Micro Kernel Virtualization for High Performance Cloud and HPC systems (MIKELANGELO)

Micro Kernel Virtualization for High Performance Cloud and HPC systems

Projektziele

Das europäisch-israelische Konsortialprojekt MIKELANGELO zielt darauf ab, die Architektur virtueller Infrastrukturen im Bereich Cloud Computing grundlegend zu revolutionieren. Das Forscherteam beschäftigt sich dabei mit der gesamten Spannweite der Softwareentwicklung für moderne Rechenarchitekturen für eine Vielzahl von Anwendungen.

Bislang werden für I/O-lastige Anwendungen wie Big Data- und High Performance Computing (HPC) Cloudsysteme kaum genutzt, weil die Input/Output-Performance (I/O) zu gering ist. Ist diese nicht annähernd so hoch wie in der nicht virtualisierten Umgebung, der Baremetal-Installation, steigen die Kosten für zusätzliche oder leistungsstärkere Hardware. Cloud Computing ist in starkem Maß durch die Nutzung virtueller Maschinen (VMs) gekennzeichnet. Die bestehende Hardwareinfrastruktur (Server, Speichersysteme, Netzwerk) bildet das Fundament. Auf der physikalischen Schicht liegen die virtuellen Schichten. Virtualisierung erreicht zwar Effizienz von nahezu 100% für Rechenoperationen, die Effizienz von I/O-Operationen liegt gegenwärtig allerdings nur bei 60 bis 70%.

Hier setzt das Projekt MIKELANGELO an. Es hat sich eine signifikante Steigerung der I/O Effizienz, verbesserte Sicherheit und breitere Anwendung von Cloud Computing als Ziel gesetzt.

Ein Ziel des Projekts ist deshalb die I/O-Effizienz mittels eines neuartigen, optimierten Hypervisors (sKVM) (KVM = Kernel-based Virtual Machine) auf annähernd 100% zu steigern. sKVM wird durch Integration von Remote Direct Memory Access (RDMA), das die direkte Datenübertragung von einem Computer in den Speicher eines zweiten bei minimaler Belastung der Speicherbus-Bandbreite und ohne zusätzlichen CPU-Aufwand ermöglicht, eine sehr schnelle I/O in VMs gewährleiten. Hierauf bauen das Betriebssystem OSv und das Tool Capstan des Projekt-Partners Cloudius Systems auf.

Die Cloud-Middelware soll durch ein Sicherheitssystem erweitert werden, dass unerlaubten Zugriff auf Daten vereitelt.

Die Rolle der GWDG

Die GWDG wird sKVM und OSv in eine verbesserte OpenStack-Version einbinden. Auf Basis der Integration von Capstan in die Cloud wird die GWDG zudem Anwendungen entwickeln, die über spezifische Nutzerinterfaces gestartet werden können. Der Zugang zu den einzelnen Schichten der Architektur soll auf einfache Weise gewährleistet werden, um den Nutzern zu ermöglichen, eigene Anwendungen in die Cloud zu intergieren.

Beispiele für künftige Anwendungen:

Big Data Cluster-on-demand
Cloud Bursting (schneller und kostengünstiger Zugriff auf weitere Ressourcen, wenn die lokalen Ressourcen nicht mehr ausreichen)
High Performance Computing in der Cloud

Mit diesen Lösungen für ressourcenintensive Anforderungen wird die GWDG nach Projektabschluss ihr Angebotsspektrum im Bereich Cloud-Computing erweitern.

Zudem hat die GWDG in MIKELANGELO Aufgaben im Bereich Datensicherheit und erarbeitet Lösungen, die den unautorisierten Zugriff auf Daten in der Cloud verhindern.