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Sistemas Distribuídos 
From: Mastering Cloud Computing 
 Foundations and Applications Programming 
Rajkumar Buyya, Christian Vecchiola, Thamarai Selvi 
Morgan Kaufmann Publishers 
Cloud Computing 
(arquitetura) 
2 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
Mais um definição: 
 
Cloud Computing is a utility-oriented and Internet-centric way of 
delivering IT services on demand. These services cover the entire 
computing stack: from the hardware infrastructure packaged as a set 
of virtual machines to software services such as development 
platforms and distributed applications. 
 
 
A computação na Cloud suporta qualquer serviço de tecnologias da 
informação (IT) que possa ser consumido como uma utilidade, e 
fornecido através da internet. 
 
 
 
3 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
O modelo de referência da cloud: 
 
• Na base da pilha que forma o modelo de cloud computing está a 
infraestrutura de hardware. 
 
• Tecnologias de virtualização são usadas para garantir um ambiente 
de execução, isolamento e segurança das aplicações, e qualidade de 
serviço. 
 
• Estas tecnologias permitem particionar os recursos (CPU, memória, 
periféricos, rede e armazenamento) 
 
4 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
O modelo de referência da cloud: 
 
• A camada de gestão da infraestrutura mais a infraestrutura física 
formam o modelo de serviço: IaaS. 
 
• IaaS fornece serviços limitados para construir aplicações. Essa 
funcionalidade constitui a camada acima da pilha, que vai fornecer 
uma plataforma para o desenvolvimento de aplicações. 
 
• Essa plataforma inclui ferramentas como: interfaces baseadas na 
web; interfaces baseadas em linha de comando; frameworks para 
computação paralela e distribuída. 
5 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
O modelo de referência da cloud: 
 
• Neste nível, os utilizadores podem construir aplicações usando a 
API fornecida pelo midlleware ao utilizador. 
 
• Este nível constitui o modelo de serviço PaaS. 
 
• Finalmente o nível de topo do modelo de referência da cloud 
contém serviços fornecidos como aplicações. Geralmente são 
aplicações web e constituem o modelo de serviço: SaaS. 
6 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
Virtual Machine (VM), VM Management and Deployment 
QoS Negotiation, Admission Control, Pricing, SLA Management, 
Monitoring, Execution Management, Metering, Accounting 
Cloud Hosting Platforms 
Web 2.0, Mashups, Concurrent and Distributed Programming, 
Workflows , Libraries, Scripting 
Cloud Programming Environment and Tools 
User 
Applications Social Computing, Enterprise ISV, Scientific Computing, CDNs 
Cloud Applications 
Cloud Resources 
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User-level 
Middleware 
Core 
Middleware 
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Virtual Machine (VM), VM Management and Deployment 
QoS Negotiation, Admission Control, Pricing, SLA Management, 
Monitoring, Execution Management, Metering, Accounting 
Cloud Hosting Platforms 
Web 2.0, Mashups, Concurrent and Distributed Programming, 
Workflows , Libraries, Scripting 
Cloud Programming Environment and Tools 
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Applications Social Computing, Enterprise ISV, Scientific Computing, CDNs 
Cloud Applications 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
Infrastructure as a Service – IaaS 
 
• Máquinas virtuais constituem os componentes atómicos que são 
disponibilizados ao utilizador a aos quais é atribuído um preço de 
acordo com as suas caraterísticas ou workload: memória, nº de 
processadores, capacidade de disco. 
 
• Em muitos casos as máquinas virtuais vêm apenas com o sistema 
operativo seleccionado. 
 
• Outras soluções, fornecem imagens virtuais que já contêm pacotes 
de software de uso comum: servidor web; SGBD; LAMP/XAMPP 
 
LAMP – Linux Apache MySQL and PHP; XAMPP – Apache + MySQL + PHP + Pearl 
8 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
Infrastructure as a Service – IaaS 
 
• Além da gestão básica das máquinas virtuais, serviços adicionais 
podem ser fornecidos como: 
 
- Interface web para aceder aos recursos; 
- Gestão de workload; 
- Alocação de recursos; 
- Suporte para aceder a serviço de outros fornecedores (third party) 
 
O workload define a capacidade de um servidor realizar um dado trabalho: 
 
 - descrição e número de instâncias necessárias; - acesso ao disco (I/O); 
 - quantidade de RAM necessária; - network throughput e latência. 
9 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
Infrastructure as a Service – IaaS 
 
Uma IaaS é formada por 3 níveis de componentes: 
 
- Infraestrutura física; 
- Software de gestão da infraestrutura; 
- Interface do utilizador. 
 
 
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Tecnologias de Cloud Computing 
Physical Infrastructure 
Datacenter Cluster 
Desktop / 
Heterogeneous Resources Third Party IaaS Cloud 
Infrastructure Management Software 
Scheduling Pricing / Billing 
Monitoring 
QoS SLA Management 
Reservation 
VM Pool 
Management 
VM Image Repository 
Provisioning 
Web Services, Portals, REST API 
Web based Management Interface 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
Infrastructure as a Service – IaaS 
 
A Interface do utilizador permite ao utilizador aceder aos serviços 
fornecido pela infraestrutura através de: 
 
 Consolas com interface web; 
 
 Web services; 
 - permitem interactuar com os serviços sem 
 RESTful APIs; intervenção humana. 
 
 mash-ups - página ou aplicação web que usa o conteúdo de 
 mais do que uma fonte para criar um único serviço.. 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud - IaaS 
 
O Software de gestão da infraestrutura faz a gestão das máquinas 
virtuais através do um software de escalonamento (scheduler) que 
aloca a execução das máquinas virtuais e interactua com os outros 
componentes: 
 
 - “Pricing and billing” – regista o custo de execução de cada instância 
das máquinas virtuais, e mantém os dados necessários para faturar o 
serviço ao cliente. 
 
- “Monitoring” – regista os dados de execução de cada instância das 
máquinas virtuais, e mantém os dados necessários para reportar e 
analisar o desempenho (performance) do sistema. 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud - IaaS 
 
O Software de gestão da infraestrutura … outros componentes: 
 
 - “Reservation” –armazena a informação sobre as instâncias de 
máquinas virtuais já executadas e sobre as que estão previstas 
executar. 
 
- “QoS/SLA management” – mantém informação sobre as SLAs 
acordadas com os utilizadores. Este componente é usado em conjunto 
com o serviço de monitorização paraverificar se cada instância de 
uma máquina virtual foi executada com a desejada qualidade de 
serviço. 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud - IaaS 
 
O Software de gestão da infraestrutura … outros componentes: 
 
 - “VM repository” – fornece um catálogo com as imagens virtuais 
disponíveis, que o utilizador pode usar para criar as suas instâncias. 
Alguns serviços permitem ao utilizador adicionar novas imagens ao 
serviço. 
 
- “VM pool manager” – mantém informação sobre as instâncias em 
estado executável. 
 
- “ Provisioning” – permite fornecer uma instância de uma máquina 
virtual que é externa à infraestrutura física em uso. 
15 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud - IaaS 
 
A infraestrutura física pode ser de vários tipos: 
 
- Um grande “datacenter” com milhares de máquinas, uma pequena 
cloud implementada em casa, uma infraestrutura média criada para 
uma empresa em particular, … 
 
- Eventualmente pode conter recursos locais e recursos alugados a 
fornecedores de IaaS. 
 
- Os recursos também podem ser heterogéneos: PCs, workstations, 
clusters, … 
 
16 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud - IaaS 
 
Soluções de IaaS completas fornecem as 3 camadas descritas. É o caso 
por exemplo de: 
 Amazon, GoGrid, Rightscale, Rackspace, … 
 
 
Outras soluções fornecem apenas as camadas de interface com o 
utilizador e software de gestão. É o caso por exemplo de: 
 
 Eucalyptus, OpenNebula, OpenStack, … 
 
 
 
 
17 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A Arquitetura da Cloud 
 
Platform as a Service – PaaS 
 
- Fornecem ambientes para desenvolvimento e implantação de 
aplicações que executam na cloud. 
 
- A funcionalidade principal do middleware é a gestão das aplicações 
não fornecendo qualquer interface para aceder à infraestrutura. 
 
 
 
 
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Sistemas Distribuídos 
Programming API / Libraries 
Physical Infrastructure IaaS Providers 
PaaS Core Middleware 
Resources Management 
Application 
Management 
User 
Management 
QoS / SLA Management & 
Billing 
Elasticity & 
Scaling 
Runtime 
Web Services, Portals, REST API 
Web based Interface 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud – PaaS 
 
 O middleware da PaaS tem o com principal função a gestão de 
aplicações: 
 
- automatizando o processo de implantação de aplicações; 
 
- configurar componentes de aplicações; 
 
- configurar tecnologias de suporte como bases de dados e “load 
balancers”; 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud – PaaS 
 
 A interface com os utilizadores pode ser através de: 
 
- Interface web; 
 
- API’s de programação. 
 
 Ofertas de PaaS podem incluir o middleware para desenvolvimento de 
aplicações mais a infraestrutura (Google AppEngine, MS Azure, …) 
 
Ou, apenas o software para gestão das aplicações 
(AppScale, Cloud IQ, … 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud – PaaS 
 
 PaaS – Caraterísticas Principais: 
´ 
 
• “Runtime framework” - Possui um ambiente de execução, que 
executa o código do utilizador de acordo com as políticas acordadas 
entre utilizador e fornecedor. 
 
 
• Abstração – os utilizadores estão ao nível de abstração da 
aplicações. Não se apercebem das máquinas virtuais nem da 
infraestrutura. 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud – PaaS 
 
 PaaS – Caraterísticas Principais: 
 
• Automação – O processo de fazer o deploy das aplicações é 
automático. A Paas é também capaz de aumentar de forma 
automática os recursos de acordo com as necessidades de utilização, 
tendo em contas as SLA.s. 
 
• “Cloud Services” – A plataforma oferece serviços e interfaces para 
simplificar a criação de aplicações “elásticas”, e com elevada 
disponibilidade. Fornecem também serviços de monitorização, 
gestão e geração de relatórios. 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud – PaaS 
 
 PaaS – Desvantagens: 
 
• “Vendor lock-in”- A maioria das PaaSs fornece um ambiente de 
desenvolvimento que prende o utilizador à plataforma usada. 
 
 
• Migrar a aplicação para outro fornecedor pode não ser fácil . 
 
 
 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
 Software as a Service - SaaS: 
 
• Modelo de serviço em que é fornecido o acesso a aplicações através 
da internet por um serviço baseado na web. 
 
• Os utilizadores só precisam de um browser, fornecer as suas 
credenciais e detalhes para faturação e podem aceder à aplicação 
sem custos de hardware, nem de desenvolvimento e manutenção. 
 
• O modelo é útil para aplicações que possam servir para um grande 
âmbito de utilizadores. Ex.los CRM – Customer relationship 
management; ERP – enterprise resource planning) 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
 Software as a Service - SaaS: 
 
• As caraterísticas base do SW são iguais para todos e cada utilizador 
pode depois adaptar (customized) os detalhes às suas necessidades. 
 
• As aplicações SaaS são “multitenent” o que permite aos 
fornecedores otimizarem a gestão dos recursos. 
 
• Outras aplicações muito usadas como SaaS são as redes sociais. 
Permitem integrar outras aplicações que terão acesso aos contactos das 
primeiras. 
 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud - SaaS 
 
Todas as aplicações SaaS partilham as seguintes caraterísticas: 
 
• O Software é acedido através da Internet usando um browser. 
 
• A licença é baseada numa subscrição/utilização e é cobrada 
periodicamente. 
 
• O Software e o serviço são monitorizados e mantidos pelo 
fornecedor, independentemente da localização onde executam os 
diferentes componentes. 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud - SaaS 
 
• Pode haver código executado do lado do cliente mas o utilizador 
não é responsável por manter esse código nem a sua interação com 
o serviço. 
 
• A redução dos custos de distribuição, manutenção e interação com o 
utilizador final faz com que as Aplicações SaaS sejam mais baratas 
que os pacotes de software distribuídos de forma clássica. 
 
• Novas versões, atualizações e correções são muito mais fáceis de 
efetuar. 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud - SaaS 
 
• Aplicações SaaS têm um acesso inicial muito mais fácil que as 
aplicações concorrentes instaladas localmente. Tem um custo cobrado 
ao longo do tempo e podem ser escaláveis a pedido. 
 
• Todos os utilizadores têm a mesma versão do Software, portanto cada 
utilizador é compatível com os outros. 
 
• SaaS suporta múltiplos utilizadores e fornece um modelo de dados 
partilhado através de uma única instância da aplicação. 
Uma única instância do software é partilhada por vários utilizadores 
mas cada um tem os seus dados, a sua configuração e funcionalidades 
especificas. (“single-instance, multi-tenancy model). 
 
29 
 
Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Com a evolução da Cloud vários tipos de serviços foram surgindo, um 
dos mais desenvolvidos é o 
 
IDaaS – Identity as a Service 
 
Fornece serviços de autenticação e autorização em redes distribuídas. 
 
Um serviço de identificação armazena informação associada com uma 
entidade digital numa forma que pode ser inquirida e gerida parautilização em transações eletrónicas. 
 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
IDaaS – Identity as a Service 
 
- Um entidade digital é um objecto constituído por atributos e 
metadados que incluem associações com outros objetos. 
 
- Uma identidade é um conjunto de caraterísticas que torna a entidade 
reconhecível num determinado contexto. 
 
Por exemplo: 
- Para ser reconhecido na rede irá ser inquirido pelo seu username e 
password (single-factor authentication) 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
IDaaS – Identity as a Service 
 
- Uma autenticação mais segura requer um esquema de duas vias 
(two-factor authentication): é pedido o username e password e uma 
chave fornecida pelo hardware, por exemplo o MAC* address. 
 
- Serviços de identidade têm como componentes principais: 
 
- a data store; 
- a query engine; 
- a policy engine. 
 
* MAC - media access control 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Tipos de Clouds 
 
A classificação anterior tipifica os tipos de serviços fornecidos pela 
cloud. 
 
Outra classificação tem a ver com o domínio de administração da 
cloud: 
 
- Clouds públicas; 
- Clouds privadas; 
- Clouds híbridas; 
- Clouds comunitárias!. 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Tipos de Clouds - Clouds públicas 
 
- A cloud é aberta a todo o público. É a concretização do modelo no 
qual o serviço é fornecido a qualquer pessoas, em qualquer lugar, em 
qualquer altura através da internet. 
 
- Uma cloud pública pode fornecer qualquer tipo de serviço:. 
infraestrutura, plataforma, aplicações. 
 
- São desenhadas para suportar grandes quantidades de utilizadores, 
suportarem procuras variadas, nomeadamente picos de utilização. 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Tipos de Clouds - Clouds privadas 
 
- São implementadas dentro de uma empresa/instituição, a acessíveis ao 
seus membros ou a um subconjunto destes. 
- Podem ser úteis se existe informação crítica, ou se existe já uma 
infraestrutura de hardware. 
 
- Permitem: 
 - O controle dos recursos e informação pelos seus proprietários; 
 - Controlo sobre a qualidade de serviço fornecido; 
 - Controlo sobre standards próprios das organizações. 
 
- Podem ter menos possibilidades de escalar à medida das necessidades. 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Tipos de Clouds - Clouds híbridas 
 
- Combinação dos dois modelos anteriores. Geralmente uma cloud 
privada é ampliada com recursos fornecidos por uma cloud pública. 
 
- Algum do software de gestão de infraestruturas de cloud permite 
a integração de recursos de clouds públicas. 
 
- Resolve o problema da não escalabilidade das clouds privadas. 
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Sistemas Distribuídos 
Datacenter 
Public Cloud 
Cluster 
Desktop Grids 
Public Cloud 
Dynamic 
Provisioning 
IaaS (M) 
Paas 
Private Cloud 
Hybrid / Heterogeneous 
Cloud 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Tipos de Clouds - Clouds comunitárias 
 
- Destinam-se a servir o interesse de uma comunidade um ou setor de 
negócio. 
 
- Pode integrar qualquer dos três modelos anteriores. 
 
- Pode ser administrada por várias entidades. 
 
 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Aspetos Económicos 
 
- Cloud computing reduz os custos de capital associados a adquirir 
infraestruturas de IT. 
 
- Elimina os custos associados à desvalorização/desatualização do 
equipamento. 
 
- Licenças de software são substituídas por subscrições 
 
- Reduz os custos de manutenção e gestão dos recursos de IT 
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Sistemas Distribuídos 
2 – A arquitetura da Cloud 
 
Desafios 
 
- Interoperabilidade e standards 
 
 
- Escalabilidade e tolerância a falhas 
 
 
- Segurança, confiança e privacidade