e de conteúdo, de forma a que todas as informações fossem abstraídas para melhor interpretação do tema. Obteve-se como resultado, que o núcleo central da representação social do Cloud Computing é composto pelas seguintes palavras “Nuvem”, “Armazenamento”, “Disponibilidade”, “Internet”, “Virtualização” e “Segurança”. Por sua vez, as palavras identificadas como parte do sistema periférico da representação social do Cloud Computing foram: “Compartilhamento”, “Escalabilidade” e ”Facilidade”. Os resultados permitem compreender qual percepção dos profissionais de TI a respeito deste paradigma tecnológico e sua correlação com o referencial teórico abordado. Tais informações e percepções podem auxiliar a tornar o não familiar em familiar, ou seja, compreender como o Cloud Computing é representado, visto e, finalmente, reconhecido pelos profissionais da área de TI.

Cloud computing in Latin America: Current situation and policy proposals

Includes bibliography.

The advance of cloud computing

The “Implementation of the National Data Centre” project, Augusto Espín, Deputy Minister of Telecommunications and Information Society, Ecuador .-- Cloud computing and public policy in Brazil, Rafael Henrique Rodrigues Moreira, Ministry of Science, Technology and Innovation, Brazil .-- “The cloud is being taken up more quickly in Latin America than in the rest of the world”, interview to Lalo Steinmann, Microsoft .-- The impact of education and research networks on the development of cloud computing Eduardo Vera, University of Chile .-- “The cloud helps to narrow divides by providing access to technology resources that used to be unaffordable”, interview to Luis Urzúa, Movistar Chile .-- “Cloud computing will be a strategic sector of the economy in the coming years”, interview to Jean-Bernard Gramunt, France’s digital strategy .-- “If take-up in Latin America is as strong as predicted, it will be a good opportunity to create and export technology”, interview to Flavio Junqueira, Yahoo! Labs.

Utilizzo del Software OpenStack per la realizzazione di Piattaforme "Cloud"

Il Cloud computing è probabilmente l'argomento attualmente più dibattuto nel mondo dell'Information and Communication Technology (ICT). La diffusione di questo nuovo modo di concepire l'erogazione di servizi IT, è l'evoluzione di una serie di tecnologie che stanno rivoluzionando le modalit à in cui le organizzazioni costruiscono le proprie infrastrutture informatiche. I vantaggi che derivano dall'utilizzo di infrastrutture di Cloud Computing sono ad esempio un maggiore controllo sui servizi, sulla struttura dei costi e sugli asset impiegati. I costi sono proporzionati all'eettivo uso dei servizi (pay-per-use), evitando dunque gli sprechi e rendendo più efficiente il sistema di sourcing. Diverse aziende hanno già cominciato a provare alcuni servizi cloud e molte altre stanno valutando l'inizio di un simile percorso. La prima organizzazione a fornire una piattaforma di cloud computing fu Amazon, grazie al suo Elastic Computer Cloud (EC2). Nel luglio del 2010 nasce OpenStack, un progetto open-source creato dalla fusione dei codici realizzati dall'agenzia governativa della Nasa[10] e dell'azienda statunitense di hosting Rackspace. Il software realizzato svolge le stesse funzioni di quello di Amazon, a differenza di questo, però, è stato rilasciato con licenza Apache, quindi nessuna restrizione di utilizzo e di implementazione. Oggi il progetto Openstack vanta di numerose aziende partner come Dell, HP, IBM, Cisco, e Microsoft. L'obiettivo del presente elaborato è quello di comprendere ed analizzare il funzionamento del software OpenStack. Il fine principale è quello di familiarizzare con i diversi componenti di cui è costituito e di concepire come essi interagiscono fra loro, per poter costruire infrastrutture cloud del tipo Infrastructure as a service (IaaS). Il lettore si troverà di fronte all'esposizione degli argomenti organizzati nei seguenti capitoli. Nel primo capitolo si introduce la definizione di cloud computing, trattandone le principali caratteristiche, si descrivono poi, i diversi modelli di servizio e di distribuzione, delineando vantaggi e svantaggi che ne derivano. Nel secondo capitolo due si parla di una delle tecnologie impiegate per la realizzazione di infrastrutture di cloud computing, la virtualizzazione. Vengono trattate le varie forme e tipologie di virtualizzazione. Nel terzo capitolo si analizza e descrive in dettaglio il funzionamento del progetto OpenStack. Per ogni componente del software, viene illustrata l'architettura, corredata di schemi, ed il relativo meccanismo. Il quarto capitolo rappresenta la parte relativa all'installazione del software e alla configurazione dello stesso. Inoltre si espongono alcuni test effettuati sulla macchina in cui è stato installato il software. Infine nel quinto capitolo si trattano le conclusioni con le considerazioni sugli obiettivi raggiunti e sulle caratteristiche del software preso in esame.

Cloud Computing: analisi dei modelli architetturali e delle tecnologie per lo sviluppo di applicazioni

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. L’obbiettivo che ci poniamo con questa tesi è quindi quello di esplorare il nascente mondo del Cloud Computing, cercando di comprenderne a fondo le principali caratteristiche architetturali e focalizzando l’attenzione in particolare sullo sviluppo di applicazioni in ambiente Cloud, processo che sotto alcuni aspetti si differenzia molto dallo sviluppo orientato ad ambienti più classici. La tesi è così strutturata: nel primo capitolo verrà fornita una panoramica sul Cloud Computing nella quale saranno date anche le prime definizioni e verranno esposti tutti i temi fondamentali sviluppati nei capitoli successivi. Il secondo capitolo costituisce un approfondimento su un argomento specifico, quello dei Cloud Operating System, componenti fondamentali che permettono di trasformare una qualunque infrastruttura informatica in un’infrastruttura Cloud. Essi verranno presentati anche per mezzo di molte analogie con i classici sistemi operativi desktop. Con il terzo capitolo ci si addentra più a fondo nel cuore del Cloud Computing, studiandone il livello chiamato Infrastructure as a Service tramite un esempio concreto di Cloud provider: Amazon, che fornisce i suoi servizi nel progetto Amazon Web Services. A questo punto, più volte nel corso della trattazione di vari temi saremo stati costretti ad affrontare le problematiche relative alla gestione di enormi moli di dati, che spesso sono il punto centrale di molte applicazioni Cloud. Ci è parso quindi importante approfondire questo argomento in un capitolo appositamente dedicato, il quarto, supportando anche in questo caso la trattazione teorica con un esempio concreto: BigTable, il sistema di Google per la gestione della memorizzazione di grandi quantità di dati. Dopo questo intermezzo, la trattazione procede risalendo lungo i livelli dell’architettura Cloud, ricalcando anche quella che è stata l’evoluzione temporale del Cloud Computing: nel quinto capitolo, dal livello Infrastructure as a Service si passa quindi a quello Platform as a Service, tramite lo studio dei servizi offerti da Google Cloud Platform. Il sesto capitolo costituisce invece il punto centrale della tesi, quello che ne soddisfa l’obbiettivo principale: esso contiene infatti uno studio approfondito sullo sviluppo di applicazioni orientate all’ambiente Cloud. Infine, il settimo capitolo si pone come un ponte verso possibili sviluppi futuri, analizzando quali sono i limiti principali delle tecnologie, dei modelli e dei linguaggi che oggi supportano il Cloud Computing. In esso viene proposto come possibile soluzione il modello ad attori; inoltre viene anche presentato il framework Orleans, che Microsoft sta sviluppando negli ultimi anni con lo scopo appunto di supportare lo sviluppo di applicazioni in ambiente Cloud.

Elastic computing on Cloud resources for the CMS experiment

Nowadays, data handling and data analysis in High Energy Physics requires a vast amount of computational power and storage. In particular, the world-wide LHC Com- puting Grid (LCG), an infrastructure and pool of services developed and deployed by a ample community of physicists and computer scientists, has demonstrated to be a game changer in the efficiency of data analyses during Run-I at the LHC, playing a crucial role in the Higgs boson discovery. Recently, the Cloud computing paradigm is emerging and reaching a considerable adoption level by many different scientific organizations and not only. Cloud allows to access and utilize not-owned large computing resources shared among many scientific communities. Considering the challenging requirements of LHC physics in Run-II and beyond, the LHC computing community is interested in exploring Clouds and see whether they can provide a complementary approach - or even a valid alternative - to the existing technological solutions based on Grid. In the LHC community, several experiments have been adopting Cloud approaches, and in particular the experience of the CMS experiment is of relevance to this thesis. The LHC Run-II has just started, and Cloud-based solutions are already in production for CMS. However, other approaches of Cloud usage are being thought of and are at the prototype level, as the work done in this thesis. This effort is of paramount importance to be able to equip CMS with the capability to elastically and flexibly access and utilize the computing resources needed to face the challenges of Run-III and Run-IV. The main purpose of this thesis is to present forefront Cloud approaches that allow the CMS experiment to extend to on-demand resources dynamically allocated as needed. Moreover, a direct access to Cloud resources is presented as suitable use case to face up with the CMS experiment needs. Chapter 1 presents an overview of High Energy Physics at the LHC and of the CMS experience in Run-I, as well as preparation for Run-II. Chapter 2 describes the current CMS Computing Model, and Chapter 3 provides Cloud approaches pursued and used within the CMS Collaboration. Chapter 4 and Chapter 5 discuss the original and forefront work done in this thesis to develop and test working prototypes of elastic extensions of CMS computing resources on Clouds, and HEP Computing “as a Service”. The impact of such work on a benchmark CMS physics use-cases is also demonstrated.

Studio, analisi e progettazione di un prototipo di infrastructure as code

La tesi inserita in un periodo di forte transizione dai sistemi On­premises a sistemi Cloud ha avuto l'esigenza di risolvere alcune problematiche legate alla definizione delle infrastrutture. Come poter scalare le risorse all'evenienza ricreando gli stessi ambienti, monitorandoli e mettendo in sicurezza i dati critici delle applicazioni? La tesi ha risposto proprio a questa domanda definendo un nuovo paradigma nel concepire le infrastrutture chiamato Infrastructure as Code. La tesi ha approfondito le pratiche e le metodologie che si sono legate maggiormente all'Infrastructure as Code tra le quali Version Control, Configuration Management, Continuous Integration e Continuous Delivery. La tesi inoltre ha previsto la realizzazione di un prototipo finale nato dallo studio del flusso di sviluppo software aziendale, definendo gli ambienti in accordo ai sistemi di Version Control e Configuration Management, applicando pratiche di integrazione continua per giungere ad una deployment pipeline funzionale.

Tecniche Cloud Avanzate per Adaptive Hadoop Load Balancing tramite Sahara

Ogni giorno vengono generati grandi moli di dati attraverso sorgenti diverse. Questi dati, chiamati Big Data, sono attualmente oggetto di forte interesse nel settore IT (Information Technology). I processi digitalizzati, le interazioni sui social media, i sensori ed i sistemi mobili, che utilizziamo quotidianamente, sono solo un piccolo sottoinsieme di tutte le fonti che contribuiscono alla produzione di questi dati. Per poter analizzare ed estrarre informazioni da questi grandi volumi di dati, tante sono le tecnologie che sono state sviluppate. Molte di queste sfruttano approcci distribuiti e paralleli. Una delle tecnologie che ha avuto maggior successo nel processamento dei Big Data, e Apache Hadoop. Il Cloud Computing, in particolare le soluzioni che seguono il modello IaaS (Infrastructure as a Service), forniscono un valido strumento all'approvvigionamento di risorse in maniera semplice e veloce. Per questo motivo, in questa proposta, viene utilizzato OpenStack come piattaforma IaaS. Grazie all'integrazione delle tecnologie OpenStack e Hadoop, attraverso Sahara, si riesce a sfruttare le potenzialita offerte da un ambiente cloud per migliorare le prestazioni dell'elaborazione distribuita e parallela. Lo scopo di questo lavoro e ottenere una miglior distribuzione delle risorse utilizzate nel sistema cloud con obiettivi di load balancing. Per raggiungere questi obiettivi, si sono rese necessarie modifiche sia al framework Hadoop che al progetto Sahara.

Building an Academic Cloud for 500,000 Users

Under the brand name “sciebo – the Campuscloud” (derived from “science box”) a consortium of more than 20 research and applied science universities started a large scale cloud service for about 500,000 students and researchers in North Rhine-Westphalia, Germany’s most populous state. Starting with the much anticipated data privacy compliant sync & share functionality, sciebo offers the potential to become a more general cloud platform for collaboration and research data management which will be actively pursued in upcoming scientific and infrastructural projects. This project report describes the formation of the venture, its targets and the technical and the legal solution as well as the current status and the next steps.

Streaming Support for Data Intensive Cloud-Based Sequence Analysis

Cloud computing provides a promising solution to the genomics data deluge problem resulting from the advent of next-generation sequencing (NGS) technology. Based on the concepts of “resources-on-demand” and “pay-as-you-go”, scientists with no or limited infrastructure can have access to scalable and cost-effective computational resources. However, the large size of NGS data causes a significant data transfer latency from the client’s site to the cloud, which presents a bottleneck for using cloud computing services. In this paper, we provide a streaming-based scheme to overcome this problem, where the NGS data is processed while being transferred to the cloud. Our scheme targets the wide class of NGS data analysis tasks, where the NGS sequences can be processed independently from one another. We also provide the elastream package that supports the use of this scheme with individual analysis programs or with workflow systems. Experiments presented in this paper show that our solution mitigates the effect of data transfer latency and saves both time and cost of computation.

Cloud-based Orchestration of Multimedia Services and Applications

The Mobile Cloud Networking project develops among others, several virtualized services and applications, in particular: (1) IP Multimedia Subsystem as a Service that gives the possibility to deploy a virtualized and on-demand instance of the IP Multimedia Subsystem platform, (2) Digital Signage Service as a Service that is based on a re-designed Digital Signage Service architecture, adopting the cloud computing principles, and (3) Information Centric Networking/Content Delivery Network as a Service that is used for distributing, caching and migrating content from other services. Possible designs for these virtualized services and applications have been identified and are being implemented. In particular, the architectures of the mentioned services were specified, adopting cloud computing principles, such as infrastructure sharing, elasticity, on-demand and pay-as-you-go. The benefits of Reactive Programming paradigm are presented in the context of Interactive Cloudified Digital Signage services in a Mobile Cloud Platform, as well as the benefit of interworking between different Mobile Cloud Networking Services as Digital Signage Service and Content Delivery Network Service for better performance of Video on Demand content deliver. Finally, the management of Service Level Agreements and the support of rating, charging and billing has also been considered and defined.

Software Development in the Cloud: Exploring the Affordances of Platform-as-a-Service

Software development teams increasingly adopt platform-as-a-service (PaaS), i.e., cloud services that make software development infrastructure available over the internet. Yet, empirical evidence of whether and how software development work changes with the use of PaaS is difficult to find. We performed a grounded-theory study to explore the affordances of PaaS for software development teams. We find that PaaS enables software development teams to enforce uniformity, to exploit knowledge embedded in technology, to enhance agility, and to enrich jobs. These affordances do not arise in a vacuum. Their emergence is closely interwoven with changes in methodologies, roles, and norms that give rise to self-organizing, loosely coupled teams. Our study provides rich descriptions of PaaS-based software development and an emerging theory of affordances of PaaS for software development teams.