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«Database-as-a-Service: Übersicht im Rahmen des Seminars Cloud Data Management WS09/10 Seminararbeit Leipzig, 17. März 2010 vorgelegt von Betreuer: ...»

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UNIVERSITÄT LEIPZIG

Fakultät für Mathematik und Informatik

Institut für Informatik

Database-as-a-Service: Übersicht

im Rahmen des Seminars Cloud Data Management WS09/10

Seminararbeit

Leipzig, 17. März 2010 vorgelegt von

Betreuer: Sabine Maßmann

Christian Kötteritzsch

geb. am: 19.03.1986

Studiengang Master(neu) Informatik

INHALTSVERZEICHNIS i

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Grundlagen 3

2.1 Software-as-a-Service.................................. 3

2.2 Cloud Computing.................................... 4 3 Einführung in Database-as-a-Service 6

3.1 Herausforderungen................................... 7

3.2 Vergleich zwischen Database-as-a-Service und lokal installierter Datenbank..... 9 4 Das Database-as-a-Service Model 11

4.1 Adaption des Database-as-a-Service Modells am einen Forschungsprototypen.... 14

4.2 Adaption des Database-as-a-Service Modells an Amazon Simple DB......... 16 5 Zusammenfassung 18 6 Literaturverzeichnis 19 1 EINLEITUNG 1 1 Einleitung Heutzutage spielen Datenbanken eine wichtige Rolle in der Informationstechnologie. Da jedoch der Aufwand ein konventionelles Datenbankmanagementsystem zu betreiben sehr hoch ist, geht der Trend zu Datenbanksystemen als Dienstleistung. Dadurch ist es nicht mehr nötig eine Datenbank lokal zu installieren und zu verwalten und es fallen keine Kosten für die Administration und den Betrieb an. Der Kunde zahlt nur für die Leistungen die er wirklich benötigt und erhält eine gut skalierbare Anwendung. Der Anbieter dieser Dienstleistungen erzielt somit eine bessere Auslastung seiner Server und kann dadurch die Kosten für den Betrieb der Server reduzieren. Ein weiterer Vorteil von Datenbanken als Service ist, dass es Umweltschonender ist, da nicht jedes Unternehmen einen eigenen Server betreiben muss.

Um Datenbanksysteme als Dienstleistungen anbieten zu können, wird in Anlehnung an die Prinzipien der serviceorientierten Architektur nur noch abstrakte Services bereitgestellt, die die Datenverwaltungsfunktionalität bereitstellen. Es ist also nur die Schnittstellenbeschreibung bekannt, aber die Implementierungsdetails und die verwendete Software bleiben verborgen. Eine Beispielanwendung, die diese Prinzipien umsetzt, ist der Amazon Simple Storage Service (S3), der zur Speicherung schlüsselindexierter BLOBs dient. Ebenfalls zu nennen ist die Amazon SimpleDB, die zur Speicherung untypisierter Multi-Maps verwendet wird. Einige weitere Anbieter von Cloud Computing Lösungen werden in Abbildung 1 dargestellt.

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der Daten und die Korrektheit der Daten.[Lan] Diese Arbeit soll einen Überblick über Database-as-a-Service geben und beschäftigt sich in Kapitel 2 mit Software-as-a-Service und Cloud Computing. Dabei gibt es generelle Auskunft über dieses Thema und zeigt Vor - und Nachteile dieser auf. Danach wird im Kapitel 4 die Grundlagen von Database-as-a-Service behandelt, welche dann im Kapitel 5 durch ein Modell und Beispielimplementierungen vertiefend dargestellt werden. Im letzten Kapitel wird noch einmal alles zusammengefasst und bewertet.

2 GRUNDLAGEN 3

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In diesem Kapitel werden die Grundlagen, wie Software-as-a-Service und Cloud Computing genauer vorgestellt und ihre Vor - und Nachteile aufgezeigt.

2.1 Software-as-a-Service Dieses Kapitel gibt Auskunft über Software-as-a-Service und zeigt Vor- und Nachteile dieser Methode der Softwareentwicklung auf.

Bei Software-as-a-Service stellt ein Anbieter seine Software über Internet für andere zur Verfügung.

Dabei kann der einzelne Nutzer diese Software mieten und zahlt so nur für die Zeit in der er diese nutzt. Somit erhält der Nutzer dieser Services Zugang zu neuer Software, ohne dabei jedoch die dafür benötigte Hardware, Leute die sich um die Administration kümmern und eine Lizenz dieser Software zu besitzen oder anzuschaffen. Der Serviceanbieter ist für die Einhaltung der versprochenen Leistungen des jeweiligen Services verantwortlich. Da die Software bei dem Anbieter installiert ist, kann er diese von einem Ort aus managen, ohne zum jeweiligen Kunden gehen zu müssen.

Es gibt zwei Arten wie Software-as-a-Service realisiert werden kann. Zum einen als Webanwendung, bei der die Software über einen Webserver oder Webclient genutzt wird. Bei dieser Variante spielen Webserver und Applikationsserver eine große Rolle. Zum anderen kann solch ein Service über eine Terminalanwendung genutzt werden, bei der die Desktopanwendung auf einem entfernten System installiert ist. Hier wird in der Regel ein Terminalserver und ein Thin Client für den Zugriff eingesetzt.

Bei diesem Modell gibt es Vorteile für beide Seiten, dem Nutzer und dem Anbieter dieser Services.

Die Vorteile des Anbieters sind, dass er schneller Softwareveränderungen für den Kunden bereitstellen kann. Da die Software Zentral beim Anbieter verwaltet wird, kann dieser eine schnellere Anpassung für den jeweiligen Kunden vornehmen. Die Vorteile für den Kunden sind, dass er die Verantwortung für die Verwaltung der Software und der Daten des Unternehmens dem Anbieter überträgt. Er hat somit keine Kosten für die Anschaffung der nötigen Ressourcen und der Software selbst. Auch die Kosten für die Administration dieser fallen weg. Er bekommt eine nutzungsbasierte Abrechnung und zahlt somit nur das was er auch wirklich benötigt hat. Somit erhält der Kunde Zugriff auf Software, die er nicht besitzt und sich eventuell auch nicht leisten kann.





Es gibt aber auch einige Nachteile bei diesem Modell. Da die Verantwortung der Verwaltung der Software für viele Nutzer jetzt beim Anbieter liegt und diese sehr Komplex sein kann, muss sich der Anbieter eine Möglichkeit überlegen um damit fertig zu werden. Er muss auch für jeden Kunden die im Vertrag festgelegten Leistungen erfüllen können und eventuell Anpassungen an den Services vornehmen. Der Nutzer dieser Services wird sehr schnell abhängig vom Anbieter und da die Unternehmensdaten ebenfalls beim Anbieter liegen muss ein sehr gutes Vertrauensverhältnis zum Anbieter 2 GRUNDLAGEN 4 vorliegen. Des Weiteren muss auch eine permanente Internetverbindung zum Anbieter bestehen, da sonst keine Nutzung der Services möglich wäre. Da diese Internetverbindung eine höhere Latenzzeit hat als lokal installierte Software, ist die Nutzung von Services meist langsamer.[FH00]

2.2 Cloud Computing

In diesem Kapitel wird kurz vorgestellt was Cloud Computing ist und welche Vorteile es bringt.

Cloud Computing ist ein neuer Trend dessen Ziel es ist Soft- und Hardwareressourcen wie CPU Zeit, Speicherkapazität und Netzwerkbandbreite, die nicht benötigt wird, für andere Kunden über das Internet bereit zu stellen. Dies wird in Abbildung 2 dargestellt. Dabei bezieht sich die Bereitstellung der Software auf das im vorherigen Kapitel erwähnten Software-as-a-Service und das Bereitstellen von Hardwareressourcen ist die Cloud. Der Nutzer braucht somit keine eigene Hardware anschaffen und hat keine Kosten für den Betrieb dieser, kann aber trotzdem auf Technologien zurückgreifen, die er gar nicht besitzt. Er erhält dadurch eine Lösung die gut auf die jeweils variierenden Bedürfnisse angepasst werden kann. Dadurch kann eine nutzungsbezogene Abrechnung erfolgen und der Kunde zahlt nur das was er an Leistungen benutzt hat. Des Weiteren braucht sich der Kunde keine Gedanken über die Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit oder Backups seiner Daten zu machen. Diese Aufgaben übernimmt der Anbieter, wobei die genauen Spezifikationen der Leistungen die ein Anbieter erfüllen muss, in den Service Level Agreement (SLA) festgelegt werden. Dabei werden nicht nur die Anforderungen an den Anbieter festgelegt, sondern auch Strafen bei Vertragsverletzungen. Somit reduziert man nicht nur seine Kosten für die Anschaffung und den Betrieb der Ressourcen, sondern reduziert auch das Risiko eines überlasteten oder nicht ausgelasteten Servers.

Neben diesen Vorteilen gibt es aber auch eine Reihe von Nachteilen beim Cloud Computing. Ein Nachteil ist, das obwohl diese Services sehr mächtig sind, können sie für manche Aufgaben nicht geeignet sein. Ein weiterer Nachteil ist das die Anbieter meist nur eine lockere Datenkonsistenz anbieten. Wenn diese nicht ausreicht muss man diese direkt in die Anwendung implementieren.

Außerdem ist Infrastruktur die nicht lokal verfügbar ist oft langsamer, durch die Latenzzeit des Netzwerkes[BFG 09][AFG 09].

2 GRUNDLAGEN 5 Abbildung 2: Darstellung von verschiedenen Geräten die für Cloud Computing genutzt werden. Dabei stellen die einzelnen Geräte verschiedene Hardwareressourcen bereit. Diese werden über das Internet miteinander verbunden, so dass es für den Nutzer transparent bleibt welche Ressourcen von welchem Gerät kommen. Dadurch entsteht der Eindruck der Nutzer greift nur auf ein Gerät zu.

3 EINFÜHRUNG IN DATABASE-AS-A-SERVICE 6

3 Einführung in Database-as-a-Service

Da man die Prinzipien serviceorientierter Architekturen auch auf Datenbanksysteme anwenden kann, entsteht ein Datenbanksystem durch Komposition autonomer, lose gekoppelter Services, welche die Teilfunktionen bereitstellen. Weiterhin ist es als Weiterentwicklung möglich einzelne Services von verschiedenen Anbietern bereit stellen zu lassen. Wie man in Abbildung 3 sehen kann ist Database-asa-Service in zwei Konzepte gegliedert, den IT-Dienstleistungen und den Datenbanksystem-Services.

Die IT-Dienstleistungen bestehen im wesentlichen aus dem vollständigen Fremdbetrieb der erbrachten Services, die durch die Service-Level-Agreements festgelegte Güte der Dienstleistungen, die Skalierbarkeit der angebotenen Leistungen auf das vom Kunden benötigte Maß und die Nutzungsbasierte Abrechnung dieser Services. Datenbanksystem-Services sind entweder vollständige Datenbanksysteme als Service oder Services die Teilfunktionen eines Datenbanksystemes bereitstellen. Dabei können mehrere Teildatenbanksysteme, durch Komposition mehrerer Services, von eventuell verschiedenen Anbietern, zusammengeschalten werden, so dass ein vollständiges Datenbaksystem entsteht. Dabei müssen die so entstandenen Services im weitesten Sinne mandantenfähig sein, so dass jeder Kunde ein gemeinsames Datenbanksystem verwenden kann und nicht jeder eine Einzelinstanz zugewiesen wird. Beide Konzepte werden durch Services im Internet bereitgestellt bzw. über das Internet in Anspruch genommen.[Lan] Dabei ergeben sich neue Herausforderungen um solche Datenbanksysteme betreiben zu können. Diese werden im nächsten Abschnitt genauer erläutert.

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3.1 Herausforderungen Um Datenbankfunktionalität über das Internet von Dritanbietern bereitstellen zu lassen zu können, müssen vorher einige neu entstanden Herausforderungen geklärt werden. In diesem Abschnitt werden einige dieser Herausforderungen vorgestellt und einige Ansätze zur Lösung dieser geboten.

Mandantenfähigkeit Da es den Anforderungen für eine handhabbare und kosteneffiziente Infrastruktur widerspricht, jedem Kunden eine eigenes System zur Verfügung zu stellen, müssen andere Wege gefunden werden um die Mandantenfähigkeit zu realisieren. Trotzdem muss eine angemessene Isolation und Datensicherheit zwischen den einzelnen Kunden und dem Dienstleister gewährleistet sein. Die Mandantenfähigkeit ist ein schwieriger Aspekt, da man zwischen Sicherheit, Kosten und individuellen Anforderungen der Kunden abwägen muss. Dabei gibt es verschiedene Varianten die Trennung der Mandanten umzusetzen. Das Spektrum geht von völliger Isolation der Kundendaten, bis zu einem gemeinsam genutzten Schema, wo die Daten durch eine Kunden-ID unterschieden werden kann. Das Nutzen eines gemeinsamen Schemas ist nur möglich wenn ein gemeinsames Schema vorhanden ist, ansonsten kann maximal die gleiche Datenbankinstanz genutzt werden. Umso weiter unten in der Schichtenarchitektur die Isolation angesetzt wird, umso unkomplizierter ist die Umsetzung. Den Datenschutz kann man durch die Verschlüsselung der Daten realisieren und es gibt auch schon einige Ansätze, die dieses Thema inklusive der Abfrageverarbeitung behandeln.

Verwaltung der Infrastruktur Der Kunde muss sich weder um die Administration und Wartung von Hard- und Software, noch um die Anschaffung dieser kümmern. Diese Verantwortung liegt nun gebündelt beim Anbieter, der seine Systeme optimal ausgelastet haben will, um den bestmöglichen Gewinn zu erzielen. Dazu ist es notwendig bei Bedarf neue Ressourcen hinzuzufügen oder nicht benötigte Ressourcen abzuschalten, um die mit dem Betrieb nicht benötigter Ressourcen verbundenen Kosten zu vermeiden. Dabei ist nicht davon auszugehen, dass der Anbieter dieser Dienstleistungen über eine homogene Infrastruktur verfügt. Um mit dieser steigenden Komplexität umgehen zu können, muss das System über Automatismen verfügen, die eine Echtzeitüberwachung aller Ressourcen, die automatische Stilllegung und Bereitstellung von Ressourcen, je nach Bedarf des Kunden, in einem heterogenen Umfeld zur Verfügung stellt. Diese Anforderungen werden im Autonomic Computing thematisiert.

Überwachung der SLA’s Es ist im Rahmen der Dienstleistungen nötig das System zu überwachen und die Leistung zu protokollieren, um mögliche Servicegarantien zu gewährleisten und eine Abrechnung entsprechend der Nutzung zu erstellen. Des Weiteren ist für eine Berechnung von Vertragsstrafen bei Nichteinhaltung von Garantien eine Protokollierung der Leistungen nötig. Um diese Daten erfassen zu können ist eine

3 EINFÜHRUNG IN DATABASE-AS-A-SERVICE 8

Monitoring-Komponente von Nöten, die alle erforderlichen Daten sammelt, ohne jedoch die Leistung des Gesamtsystems zu beeinträchtigen. Da bereits eine Komponente zur Überwachung der Infrastruktur vorhanden sein muss, kann die Überwachung der SLA’s und die Erfassung der Abrechnungsdaten von dieser mit übernommen werden.

Weitere Herausforderungen Caching von Objekten Da der Datenaustausch zwischen Kunde und Dienstleister hohe Kommunikationskosten zur Folge hat, gilt es diese durch die Verwendung von bestehenden Caching-Verfahren aus den Client/Server Datenbanksystemen zu verringern.



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