ХМАРНІ ТЕХНОЛОГІЇ к.т.н., доцент Кальніченко О.В ВСТУП. GRID-СИСТЕМИ ТА ХМАРНІ ТЕХНОЛОГІЇ Хмарні і Грід обчислення розвиваються паралельно і використовуються в сучасній еінфраструктурі суспільства. Дослідження зв’язків між ними і тенденцій їх розвитку дозволяють краще організувати розподілені обчислення в академічних і комерційних еінфраструктурах, об’єднуючи можливості цих двох існуючих сьогодні важливих парадигм. Хмара є об’єднанням комп’ютерів, які належать одному власнику, при цьому користувачі можуть орендувати доступ до цих розподілених ресурсів. Прикладами можуть бути Amazon’s Elastic Compute Cloud. Google’s App. Engine, IBM’s Enterprise Data Centre. Etc. Грід є об’єднанням комп’ютерів, які зазвичай належать різним власникам і географічно розподілені, але користувачі можуть розділяти доступ до цих об’єднаних ресурсів. Прикладами можуть бути е-інфраструктури EGEE (Enabling Grids for E-sciencE) в Європі і OSG (Open Science Grid) в США. Грід і Хмари мають наступні спільні риси: вони забезпечують доступ до комп’ютерних ресурсів і забезпечують сервіси для користувачів, зменшуючи вартість обчислень і покращуючи їх надійність та гнучкість. При цьому Грід орієнтований більш на використання прикладних застосувань, а Хмара- на використання сервісів Хмарні обчислення Вперше ідея того, що сьогодні ми називаємо хмарними обчисленнями була озвучена Джозефом Карлом Робнеттом Ликлайдером в 1970 році. Його ідея полягала в тому, що кожна людина на землі буде підключена до мережі, з якої вона буде отримувати не тільки дані, але і програми. У той же період інший учений Джон Маккарті висловив ідею про те, що обчислювальні потужності будуть надаватися користувачам як послуга (сервіс). На цьому розвиток хмарних технологій було призупинено до 90-х років, після чого їх розвитку посприяв ряд факторів. КЛЮЧОВІ ФАКТОРИ РОЗВИТКУ ХМАРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 90-ті - розширення пропускної здатності Інтернету. Тоді це не дозволило отримати значний стрибок у розвитку хмарної технології (ХТ), так як практично жодна компанія не була готова до цього. 1999 - поява Salesforce.com - першої компанії, що надала доступ до свого додатку через сайт, що по суті було першою реалізацією SaaS. 2002 - розробка компанією Amazon хмарного веб-сервісу, який дозволяв зберігати інформацію і робити обчислення. 2006 - Amazon запустила сервіс Elastic Compute cloud (EC2), який дозволяв його користувачам запускати свої власні додатки. Сервіси Amazon EC2 і Amazon S3 стали першими доступними сервісами хмарних обчислень. Створення компанією Google платформи Google Apps для вебдодатків в бізнес секторі. Розвиток технологій віртуалізації, зокрема поява ПО, що дозволяє створювати віртуальну інфраструктуру. Розвиток апаратного забезпечення (створення багатоядерних процесорів і збільшення ємності накопичувачів інформації) => Швидке зростання ХТ => доступність ХТ для малого бізнесу та приватних осіб. Метафора «хмара» вже давно використовується спеціалістами в області мережевих технологій для зображення на мережевих діаграмах складної обчислювальної інфраструктури (або ж Інтернету як такого), що приховує свою внутрішню організацію за певним інтерфейсом. Однак термін «Хмарні обчислення» з'явився на світ відносно недавно. Згідно з результатами аналізу пошукової системи Google, термін «Хмарні обчислення» («Cloud Computing») почав набирати вагу в кінці 2007 - початку 2008 року, поступово витісняючи словосполучення «Грід-обчислення» («Grid Computing»). Однією з перших компаній, що дали світові цей термін, стала компанія IBM, яка розгорнула на початку 2008 року проект «Blue Cloud» і спонсорувала Європейський проект «Joint Research Initiative for Cloud Computing». ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Хмарні технології – це технології обробки даних, в яких комп’ютерні ресурси надаються Інтернет користувачеві як онлайн сервіс, одна велика концепція, що включає в себе багато різних понять, що надають послуги. Хмарний сервіс – послуга надання хмарних ресурсів за допомогою технологій «хмарних обчислень». Хмарні обчислення (англ. cloud computing) – це програмно-апаратне забезпечення, доступне користувачеві через Інтернет або локальну мережу у вигляді сервісу, що дозволяє використовувати зручний інтерфейс для віддаленого доступу до виділених ресурсів (обчислювальних ресурсів, програм і даних). Комп’ютер користувача виступає при цьому рядовим терміналом, підключеним до Мережі. Комп’ютери, які здійснюють cloud computing, називаються «обчислювальною хмарою». При цьому навантаження між комп’ютерами, що входять в «обчислювальну хмару», розподіляється автоматично. Хмарні обчислення – це модель надання зручного мережевого доступу в режимі «на вимогу» до колективно використовуваного набору параметрів обчислювальних ресурсів (наприклад, мереж, серверів, сховищ даних, додатків і / або сервісів), які користувач може оперативно задіяти під свої задачі і вивільняти при зведенні до мінімуму кількості взаємодій з постачальником послуги або власних управлінських зусиль. Ця модель спрямована на підвищення доступності обчислювальних ресурсів і поєднує в собі чотирі головних характеристик, три моделі обслуговування і чотири моделі розгортання. ХМАРНІ ТЕХНОЛОГІЇ Хмарні обчислення (cloud computing) - це технологія розподіленої обробки даних в якій комп'ютерні ресурси і потужності надаються користувачеві як Інтернет-сервіс, тобто робочий майданчик на віддаленому сервері. Наприклад, якщо користувач працює з електронною поштою на сайті-сервісі (наприклад, gmail), який цю пошту дозволяє використовувати чи обробка зображення в браузері через сервіс Picasa, то це є використання хмарного сервісу. Різниця полягає виключно в методі зберігання і обробки даних. Якщо всі операції відбуваються на комп'ютері користувача (з використанням його потужностей), то це - не «хмара», а якщо процес відбувається на сервері в мережі, то це «хмарні технології» - різні апаратні, програмні засоби, методології та інструменти, що надаються користувачеві, як Інтернет-сервіси, для реалізації своїх цілей, завдань, проектів. Терміни «хмарні технології» / «хмарний сервіс», з їх загальноприйнятим графічним представленням, у вигляді «хмарок», тільки плутає користувачів, насправді їх структуру, можна легко зрозуміти, якщо уявити її у вигляді такої піраміди. 1 рівень – «інфраструктура» - це набір фізичних пристроїв (сервери, тверді диски тощо). 2 рівень – «платформа» - набір послуг 3 рівень - програмне забезпечення, що доступне за запитом користувачів. Хмарні обчислення - це певний базис-вектор, отриманий в результаті синтезу цілого ряду технологій і підходів. Хмарні технології - це набір засобів, що виконує обчислення за допомогою віддалених серверів і програм без безпосереднього залучення ресурсів комп'ютера користувача. Можливо, в майбутньому комп’ютери будуть представляти один лише екран з мікропроцесором, а всі обчислення і потужності будуть розташовані і виконуватися віддалено на серверах «хмари». Визначення хмарних обчислень Ян Фостер (проф. кафедри інформатики в Університети Чикаго): «Хмарні обчислення - це парадигма великомасштабних розподілених обчислень, заснована на ефекті масштабу, в рамках якої пул абстрактних, віртуалізованних, дінаміческі масштабованих обчислювальних ресурсів, ресурсів зберігання, платформ і сервісів за запитом зовнішнім користувачам через Інтернет». Лаборатория Беркли: «Хмарні обчислення - це не тільки додатки, які поставляються як послуги через Інтернет, а й апаратні засоби і програмні системи в центрах обробки даних, які забезпечують надання цих послуг ...». Луис Вакуэро (інженер-дослідник IV, Hewlett-Packard Labs ), 2008: «Хмара - це великий пул легко використовуваних і легкодоступних віртуалізованних ресурсів (таких як апаратні комплекси, сервіси та ін.). Ці ресурси можуть бути динамічно перерозподілені (маштабовані) для підлаштування під динамічно змінюване навантаження, що забезпечує оптимальне використання ресурсів. Цей пул ресурсів зазвичай надається за принципом «Оплата по мірі використання». При цьому власник хмари гарантує якість обслуговування на основі певних домовленостей з користувачем». Національний інститут стандартів і технологій США, 2011: Хмарні обчислення - інформаційно-технологічна концепція, що передбачає забезпечення повсюдного та зручного мережевого доступу на вимогу до загального пулу обчислювальних ресурсів (наприклад, мереж передачі даних, серверів, пристроїв зберігання даних, додатків і сервісів - як разом, так і окремо), які можуть бути оперативно надані та вивільнені з мінімальними експлуатаційними витратами або зверненнями до провайдера. Економічний ефект від хмарних обчислень Відповідно до звіту Центру Економічних і Бізнес-Досліджень (CEBR), річний економічний ефект від хмарних обчислень, для кожної з нижче представлених країн в 2018 році Великобританія 30,0 млрд. євро Німеччина 49,6 млрд. євро Іспанія 25,2 млрд. євро Італія 35,1 млрд. євро Франція 37,4 млрд. євро ОСОБЛИВОСТІ ХМАРНИХ ОБЧИСЛЕНЬ ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ХТ З боку власника обчислювальних ресурсів хмарні обчислення орієнтовані на надання інформаційних ресурсів зовнішнім користувачам. З точки зору постачальника, завдяки об'єднанню ресурсів і непостійному характеру споживання з боку споживачів, хмарні обчислення дозволяють економити на масштабах, використовуючи менші апаратні ресурси, ніж потрібні були б при виділених апаратних потужностях для кожного споживача, а за рахунок автоматизації процедур модифікації виділення ресурсів істотно знижуються витрати на абонентське обслуговування. ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ХТ З боку користувача, хмарні обчислення - це отримання інформаційних ресурсів у вигляді послуги у зовнішнього постачальника, оплата за яку проводиться в залежності від обсягу спожитих ресурсів відповідно до встановленого тарифу. З точки зору споживача, ці характеристики дозволяють отримати послуги з високим рівнем доступності (англ. High availability) і низькими ризиками непрацездатності, забезпечити швидке масштабування обчислювальної системи завдяки еластичності без необхідності створення, обслуговування і модернізації власної апаратної інфраструктури. Зручність і універсальність доступу забезпечується широкою доступністю послуг і підтримкою різного класу термінальних пристроїв (персональних комп'ютерів, мобільних телефонів, інтернет-планшетів). Ключовими характеристиками хмарних обчислень є масштабованість і віртуалізація. Обязательные характеристики облачных вычислений Масштабованість можливість динамічної настройки інформаційних ресурсів до мінливих навантажень, наприклад до збільшення або зменшення кількості користувачів, зміни необхідної ємності сховищ даних або обчислювальної потужності. Віртуалізація додатків (організація доступу до ПЗ) – технологія використання та постачання ПЗ (програмних рішень) без встановлення його на персональному компьюторі. В основному використовується для забезпечення абстракції і інкапсуляції. Абстракція дозволяє уніфікувати обчислювальні, комунікаційні ресурси і сховища інформації у вигляді пулу ресурсів і вибудувати уніфікований шар ресурсів, який містить ті ж ресурси, але в абстрагованому вигляді. Вони представлені користувачам та верхніх шарах хмарних систем як віртуальні сервері, кластери серверів, фалові системи та СУБД. Інкапсуляція додатків підвищує безпеку, керованість і ізольованість. Ще однією важливою особливістю хмарних платформ є інтеграція апаратних ресурсів і системного ПО з додатками, які надаються кінцевому користувачеві у вигляді сервісів. Характеристики хмарних обчислень Самообслуговування на вимогу Споживач, коли це йому необхідно, може самостійно задіяти обчислювальні можливості, такі як серверний час або мережеве сховище даних, в автоматичному режимі, без взаємодій з персоналом постачальника послуг. Широка доступність через мережу (Інтернет) Можливості доступні через мережу; доступ до них здійснюється на основі стандартних механізмів, що забезпечує використання різнорідних тонких і товстих клієнтських платформ (наприклад, мобільних телефонів, ноутбуків, КПК). Здатність до швидкої адаптації Обчислювальні можливості можуть швидко і гнучко резервуватися (часто автоматично) для оперативного масштабування під завдання замовника, і також швидко звільнятися. З точки зору споживача доступні можливості часто виглядають нічим не обмеженими і можуть бути придбані в будь-якій кількості в будь-який час. Характеристики хмарних обчислень Об’єднання ресурсів в пул Постачальник об’єднує свої обчислювальні ресурси в пул для обслуговування великого числа споживачів, використовуючи принцип множинної оренди (Multi-tenancy). Різні фізичні і віртуальні ресурси динамічно розподіляються і перерозподіляються відповідно до потреб користувачів. Виникає відчуття незалежності від місця розташування, коли замовник не знає і не контролює, де конкретно знаходяться обчислювальні ресурси, якими він користується, але, можливо, може визначити їх розташування на більш абстрактному рівні (наприклад, країна, регіон або дата-центр). Прикладом ресурсів можуть бути сховище даних, обчислювальна потужність, оперативна пам’ять, пропускна здатність, віртуальні машини. Еластичність послуги можуть бути надані, розширені, звужені в будь-який момент часу, без додаткових витрат на взаємодію з постачальником, як правило, в автоматичному режимі; Характеристики хмарних обчислень Вимірюваність послуги Хмарні системи автоматично контролюють і оптимізують використання ресурсів через вимір деяких абстрактних параметрів. Параметри варіюються в залежності від типу послуги. Наприклад, це можуть бути: розмір сховища даних, обчислювальна потужність, пропускна здатність і / або число активних записів користувача. Використання ресурсів відстежується, контролюється; формуються звіти. Таким чином і постачальник, і споживач отримують прозору інформацію про обсяг наданих (спожитих) послуг. З точки зору постачальника, завдяки об’єднанню ресурсів і непостійному характеру споживання з боку споживачів, хмарні обчислення дозволяють економити на масштабах, використовуючи менші апаратні ресурси, ніж вимагалися б у виділених апаратних потужностях для кожного споживача, а за рахунок автоматизації процедур модифікації виділення ресурсів істотно знижуються витрати на абонентське обслуговування. З точки зору споживача, ці характеристики дозволяють отримати послуги з високим рівнем доступності (англ. high availability) і низькими показниками непрацездатності, забезпечити швидке масштабування обчислювальної системи завдяки еластичності без необхідності створення, обслуговування і модернізації власної апаратної інфраструктури. Зручність і універсальність доступу забезпечується широкою доступністю послуг і підтримкою різного класу термінальних пристроїв (персональних комп’ютерів, мобільних телефонів, інтернет-планшетів). Характеристики хмарних обчислень Вимірюваність послуги. Приклади Для демонстрації різниці між звичайними і хмарними сервісами можна розглянути послуги, що надаються хостинг-провайдером. При традиційному (звичайному) підході провайдер на місячній основі отримує фіксовану винагороду за використання його обчислювальних ресурсів (CPU, RAM, HDD і ін.). При цьому не має значення, чи використовував клієнт виділені йому ресурси в повному обсязі впродовж усього місяця чи тільки декілька днів, а решта часу обчислювальні ресурси простоювали. У випадку надання хмарного сервісу використовується тип оплати “плата за використання”. Зазвичай за одиницю виміру часу роботи береться хвилина або година користування ресурсами. Під час оцінювання обсягів даних за одиницю виміру береться Мегабайт інформації, що зберігається. В цьому випадку користувач оплачує тільки той об’єм ресурсів, який ним в реальності використовувався протягом певного часу. Крім того, хмарна інфраструктура надає користувачеві можливість за необхідності збільшувати чи зменшувати максимальні ліміти виділених ресурсів, користуючись тим самим еластичністю сервісу, що надається. Користувачеві хмарних сервісів не потрібно піклуватися про інфраструктуру, яка забезпечує працездатність сервісів, що надаються йому. Усі завдання по налаштуванню, усуненню несправностей, розширенню інфраструктури і ін. бере на себе сервіс-провайдер. ТЕНДЕНЦІЇ ХМАРНОГО РИНКУ Доходи операторів і постачальників за першу половину 2019 року подолали рубіж в 150 мільярдів доларів, збільшившись на 24% в порівнянні з першою половиною 2018 року. КАТЕГОРІЇ «ХМАР» ЗА ФОРМОЮ ВЛАСНОСТІ Публічна хмара - це ІТ-інфраструктура, яка використовується одночасно багатьма компаніями і сервісами. Користувачі не мають можливості управляти і обслуговувати дану «хмару», відповідальність з цих питань покладено на власника ресурсу. Абонентом, пропонованих сервісів може стати будь-яка компанія та індивідуальний користувач. Прикладами можуть служити онлайн-сервіси: Amazon EC2, Google Apps / Docs, Microsoft Office Web. КАТЕГОРІЇ «ХМАР» ЗА ФОРМОЮ ВЛАСНОСТІ Громадське хмара (community cloud) - вид інфраструктури, призначений для використання конкретною спільнотою споживачів з організацій, що мають спільні завдання. Громадське хмара може перебувати в кооперативній (спільній) власності, управлінні та експлуатації однієї або більше з організацій спільноти або третьої сторони (або будь-якої їх комбінації), і воно може фізично існувати як всередині, так і поза юрисдикцією власника. КАТЕГОРІЇ «ХМАР» ЗА ФОРМОЮ ВЛАСНОСТІ Приватна хмара - це безпечна ІТ-інфраструктура, що контролюється і експлуатується в інтересах однієї організації. Організація може керувати приватною «хмарою» самостійно або доручити це завдання зовнішньому підряднику. Інфраструктура може розміщуватися або в приміщеннях замовника, або у зовнішнього оператора (або частково у замовника і частково у оператора). КАТЕГОРІЇ «ХМАР» ЗА ФОРМОЮ ВЛАСНОСТІ Персональна хмара – це приватна колекція цифрового контенту та додаткових серверів, які доступні з будь-якого пристрою і призначені для використання окремою особою (власником) та особами, яким надано доступ. Це місце де користувач зберігає, синхронізує, транслює та розповсюджує приватний контент на сумісні платформи, екрани, з одного місцеположення в інше. КАТЕГОРІЇ «ХМАР» ЗА ФОРМОЮ ВЛАСНОСТІ Гібридна хмара - це ІТ-інфраструктура, що використовує найкращі якості публічної і приватної хмари при вирішенні поставленого завдання. Часто такий тип застосовується, коли організація має сезонні періоди активності, тобто, як тільки внутрішня ІТ-інфраструктура не справляється з поточними завданнями, частина потужностей перекидається на публічну «хмару» (наприклад, великі обсяги статистичної інформації), а також для надання доступу користувачам до ресурсів підприємства через публічну «хмару».
