[论文解读] Cloud Computing -- Everything As A Service

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

Cloud Computing and Resource Management被引用 4

一句话总结

本文综述了云计算编排与管理框架，提出了一种基于 Tekton 的 CI/CD 流水线、基于 CloudCAMP 的基础设施建模以及基于 Kubernetes 的容器编排的厂商无关方法。通过 Asylo 的可信执行环境实现安全运行时，引入了 TOSCA4QC 等专用标准以支持量子工作负载，以及 GeneSIS 标准以支持物联网系统，从而实现在多样化应用领域中可扩展、安全且可移植的云部署。

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.

研究动机与目标

• 解决在异构环境中管理动态、按需的云基础设施所面临的挑战。
• 通过 Tekton 等厂商无关框架，减少 CI/CD 流水线中的厂商锁定问题。
• 通过可信执行环境（TEEs）增强云部署应用的运行时安全性。
• 通过 CloudCAMP 和 GeneSIS 等框架，实现基于模型的可移植、可部署的云与边缘系统。
• 将编排标准扩展至新兴工作负载，如量子计算和物联网系统。

提出的方法

• 使用 Tekton 在 Kubernetes 集群中将 CI/CD 流水线定义为声明式、容器化的任务，实现自动化。
• 采用 Asylo 框架，利用基于 Intel SGX 的加密包装应用二进制文件，实现在 TEE 中的安全执行。
• 应用 CloudCAMP 框架，以抽象方式建模云基础设施，独立于底层云服务提供商。
• 对比 Kubernetes 与 Docker Swarm 作为容器编排解决方案，强调 Kubernetes 的灵活性和功能集。
• 提出 TOSCA4QC，作为 TOSCA 的新扩展，用于在云中建模和自动化量子计算应用的部署。
• 通过领域特定建模语言和执行引擎开发 GeneSIS 框架，实现在资源受限或无互联网连接环境中对异构物联网系统的持续编排。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何实现云应用部署的自动化，并将其与特定云提供商解耦？
• RQ2 在不受信任的云环境中，哪些机制可实现容器化应用的安全运行时执行？
• RQ3 如何抽象化基础设施供应与编排，以减少对云服务提供商的依赖？
• RQ4 为支持量子计算和物联网等新兴工作负载，需要哪些建模标准？
• RQ5 在资源受限的物联网环境中，如何实现持续部署与动态适应？

主要发现

• 使用 Tekton 实现 CI/CD 流水线可实现厂商无关的自动化，切换云提供商时无需重新配置流水线。
• Asylo 框架由于引入 TEE，使构建时间增加 65 倍，但通过 Intel SGX 加密内存中的代码，提供了强大的运行时安全性。
• CloudCAMP 支持高级别的、与云无关的基础设施建模，抽象了底层供应细节。
• Kubernetes 由于其丰富的功能集引入了运行时开销，但仍是容器化工作负载的主导编排平台。
• TOSCA4QC 有效扩展了 TOSCA 以支持量子计算应用的建模，案例研究证明其在基于云的量子工作负载中的可行性。
• GeneSIS 实现了在云、边缘和物联网设备之间跨平台、持续的编排与部署，即使在间歇性或无互联网连接的环境中也能运行。