Файл: Облачные вычисления.pdf

В последнее время особую популярность среди населения приобретают различные облачные сервисы, основанные на технологии облачных вычислений. Данная технология является сложной комбинацией программных и аппаратных продуктов, обеспечивающих возможности централизованного хранения данных и сетевой доступ к различным сервисам и услугам в Интернете. В основе технологии облачных вычислений лежит концепция совместного использования ресурсов и максимизация эффективности этого процесса.

Актуальностью темы исследования является новизна технологии облачных вычислений, что является показателем не полной изученности данной технологии. Технология получила свое развитие относительно недавно, поэтому некоторые процессы обеспечения данной технологии имеют довольно разрозненную структуру, которая подлежит более тщательной классификации и структуризации. Чаще всего при предоставлении услуг облачных вычислений, поставщики обращают внимание на преимущества программной составляющей, обходя вниманием аппаратный аспект. Именно по этой причине является актуальным рассмотрение инфраструктуры облачных вычислений с точки зрения и программной, и аппаратной составляющей.

Объектом исследования является технология облачных вычислений со всеми ее характеристиками, архитектурными особенностями и другими параметрами.

Предметом исследования являются модели обслуживания облачных вычислений: инфраструктура как услуга (IaaS), платформа как услуга (PaaS) и программное обеспечение как услуга (SaaS) и дополнительные.

Целью работы является упорядочивание данных исследования каждой модели обслуживания, полученных при изучении основных подходов, преимуществ и недостатков использования моделей.

Задачами данной работы являются:

рассмотрение понятия технологии облачных вычислений;
поэтапное изучение истории технологии облачных вычислений, клиентуры;
структурирование информации о характеристиках технологии облачных вычислений;
аналитический обзор архитектуры облачных вычислений с учетом моделей обслуживания;
детальное рассмотрение сервисных моделей IaaS, PaaS и SaaS;

В основу изучения вопроса облачных вычислений были положены работы таких авторов, как Кевин Фогарти, Леонид Черняк, а также других известных авторов из журнала «Открытые исследования».

Леонид Черняк является обозревателем журнала Компьютерные системы и одним из самых публикуемых исследователей облачных вычислений в России. Кевин Фогарти является свободным зарубежным писателем, редактором и аналитиком, который в своих работах охватывает все беспрецедентные, технологически ориентированные сдвиги в сфере бизнеса и общества. Оба этих автора довольно популярны в сфере облачных вычислений и на них в той или иной мере ссылаются почти все прочие исследователи.

1. Основные понятия облачных вычислений

1.1. Понятие облачных вычислений

Термин облачных вычислений является метафорой и представляет собой компьютерную технологию, основанную на утилитах и использовании вычислительных ресурсов. Облачные вычисления включают в себя развертывание групп удаленных серверов и сетевое программное обеспечение, которые обеспечивают возможность централизованного хранения данных и онлайн-доступ к компьютерным ресурсам и услугам^[1]. Обобщенная структура облачных вычислений представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структура облачных вычислений

Облачные ресурсы могут быть общественными, приватными или гибридными (рисунок 2). Критика облачных вычислений чаще всего основана на их социальных последствиях. Это случается, когда владельцем удаленного сервера является частое лицо, которое может использовать приватные данные пользователей в личных целях^[2].

Рис. 2. Модели развертывания облачных вычислений

Облачные вычисления представляют собой информационно-технологическую концепцию, которая подразумевает обеспечение по требованию удобного и повсеместного сетевого доступа конфигурируемых вычислительных ресурсов к общему пулу. Ресурсы должны предоставляться оперативно и быть освобожденными с минимальными затратами эксплуатации или обращений к провайдеру. Примерами таких ресурсов могут быть сети передачи данных, сервера, устройства хранения данных, приложения и сервисы — как вместе, так и по отдельности^[3].

Облачные вычисления опираются на совместное использование ресурсов с целью достижения согласованности и экономии масштабов при использовании сетевых утилит. В основе облачных вычислений лежат более широкие понятия конвергентной инфраструктуры и разделения услуг. Также облачные вычисления основываются на максимизации эффективности совместных ресурсов. Облачные ресурсы, как правило, не только разделены между несколькими пользователями, но и могут динамически перераспределяться, согласно поставленным задачам. Например, облачный сервис, базирующийся в Европе, в ночные часы может принимать ресурсы жителей Северной Америки, находящихся в противоположном часовом поясе, причем не обязательно того же назначения.

Сторонники технологии облачных вычислений утверждают, что такой тип инфраструктуры может помочь начинающим компаниям сосредоточиться на проектах и ведении бизнеса, а не налаживать сложную инфраструктуру. Также облачные технологии позволяют предпринимателям получать более быструю работу используемых ими приложений, улучшенную управляемость, минимизацию расходов на обслуживание и более быстрое реагирование^[4].

Частное облако (Private cloud) представляет собой инфраструктуру, которая предназначается для использования определенной организацией с несколькими потребителями. Частное облако или находится в собственности самой организации и управляется и эксплуатируется ей же, или является собственностью третьей стороны. Частное облако может физически существовать как внутри, так и вне юрисдикции владельца^[5].

Публичное облако (Public cloud) является инфраструктурой, которая предназначается свободному использованию широкой публики. Собственником, осуществляющим управление и эксплуатацию, может являться коммерческая, научная и правительственная организация. Публичное облако может физически существовать внутри юрисдикции владельца.

Гибридное облако (Gibrid cloud) представляет собой комбинацию из нескольких разных облачных инфраструктур, которые могут быть частными, публичными или общественными. Инфраструктуры остаются уникальными объектами, но они связаны между собой частными или стандартизованными технологиями передачи приложений и данных^[6].

На сегодняшний день использование сетей с высокой пропускной способностью, низкий уровень затрат на компьютеры и устройства хранения данных, а также внедрение аппаратной виртуализации, сервис-ориентированной архитектуры, автономность и вспомогательные утилиты привели к росту облачных вычислений. На сегодня поставщики облачных технологий получают темпы роста до 50% в год^[7] [2-5, 8].

1.2. История появления

Происхождение термина облачных технологий является невыясненным. В науке обычно термин «облако» используется для описания большой агломерации объектов, которые издалека кажутся одним большим облаком, и сведения о которых еще неизвестны в данном контексте. По аналогии с данным определением, термин облачных технологий использовался как метафора для обозначения сети на телефонных схемах, а впоследствии как обозначения Интернета на диаграммах компьютерной сети. Это упрощение обозначало неактуальность специфики конечной точки в контексте данной схемы^[8].

Появление концепции облачных вычислений датируется началом
1950-х годов, когда крупные универсальные компьютеры стали доступны в академических кругах через тонкий клиент. С развитием эффективности использования дорогостоящих мэйнфреймов, появилась возможность разделения совместного доступа нескольких пользователей и уделяемого им процессорного времени через терминалы. Данный способ устранял периоды бездействия ЭВМ и на основе этого режима разделения времени был дан толчок к развитию облачных вычислений^[9].

В 1990-х годах телекоммуникационные компании, которые ранее предоставляли в первую очередь выделенные линиям связи, начали предлагать виртуальные частные сети при сравнимом качестве обслуживания, но по более низкой цене. Именно тогда начал использоваться символ облака для обозначения точки разграничения между ответственностью пользователя и поставщика. На этом этапе развития технологий происходили эксперименты с алгоритмами оптимизации инфраструктуры, платформы и приложения, приоритетами процессоров и повышением эффективности для конечных пользователей^[10] [2, 4, 6].

1.3. Характеристики облачных вычислений

Национальным институтом стандартов и технологий США определены «пять основных характеристик» технологии облачных вычислений^[11].

Самообслуживание по требованию, при котором потребитель может в одностороннем порядке определять и изменять возможности вычисления без взаимодействия с представителем поставщика услуг. Такими возможностями могут являться серверное время, скорость доступа и обработки данных, объём хранимых данных. Процесс должен происходить автоматически по мере необходимости и не требовать взаимодействия человека с каждым поставщиком услуг.
Универсальный доступ по сети, при котором услуги доступны потребителям по сети через стандартные механизмы, которые способствуют использованию разнородных тонких или толстых клиентских платформ. Передача данных осуществляется без зависимости от используемого терминального устройства^[12].
Объединение ресурсов, при котором вычислительные ресурсы провайдера объединяются для обслуживания нескольких потребителей с использованием модели с несколькими клиентами с разными физическими и виртуальными ресурсами, динамически назначаемыми и переведенными в соответствии с потребительским спросом.
Эластичность, при которой услуги могут быть предоставлены, расширены, сужены в любой момент времени, без дополнительных издержек на взаимодействие с поставщиком, как правило, в автоматическом режиме^[13].
Учёт потребления, при котором облачные системы автоматически контролируют и оптимизируют использование ресурсов за счет возможности измерения на определённом уровне абстракции и на основе этих данных оценивают объём предоставленных потребителям услуг.

Помимо основных характеристик также можно выделить большое количество дополнительных:

гибкость, улучшающаяся с возможностью пользователей повторного получения технических ресурсов инфраструктуры^[14];
интерфейс программирования приложений (API), определяющий доступность программного обеспечения, позволяющего машине взаимодействовать с облачным программного обеспечения таким же образом как традиционный пользовательский интерфейс;
снижение затрат облачных операторов, что способствует выходу на рынок новых игроков в сфере информационных технологий^[15];
независимость от устройства, позволяющая пользователям получать доступ к системам с помощью веб-браузера независимо от их местонахождения или используемого устройства;
сопровождение программным обеспечением, которое упрощает процесс соединения в связи с доступностью из любого места;
мультиарендность, обеспечивающая совместное использование ресурсов и расходы по большим количеством пользователей;
производительность, которая увеличивается за счет работы нескольких пользователей с общей информацией;
надежность, определяющаяся использованием нескольких резервных сайтов;
безопасность, обеспечивающаяся за счет централизации данных, увеличения ресурсов безопасности и т.д.^[16] [2, 3, 7].

1.4. Пользователи облачных вычислений

Пользователи получают доступ к облачным вычислениям с использованием сетевых клиентских устройств, таких как настольные компьютеры, ноутбуки, планшеты и смартфоны. Некоторые из этих устройств полагаются на облачные вычисления для всех или большинства своих приложений и по существу бесполезны без них. Примерами являются тонкие клиенты и устройства на основе облачной операционной системы Chromebook. Многие облачные приложения не требуют специального программного обеспечения на стороне клиента и вместо этого используют веб-браузер, чтобы взаимодействовать с облачными приложениями. С помощью технологий Ajax и HTML5 можно добиться, что пользовательские веб-интерфейсы будут похожи или выглядеть даже лучше обычных приложений. Некоторые облачные приложения, однако, поддерживают конкретный клиент программного обеспечения, предназначенный для этих приложений. Некоторые старые приложения поставляются через технологии совместного использования экрана^[17] [3, 4].