[論文レビュー] Cloud Computing -- Everything As A Service

Michael Howard|arXiv (Cornell University)|May 25, 2022

Cloud Computing and Resource Management被引用数 4

ひとこと要約

この論文はクラウドコンピューティングのオーケストレーションおよび管理フレームワークを調査し、CI/CDパイプラインにはTekton、インフラストラクチャモデリングにはCloudCAMP、コンテナオーケストレーションにはKubernetesを用いたベンダーアウェアなアプローチを提案している。実行時セキュリティはAsyloの Trusted Execution Environment (TEE) を用いて実現され、量子ワークロード向けの専用標準TOSCA4QCや、IoTシステム向けのGeneSISが導入され、多様なアプリケーション分野にわたりスケーラブルで安全かつポータブルなクラウドデプロイメントを可能にしている。

ABSTRACT

Compute infrastructure hosted by a cloud provider allows an application to scale without limit. The application developer no longer needs to worry about the up-front investment in a server farm provisioned for a worst-case load scenario. However, managing cloud deployments requires a sophisticated framework that can autoscale the infrastructure and guarantee the up-time of running container images. This paper surveys existing research addressing the management and orchestration of cloud deployments as well as the modelling framework to abstract away the low-level details of the host infrastructure. We investigate blockchain distributed ledgers, quantum computing and Internet of Things application stacks to show how they can utilize cloud deployments.

研究の動機と目的

• 異種環境における動的でオンデマンドなクラウドインフラストラクチャの管理課題に対処すること。
• Tektonなどのベンダーアウェアなフレームワークを用いて、CI/CDパイプラインにおけるベンダーロックインを低減すること。
• Trusted Execution Environments (TEEs) を用いて、クラウドにデプロイされたアプリケーションの実行時セキュリティを強化すること。
• CloudCAMP や GeneSIS などのフレームワークを用いて、モデル駆動型のポータブルなクラウドおよびエッジシステムのデプロイを可能にすること。
• 量子コンピューティングやIoTシステムなどの新興ワークロードに対応するためのオーケストレーション標準を拡張すること。

提案手法

• Kubernetesクラスタ内で宣言的でコンテナ化されたタスクとして定義・自動化するCI/CDパイプラインを、Tektonを用いて実装する。
• Asyloフレームワークを用いて、Intel SGXベースの暗号化によりアプリケーションバイナリをラッピングし、TEE内で安全に実行可能にする。
• CloudCAMPフレームワークを用いて、基盤となるクラウドプロバイダーに依存しない抽象的なインフラストラクチャモデリングを実施する。
• KubernetesとDocker Swarmをコンテナオーケストレーションソリューションとして比較し、Kubernetesの柔軟性と機能の多様性に焦点を当てる。
• TOSCAに拡張された新しい仕様TOSCA4QCを導入し、クラウド上での量子コンピューティングアプリケーションデプロイのモデリングと自動化を可能にする。
• ドメイン固有のモデリング言語と実行エンジンを用いたGeneSISフレームワークを開発し、インターネット接続が制限されたり完全に途切れる環境でも、リソース制限のある環境における、多様なIoTシステムの継続的オーケストレーションを実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウドアプリケーションのデプロイを特定のクラウドプロバイダーから切り離して自動化する方法は何か？
• RQ2 信頼できないクラウド環境において、コンテナ化されたアプリケーションを安全に実行するメカニズムは何か？
• RQ3 インフラストラクチャのプロビジョニングとオーケストレーションを抽象化することで、クラウドプロバイダー依存を低減するにはどうすればよいか？
• RQ4 量子コンピューティングやIoTのような新興ワークロードをクラウドでサポートするには、どのようなモデリング標準が必要か？
• RQ5 リソース制限のあるIoT環境において、継続的デプロイと動的適応を実現するにはどうすればよいか？

主な発見

• TektonをCI/CDパイプラインに用いることで、ベンダーアウェアな自動化が可能になり、クラウドプロバイダーを切り替える際のパイプライン再構成の必要がなくなる。
• Asyloフレームワークの導入により、TEE統合に起因してビルド時間が65倍に延長されるが、Intel SGXを用いたメモリ内コードの暗号化により、強力な実行時セキュリティが実現される。
• CloudCAMPは、低レベルのプロビジョニング詳細を抽象化することで、高レベルでベンダーアウェアなインフラストラクチャモデリングを可能にする。
• Kubernetesはその豊富な機能のおかげで実行時オーバーヘッドを伴うが、コンテナワークロードのオーケストレーションプラットフォームとしての支配的立場を維持している。
• TOSCA4QCはTOSCAを量子コンピューティングアプリケーションのモデリングに拡張し、事例研究を通じてクラウドベースの量子ワークロードに実用的であることが実証された。
• GeneSISは、インターネット接続が途切れたり完全に途切れる環境でも、クラウド、エッジ、IoTデバイスをまたがるスマートIoTシステムの、プラットフォーム非依存の継続的オーケストレーションとデプロイを可能にする。