12
‒ Повышенная устойчивость систем, которую обеспечивает
дублирование и горячая замена элементов.
‒ Целостность данных за счет резервного копирования.
‒ Рабочая нагрузка до 95%.
‒ Высокая пропускная способность.
‒ Горизонтальное, вертикальное и программное масштабирование.
Кластеры – группа компьютеров, объединенных высокоскоростными
каналами связи, предоставляющая с точки зрения пользователя единый
ресурс.
Обычно различают следующие основные виды кластеров:
1. Отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, HA,
кластеры высокой доступности), состоят обычно из двух узлов и бывают
трех разновидностей: с холодным резервом, с горячим резервом и с
модульной избыточностью. В первом случае резерв функционирует только
тогда, когда основной узел выходит из строя, во втором случае нагрузка
перераспределяется между работающими ресурсами, в третьем случае
запросы обрабатываются всеми узлами одновременно.
2. Кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters),
когда запросы перераспределяются одним узлом на остальные.
3. Вычислительные кластеры (High performance computing clusters,
HPC), для которых существенными показателями являются высокая
производительность процессора в операциях над числами с плавающей
точкой (flops) и низкая латентность объединяющей сети, и менее
существенными— скорость операций ввода-вывода, которая в большей
степени важна для баз данных и web-сервисов.
Grid-системы - это форма распределённых вычислений, в которой
«виртуальный суперкомпьютер» представлен в виде кластеров, соединённых
с помощью сети. Эта технология применяется для решения научных,
13
математических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов.
Грид-вычисления используются также в коммерческой инфраструктуре для
решения таких трудоёмких задач, как экономическое прогнозирование,
сейсмоанализ, разработка и изучение свойств новых лекарств.
Грид с точки зрения сетевой организации представляет собой
согласованную, открытую и стандартизованную среду, которая обеспечивает
гибкое, безопасное, скоординированное разделение вычислительных
ресурсов и ресурсов хранения информации, которые являются частью этой
среды, в рамках одной виртуальной организации [24].
Еще одним необходимым компонентом облачных вычислений является
система хранения данных, которая представляет собой программно-
аппаратное решение по организации надежного хранения информационных
ресурсов и предоставления гарантированного доступа к ним.
Существует четыре вида систем хранения данных.
1. Система хранения данных с прямым подключением (DAS) – тот
вид хранения, который осуществлен в персональных компьютерах.
Устройство внешней памяти (жесткий диск) подключается непосредственно
к процессору без сетевой передачи. В облачных вычислениях не
используется, но в кластерах используются устройства с несколькими
портами.
2. Сетевая система хранения данных (NAS) – осуществляется как
отдельный компьютер, который не выполняет никаких других функций
кроме хранения данных и операций, связанных с хранением. Обычно такой
компьютер не имеет экрана и устройств манипулирования, а управляется по
сети, но обладает ресурсами для вычисления. Несколько таких компьютеров
могут быть объединены в одну систему. Обеспечивает надёжность хранения
данных, лёгкость доступа для многих пользователей, лёгкость
администрирования, масштабируемость, но нет возможности хранить
14
нефайловые данные.
3. Сеть хранения данных (SAN) - внешние устройства хранения
данных, называемые сетевыми блочными устройствами и подключенные к
серверам таким образом, чтобы система опознавала их как локальные диски.
Характеризуется тем, что позволяет выделить любой ресурс любому узлу
сети, что делает ее высокопроизводительной. При таком способе хранения
невозможно осуществлять коллективный доступ к одному блоку, но
преимущество SAN в том, что она позволяет хранить нефайловые структуры
данных.
4. Контентно-адресуемое хранение данных (CAS) – система, в
которой размещение информации производится по его содержимому.
Системой создается образ объекта, который и является адресом. При
контентно-адресуемом хранении появляется неизменяемость данных, то есть,
если данные были изменены, то им присваивается новый адрес, а по старому
сохраняется начальная копия данных до изменений. Также можно установить
срок хранения. Еще одной особенностью CAS является то, что один объект
сохраняется один раз, даже если записан под разными именами, но при
выдаче может быть вызван под любым своим именем. Используется для
архивного хранения данных.
На практике используется комбинирование или взаимопроникновение
всех решений хранения данных.
1.2. Формирование концепции облачных вычислений
Востребованность облачных вычислений неуклонно растет. Это
связано с тем, что такой подход позволяет использовать облако обычными
пользователями в любое время и с любого устройства. Примером может
служить использование ресурсов глобальной сети через смартфоны с
установленными бесплатными приложениями Google. При этом нет
необходимости хранить данные в памяти устройства, их можно использовать
15
напрямую из формируемых на серверах-хранилищах баз данных. В сфере
бизнеса это означает значительную экономию на целых отделах, которые
должны обслуживаться квалифицированным персоналом, и на развитии
инфраструктуры предприятий.
Наряду с этим возникает целый ряд требований, предъявляемых к
поставщикам технологий облачных вычислений. Общими критериями
облачных вычислений являются следующие:
1) самообслуживание по требованию (self service on demand) –
пользователь может определять, что, когда и в каком объеме ему нужно,
непосредственно, без участия представителя компании-провайдера.
2) универсальный доступ по сети (broad network access)–
пользователь может получить доступ к данным с различных устройств
(персональный компьютер, мобильный телефон, планшет);
3) объединение ресурсов (resource pooling) – ресурсы провайдера
объединяются в единый пул для динамического перераспределения
мощностей между пользователями в условиях постоянного изменения спроса
на мощности;
4) эластичность (rapid elasticity)– ресурсы автоматически
расширяются или освобождаются в зависимости от запрашиваемых
пользователем услуг, причем, для пользователя не возникает видимых
изменений в сервисе;
5) измеряемый сервис (measured service) – потребленные ресурсы
исчисляются автоматически для оценки объема предоставленных услуг,
использованные ресурсы отслеживаются и контролируются [6].
Помимо этого, поставщик облачных вычислений должен обеспечивать
безопасность данных, для этого обеспечить работу алгоритмов, реализующих
дублирование каналов связи и мощностей, постоянное создание резервных
копий систем и замену ими вышедших из строя действующих версий.
16
Крупнейшими разработчиками облачных технологий являются
Amazon, Google и Microsoft. Компания Amazon предоставляет пользователям
несколько сервисов: Amazon Elastic Cloud Compute (Amazon EC2), Amazon
Simple Storage Service (Amazon S3); Amazon Simple Queue Service (Amazon
SQS); Amazon CloudFront; Amazon SimpleDB. Основной частью здесь
является Amazon Elastic Cloud Compute (Amazon EC2), так как он
предоставляет среду разработчика приложений для управления
виртуальными серверами. Сервис Amazon Simple Storage Service (Amazon S3)
представляет собой облачное хранилище данных. Amazon Simple Queue
Service (Amazon SQS) – сервис, управляющий сообщениями к виртуальным
серверам. Amazon CloudFront – сервис, осуществляющий оптимально
быстрое распределение информации из регионального сервера. Amazon
SimpleDB – структурированная база данных, обладающая высокой
отказоустойчивостью [18].
Компания Google также предоставляет пользователям облачные
вычисления с помощью технологии Google Drive – это облачное хранилище
для создания, хранения и просмотра данных, каждому пользователю
предлагается пространство в 15 Гб. Google App Engine позволяет создавать и
размещать веб-приложения на серверах компании Google. Google Cloud
Print позволяет удаленно распечатывать документы.
Компания Microsoft предоставляет для пользователей платформу
Microsoft Azure, позволяющую создавать приложения, пользуясь
технологиями Microsoft, основанными на популярной платформе .NET.
Естественно, с таким подходом у организаций-пользователей облачных
вычислений возникает риск, связанный с безопасностью данных, поэтому
огромное внимание уделяется постоянно разрабатывающимся технологиям
защиты данных.
С точки зрения технологий облачных вычислений аппаратное и
17
программное обеспечение представляет собой не что иное, как оборудование
и программную среду, требуемые для работы в глобальной компьютерной
сети. От данных категорий зависит работоспособность, возможности,
предоставляемые облачными вычислениями, качество облачных услуг.
Аппаратное и программное обеспечение образуют архитектуру облачных
вычислений, которая делится на внешнюю (front end) и внутреннюю (back
end) части. Внешняя часть состоит из клиентского оборудования и программ,
а внутренняя часть является серверами, которые предоставляют облачные
услуги [28].
Облачные технологии смещают акценты в вычислительных
технологиях, снимая нагрузку по управлению приложениями с
персонального компьютера. Пользователь может иметь любое устройство с
выходом в Интернет и получать доступ к своим данным.
Во внутренней части, то есть в самом облаке, есть центральный сервер,
который управляет работой облака, осуществляет мониторинг трафика,
регистрирует запросы клиентов. Также в облаке присутствуют сервера для
обработки запросов и предоставления услуг, на каждом таком компьютере-
сервере может быть несколько виртуальных машин. У клиента, таким
образом, создается впечатление, что используется несколько физических
системных блоков, но на самом деле здесь осуществляется принцип
виртуализации, который базируется на высокой производительности
современных процессоров и параллельности высокоскоростных вычислений.
Еще одной составляющей облака является виртуальное хранилище данных.
Для обеспечения безопасности данных облако создает резервные копии
помещаемых в него данных, что требует дополнительного оборудования.
Организация-клиент тем самым освобождается от необходимости в таком
оборудовании.
Программное обеспечение также переходит на внутреннюю часть
18
облака, оставляя на клиенте лишь связующее звено. Обычно эту функцию
осуществляет браузер, но иногда требуется специальное программное
обеспечение для работы с облаком. Основные же приложения находятся на
серверах компании-вендора. Данный подход очень выгоден для стартапов –
организаций, которые только начинают свою деятельность – потому что
позволяет экономить на лицензионном программном обеспечении. Еще одно
преимущество облачных вычислений состоит в том, что при больших
вычислениях бывает задействована мощность всей сети, так как в таком
случае используются распределенные вычисления [31].
Основным понятием в облачных вычислениях является технология
виртуализации, упомянутая выше, когда на одном сервере создается
несколько виртуальных машин. «В компьютерных технологиях под
термином "виртуализация" обычно понимается абстракция вычислительных
ресурсов и предоставление пользователю системы, которая "инкапсулирует"
(скрывает в себе) собственную реализацию».
Вопрос о переходе к облачным вычислениям вызывает моножество
споров и мнений. Проанализировав ряд статей по данной теме, можно
выделить следующие достоинства облачных вычислений.
1) Доступность – можно работать с информацией в любое время, с
любого устройства. Возможна работа с разными операционными системами.
Пользователи полностью контролируют свою информацию, что очень
выгодно при удаленной работе.
2) Низкие начальные инвестиции по закупке оборудования и
лицензионного программного обеспечения, настройке и поддержке
вычислительной сети предприятия. Для того, чтобы организовать ИТ-отдел,
предприятию требуется в среднем до нескольких недель, начиная от закупки
оборудования, формирования штата отдела, и заканчивая наладкой
локальной сети. В случае использования облачных вычислений все
19
происходит мгновенно, предприятие платит только за аренду облачных
сервисов.
3) Гибкость и масштабируемость решений по организации и
реорганизации работы с коммуникационным и информационным
пространством, является еще одним преимуществом использования
облачных сервисов, одним из немаловажных особенностей
масштабируемости, является возможность увеличивать или уменьшать
сетевые машины в рабочей группе. А так же добавлять новые рабочие
решения. Простота в поддержке, оплачиваемая единая ITуслуга, в состав
которой все включено, здесь, не нужно инсталлировать и обслуживать
серверы, обновлять программное обеспечение, не заботясь о совместимости
программ и аппаратных средств.
4) Быстрое восстановление данных при потере их внутри
организации. Данные, хранящиеся в облаке, имеют резервные копии, при
необходимости есть возможность быстро и легко восстановить потерянную
информацию.
Как и у любой технологии, у облачных вычислений есть ряд
недостатков:
1) Требуется доступ к интернету. Здесь важны такие параметры, как
быстродействие и техническое оборудование провайдера сети.
2) Необходимо ежемесячно вносить арендную плату. Здесь
наблюдается ситуация, когда предприятие попадает в некоторую
зависимость от облачной компании.
3) Ограниченность в использовании программного обеспечения. Не
все приложения можно реализовать в облаке, хотя разработчики облачных
сервисов постоянно работают над расширением диапазона приложений.
4) Зависимость сохранности данных от компании, предоставляющей
облачные услуги. В настоящее время нет организации, которая
20
гарантировала бы 100% безопасность данных. В редких случаях облака могут
быть атакованы хакерами. Однако этот недостаток можно назвать условным,
так как облачные компании постоянно работают над повышением уровня
защиты данных.
Учитывая опыт организаций, уже перешедших к облачным
вычислениям, удобство и эффективность работы в облаке значительно
повышается, перекрывая недостатки облачных вычислений.
1.3. Основные аспекты построения информационных систем с помощью
облачных вычислений
Все облачные услуги обобщенно делятся на три модели: программное
обеспечение как услуга, платформа как услуга и инфраструктура как услуга.
Модель «программное обеспечение как услуга» (SaaS)
предусматривает развертывание программного обеспечения, доступного
через браузер. Примером SaaS может служить почтовый сервис Gmail, а его
локальным аналогом – программа Outlook Express. Особенностью облачного
приложения является то, что для пользователя не имеет значения, на каком
языке программирования и под какую среду написано приложение.
Сайт Salesforce.com, предоставляющий возможности для работы
специалистам из отделов продаж также является примером SaaS [25].
Отличительными особенностями облачного приложения являются
следующие:
1) доступность через веб-браузер;
2) доступность по требованию;
3) возможность оплачивать только используемое время;
4) минимальные требования к техническому и программному
оборудованию, нужен только компьютер, интернет и браузер [12].
Для поставщиков облачных приложений возникают новые факторы,
положительно влияющие на развитие данной модели облачных услуг:
21
‒ Увеличение скорости развертывания. При создании и
распространении настольного программного обеспечения производители
испытывают значительные трудности, которых нет при развертывании
облачных приложений. Единственной трудностью является сам процесс
преобразования настольного приложения под облачные вычисления, так как
не всякое настольное приложение можно преобразовать. Выходом здесь
является поэтапное преобразование приложения, начиная с упрощенной его
версии и постепенного обновления впоследствии. При такой технологии
усматривается сходство между облачными вычислениями и локальной сетью.
В локальной сети клиентские терминалы привязаны к мейнфрейму (рисунок
3).
Рисунок 3 – Архитектура локальной сети
Как и в локальной сети, в облаке возможно постепенное обновление
приложений, что будет положительно воспринято пользователями. Разница
лишь в масштабах пользователей (рисунок 4).