Файл: Состав вычислительных систем.pdf

2. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем

2.1. Характеристика технология Windows Azure и Microsoft .NET Services

Информационное обеспечение вычислительных систем – создание информационных условий функционирования системы, обеспечение необходимой информацией, включение в систему средств поиска, получения, хранения, накопления, передачи, обработки информации, организации банков данных [6].

Математическое обеспечение – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при решении функциональных задач и в процессе автоматизации проектировочных работ.

Так, технология Microsoft Azure может быть предложена для обеспечения информационного и математического обеспечения вычислительной системы.

Microsoft Azure (Windows Azure) является названием специализированной облачной платформы от компании Microsoft. Данная облачная платформа представляет широкий спектр возможностей по разработке и последующему выполнению прикладных программных приложений и обеспечивает хранение данных на используемых серверах, которые расположены в различных распределённых дата-центрах. Первоначально данная технология называлась Windows Azure. В 2014 году платформа была переименована в Microsoft Azure.

В рамках технологии Microsoft Azure реализованы несколько облачных моделей: платформы как специализированного сервиса (PaaS); инфраструктуры как специализированного сервиса (IaaS) [13].

Работоспособность платформы Microsoft Azure обеспечивается использованием специальной сети глобальных дата-центров от компании Microsoft.

Основными особенностями модели Microsoft Azure являются следующие: оплата непосредственно потреблённых информационных ресурсов; общая, многопоточная структура выполненных вычислений; абстракция данных от используемой инфраструктуры сервиса [16].

В основе работы технологии Microsoft Azure лежит запуск специализированной виртуальной машины для всех экземпляров рабочих приложений. Разработчиком может быть определен необходимый объём для непосредственного хранения программных данных и определены требуемые вычислительные мощности, после чего данная технологическая платформа предоставляет необходимые вычислительные ресурсы. В случае изменения первоначальных потребностей в вычислительных ресурсах, в соответствии с новыми запросами заказчиков платформа выделит под приложения дополнительные или сократит неиспользуемые ресурсы дата-центра.

Microsoft Azure как PaaS позволяет обеспечить не только полный комплекс базовых функций ОС, но и ряд дополнительных, к которым можно отнести следующие: автоматическая синхронная репликация данных для повышения отказоустойчивости, выделение необходимых ресурсов по требованию для выполнения неограниченного масштабирования, обработка отказов действующей инфраструктуры для обеспечения надежности [22].

Также, Microsoft Azure позволяет реализовать совершенно новый тип сервиса – инфраструктура как сервис. Модель предоставления инфраструктуры позволяет реализовать спектр возможностей аренды серверов, устройств хранения данных и вспомогательное сетевое оборудование. Управление инфраструктурой выполняет поставщик, потребителю необходимо управлять только ОС и приложениями.

Является важным обстоятельством то, что технология Windows Azure позволяет обеспечить надежное хранение, практическое использование и последующую модификацию данных и организовать эффективный запуск прикладных программ только непосредственно на компьютерах специализированных центров обработки данных от корпорации Microsoft. Никакого вспомогательного ПО, кроме web-браузера, на пользовательских ПК не нужно [7].

С точки зрения пользователей, существуют несколько категорий прикладных приложений – внутренние, которые непосредственно используются на персональном компьютере пользователя, и облачные, которые фактически исполняются в среде облака Windows Azure на специализированных компьютерах центра обработки данных [11]. На пользовательских компьютерах могут быть установлены операционные системы Windows или другие.

Независимо от чего, через web-браузер пользователи получают необходимый доступ к вычислительному облаку – Windows Azure. Функционирование облаков Windows Azure основано на использование web-сервисов .NET. Windows Azure для хранения данных обеспечивает специализированный доступ к аналогу системе управления базами данных Microsoft SQL Server в облаке – SQL Azure.

2.2. Компоненты и сервисы Windows Azure

Основными компонентами технологии Windows Azure являются следующие: внешний облик, интерфейс, или Фабрика программ, вычисления, память и конфигурация. Все перечисленные компоненты являются специализированными web-сервисами технологии .NET. Сервисом вычисления выполняется разнообразные пользовательские облачные прикладные программные приложения, сервисом память выполняется хранение пользовательских данных, сервисом интерфейс обеспечиваются общие средства по управлению прикладными программными приложениями, которые используют облачную платформу [9].

Основной проблемой, которая решается сервисом вычисления, заключается в исполнении большого числа пользовательских прикладных программных приложений разного рода в едином облаке. Иначе говоря, основной проблемой сервиса вычисления и облачных вычислений в целом является масштабирование. Данная проблема может быть быстро решена за счет выполнения всех экземпляров пользовательских облачных прикладных программных приложений в отдельной виртуальной машине. Такие виртуальные машины работают в среде 64-битовой операционной системы Windows 2008 Server [23].

Сервис память предоставляет пользователям необходимые средства для обеспечения эффективной работы с данными различной структуры – большими бинарными объектами, размер которых составляет до 50 Гб, которые хранятся в контейнерах, таблицах и очередях. Работа со структурами данных выполняется на основе использования технологии ADO.NET при помощи использования необходимого набора библиотек выполнения поддержки обработки данных в .NET.

Сервис интерфейс реализован в виде большой группы машин, на которых запускаются прикладные программные приложения – агент интерфейса. В целом сервис интерфейс управляется специальным ПО, которое называется контроллер интерфейса. Данное ПО используется для взаимодействия с агентами интерфейса, сервисом память, как с обычными приложениями. Управляет всеми облачными приложениями при помощи конфигурационных файлов в формате XML [6].

Вся практическая реализация Windows Azure основывается на использовании безопасной и надежной платформы .NET, практическое исполнение прикладных программ в которой выполняется в специализированном безопасном режиме.

Часть .NET, которая называется Windows Communication Foundation (WCF) и предоставляемые ею механизмы сервисов является основой практической реализации Windows Azure. Управляют Windows Azure две компоненты – сервисная шина и управление доступом [3].

Microsoft Azure предоставляет широкий спектр специализированных сервисов, покрывающие множество сценариев: Cloud Services; Data Management; Performance and mobile. Рассмотрим состав каждого.

Cloud Services включает:

– Web-роль представляет собой веб-ролями в технологии Microsoft Azure, которые имеют определенное практическое назначение которого заключается в следующем: предоставление выделенных веб-серверов специализированных служб IIS для выполнения операций размещения различных интерфейсных прикладных web-приложений. Веб-роли позволяют обеспечить процесс развертывания различных веб-приложений с возможностью последующего масштабирования используемых вычислительных ресурсов;

– Worker-роль представляет собой специализированные приложения, которые размещены в рабочих ролях, могут выполнять продолжительные, асинхронные или непрерывные задачи в независимости от выполняемых действий пользователями системы;

– Web Sites представляет собой веб-сайты, которые поддерживают ASP.NET, Java, Node.js или PHP и могут быть развернуты за секунды при помощи FTP, Git, TFS, Mercurial и Dropbox [20].

Data Management представляют собой нереляционные хранилища данных, к которым можно отнести таблицы, используемые диски, очереди выполнения, хранение специальных двоичных объектов, использование реляционного хранилища данных в виде SQL Database:

– Таблицы представляют собой специализированное хранилище таблиц, которые используются прикладными приложениями, обеспечивают хранение больших объёмов данных;

– Очереди представляют собой специализированные очереди, которые позволяют обеспечить непрерывный и надежный обмен сообщениями между используемыми прикладными приложениями;

– Блобы представляют собой специализированное хранилище BLOB-объектов являющиеся простейшим способом хранения больших объёмов неструктурированных двоичных или текстовых данных, к которым можно отнести музыкальные файлы, видео и изображения;

– SQL Database представляет собой реляционную базу данных, являющуюся высокодоступной масштабируемой облачной службой базы данных, построенной на основе использования технологии SQL Server;

– SQL DataSync представляет собой облачную службу обеспечения синхронизации оперативных данных, которая обеспечивает как двунаправленную, так и однонаправленную синхронизацию данных;

– SQL Reporting представляет собой специализированную службу Microsoft SQL Reporting, позволяющая достаточно легко встроить в прикладное приложение Windows Azure широкий спектр возможностей по работе с информационными отчётами;

– SQL Federations представляет собой федерацию SQL в Azure которая позволяет значительно упростить операции масштабирования множества БД, которые размещены на множествах сотен узлов, что позволяет клиентам выполнять оплату непосредственно за используемые ресурсы сервиса;

– Backup данный сервис предлагает возможности организации надежной защиты используемой инфраструктуры сохранения информационных бэкапов Windows Server непосредственно в облаке;

– Azure Files представляет собой специализированный сервис, которые дает необходимые возможности для обращения к данным хранилища Azure Storage как к специальному сетевому ресурсу при помощи протокола SMB, что позволяет обеспечить привычный для пользователей доступ данным через сетевое взаимодействие из виртуальных машин [17].

Performance and mobile:

– Content Delivery Network представляет собой специализированную сеть кэширующих серверов (сеть CDN), которая позволяет повысить производительность установленных прикладных программных приложений по средствам выполнения кэширования контента ближе к своим клиентам и пользователям;

– Caching является распределённым кэшем в памяти, при помощи которого вместо использования медленного дискового хранилища прикладные программные приложения получают высокоскоростной доступ к данным, которые хранятся в оперативной памяти, с возможностью масштабирования;

– Кэш на базе Redis представляет собой специализированны сервис Azure Redis Cache представляющий готовое redis-хранилище с необходимым размером для выполнения задач кеширования необходимых пользовательских данных;

– Media Services представляет собой набор служб мультимедиа, который включает в себя специальные облачные версии различных технологий платформы мультимедиа от корпорации Microsoft и вспомогательных партнёров, в том числе используются для выполнения просмотра, операций кодирования, последующего преобразования существующего формата и обеспечения защиты пользовательского контента, а также выполнения потоковой передачи по выполненному запросу и в режиме реального времени;

– Mobile Services предлагает собой специализированную облачную инфраструктуру для обеспечения всех популярных мобильных платформ: Windows 8, Windows Phone, iOS и Android.

Технология Microsoft® .NET Services предоставляет собой несколько специализированных сервисов, которые ориентированы на технологическую платформу и .NET-разработчиков, и пакет специализированных прикладных программных средств для выполнения эффективной практической разработки SDK для построения различного рода .NET-приложений, которые предназначены для работы в облаке [14].

Сегодня обеспечивается необходимая широкая функциональность, которая связана, основным образом, с наличием большого спектра специализированных возможностей в подключении прикладных приложений, управлением операциями доступа и размещением рабочих процессов. На данный момент предлагается несколько сервисов, к которым можно отнести следующие: .NET Service Bus; .NET Access Control Service; .NET Workflow Service [8].

.NET Service Bus: предоставляет собой специализированную сетевую инфраструктуру для организации необходимого соединения прикладных программных приложений по средствам глобальной сети Internet на базе использования специальных шаблонов для выполнения обмена сообщениями способом, который обеспечивает возможности по прохождению различных межсетевых экранов и специализированных NAT-устройств без нарушения условий безопасности, которые предоставляются такими устройствами.