disertacija
Računalni oblaci kao dio servisno orijentirane arhitekture

Slaven Brumec (2011)
Sveučilište u Zagrebu
Fakultet organizacije i informatike Varaždin
Podaci o radu
NaslovRačunalni oblaci kao dio servisno orijentirane arhitekture
AutorSlaven Brumec
Voditelj/MentorNeven Vrček
Sažetak rada
U istraživačkom fokusu ovog rada su komercijalni računalni oblaci. Provedena su mjerenja radi određivanja trajanja izvođenja aplikacije u oblaku te uspoređeni tehnički i ekonomski uvjeti njezinog izvođenja u oblaku s uvjetima izvođenja na vlastitim računalnim resursima. Povezivanjem rezultata vlastitih istraživanja s radovima drugih istraživača razvijena je metodika korištenja oblačnog računarstva. Tekst disertacije organiziran je na sljedeći način. U prvom poglavlju izrečena je motivacija, objašnjena znanstvena i društvena opravdanost istraživanja, postavljeni su ciljevi rada, definirane istraživačke hipoteze te opisane metode i tehnike koje će se koristiti u istraživanju. U drugom poglavlju definirana je taksonomija oblačnog računarstva te opisana funkcionalna i uporabna svojstva računalnih oblaka. U trećem poglavlju opisane su tehnologije na kojima se zasniva oblačno računarstvo, s posebnim naglaskom na virtualizaciju i servisnu paradigmu korištenja. Izvedena je definicija oblačnog računarstva, opisana fizička realizacija računalnih oblaka, naznačene su moguće ekonomske i tehničke prednosti njihovog korištenja te tržišni potencijali. Četvrto poglavlje opisuje ekonomske aspekte uporabe računalnih oblaka, napose elastičnost i optimalnu nabavu. Formulirani su temelji ekonomike oblačnog računarstva i kratko analizirane neke aktualne komercijalne ponude. Definirane su varijable za opis svojstava složene aplikacije (pogodne za izvođenje u oblaku ili na vlastitim računalima) te postavljen koncept za mjerenje utjecaja tih varijabli na trajanje i troškove izvođenja aplikacije u oblaku. Rezultati opsežnih mjerenja performansi ogledne aplikacije smještene u oblaku obrađeni su u petom poglavlju. Matematičkom obradom rezultata mjerenja utvrđena je zavisnost vremena izvođenja aplikacije To nezavisnim varijablama koje opisuju njezino izvođenje na računalnim resursima te je tako dokazana druga hipoteza koja se odnosi na razvoj višedimenzionalne metrike potreba za računalnim servisima iz računalnog oblaka. U šestom poglavlju postavljen je općeniti postupak (temeljen na metrici iz petog poglavlja te radovima E. Walkera) kojim je moguće objektivno procijeniti da li je isplativije neku aplikaciju pokretati u računalnom oblaku ili na vlastitim računalnim resursima. Razvijen je algoritam za odlučivanje o kupnji ili najmu, temeljen na integraciji saznanja iz prethodnih poglavlja. U sedmom poglavlju sistematizirani su postupci za projektiranje hibridnog informacijskog sustava koji ima barem neke komponente smještene u oblaku. Ovi su postupci oblikovani u metodiku korištenja oblačnog računarstva (KOR). Pokazano je da se koncepti SOA i oblačnog računarstva temelje na istim komunikacijskim tehnologijama i komplementarnim paradigmama njihovog korištenja. Metodika KOR daje smjernice o tome kako i pod kojim uvjetima se SOA može uklopiti u računalni oblak. VII U disertaciji su postavljene dvije temeljne hipoteze:  H1: Metodika razvoja hibridnih SOA rješenja može se izgraditi temeljem normiranih metoda i tehnika za modeliranje, usklađivanje i opisivanje poslovnih procesa.  H2: Moguće je postaviti višedimenzionalnu metriku potreba za računalnim resursima SOA servisa prije njihove izgradnje te stvarnih performansi nakon njihove izgradnje. Korištenje takve metrike će povećati sigurnost pri odlučivanju o tome treba li neki servis stalno ili povremeno pokretati u računalnom oblaku. Istraživanje obuhvaćeno ovom disertacijom provedeno je slijedeći način: 1) Izabrana je ogledna aplikacija koja dobro aproksimira svojstva većine poslovnih aplikacija. Utvrđeno je 6 parametra koji definiraju način izvođenja aplikacije u oblaku ili na privatnim računalima, a za koje se pretpostavlja da utječu na vrijeme izvođenja aplikacije. Aplikacijski parametri su složenost algoritma a i broj CRUD akcija po upitu q. Podatkovni parametri su opseg podataka koji se šalje u oblak radi obrade u te veličina baze podataka b. Potrebe za računalnim resursima određuju broj r i snaga računala p. Istraživanje je izvedeno tako da je tipska aplikacija preuređena za izvođenje u oblaku te je vrijeme njezinog izvođenja T (za razne vrijednosti parametara) uspoređeno s vremenom TORG kojeg očekuje korisnik u radu s aplikacijom. Tipska aplikacija je namijenjena prepoznavanju oblika i koristi se za identifikaciju osobe usporedbom njezine aktualne fotografije s više slika iz baze podataka. Aplikacijski i podatkovni parametri mogu se mijenjati u potrebnim granicama, a resursni parametri se odabiru kod izvedbe aplikacije u oblaku. Tako su ostvareni uvjeti za mjerenje T u zavisnosti o izazvanim promjenama 6 ispitivanih parametara, uz isključene utjecaje slučajnih varijabli. 2) Da bi se odredio matematički model za opis performansi tipske aplikacije, izvedeno je 16 mjerenja prema višefaktorskom parcijalnom planu pokusa tipa 2^(6-2). Rezultati mjerenja su obrađeni metodama multivarijantne analize te je na taj način određen matematički model za izračun vremena izvođenja aplikacije u zavisnosti o 6 istraživanih parametara koji glasi: T=0,631+14,993∙a+0,135∙u+0,702∙q-0,840∙r-2,160∙a∙r. Ustanovljeno je da su signifikantni parametari a, u, q i r te dvofaktorne interakcije a i r. Dobiveni rezultati prikazani su grafički i detaljno prodiskutirani, čime je dokazana hipoteza 2. 3) Razvijen je matematički model za izračun pune cijene vlasništva (TCO) oblačnog centra, a njegova korektnost provjerena je proračunom troškova virtualnog podatkovnog centa i usporedbom rezultata tog izračuna s dostupnim podacima o strukturi troškova više izvedenih podatkovnih centara. Polazeći od radova E. Walkera razvijeni su matematičko-ekonomski modeli za izračun troškova CPU vremena i troškova diskovnih resursa za pohranu podataka. Prvim modelom, u kojem se računa s povećanjem računalne snage po Mooreovom zakonu, pokazano je da trošak po jedinici procesorskog vremena zavisi o stupnju iskorištenosti VIII procesora. To upućuje na zaključak da je za tvrtke koje imaju vremenski promjenljive zahtjeve, povoljnije unajmiti CPU vrijeme nego graditi vlastite serverske farme čiji kapacitet mora zadovoljiti vršne zahtjeve. To vrijedi ako sigurnosni zahtjevi i političke okolnosti ne ograničavaju takvo pribavljanje računalnih resursa. Drugi model, u kojem se računa s empirijski potvrđenim smanjivanjem cijene memorija tijekom vremena, pokazuje da je najam resursa za pohranu podataka dobra opcija za pojedine korisnike, a da je uvijek povoljniji za mala i srednja poduzeća. Za organizacije s velikim podatkovnim potrebama je kupnja vlastitih resursa za pohranu podataka povoljnija opcija od unajmljivanja jednako velikih resursa. Oba modela omogućavaju investitoru uvid u rentabilnost ulaganja, a korisniku usporedbu troškova najma potrebnih resursa prema troškovima vlasništva nad resursima iste snage. Uz ta dva matematička modela, te sistematiziranu komercijalnu ponudu oblačnih poslužitelja, izveden je algoritam odlučivanja o kupnji ili najmu. Korektnost algoritma provjerena je za tri virtualne aplikacije. Za svaku od njih izračunati su troškovi, koje bi imao korisnik izvodeći ih na računalnim resursima izabranih komercijalnih pružatelja ili na vlastitim resursima. 4) Kao sinteza istraživanja definirana je metodika KOR za uklapanje servisno orijentiranih aplikacija u računalne oblake. Metodika je izvedena kao proces te je formalizirana po BPM notaciji. Provodi se u 23 koraka te omogućuje objektiviziranje odluke o tome koje aplikacije informacijskog sustava tvrtke ili ustanove je isplativo izvoditi u oblaku, za koje treba nabaviti vlastite ICT resurse te kako sve to provesti na sistematičan način. Metodika KOR primijenjena je u izgradnji tipske aplikacije te se pokazalo da može opisati postupke za razvoj hibridnih aplikacija u oblaku. Budući da je metodika KOR provjerena kod pripreme tipske aplikacije za izvođenje u oblaku, smatramo da je dokazana hipoteza 1. Zaključno, ovom su disertacijom ostvareni su sljedeći znanstveni rezultati: 1. Postavljena je metrika za uspješno mjerenje aplikacijske potrebe za računalnim resursima i diskovnim kapacitetom. Ta metrika je općenita i primjenljiva je na razne vrste aplikacija koje se mogu izvoditi na različitim tehničkim platformama. Temelji se na mjerenju vremena potrebnog da aplikacija obavi zadani posao, pri čemu je to vrijeme ovisno o signifikantnim nezavisnim varijablama koje opisuju aplikaciju. 2. Razjašnjen je odnos između računalnih oblaka i drugih oblika naprednog računarstva te pokazano da su računalni oblaci platforma na kojoj je moguće postaviti i koristiti servisno orijentirana rješenja. 3. Razvijena je metodika KOR kojom je određen proces razvoja hibridnih informacijskih sustava i omogućena kvantificirana procjena koje aplikacije informacijskog sustava tvrtke ili ustanove je isplativo smjestiti u oblak, a za koje treba nabaviti vlastite ICT resurse. Metodika uzima u obzir potrebu preoblikovanja već postojećih aplikacija u SOA servise.
Ključne riječiračunalni oblaci oblačno računarstvo servisno orijentirana arhitektura SOA ekonomika metodika KOR mjerenje aplikacijskih performansi višefaktorski parcijalni plan pokusa ICT resursi isplativost kupnja najam
Naslov na drugom jeziku (engleski)Computing Clouds as a Part of Service-Oriented Architecture
Povjerenstvo za obranuVjeran Strahonja (predsjednik povjerenstva)
Neven Vrček (član povjerenstva)
mladen vouk (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski/stručni stupanjSveučilište u Zagrebu
Fakultet organizacije i informatike Varaždin
MjestoVaraždin
Država obraneHrvatska
Znanstveno područje, polje, granaDRUŠTVENE ZNANOSTI
Informacijske i komunikacijske znanosti
Informacijski sustavi i informatologija
UDK004
OPĆENITO
Računalna znanost i tehnologija. Računalstvo. Obrada podataka
Vrsta studijasveučilišni
Stupanjposlijediplomski doktorski
Naziv studijskog programaInformacijske znanosti
Akademski / stručni nazivdoktor/doktorica znanosti, područje društvenih znanosti, polje informacijske i komunikacijske znanosti
Kratica akademskog / stručnog nazivadr.sc.
Vrsta radadisertacija
Jezik hrvatski
Datum obrane2011-07-14
Ključne riječi na drugom jeziku (engleski)computing clouds cloud computing service-oriented architecture SOA economics methodology KOR application performance measurement fractional factorial design ICT resources cost-effectiveness buying leasing
Verzijaobranjena verzija
Vrsta resursatekst
Prava pristupaRad u otvorenom pristupu
Uvjeti korištenja radahttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
URN:NBNhttps://urn.nsk.hr/urn:nbn:hr:211:891056
PohranioBernarda Kos