Cloud Platforms und PaaS

5/8/2018 Cloud Platforms und PaaS - slidepdf.com

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Cloud Platforms / PaaS

Thomas Bachmann

Kleiststraße 21, 70197 [email protected]

Abstract. Platform as a Service (PaaS) is a dominant field in cloud computing.It helps organizations to reduce their costs for developing and operatingapplications and enables them to rapidly develop new applications without the

need of buying hardware, operating system licenses or middleware components.PaaS offers a cheap entry point for ISVs to create, operate, distribute andmanage their software over the Internet. This term paper introduces the offersof three big PaaS providers, explains what PaaS can be used for and what isdifferent to on premise application hosting.

Keywords: PaaS, Cloud Platforms, Windows Azure, Google App Engine,Amazon Elastic Beanstalk, Development, Programming Model, RuntimeEnvironment, Persistence, Concurrency, Application Access, Multi-Tenancy

1 Einführung

Diese Seminararbeit über Platform as a Service (PaaS) ist im Rahmen des CloudComputing Hauptseminars im Sommersemester 2011 an der Universität Stuttgartentstanden und bietet einen Überblick über das Thema PaaS.

Zuerst wird dazu das Thema motiviert und genauer definiert, danach folgt einMarktüberblick und der Plattformgedanke sowie die einzelnen Plattformbestandteilewerden kurz betrachtet. Hier wird besonders auf die Unterschiede gegenüber derAnwendungsentwicklung für Application Server Bezug genommen. Zum Schlussfolgt eine Zusammenfassung und eine kurze Bewertung mit einem Ausblick auf dasThema PaaS.

1.1 Motivation

Zwischen Oktober 2009 und Oktober 2010 haben mehr als 100 PaaS Anbieter denMarkt betreten [7]. Sie treten an um ihren Kunden möglichst viele administrativeAufgaben abzunehmen, Skalierbarkeit und Hochverfügbarkeit zu ermöglichen [31],Fixkosten zu senken, Gesamtkosten zu senken, mehr Flexibilität zu geben, sowie eineschnelle Anwendungsentwicklung und einen schnellen Markteintritt zu ermöglichen[8], [26]. Damit wird es den Kunden ermöglicht, sich mehr auf die eigentlicheEntwicklung von Geschäftsanwendungen zu konzentrieren, statt sich umFrameworks, Middleware, oder den Betrieb von skalierbaren, zuverlässigen undkosteneffizienten Rechenzentren zu kümmern.



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1.2 Definitionen

Der Begriff Platform as a Service (PaaS) umspannt einen weiten Bereich im CloudComputing Spektrum. PaaS Angebote bauen auf einer skalierbaren Infrastruktur(IaaS) von Speicher und Rechenleistung auf um Mehrwertdienste anzubieten. [7]Anhand dieser Mehrwertdienste können auch weitere SaaS Angebote entstehen.Somit ist PaaS die mittlere Schicht im Cloud Stack, wie Abbildung 1 zeigt. [8]

Abbildung 1 Cloud Stack

Die angebotenen Dienste sind vor allem Bündelungen von Middleware-Technologien wie Application Server, Datenbankmanagement-Systeme, Portale,Integrationsplattformen oder BPM-Tools. Diese werden über APIs an Entwickler zurVerfügung gestellt. Es werden aber auch Entwicklungsumgebungen für die Erstellungvon (Web-)Anwendungen, programmierbare Rechenplattformen oder großeDatenspeicher zur Verfügung gestellt. Dabei werden alle Schritte vom „Design, derEntwicklung, dem Test, Deployment bis hin zum Hosting von Anwendungen“unterstützt und auch zusätzliche Dienste wie „Teamkollaboration, Sicherheit,Monitoring, Versionierung oder Instrumentierung von Anwendungen“ angeboten. [7],

[8], [9]Gartner unterteilt PaaS Angebote nach den zugehörigen Projekttypen inApplication PaaS (aPaaS) und Integration and Governance PaaS (iPaaS). Unter aPaaSversteht man eine „comprehensive cloud environment for building and hostingbusiness applications exposed through user interfaces and programmatic, SOA-styleinterfaces“ wie zum Beispiel eine Webanwendung zum Verwalten von Terminenwelche in der Google App Engine laufen könnte. Im Gegensatz dazu steht iPaaS als„comprehensive cloud environment for facilitating the intermediation betweenapplication services via interoperability, integration and governance of heterogeneouscloud-based (as well as on-premises-based) services and applications“ wie zumBeispiel Adapter die verschiedene Cloud Dienste wie auch On Premise Diensteverbinden und dies wiederum als Cloud Dienst anbieten ohne dabei zwangsläufig einegraphische Benutzungsschnittstelle zur Verfügung zu stellen. iPaas soll dabei die

bisherige Integrations-Middleware ablösen und gemäß dem Cloud Paradigmahochskalierbar sein. Ein erster Anbieter solcher Lösungen ist Mule iON. [4], [8]Es existiert auch eine Unterteilung von PaaS in Entwicklungs- und

Ausführungsumgebung. Damit soll ermöglicht werden sich auf eineEntwicklungsumgebung, wie zum Beispiel Django [6], festzulegen aber bei der Wahlder Ausführungsumgebung flexibel zu sein und hier auch zwischen Anbietern zuwechseln. [10]

In dieser Seminararbeit werden die Begriffe PaaS Dienst und Cloud Plattformsynonym verwendet.

CloudAnwendungen

• SoftwareasaService(SaaS)

CloudPlattformen

• PlatformasaService(PaaS)

CloudInfrastruktur

• InfrastructureasaService(IaaS)



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1.2 Bedeutung

Momentan werden PaaS Angebote nur von „leading-edge users“ genutzt, da„mainstream users“ den aktuellen PaaS Angeboten noch skeptisch gegenüber stehen.[8] Gartner sieht die mehr visionären Independent Software Vendors (ISVs) alsSchlüssel für die Akzeptanz des PaaS Modells, da diese ihre Anwendungen über dieCloud anbieten werden. Erst durch diese SaaS Angebote wird die Cloud auch fürandere IT Projekte attraktiv. [8]

Abbildung 2 Hypekurve der kommenden Technologien, 2009 [11]

Im Jahr 2009 hatte das Thema Cloud Computing insgesamt einen Höhepunkt auf der Gartner Hypekurve, wie in Abbildung 2 zu sehen ist. Es gab viele Enttäuschungenüber die Leistungsfähigkeit des Cloud Computings, aber auch positive Auswirkungen.

In Japan haben bereits große Unternehmen damit begonnen aPaaS Angebote wieForce.com zu nutzen um Kundenanwendungen ortstransparent, an eine Vielzahl vonNutzern zu bringen. Dabei hat sich herausgestellt, dass sich aPaaS Angebotemomentan nur für in sich abgeschlossene Anwendungen eignen, die keine komplexeDatenverarbeitung und kein komplexes Anwendungsdesign benötigen. Die Daten, die

diese Anwendungen benötigen, werden meist noch über einen ETL Prozess aus deneigenen Rechenzentren der Unternehmen bezogen, da sie zusammen mit anderenbenötigten Anwendungen noch nicht in der Cloud verfügbar sind. [8]



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1.3 Abgrenzung

Abbildung 3 Gegenüberstellung von traditioneller IT und den verschiedenenCloud Layern [13]

Eine Abgrenzung von PaaS zu IaaS Angeboten ist schwer, da viele PaaS Angebotedie Dienste von darunterliegenden IaaS Angeboten nutzen und nur bündeln [14].Allerdings bieten die meisten PaaS Angebote keinen direkten Zugriff auf dasBetriebssystem und die angebotenen PaaS Dienste sind nur über APIs ansprechbar.Die Konfiguration von PaaS Diensten kann sowohl über eine Weboberfläche, als auchselbst wieder über eine API vorgenommen werden. Der Nutzer einer PaaS Umgebung

muss sich, wie Abbildung 3 zeigt, nicht um das Betriebssystem, die Middleware undLaufzeitumgebung für seine Anwendung kümmern, wie es bei IaaS Angeboten derFall ist [13].

Um PaaS Angebote von SaaS Angeboten abzugrenzen kann die Zielgruppeherangezogen werden. SaaS Anwendungen sind in der Regel explizit fürEndanwender gedacht, besitzen eine graphische Benutzungsschnittstelle und könnenauf IaaS oder PaaS Angeboten aufbauen. Dahingegen sind PaaS Angebote fürEntwickler gedacht und bieten ihnen eine Entwicklungsumgebung sowie einenContainer für ihre Anwendungen und weitere Middleware-Dienste an. Entwicklerkönnen somit ihre gesamte Anwendungen in eine PaaS Umgebung deployen. DerZugriff auf diese Middleware-Dienste geschieht über APIs.

Es existieren allerdings auch SaaS Angebote wie Google Docs [28], dieEntwicklern Schnittstellen zur Verfügung stellen, diese sind allerdings meist dafür

gedacht die SaaS Anwendung zu erweitern oder mit ihr zu kommunizieren. AuchSaaS Anwendungen ohne graphische Benutzerschnittstelle sind denkbar aber nichtweit verbreitet.

Diese Seminararbeit konzentriert sich auf PaaS Angebote für dieProgrammiersprache Java, da der Autor hier die meisten Erfahrungen hat, der Umfangder Arbeit für weitere Programmiersprachen nicht ausreicht und Java eine wichtigeRolle in großen Unternehmen spielt.



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2 Marktüberblick

Der Cloud Computing Markt wird sehr stark von der Industrie und einzelnenAnbietern geprägt. Daher wird zuerst in einem Marktüberblick der aktuelle Stand anPaaS Angeboten dargestellt.

Anbieter(PaaSProdukt) / Dienst

Speicher &CDN1

Rechen-leistung

Daten-bank

Netzwerk Integration, MW

Amazon(ElasticBeanstalk)

S3, EBS,CloudFront

EC2, ElasticMapReduce

RDS,SimpleDB

Elastic LoadBalancing,Elastic Auto

Scaling

SQS, SNS, SES

Google(AppEngine)

Blobstore Google AppEngine,Backends

App EngineDatastore

URL Fetch GoogleAccounts,Scheduled Tasks,Task Queues

Microsoft(Azure)

Azure Storage,Azure CDN,AzureAppFabric

Azure Compute(Web Role,Worker Role,VM Role)

SQL Azure Azure VirtualNetwork

Azure AppFabric

Tabelle 1 Überblick über PaaS Dienste einzelner Anbieter

Für den Marktüberblick wurden die Anbieter Amazon, Google und Microsoftherausgegriffen, da sie einen großen Marktanteil und eine große Marktmacht haben[38]. Tabelle 1 zeigt die Dienste dieser drei PaaS Anbieter im Vergleich.

Auf salesforce mit ihrem VMforce Produkt [37] trifft dies zwar auch zu, allerdings

hat dieser Anbieter einen ganz anderen Ansatz. Anwendungen die in der salesforceCloud laufen können nur die salesforce Datenbank benutzen und sind fest in dieforce.com Plattform integriert [39]. Es geht also vielmehr darum die SaaS Lösung vonsalesforce mit eigenen Anwendungen zu erweitern, als eigenständige Anwendungenin der Cloud laufen zu lassen. Salesforce ist eigentlich ein SaaS Unternehmen mitGeschäftsanwendungen für CRM und Vertrieb. [40] Erst durch die Kooperation mitVMware entstand ein das PaaS Angebot VMforce mit der engen Bindung an diebestehenden SaaS Anwendungen [41]. Aber auch neben VMforce besteht beisalesforce mit Appforce die Möglichkeit Anwendungen durch die Definition vonWorkflows, Datenbankschemata und GUI Masken zu erstellen, alles mit wenig odergar keinem Programmieraufwand [42].

2.1 Windows Azure

Microsoft veröffentlichte im Februar 2010 ihre Windows Azure Platform. Dazudas cloudbasierte Betriebssystem Windows Azure und der Datenbankdienst SQLAzure [15].

1 CDN: Content Delivery/Distribution Network, ein mit dem Internet verbundenes Netzwerkum Webinhalten möglichst schnell an den Konsumenten auszuliefern.



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Windows Azure unterteilt sich nochmal in Compute, Storage, AppFabric, VirtualNetwork, CDN und Marketplace. Compute stellt drei sogenannte Rollen zurVerfügung: Web Role als Container für Webanwendungen, Worker Role für unteranderem nebenläufige oder rechenintensive Aufgaben und die VM Role (beta) welche„user-provided Windows Server 2008 R2 image[s]“ in der Cloud hosten. Storageerlaubt das Speichern von Daten in Blobs, Tabellen oder Queues und AppFabric stelltInfrastrukturdienste wie einen Service Bus, Access Control, Caching, Integration undComposite App für verteilte Anwendungen zur Verfügung. [16]

Der Betrieb einer kleinen Webanwendung2 kostet rund $ 40 pro Monat. [17]Durch die VM Role erlaubt es Microsoft eigene Windows Server Images in ihren

Rechenzentren laufen zu lassen und damit bisherige On Premise Lösungen in derCloud laufen zu lassen. Allerdings ist man hier auf dieses eine Betriebssystem

festgelegt. Die Web Role erlaubt es Anwendungen in einer Vielzahl vonProgrammiersprachen (.NET (C# and Visual Basic), C++, PHP, Ruby, Python, Java[22]) zu deployen. Abgestimmt ist die Windows Azure Platform allerdings auf das.Net Framework und Visual Studio. [16] Es gibt zwar eine Eclipse-Integration,allerdings nur für Windows [31].

Microsoft bietet außerdem ihre Infrastruktur auch als Appliance an, um sich eineWindows Azure private Cloud im eigenen Rechenzentrum aufzubauen. [27]

Im Vergleich zur Google App Engine und Amazons Elastic Beanstalk unterstütztMicrosoft die meisten Programmiersprachen und hat ein auffallendes Rollensystem.Um allerdings eine Java Servlet Anwendung zu deployen kann man nicht einfach eineWAR Datei hochladen, sondern man muss die eigene Anwendung inklusive einemTomcat Application Server in eine Worker Role verpacken und deployen [3].

2.2 Google App Engine (GAE, beta) [29]

Die Google App Engine wurde im April 2008 als Beta vorgestellt [19]. Es bieteteinen eingeschränkten [20] Java Servlet Container und die Möglichkeit Python undGo Programme laufen zu lassen. Als Dienste werden ein Datastore (schemalos),Blobstore, Channel (socket), Multitenancy (via Namespaces), OAuth, Users (GoogleAccounts), URL Fetch, Mail, Memcache, Image Manipulation, XMPP, ScheduledTasks und Task Queues angeboten. Aktuell ist die GAE immernoch im Beta-Stadiumund bietet einen Business Dienst mit SLAs, anderem Pricing-Modell und 1:1 Supportim „Preview“-Stadium an.

Der Betrieb einer kleinen Webanwendung3 kostet rund $ 65 pro Monat.Es existieren auch freie Implementierungen der GAE namens AppScale und

TyphoonAE. Diese Software benutzt Open Source Anwendungen um alle Dienste derGAE Laufzeitumgebung nachzubilden. Diese Nachbildung kann dann selbstwiederum auf IaaS Angeboten wie Amazons EC2 betrieben werden. AppScale zumBeispiel benutzt als Load Balancer NGINX, haproxy und eine Ruby on Rails

2 1x Compute (Extra small instance), 1 GB Storage, 15 GB Traffic eingehend, 15 GB Trafficausgehend [17]

3 1 x App Engine Instanz (6,5h pro Tag inklusive), 1 GB Speicher (inklusive), 15 GB Trafficeingehend (1 GB inklusive), 15 GB ausgehend (1 GB inklusive)



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Oberfläche, als Application Server ein modifiziertes GAE SDK und als Datenbankenwerden unter anderen HBase, MySQL Cluster oder MongoDB unterstützt. Diealternative Implementierung TyphoonAE benutzt zum Beispiel einen Apache2 HTTPServer in Verbindung mit NGINX und FastCGI, memcached als Memcache Backend,RabbitMQ und ejabberd für die Task Queue und Messaging API. [21], [30]

Eine Besonderheit der GAE im Vergleich zu Windows Azure und Amazons ElasticBeanstalk sind sogenannte harte Quotas. Diese gestatten es zum Beispiel nicht mehrals 32.000 HTTP Aufrufe pro Minute zu triggern oder mehr als 5.100 E-Mail-Empfänger pro Minute zu kontaktieren. Diese Quotas lassen sich nur auf manuelleAnfrage erhöhen. Es ist auch nicht möglich wie bei Amazons Elastic Beanstalk sichauf die GAE per ssh einzuloggen und sie zu konfigurieren. Anwendungen könnenlediglich per API deployed, konfiguriert und kontrolliert werden.

2.3 Amazon Elastic Beanstalk (beta) [14]

Amazon startete seinen Virtual Machine (EC2)- und Online Speicherdienst (S3) imJahr 2006 und fügte nach und nach weitere Dienste wie SimpleDB oder SimpleQueue Service hinzu. Im Januar 2011 wurden die vorhanden Dienste „Amazon EC2,Amazon S3, Amazon Simple Notification Service, Elastic Load Balancing, and Auto-Scaling“ zu AWS Elastic Beanstalk (beta) zusammengeführt und bilden damit einPaaS Angebot allerdings nur für Java. Die Anwendungen können als WAR in einenApache Tomcat deployed werden.

Der Betrieb einer kleinen Webanwendung4 kostet laut Amazon rund $ 38 proMonat.

Die Besonderheit bei Elastic Beanstalk im Vergleich zur GAE oder WindowsAzure ist die Möglichkeit die Images auszutauschen und sich direkt auf die virtuellenMaschinen einzuloggen und sie damit zu kontrollieren. Beim Upload einerAnwendung wird jede neue Version im S3 Dienst gespeichert und es findet eineautomatische Allokation der benötigen Ressourcen wie EC2 Instanzen und LoadBalancer statt. Wenn die Leistung einer EC2 Instanz nicht mehr alle Benutzer inausreichender Geschwindigkeit bedienen kann, wird automatisch eine weitere EC2Instanz hochgefahren und die Anfragen werden gleichmäßig verteilt.

2.4 Kritik

Die drei vorgestellten „großen“ PaaS Anbieter bieten alle grundlegende

Funktionen um einfache Webanwendungen in der Cloud laufen zu lassen.Professioneller Support wird auch von allen drei Diensten angeboten, jedoch ist GAEhier noch in der Beta-Phase. Die generelle Datenschutz-Problematik beim CloudComputing wird von den Diensten für deutsche Unternehmen jedoch nicht

4 1x Amazon EC2 t1.micro instance, 1x Elastic Load Balancer + 15 GB Data Processing, 8 GBElastic Block Store volume, 1 GB Storage (S3), 15 GB Traffic eingehend, 15 GB Trafficausgehend [14]



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angegangen, da die Daten nicht in deutschen Rechenzentren liegen [23], [24], [25]was für viele Unternehmen wichtig ist [26].

Vorsicht gilt bei einigen Diensten, die zwar angeben PaaS Angebote zu haben, woaber im Endeffekt nur ein Off Premise osting ohne Skalierbarkeit dahintersteckt[8, Seite 11], [32].

3 Plattformgedanke und -bestandteile

Im folgenden Abschnitt wird das Programmiermodell und die Laufzeitumgebung vonCloud Plattformen mit ihren einzelnen Bestandteilen beschrieben. Dabei wird sowohldie Anwendungsentwickler-, Plattformanbieter- als auch die Endanwendersichtbetrachtet.

3.1 Programmiermodell

Das Programmiermodell in der Cloud ist vergleichbar mit EnterpriseAnwendungen (Cluster aus Application Servern mit Load Balancer), da beideskalierbar und ausfallsicher sein müssen. Um also skalierbare Anwendungen in derCloud betreiben zu können, müsse diese auf Asynchronität und Zustandslosigkeitsetzen. Ansonsten erreicht man lediglich ein Hosting in einer Cloud-Umgebung ohnegute Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit.

Das Windows Azure Programmiermodell verlangt zum Beispiel drei Dinge um diegarantierte Skalier- und Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Erstens muss eineAnwendung in eine oder mehrere logische Rollen unterteilt werden, zweitens müssenmehrere Instanzen einer Rolle gleichzeitig laufen und drittens muss die Anwendungsich auch noch korrekt verhalten, wenn eine Instanz einer Rolle abstürzt. Zusätzlichdarf die Anwendung keinen Zustand speichern, da der Load Balancer im Gegensatzzu Amazons Elastic Beanstalk keine Sticky Sessions/Cookies verwendet.Veränderungen am Betriebssystem müssen bei jedem Start einer Instanz einer Rollevorgenommen werden und Daten die lokal gespeichert werden, sind nicht für alleInstanzen verfügbar und können beim Neustart einer Instanz verloren gehen. Um dieKommunikation zwischen Rollen zu ermöglichen, muss auf eine Message QueuingSystem gesetzt werden, wobei dies eine at-least-once Semantik verfolgt und somit dieVerarbeitung der Messages idem potent sein muss. [31]

Beim Aufbau einer PaaS Umgebung können also in der Regel bestehendeEnterprise Programmiermodelle wie JEE oder .Net verwendet werden, jedoch musssich der Entwickler eventuell auf Änderungen einstellen wenn er bisher noch keineskalierbaren Anwendungen entwickelt hat.

3.2 Entwicklungsprozess

Der Entwicklungsprozess ändert sich kaum im Vergleich zurAnwendungsentwicklung für Application Server, wie zum Beispiel JEE.Anwendungen werden lokal spezifiziert, entworfen, entwickelt, getestet, paketiert und



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schließlich in die Cloud Plattform deployed. Viele Anbieter wie GAE, WindowsAzure oder Amazons Elastic Beanstalk erlauben es mehrere verschiedene Versionender gleichen Anwendung parallel laufen zu lassen um so zum Beispiel eine Live-,Stage- und Testumgebungen anzubieten und damit auch eine Rollback-Möglichkeitzu einer früheren Version zu ermöglichen. Die großen Anbieter bringen auch direkteUnterstützung für IDEs mit um die Anwendungen direkt aus der IDE in die CloudUmgebung zu deployen.

Ein PaaS Anbieter muss also dafür sorgen, alle Versionen einer Anwendung zuspeichern und kann zusätzlich über eine IDE Komfortfunktionen anbieten um dieAnwendungen leicht aus der IDE heraus zu deployen.

Der Aufwand um eine On Premise Lösung so in die Cloud zu portieren, dass siedort auch skaliert, kann abhängig vom verwendeten Programmiermodell von wenigen

Stunden bis zur kompletten Neuentwicklung reichen. Eine Unterstützung in Form vontechnischen Anleitungen oder gar Tools zur Migration von On Premise Anwendungenzu PaaS Anwendungen haben die meisten Anbieter nicht im Programm. Sie bietenlediglich Tools um Daten in die Cloud zu im- und exportieren und virtuelleMaschinen Images in die Cloud zu laden. Die allein lässt die Anwendungen an sichaber noch nicht skalieren, sondern ist eher mit einer Remote Hosting Lösungvergleichbar.

Um den Aufwand bei beschränkt benötigter Skalierbarkeit zu minimieren gibt esMulti-Tenancy Patterns [49], [1] die zum Beispiel nicht mandantenfähigeAnwendungen mit geringem Aufwand mandantenfähig macht, allerdings unter derPrämisse eingeschränkter Skalierbarkeit.

3.3 Laufzeitumgebung

Die Laufzeitumgebung kann über APIs oder eine Weboberfläche konfiguriertwerden. So können zum Beispiel Anwendungen gestartet und beendet oder diemaximale und minimale Anzahl an Instanzen festgelegt werden. Auch das Monitoringund die damit verbundene Autoskalierbarkeit der Anwendungen kann über APIs odereine Weboberfläche erfolgen.

Einige Laufzeitumgebungen wie JEE in der GAE bieten nur eine Teilmenge dereigentlichen Laufzeitumgebungen um die Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit zugewährleisten. So ist es zum Beispiel in der GAE nicht erlaubt Java Threads zustarten oder direkt auf das Datei- oder Betriebssystem zuzugreifen. DieseEinschränkungen werden meist durch separate APIs ausgeglichen um die Funktionen

dennoch anzubieten aber die Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit nicht zu gefährden.Auch können über solche APIs Quotas wie für HTTP Requests oder E-Mail Versanddurchgesetzt werden, welche die Stabilität der Laufzeitumgebung garantieren. EinigeAnbieter bieten noch zusätzliche APIs für Dienste wie Memcache oderBildverarbeitung an. Gebündelt werde alle anbieterspezifischen APIs zusammen mitden Laufzeitumgebungen in SDKs.

Der Nachteil dieser Anpassungen der Laufzeitumgebungen ist einer erschwertePortierbarkeit, da die zusätzlichen Dienste nicht anbieterübergreifend übereinheitliche APIs verfügbar sind. Es gibt zwar Standardisierungsgremien wie



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openstack [18] und Occi [51] jedoch fokussieren diese ihre Arbeit mehr auf dieStandardisierung der Management und Speicher APIs und nicht auf dieAnwendungscontainer.

Aus Endanwendersicht hat das andere Programmiermodell und die andereLaufzeitumgebung in der Regel keinen Einfluss. Ein PaaS Anbieter muss sichGedanken über eine möglich Einschränkung der zu Grunde liegendenLaufzeitumgebungen wie JEE oder .Net Application Servern machen um seineStabilität zu gewährleisten, denn der Versand von zu vielen E-Mails in einerZeiteinheit oder zu viele Netzwerkanfragen einer einzelnen Anwendung könnenenorme Beeinträchtigungen auf die Antwortzeiten der anderen laufendenAnwendungen haben, denn gerade die ein- und ausgehende Netzwerkbandbreite istimmer begrenzt.

3.4 Persistenz

Fast jede Anwendung muss Daten speichern, allerdings kann dies in CloudUmgebungen nicht auf der Festplatte der Laufzeitumgebung passieren, daLaufzeitumgebungen ausgeschaltet und die Anwendung auf einer anderenLaufzeitumgebung neu gestartet werden können muss. Daher bieten die meisten PaaSAnbieter verschiedene Persistenzmöglichkeiten als Dienst über eine API an.Verschiedene Dienste wie Blob-Speicher, SQL-Datenbanken, NoSQL-Datenbanken,hochverfügbare Caches oder Memcache-Server gehören somit zum Angebot dergroßen PaaS Anbieter. [52], [53], [54]

Die meisten Persistenzdienste der PaaS Anbieter bauen nicht auf relationalen

Datenbanken auf, da diese nach dem CAP Theorem nur zwei der drei EigenschaftenKonsistenz, Verfügbarkeit und Partitionstoleranz gleichzeitig erfüllen können, um denSkalierbarkeitsanforderungen zu genügen [55]. In der Cloud haben sich damit vorallem Key-Value Stores beziehungsweise schemalose NoSQL-Datenbanken etabliert,welche wesentlich besser skalieren, da sie die ACID Kriterien nicht voll einhaltenmüssen [56].

Da viele Kunden dennoch SQL-Datenbanken für die einfacheAnwendungsmigration in die Cloud verlangen, werden mittlerweile auch dieseangeboten, jedoch mit einer schlechteren Performance als die Key-Value Stores.Auch die Blob-Speicher der PaaS Anbieter, wie der S3 Dienst von Amazon, nutzen inder Regel keine Standardsoftware oder -protokolle, sondern verfügen über eineanbieterabhängige API. Um die Portierbarkeit der Anwendungen von einem zumnächsten PaaS Anbieter zu erleichtern wird im Java Umfeld oft die JPA oder JDO

API von den einzelnen Anbieter für ihre Datenbanken implementiert.

3.5 Nebenläufigkeit und Kommunikation zwischen Anwendungsinstanzen

Damit die Antwortzeit von Anwendungen für den Endnutzer immer akzeptabel ist,brauchen einige Anwendungen für größere Berechnungen die Möglichkeit dieseasynchron zu starten. In Cloud Umgebungen kann jedoch jederzeit eineAnwendungsinstanz heruntergefahren werden und somit kann die Berechnung vor der



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Beendung abgebrochen werden. Außerdem bietet zum Beispiel die GAE keineMöglichkeit neue Threads in seiner Anwendungen zu starten [20] um die Stabilitätder GAE nicht zu gefährden.

Um die Ausführung von asynchronen Berechnungen zu garantieren oder dieseüberhaupt zu ermöglichen bieten die meisten PaaS Anbieter eine MessagingInfrastruktur an. Die GAE erlaubt das Anstoßen asynchroner Aufgaben zum Beispielmittels der Dienste Scheduled Tasks und Task Queue [35]. Bei Amazon gibt es dazuden Amazon Simple Queue Service [36] und bei Windows Azure die Queue ServiceAPI aus den Windows Azure Storage Services [33]. Obwohl Windows Azure undAmazon’s Elastic Beanstalk es erlauben neue Threads zu starten, empfiehlt es sichMessage Queues aus den oben genannten Gründen zu verwenden um eine bessereSkalierbarkeit zu erreichen.

3.6 Zugriffsschicht

Der Zugriff auf Anwendungen in der Cloud geschieht über das Internet oderunternehmensintern auch über das Intranet [43, Seite 1-4]. Dabei spielen vor allemWeb- und Netzwerk-Protokolle wie HTTP/S und TCP/IP eine Rolle, aber auchProtokolle für Spezialanwendungsfälle wie XMPP oder Web Socket werden zum Teilunterstützt.

Die bedeutendste Rolle spielt hier das HTTP Protokoll, da auf Anwendungen die ineine PaaS Umgebung deployed werden, in der Regel per HTTP zugegriffen wird. DasHTTP Protokoll wurde als Zugriffsprotokoll für Ressourcen im Internet geschaffenund eignet es sich somit auch für Cloud-Anwendungen. Protokolleigenschaften wie

Zustandslosigkeit und Caching unterstützen eine skalierbare Infrastruktur, so kann einLoad Balancer HTTP Anfragen an entsprechende Instanzen der Anwendungenzustandslos weiterleiten [46] oder ein CDN die Ressourcen nah an den Nutzer bringen[47]. [45]

Um die Cloud-Umgebungen stabil zu halten, wird auch hier wieder von einigenAnbietern der Netzwerkzugriff aus Anwendungen heraus eingeschränkt und überanbieterabhängige APIs in einer kontrollierten Art und Weise wieder zur Verfügunggestellt. [48] [20] Die GAE erlaubt zum Beispiel keine freieNetzwerkkommunikation, hierfür muss eine API von Google genutzt werden, dieHTTP/S (URL Fetch), XMPP und Web Socket (Channel) unterstützt. [44]

Um die Sicherheit von Anwendungen zu erhöhen erlauben es Anbieter wieAmazon gängige Firewall-Einstellungen, wie Black- oder Whitelisting von IPAdressbereichen oder TCP/UDP-Port Beschränkung, zu tätigen. Somit kann der

Zugriff auf eine Anwendung sicherer und auf das eigene Unternehmen eingeschränktwerden. Auch IPsec VPN gesicherte Verbindungen zwischen der Public Cloud undder On Premise Infrastruktur sind zum Beispiel mit Amazons Virtual Private CloudDienst möglich. [58]

Außerdem gibt es Dienste wie Windows Azure Connect (beta) um die direkteKommunikation zwischen Public Cloud und On Premise Diensten über das IPProtokoll zu ermöglichen. So kann zum Beispiel eine Public Cloud Anwendung auf eine On Premise Datenbank oder On Premise Active Directory zugreifen. [57]



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3.7 Multi-Tenancy

Da nicht nur einzelne Firmen ihre innerbetrieblichen Anwendungen in die Cloudauslagern, sondern auch ISVs bei neuen Anwendungen gern auf Cloud Plattformenzurückgreifen, werden Mittel benötigt um Mandantenfähigkeit (engl. Multi-Tenancy)zu ermöglichen.

Dabei können Mandanten sitzungsabhängig- oder sitzungsunabhängig einzelnenAnwendungsinstanzen zugeordnet werden (Multiple Instances Multi-Tenancy) oderaber der Anwendung ist bewusst, dass sie mehrere Mandanten bedient (Native Multi-Tenancy), dann kann der Request von irgendeiner, nicht vorher festgelegteAnwendungsinstanz, verarbeitet werden. Die Art der Mandantenbedienung hat großeAuswirkungen auf die Skalierbarkeit und es spielen auch Aspekte wie

Datensicherheit, Performance Isolation, Verfügbarkeit, SLAs oderAnwendungskonfigurationen eine große Rolle. Die Daten der einzelnen Mandantendürfen nicht vermischt werden, die Performance sollte auf alle Mandanten gleichverteilt werden und trotzdem soll jeder Mandant seine Anwendung individuellkonfigurieren können. [49], [1]

PaaS Anbieter wie Google reagieren hierauf zum Beispiel mit Namensräumen. Sokann jeder Mandant eine Subdomain als Namensraum zugewiesen bekommen.Danach ist nur noch der Zugriff auf mit diesem Namensraum verbundene Objekte desDatastore, Memcaches oder der Task Queue zugelassen. Somit ist auf einer höherenEbene, als der Anwendung an sich, sichergestellt, dass keine Kunde Zugriff auf dieDaten anderer Kunden erhält. [50] Alternativ kann auch auf verschiedene Patterns aus[49], [1] zurückgegriffen werden.

Weitere Probleme, die eine Cloud Plattform lösen soll ist das gleichzeitige

Betreiben mehrerer Versionen einer Anwendung. Dies ist zum Einen beimEntwickeln von Anwendungen von Vorteil um Tests wie Regressionstestsdurchzuführen, es bietet eine Möglichkeit zum Rollback, falls im Live-Betrieb nachder Umstellung auf die neuste Version Fehler auftreten und es bietet Mandanten dieMöglichkeit selbst zu bestimmen, wann sie auf eine neue Version umsteigen wollen.

4 Zusammenfassung und Ausblick

Abschließend folgt eine Zusammenfassung und ein Ausblick auf das Thema PaaS.

4.1 Zusammenfassung

PaaS Anbieter ermöglichen eine schnelle und kostengünstige Entwicklung vonWebanwendungen, die dabei noch dynamisch skalierbar und hochverfügbar ist. DerAufbau einer PaaS Infrastruktur ähnelt einem weit überdimensioniertenkonventionellen Cluster von Application Servern mit einem Load Balancer und einemgut skalierbaren Datenbank Backend, wie aus den OpenSource Projekten TyphoonAEund AppScale ersichtlich ist. Hinzu kommt noch ein Monitoring verbunden mitAutoskalierbarkeit zur dynamischen Ressourcenbereitstellung sowohl nach oben als



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auch nach unten und einige Management APIs. Neu aus Entwicklersicht ist, dass mankeine Infrastruktur bereitstellen, betreiben und warten muss. Somit wird derAdministrationsaufwand gesenkt, ein Pay-as-you-go Bezahlmodell ermöglicht unddie Einstiegsbarrieren und Entwicklungszeit für neue Softwareprojekte gesenkt.

Viele Anbieter nutzen existierende und etablierte Software um eine PaaSUmgebung aufzubauen und fügen ein Monitoring samt Deployment-Automatisierungund eine Weboberfläche samt APIs zum administrieren der Umgebung hinzu.Weiterhin werden meist anbieterspezifische Datenspeicher- und Datenbanklösungenzur Verfügung gestellt.

Für Unternehmen, die keine rechtlichen Probleme mit PaaS Diensten sehen undkeine Verfügbarkeit von mehr als 99,9% ihrer Anwendungen benötigen, lohnt es sichAnwendungen in die Cloud zu deployen, wenn sie von der flexiblen

Ressourcennutzung Gebrauch machen können und keine besonderen Anforderungenan die Application Server Auswahl und Konfiguration haben. Auch vor derAnschaffung neuer Hardware sollte überlegt werden, ob bestehende oder neueAnwendungen nicht in eine PaaS Umgebung migriert werden können. KomplexeAnwendungen lassen sich in der Regel nicht in eine PaaS Umgebung migrieren, dasie weit mehr als einen Application Server samt Datenbankanbindung benötigen undmeist auch eine wichtige Anwendungen für das Unternehmen darstellen, dessenKontrolle man noch nicht aufgeben will. Wenn nur technisch gesehen eine PaaSUmgebung nicht ausreicht, lohnt es sich auch zu evaluieren ob eine IaaS Strukturgenug Freiraum gibt, allerdings sind hiermit wieder wesentlich mehrVerwaltungsaufgaben verbunden.

4.2 Ausblick

Die PaaS Technologien scheinen bei einigen großen Anbietern wie Amazon undMicrosoft bereits ausgereift und sind dennoch zum Teil in der Beta-Phase. Anderekleinere oder jüngere Anbieter können die Versprechen von hoher Skalierbarkeit nochnicht halten. Auch für den deutschen Mittelstand sind die bisherigen Angebote kaumausreichend. Dies steht und fällt schon mit dem Mangel an deutschen Rechenzentrenund deutschem Gerichtsstand. [2]

Für viele Unternehmen spielt die Portierbarkeit von PaaS Anwendungen eine großeRolle um bei günstigeren Konditionen oder verlorenem Vertrauen zur Konkurrenz zuwechseln. So ist ein Wechsel zum Beispiel von der Google App Engine zu AmazonsElastic Beanstalk Angebot aus eigener Erfahrung mit vertretbarem Aufwand möglich,da beide Angebote auf dem JEE Servlet Container aufbauen, auch wenn die GAE hier

einige Einschränkungen hat. Microsoft hingegen erschwert mit ihrem zusätzlichenRollen-Konzept die Portierbarkeit. Bei einer JEE Anwendung müsste der TomcatApplication Server zum Beispiel mit in eine Worker Role gepackt und mitausgeliefert werden. Dies hat dann nur noch wenig mit PaaS zu tun. [3] Probleme wiediese zeigen, dass es einen Bedarf an Standardisierungen auch im PaaS Bereich gibt.Die großen Anbieter zeigen daran aktuell allerdings wenig Interesse. Vor allem dieanbieterabhängigen APIs und SDKs bedürfen einer Standardisierung um das VendorLock-In zu minimieren.



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Größere Unternehmen und Unternehmen mit sehr sensiblen Kundendaten werdenversuchen ihre eigenen Rechenzentren weiter zu virtualisieren und darauf eigeneCloud Lösungen aufzubauen um weiter die volle Kontrolle über ihre Infrastruktur zuhaben.

Quellen

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Native Multi-Tenancy Application Development and Management. cec-eee, pp.551-558,

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International Conference on Enterprise Computing, E-Commerce and E-Services (CEC-

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[2] P. Marwan. Cloud Computing: Die meisten Anbieter sind noch nicht so weit. ZDNet.de,

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http://www.zdnet.de/it_business_hintergrund_cloud_computing_die_meisten_anbieter_si

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[3] cesardl. Developing and Deploying Java-Tomcat apps into Windows Azure. Microsoft,

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03

[5] I. Foster, C. Kesselman, J. Nick und S. Tuecke. The Physiology of the Grid: an Open

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[6] unbekannt. Django | The Web framework for perfectionists with deadlines. 2011,

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[7] G. Raines und L. Pizette. Platform as a Service: A 2010 Marketplace Analysis. 2010-10,

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Abrufdatum: 2011-06-02

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Documents

Cloud Platforms und PaaS