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Beim Elastic Utility Computing Architecture for Linking Your Programs To Useful Systems (Eucalyptus)[1][2] handelt es sich um eine Open Source Software Infrastruktur zum Aufbau von skalierbaren Utility Computing bzw. Cloud Computing Umgebungen für spezielle Clustersysteme oder einfachen miteinander verbundenen Arbeitsplatzrechnern.

Eucalyptus wurde als ein Forschungsprojekt am Computer Science department an der University of California Santa Barbara entwickelt und wird mittlerweile von der Eucalyptus Systems Inc. vermarktet. Die Software wird aber weiterhin als Open Source Projekt gepflegt und weiterentwickelt. Die Eucalyptus Systems Inc. bietet darüber hinaus lediglich weitere Dienstleitungen und Produkte sowie einen professionellen Support rund um Eucalyptus an.

Folgende Funktionen stellt Eucalyptus bereit:

– Kompatibilität mit den Schnittstellen zu Amazon EC2 und S3 (SOAP und REST).
– Unterstützung aller Virtual Machines die auf einem Xen Hypervisor oder einer KVM ausgeführt werden.
– Administrationstools für die System- und Benutzerverwaltung
– Die Möglichkeit mehrere Cluster für eine Cloud zu konfigurieren, wobei jeder einzelne Cluster über eine private interne IP-Adresse verfügt.

Architektur

Eucalyptus besteht aus fünf zusammenarbeitenden Hauptkomponenten um den angeforderten Cloud Service bereit zu stellen. Die Kommunikation zwischen den Komponenten erfolgt über gesicherte SOAP Nachrichten mittels WS-Security.

Cloud Controller (CLC)
Der Cloud Controller dient innerhalb einer Eucalyptus Cloud als Hauptkomponente für die Verwaltung des gesamten Systems und stellt den Administratoren und Benutzern einen zentralen Zugriffspunkt bereit. Die Kommunikation aller Clients mit dem Eucalyptus System erfolgt ausschließlich nur über den Cloud Controller anhand der auf SOAP oder REST basierenden API. Der Cloud Controller ist dafür zuständig, alle Anfragen zu der richtigen Komponente weiterzuleiten, diese zu sammeln und die Antwort der Komponente anschließend wieder zu dem Client zurück zu senden. Der Cloud Controller ist somit die öffentliche Schnittstelle einer Eucalyptus Cloud.

Cluster Controller (CC)
Der Cluster Controller ist innerhalb des Eucalyptus Systems für die Verwaltung des virtuellen Netzwerks zuständig. Der Cloud Controller erhält alle Anfragen auf Basis seiner SOAP oder REST Schnittstellen. Der Cloud Controller erhält alle Informationen über die vorhandenen Node Controllers des Eucalyptus Systems und ist für die Kontrolle des Lebenszyklus jedes einzelnen verantwortlich. Er leitet alle Anfragen an die Node Controller mit verfügbaren Ressourcen weiter um damit virtuelle Instanzen zu starten.

Node Controller (NC)
Ein Node Controller steuert das Betriebssystem und den zugehörigen Hypervisor eines Rechners (Node) im Eucalyptus System. Auf jeder physikalischen Maschine die eine durch den Cluster Controller instantiierte virtuelle Instanz auf Grund einer Anfrage beherbergt, muss eine Instanz eines Node Controller vorhanden sein.

Walrus (W)
Walrus ist für die Zugriffsverwaltung auf den Speicherdienst innerhalb eines Eucalyptus Systems zuständig. Walrus erhält die Anfragen über seine SOAP oder REST Schnittstelle.

Storage Controller (SC)
Der Storage Controller verwaltet den Speicherdienst innerhalb eines Eucalyptus Systems und verfügt über eine Schnittstelle zu Amazon’s S3 Dienst. Der Storage Controller arbeit in Verbindung mit Walrus und wird für die Speicherung und den Zugriff auf die Images der Virtual Machines, die Kernel Images, die RAM Disk Images und die Daten der Benutzer verwendet. Die Images der Virtual Machines können rein privat oder öffentlich zugänglich gemacht werden und können dabei komprimiert und verschlüsselt gespeichert werden. Die Images werden lediglich entschlüsselt, wenn ein Node eine neue virtuelle Instanz starten muss und dazu einen Zugriff auf das Image benötigt.

Ein Eucalyptus System vereint und verwaltet Ressourcen von Single-Cluster als auch Multi-Cluster Systemen. Dabei besteht ein Cluster aus einer Gruppe von Rechnern, die alle mit dem selben LAN verbunden sind. Zu jedem Cluster kann wiederum einer aber auch mehrere Node Controller gehören, die für die Verwaltung der Instantiierung und Beendigung der virtuellen Instanzen verantwortlich sind.

Wie in Abbildung 1 illustriert, besteht ein Single-Cluster aus mindestens zwei Maschinen. Auf dem einen werden der Cluster Controller, der Storage Controller und der Cloud Controller ausgeführt, auf dem anderen der Node Controller. Diese Art der Konfiguration ist vor allem für Experimente und schnelle Konfigurationen geeignet. Die dargestellte Konfiguration könnte ebenfalls auf einer einzigen Maschine implementiert werden. Allerdings ist dafür eine äußerst leistungsstarke Hardware notwendig!

Abbildung 1: Topologie einer Single-Cluster Eucalyptus Installation [2]

Wie in Abbildung 2 dargestellt, kann bei einem Multi-Cluster jede Komponente (CC, SC, NC, und CLC) auf einer separaten Maschine ausgeführt werden. Dies sollte die bevorzugte Art und Weise sein das Eucalyptus System zu konfigurieren, wenn damit ernsthaft gearbeitet werden soll. Mit einem Multi-Cluster kann zudem die Performance erhöht werden, indem einem Controller die passende Maschine zugewiesen wird. Zum Beispiel sollte der Cloud Controller auf einer Maschine mit einer schnellen CPU ausgeführt werden. Im Allgemeinen bringt die Entscheidung für einen Multi-Cluster eine höhere Verfügbarkeit, sowie eine bessere Lastverteilung und eine optimierte Verteilung der Ressourcen über alle Cluster. Das Clusterkonzept ist vergleichbar mit dem Konzept der Verfügbarkeitszonen der Amazon EC2. Dabei werden die Ressourcen über mehrere Verfügbarkeitszonen hinweg verteilt, damit ein Fehler in einer Zone nicht die Anwendung beeinträchtigt.

Abbildung 2: Topologie einer Multi-Cluster Eucalyptus Installation [2]

Folgende Hardwarevoraussetzungen müssen erfüllt sein, um darauf einen CC, CLC, Walrus oder SC auszuführen. [2]

Folgende Hardwarevoraussetzungen müssen erfüllt sein, um darauf einen NC auszuführen. [2]

Eucalyptus und die Ubuntu Enterprise Cloud

Bei der Ubuntu Enterprise Cloud (UEC) handelt es sich um eine Open Source Initiative von Ubuntu, um auf eine einfachere Art und Weise skalierbare Cloud Infrastrukturen auf Basis von Eucalyptus bereitzustellen und diese zu konfigurieren.

Mit der Ubuntu Enterprise Cloud können Public Clouds erstellt werden, welche Amazon’s EC2 infrastructure nutzen. Es können damit aber genau so gut Private Clouds entwickelt werden, die auf der eigenen Infrastruktur im eigenen Rechenzentrum hinter der eigenen Firewall gehostet werden.

Vorteile von Eucalyptus

Bei Eucalyptus handelt es sich um eine Umgebung für Cloud Services, mit der Public Clouds auf Amazon’s EC2 Infrastruktur bzw. Private Clouds im hauseigenen Rechenzentrum erstellt werden können. Die grundlegenden Vorteile sollen hier noch einmal kurz aufgeführt werden:

Open Source und Entwicklung
Eucalyptus wurde geschaffen, um die Kommunikation und Forschung von Cloud Computing Plattformen zu fördern. Der Quellcode ist frei verfügbar, was es ermöglicht die Plattform so zu erweitern, damit sie den eigenen Anforderungen entspricht. Eucalyptus wird zunehmend weiterentwickelt. Darüber hinaus ist die Aufnahme und Integration von Funktionswünschen und Verbesserungsvorschlägen sehr schnell.

Community
Eucalyptus verfügt über eine große Community die gerne bereit ist einander zu helfen. Über die Foren kann schnell Kontakt zu anderen Benutzern aufgenommen und Hilfe bezogen werden.

Public Cloud
Eucalyptus funktioniert einwandfrei auf Amazon’s EC2 Framework und kann damit als Public Cloud eingesetzt werden.

Private Cloud
Eucalyptus kann auf der eigenen Infrastruktur im eigenen Rechenzentrum hinter der eigenen Firewall als Private Cloud eingesetzt werden. Dadurch ist die Kontrolle bzgl. der Sicherheit und der gesamten Umgebung in der eigenen Hand.

Portabilität
Auf Grund der Kompatibilität von Eucalyptus mit Amazon’s EC2 API sowie der Flexibilität von Eucalyptus, können Anwendungen ohne großen Aufwand von einer Cloud in die andere migriert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit des Aufbaus von Hybrid Clouds, indem eine Private Cloud mit einer Public Cloud erweitert bzw. kombiniert wird.

Qualitativ durch Tests
Durch den Einsatz von Eucalyptus in Ubuntu’s Enterprise Cloud findet tagtäglich ein weltweiter realer Test auf Basis von mehr als tausend Server-Instanzen statt.

Kommerzieller Support
Neben den Foren der Eucalyptus Community kann natürlich auch auf einen kommerziellen Support zurückgegriffen werden.

Quellen:
[1] Eucalyptus
[2] IBM developerWorks