Исследование облачных вычислений

Введение

Одной из парадигм развития современных информационных технологий (далее ИТ) являеся направление Cloud Computing («облачные вычисления» или  «облачная обработка данных»). Cloud Computing содержит специализированный спектр технологий обработки и передачи данных, когда компьютерные ресурсы  и мощности предоставляются пользователя как Интернет-сервисы. Это новшество  позволяет любому пользователю, который  подключен к сети Интернет, иметь  под рукой данные и результаты, полученые с помощью мощных, новейших программ и достижений компьютерного  мира. Облачные технологии представляют собой технологии вида «клиент-сервер», которые состоят из виртуального сервера (или группы серверов) и нескольких клиентов, которые подклчаются к  нему с помощью сети Интернет. Обозначение  «облаков» в данном случае используется как основная ассоциация при обозначении  структуры работы данной системы.

История Cloud Computing началась достаточно давно. К 70-м – 80-м годам относят  первые идеи, которые косвенно касались того, что впоследствии и стало  облачными вычислениями. Но все же датой отсчета современной истории Cloud Computing стал 2006 год, когда компания Amazon, которая уже на тот момент была одной из самых крупных, презентовала миру свою инфраструктуру Web-сервисов, которая была способна обеспечить пользователю не только хостинг, но и предоставить удаленные вычислительные мощности клиенту.  Новинку восприняли и  одобрили такие гиганты как, Google, Sun и IBM, а в 2008 году о своем интересе в этой области заявила корпорация Micrsoft.

Понятие «облачные  вычисления» в информационных технологиях

На сегодняшний день можно  найти много трактовок термина  Cloud Computing. Каждое крупное аналитическое агентство предлагает свои собственные определения, которые зачастую сложны, неоднозначны и запутаны. Для простоты рассмотрим определение, предложенное Национальным Институтом Стандартов и Технологий США.

Cloud Computing  (Облачные вычисления) – это модель предоставления  повсеместного и удобного сетевого  доступа, по мере необходимости,  к общей совокупности конфигурируемых  вычислительных ресурсов (например, сетей, серверов, систем хранения, приложений и сервисов), которые  могут быть быстро предоставлены  и освобождены с минимальными  усилиями по управлению и необходимостью  взаимодействия с провайдером  услуг (сервис- провайдером).

Облачная модель поддерживает высокую доступность сервисов и  описывается пятью основными  характеристиками (essential characteristics), тремя сервисными моделями/моделями предоставления услуг (service models) и четырьмя моделями развертывания (deployment models) (рисунок 1).

Рисунок 1 – Архитектурные  компоненты облачной модели

 

Основные характеристики (Essential Characteristics)

1. Сервис самообслуживания, по мере необходимости (On-demand self-service). Потребитель может самостоятельно обеспечивать себя вычислительными возможностями (средствами и ресурсами), такими как серверное время и сетевые хранилища, по мере необходимости запрашивая их у сервис-провайдера в одностороннем автоматическом режиме, без необходимости взаимодействия с персоналом, представляющим сервис-провайдера.

 

2. Свободный сетевой доступ (Broad network access). Запрашиваемые сервисы доступны по сети через стандартные механизмы, поддерживающие использование гетерогенных платформ тонких и толстых клиентов (например, мобильных телефонов, ноутбуков и КПК).

 

3. Обьединение ресурсов (Resource pooling). Вычислительные ресурсы провайдера организованы в виде совокупности для обслуживания различных потребителей в многопользовательской модели с возможностью динамического назначения и переназначения различных физических и виртуальных ресурсов в соответствии потребителей. Особое значение имеет независимость размещения ресурсов, при котором пользователь, в общем случае, не знает и не контролирует точное физическое местоположение предоставляемых ресурсов, но может специфицировать их расположение на более высоком уровне абстракции (например, страна, штат или центр обработки данных). Примерами таких ресурсов являются системы хранения, обработка данных, память, пропускная способность сети, виртуальные машины.

 

4. Быстрая эластичность (Rapid elasticity). Вычислительные возможности могут быть предоставлены быстро и эластично в ряде случаев – автоматически, для оперативного повышения масштабируемости и быстрого освобождения для уменьшения масштабов потребления. Для потребителя эти ресурсы часто представляются как доступные в неограниченном обьеме, и могут быть приобретены в любой момент времени в любом количестве.

 

5. Измеримый сервис (Measured Service). Облачные системы автоматически контролируют и оптимизируют использование ресурса, за счет использования его на определенном уровне абстракци, соответсвующему типу сервиса (например, обьема хранения, обработки данных, полосы пропускания и активных учетных записей пользователей). Использованиересурсов может подвергаться мониторингу, быть контролируемым и сопровождаться отчетностью, обеспечивая прозрачность потребления и для провайдера, и для потребтеля использованного сервиса.

Модели услуг/предоставления сервисов (Service Models)

Провайдеры Cloud Computing предлагают свои услуги в соответсвии с тремя  основными моделями (рисунок 2):

1. Программное обемпечение как услуга - SaaS (Cloud Software as a Service). Пользователю предоставляються программные стредства – приложения провайдера, выполняемые на облачной инфраструктуре. Прилоджения доступны с различных клиентских устройств через интерфейс тонкого клиента, такой как браузер. Пользователь не управляет и не контролирует саму облачную инфраструктуру, на которой выполняется приложение, будь то сети, серверы, операционные системы, системы хранения или даже некоторые специфичные для приложений возможности. В ряде случаев, пользователю может быть предоставлена возможность доступа к некторым пользовательским конфигурационным настройкам.

 

2. Платформа как услуга – PaaS (Cloud Platform as a Service). Пользователю предоставляются платфрормы с определенными характеристиками для разработки, тестирования, развертывания, поддержки Web-applications и т.д. Благодаря модели PaaS весь перечень операций по разработке, тестированию и разворачиванию Web-applications можно выполнить в одной интегрированной среде, тем самым исключив затраты на поддержку отдельных сред для конкретных этапов. Это позволяет существенно снизить затраты как на приобретение и поддержку оборудования, так и на обслуживание самого сервиса. Яркий пример использования для такой модели – услуги хостинга для Web-сайтов.

 

3. Инфраструктура как улсуга – IaaS (Cloud Infrastructure as a Service). Пользователю предоставляются средства обработки данных, хранения, сетей и других базовых (фундаментальных) вычислительных ресурсов, на которых пользователь может развертывать и выполнять произвольное программное обеспечени, включая операционные системы и приложения. Пользователь не управляет и не контролирует саму облачную инфраструктуру, но может контролировать операционные системы, средства хранения, развертываемые приложения и, возможно, обладать ограниченным контролем над выбранными сетевыми компонентами.

Рисунок 2 – Структура  модели предоставления сервисов

Модели развертывания (Deploument Models)

1. Частное облако (Private cloud). Облачная инфраструктура функционирует целиком в целях обслуживания одной организации. Инфраструктура может управляться самой организацией или третьей стороной и может существовать как на стороне потребителя так и у внешнего провайдера.

 

2. Облако сообщества или общее облако (Community cloud). Облачная инфраструктура используется совместно несколькими организациями и поддерживает ограниченное сообщество, разделяющими общие принципы. Такая облачная инфраструктура может управляться самими организациями или третьей стороной и может существовать как на стороне пользователя так и у внешнего провайдера.

 

3. Публичное облако (Public cloud). Облачная инфраструктура создана в качестве общедоступной или доступной для большой группы пользователей. Такая инфраструктура находится во владении организации, продающей соответсвующие облачные услуги/сервисы.

 

4. Гибридное облако (Hybrid cloud). Облачная инфраструктура является  композицией (сочетанием) двух и более облаков (частных, общих или бубличных), остающихся уникальными сущностями, но объединенными вместе стандартизированными или частными технологиями, обеспечивающими портируемость данных и приложений (например, такими технологиями как пакетная передача данных для баланса загрузки между облаками).

Рисунок 3 – Виды облаков  в Cloud Computing

Архитектура Cloud Computing

Представленные характеристики и модели, разумеется, не позволяют  однознано определить понятие облачных систем. Это скорее всего попытка  систематизировать реальный опыт построения сервис-ориентированных систем, имеющихся  на сегодняшний день. Вышеописанные  модели не являются пустым теоретизированием  – примеры конкретных реализаций каждой из них уже существуют в  реальном мире. К примеру, компания Amazonсо своим облаком EC2 реализует модель IaaS. Компания Microsoft предлагат облачную инфраструктуру PaaS на базе соего облака Azure.

Переход к «облачным вычислениям» - это смена стратегии, которая  включает в себя полное переосмысление роли ИТ в организации. В новом  подходе необходимо сменить лейт-мотив  ИТ стратегии.

Различаются следующие уровни архитектуры облачных вычислений:

1. Уровент клиента – это клиентское программное обеспечение, используемое для доступа к облачным сервисам (например, Web-браузер).

 

2. Уровень сервисов – это сами сервисы, используемые через облачную модель.

 

3. Уровень приложений – это программы, доступные через облако и не требующие инсталяции на компьютере пользователя.

 

4. Уровень платформы – это программная платформа, объединяющая полный набор инструментов для развертывания и использования облачных вычислений на пользовательском компьютере.

 

5. Уровень памяти – поддержка хранения данных пользователя и доступа к ним через облако.

 

6. Уровень инфраструктуры – предоставление полной виртуализованной платформы через облако.

Пример организации облачных вычислений с использованием различных  уровней приведен на рисунку 4.

Рисунок 4 – Пример организации  облачных вычислений с использованием различных уровней.

Общая схема архитектуры  облачной системы представлен на рисунку 5.

Данная схема полно  отражает концепцию облачной системы. В архитектуре реализованы следующие  требования:

1. Создание эластичного пула вирттуальных ресурсов.

 

2. Обеспечение эластичного масштабирования.

 

3. Механизм доставки сервисом on-demand.

 

4. Безопасность систем и процессов.

 

5. Автоматизация процессов управления ИТ.

 

6. Тесная интеграция продуктов и обеспечения интероперабельности мультивендорных решений.

Предусмотрены различные  методы доставки услуг потребителям, а так же интеграция с облачными  системами различных облачных провайдеров. В данной схеме нет явно прописанного механизма оценки качества сервиса. В целом, данная схема претендует быть эталонной, по крайней мере до тех пор, пока не будет предложена новая, более совершенная архитектура.

 

Рисунок 5 – общая схема  архитектуры облачных вычислений

Референтная (эталонная) архитектура Cloud Computing

Референтная архитектура  облачных вычислений содержит пять главных  действующих субъектов – актеров. Каждый актер выступает в роли и выполняет действия и функции. Референтная архитектура предоставлена  как последовательные диаграммы  с увеличивающимся уровнем детализации.