Облачные вычисления

5. Коммунальный  подход и облака

     Идея  оптимизации использования ресурсов за счет их разделения появилась в 1957 году, когда Боб Бремер предложил делить время центрального процессора между несколькими задачами. В том же году под руководством Джона Маккарти была создана операционная система Compatible Time-Sharing System (CTSS), поддерживающая такой режим на мэйнфреймах IBM 704 и IBM 7090. С тех пор было создано множество разнообразных систем совместного использования ресурсов. Отличительная черта коммунальной модели состоит в том, что здесь распределение ресурсов осуществляется не напрямую, а опосредованно, в форме сервисов, плюс вводится специальная модель оплаты за эти сервисы, построенная на принципах pay-per-use («оплата по мере использования»). Оплата может осуществляться исходя из числа пользователей, объема использованных данных, времени использования серверов.

     Облака  позволяют разрабатывать, внедрять и выполнять приложения без ограничений  по масштабированию, выполнять их с  высокой скоростью и обеспечивают приложениям и данным высокий  уровень надежности. Для этого  необходимо, чтобы они обладали несколькими основными качествами.

     Прежде  всего, облака должны быть готовы к  работе с корпоративными приложениями и должны подчиняться требованиям  соглашений об уровне обслуживания. Управление облаками осуществляется в динамическом режиме с учетом таких факторов, как условия поставки сервисов, стоимость, приоритет пользователя (в случае пиковых нагрузок предпочтение может быть отдано клиенту с более высоким приоритетом). Все эти требования распространяются на IaaS и SaaS.

     Предоставление  инфраструктуры в качестве сервисов первоначально называли HaaS (Hardware as a Service), то есть «аппаратное обеспечение как сервис»; иногда еще говорят о «рабочем месте как сервисе» – WaaS (Workplace as a Service). Основное достоинство IaaS в возможности получать линейно масштабируемые ресурсы практически без ограничения и платить за них по мере использования. В основе IaaS лежат современные технологии виртуализации отдельных серверов и ЦОД в целом. Необходимость в переходе на нижний уровень в архитектуры IaaS возникает в том случае, если используется какое-то нестандартное ПО, то есть когда потребность не может быть удовлетворена на уровне SaaS. При оценке потенциала IaaS необходимо учитывать, что, несмотря на все слова об облачности и виртуальности, приложения работают на реальных физических серверах, а это значит, что надо учитывать, что эти серверы имеют определенные характеристики: большинство из них построено на платформе LAMP (Linux, Apache, MySQL и Perl/PHP/Python), и не для всех приложений это лучший выбор; предприятия уже имеют собственные ресурсы, которые надо загружать; могут иметь значение законодательные акты, действующие на той или иной территории.

     Для обеспечения линейного масштабирования SaaS теоретически возможны два архитектурных подхода – multi-tenancy и multi-instance. Первое – это специальный прием программирования или архитектурное решение, поддерживающее использование одновременно несколькими клиентами одного экземпляра программы. В основе нового термина лежит слово tenant, который буквально означает «жилец»; действительно, для иллюстрации multi-tenancy ничего точнее, чем коммунальная квартира, в русском языке не найти, поэтому можно было бы называть такую архитектуру коммунальной, если бы это слово уже не было использовано для utility computing. В отличие от физической коммунальной квартиры виртуальная облачная квартира имеет раздвижные перегородки, и ее конфигурацию можно менять по мере необходимости. Multi-tenancy можно интерпретировать как технологическое решение, позволяющее нескольким пользователям независимо друг от друга разделять один и тот же ресурс, не нарушая при этом конфиденциальности и защиты принадлежащих им данных.

     Альтернативой multi-tenancy является архитектура multi-instance (instance – «образец», «экземпляр»), позволяющая  для каждого пользователя выделять его собственную часть облака для выполнения своих приложений. Преимущества такого подхода в большей надежности: падение одного экземпляра не влияет на другие, а данные строго разделены. Можно сказать, что архитектура multi-instance возвращает нас в исторический период «одно приложение – один сервер», но на качественно ином уровне, серверы являются виртуальными машинами. Виртуальность обеспечивает multi-instance масштабируемость, сопоставимую с коммунальной архитектурой.

6. Самоуправляемые системы

     В ее нынешнем виде идея самоуправления в приложении к компьютерным системам была сформулирована IBM в 2001 году в специальном манифесте Autonomic Computing, опубликованном от лица директора корпорации по исследованиям и разработкам Пола Хорна. В этом документе проводится одна простая мысль: по достижении системой определенного уровня сложности исчерпываются ресурсы ручного управления и возникают потребности и возможности для автоматизации управления или самоуправления.

     В перспективе самоуправление должно распространиться на нижние инфраструктурные уровни (Рисунок 2), и их развитие не может быть сведено к экстенсивному расширению ЦОД, построенных на принятых сегодня принципах. Если не вводить в них принципы самоуправления, то с неизбежностью возникнут неразрешимые проблемы структурной сложности. Основная идея autonomic computing состоит в том, что система сама может адаптироваться к целям, которые ставит перед ней администратор, чтобы она могла включать в себя дополнительные компоненты без вмешательства человека. Технологии виртуализации и сервисные архитектуры, лежащие в основе облаков, открывают возможности для практической реализации идей самоуправления. Самоуправление, в свою очередь, дает возможность для реализации коммунальной архитектуры, поскольку обеспечивает динамическую перестройку инфраструктуры. 

Рисунок 2 Архитектура облаков 

     Проанализировав три источника, можно дать такое  определение облачному компьютингу – это предоставляющая сервисы распределенная самоуправляемая компьютерная среда.

2. Достоинства и недостатки

1. Достоинства.

     Недорогие компьютеры для пользователей. Пользователям нет необходимости покупать дорогие компьютеры, с большим объемом памяти и дисков, чтобы использовать программы через веб-интерфейс. Также нет необходимости в СD/DVD приводах, так как вся информация и программы остаются в "облаке". Пользователи могут перейти с обычных компьютеров и ноутбуков на более компактные и удобные нетбуки.

     Увеличенная производительность пользовательских компьютеров. Так как большая часть программ и служб запускаются удаленно в сети Интернет, пользовательские компьютеры с меньшим числом программ быстрее запускаются и работают. Одним из хороших примеров является антивирусное решение Panda Cloud Antivirus, которое позволяет сканировать данные на вирусы удаленно на мощных серверах и тем самым в 2 раза снижает нагрузку на пользовательский компьютер.

     Уменьшение  затрат и увеличение эффективности IT инфраструктуры. Обычные сервера средней компании загружены на 10-15%. В одни периоды времени есть потребность в дополнительных вычислительных ресурсах, в других эти дорогостоящие ресурсы простаивают. Используя необходимое количество вычислительных ресурсов в "облаке" (например, Amazon EC2) в любой момент времени, компании сокращают затраты на оборудование и его обслуживание до 50%. При этом многократно увеличивается гибкость производства в постоянно меняющейся экономической обстановке. Если достаточно большая фирма обеспокоена тем, что ценная информация будет храниться и обрабатываться на стороне, для такой фирмы можно построить свое собственное "облако" и наслаждаться всеми выгодами от виртуализации инфраструктуры.

     Меньше  проблем с обслуживанием. Так как физических серверов с внедрением Cloud Computing становится меньше, их становится легче и быстрее обслуживать. Что касается программного обеспечения, то последнее установлено, настроено и обновляется в "облаке".

     Меньше  затрат на приобретаемое  программное обеспечение. Вместо приобретения пакетов программ для каждого локального пользователя, компании покупают нужные программы в "облаке". Данные программы будут использоваться только теми пользователями, которым эти программы необходимы в работе. Более того, стоимость программ, ориентированных на доступ через Интернет, значительно ниже, чем их аналогов для персональных компьютеров. Если программы используются не часто, то их можно просто арендовать с почасовой оплатой. Затраты на обновление программ и поддержку в работоспособном состоянии на всех рабочих мечтах вовсе сведены к нулю.

     Постоянное  обновление программ. В любое время, когда пользователь запускает удаленную программу, он может быть уверен, что эта программа имеет последнюю версию - без необходимости что-то переустанавливать или платить за обновления.

     Увеличение  доступных вычислительных мощностей. По сравнению с персональным компьютером вычислительная мощь, доступная пользователю "облачных" компьютеров, практически ограничена лишь размером "облака", то есть общим количеством удаленных серверов. Пользователи могут запускать более сложные задачи, с большим количеством необходимой памяти, места для хранения данных, тогда, когда это необходимо. Иными словами, пользователи могут при желании легко и дешево поработать с суперкомпьютером без каких-либо фактических приобретений.

     Неограниченный  объем хранимых данных. По сравнению с доступным местом для хранения информации на персональных компьютерах объем хранилища в "облаке" может гибко и автоматически подстраиваться под нужды пользователя. При хранении информации в "облаке" пользователи могут забыть об ограничениях, накладываемых обычными дисками, - "облачные" размеры исчисляются миллиардами гигабайт доступного места.

     Совместимость с большинством операционных систем. В Cloud Computing операционные системы не играют никакой роли. Пользователи Unix могут обмениваться документами с пользователями Microsoft Windows и наоборот без каких либо проблем. Доступ к программам и виртуальным компьютерам происходит при помощи веб-браузера или другими средствами доступа, устанавливаемые на любой персональный компьютер с любой операционной системой.

     Улучшенная  совместимость форматов документов. Если пользователи пользуются одной "облачной" программой для создания и редактирования документов, у них просто нет несовместимости версий и форматов, в отличие от тех, кто, например, получит документ Word 2007 и не сможет прочитать его на локальном компьютере с Word 2003 или OpenOffice. Хорошим примером совместимости является офисный пакет Google Docs, позволяющий совместную работу над документами, презентациями и таблицами имея под рукой любой компьютер с веб-браузером.

     Простота  совместной работы группы пользователей. При работе с документами в "облаке" нет необходимости пересылать друг другу их версии или последовательно редактировать их. Теперь пользователи могут быть уверенными, что перед ними последняя версия документа и любое изменение, внесенное одним пользователем, мгновенно отражается у другого.

     Повсеместный  доступ к документам. Если документы хранятся в "облаке", они могут быть доступны пользователям в любое время и в любом месте.

     Всегда  самая последняя  и свежая версия. В "облаке" всегда находится самая последняя и самая свежая версия программы или документа.

     Доступность с различных устройств. Пользователи Cloud Computing имеют гораздо более широкий выбор устройств доступа к документам и программам. Теперь можно выбирать между обычным персональным компьютером, ноутбуком, Интернет-планшетом, наладонником, смартфоном или нетбуком.

     Дружелюбие  к природе, экономное расходование ее ресурсов. Cloud Computing позволяет не только экономить на электричестве, вычислительных ресурсах, физическом пространстве, занимаемом серверами, но и разумно подходить к расходованию природных ресурсов. Центры обработки информации, те самые "облака", можно расположить в более прохладном климате, пользователи могут заменить тяжелые, ресурсоемкие компьютеры и ноутбуки на легкие и экономичные нетбуки. При этом экономится не только электроэнергия и место, но и материалы, из которых все это изготавливается.

     Устойчивость  данных к потере или  краже оборудования. Если данные хранятся в "облаке", их копии автоматически распределяются по нескольким серверам, возможно находящимся на разных континентах. При краже или поломке персональных компьютеров пользователь не теряет ценную информацию, которую он к тому же может получить с любого другого компьютера. Можно предположить, что резервное копирование на другой персональный компьютер или на другие носители информации, например, DVD диски или флэш-накопители, также обезопасит данные. Но в последнем случае надо учесть два момента. Во-первых, за резервным копированием надо следить и регулярно его выполнять. Во-вторых, данные методы не обеспечивают физической безопасности, например, от пожара, воровства и т п.

2. Недостатки.

     Постоянное  соединение с сетью  Интернет. Cloud Computing всегда требует соединения с сетью Интернет. Или почти всегда. Некоторые "облачные" программы загружаются на локальный компьютер и используются в то время, когда Интернет недоступен. В остальных случаях, если нет доступа в Интернет - нет работы, программ, документов. Это амый сильный аргумент против Cloud Computing. Учитывая развитие современного мира, Интернет будет доступен всегда и везде, как, например, электричество и вода.