Cloud-Dienste ohne Server: Das steckt dahinter

21.09.2023

Eine neue Generation von Cloud-Diensten ist im Kommen. Sie funktioniert nach dem Prinzip des „Serverless Computing“ und wird auch am Institut für Informatik der Uni Würzburg vorangetrieben.

Startbild eines Videos, in dem der Würzburger Informatikprofessor Samuel Kounev erklärt, was „Serverless Computing“ ist – und was es nicht ist. (Bild: Screenshot von Vimeo.de / ACM)

Beim Cloud Computing stellen kommerzielle Anbieter ihrer Kundschaft über das Internet Rechenleistung zur Verfügung. Diese Leistung wird zum Teil „serverless“ angeboten, also ohne Server. Wie kann das funktionieren? Rechenleistung ohne Server, ist das nicht wie ein Restaurant ohne Küche?

„Die Bezeichnung ist irreführend“, sagt Informatikprofessor Samuel Kounev von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. Denn auch serverfreie Cloud-Dienste kommen nicht ohne Server aus.

Beim klassischen Cloud Computing kauft zum Beispiel ein Webshop Rechenleistung bei einem Cloud-Anbieter ein. Für das Management „seiner“ Server, die normalerweise als virtuelle Maschinen bereitgestellt werden, bleibt der Shop aber selbst verantwortlich. Er muss sich um Sicherheitsaspekte ebenso kümmern wie um die Vermeidung von Überlastsituationen und das Beheben von Abstürzen.

Anders sieht es beim Serverless Computing aus. Hier übernimmt der Cloud-Anbieter das komplette Server-Management. Die Kundschaft kann nicht einmal mehr auf den Server zugreifen, er bleibt für sie verborgen – daher der Ausdruck „serverless“.

Übersichtsartikel im ACM-Journal „Communications“

„Die Grundidee des Serverless Computing gibt es schon so lange wie es das Cloud Computing gibt. Sie hat sich aber nicht in der Breite durchgesetzt“, erklärt Samuel Kounev, der an der JMU den Lehrstuhl für Informatik II (Software Engineering) leitet. Doch aktuell sei in der Wirtschaft und der Wissenschaft eine Verschiebung zu beobachten, der Fokus gehe verstärkt zur serverfreien Cloud.

Um die Geschichte, den Stand und die Potenziale des Serverless Computing dreht sich ein aktueller Artikel in der Zeitschrift Communications of the ACM der Association for Computing Machinery (ACM). Zu den Autor:innen gehören auch Samuel Kounev und Dr. Nikolas Herbst, der am JMU-Lehrstuhl die Forschungsgruppe „Data Analytics Clouds“ leitet.

Fachleute definieren Serverless Computing uneinheitlich

Die Ursprünge des Artikels liegen gut zwei Jahre zurück. 2021 trafen sich rund 50 internationale Fachleute für Serverless Computing bei einem Workshop auf Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik.

„Wir haben dort über die wichtigsten Entwicklungen und Forschungsfragen diskutiert und festgestellt, dass viele von uns das Serverless Computing jeweils anders definieren und dass dabei zum Teil Widersprüche auftreten“, erzählt Kounev. Das sei in der Wissenschaft nicht ungewöhnlich, wenn sich ein Paradigmenwechsel abzeichnet.

Um Klarheit zu schaffen, fand sich ein kleinerer Kreis von Forschenden zusammen. Gemeinsam versuchte man nach dem Workshop, das Serverless Computing exakt zu definieren. Genau dieser Personenkreis hat nun den Artikel in der renommierten CACM-Zeitschrift veröffentlicht; ihm gehört auch Ian Foster an, ein prominenter Pionier des Cloud Computing aus den USA.

Zwei wesentliche Grundsätze festgelegt

Zwei Grundsätze hat das Team nun festgelegt, die das Serverless Computing auszeichnen. „NoOps“ heißt der erste, „no operations“. Das bedeutet, wie eingangs beschrieben, dass das technische Server-Management, inklusive der Hardware und Softwareschichten, komplett in der Verantwortung des Cloud-Anbieters liegt.

Der zweite Grundsatz ist das „utilization-based billing“. Abgerechnet wird demnach nur die Zeit, in der die Kundschaft die Rechenressourcen aktiv nutzt. Bei den klassischen Cloud-Diensten wird dagegen eine Pauschale für die Gesamtzeit bezahlt, in der die entsprechenden Cloud-Server gemietet wurden.

Projekte am Lehrstuhl von Samuel Kounev

An der JMU befassen sich die Informatikerinnen und Informatiker im Team von Samuel Kounev zum Beispiel mit der Elastizität von Cloud-Diensten, vor allem mit dem Autoscaling der Rechenressourcen. Ziel dabei ist es zu erreichen, dass sich die in einer Cloud zur Verfügung gestellte Rechenleistung rechtzeitig, automatisch und effizient an eine steigende oder sinkende Nachfrage anpasst.

Ein Langfristprojekt, das Kounevs Team in den kommenden Jahren realisieren will, ist eine serverlose Cloud-Plattform für große Workflows in der Erdbeobachtung. Der Schwerpunkt liegt auf der Klimaforschung mit Satellitendaten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sollen mit der Plattform einfach, schnell und effizient verschiedene weltweite Auswirkungen des Klimawandels beobachten können. Dazu gehören Veränderungen der Wälder, der Schneebedeckung in Gebirgen oder der Biodiversität.

Auf diesem Gebiet kooperiert Kounevs Team unter anderem mit dem JMU-Lehrstuhl für Fernerkundung, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften und dem Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie (Radolfzell / Konstanz).

Publikation

Serverless Computing: What It Is, and What It Is Not? Samuel Kounev; Nikolas Herbst; Cristina L. Abad; Alexandru Iosup; Ian Foster; Prashant Shenoy; Omer Rana; Andrew A. Chien in Commun. ACM (2023). 66(9) 80–92. DOI: 10.1145/3587249, online publiziert am 23. August 2023. Open Access

Zur Publikation hat ACM ein englischsprachiges Video (auf Vimeo) mit Professor Samuel Kounev produzieren lassen.