Облачные вычисления как развитие информационного сервиса/А. А. Лобанов

Журнал

Статья описывает облачные вычисления и технологии, которые являются новым информационным сервисом и одним из трендов мирового рынка. Эти технологии позволяют отказаться от высоких инвестиций в инфраструктуру и ее последующего поддержания, а также решить проблемы быстрого развертывания приложений, выхода на новые рынки, расширения клиентской базы, количества заказчиков и т.п. 
Ключевые слова:облачные вычисления и технологии, информатика, информационные услуги, информационное управление, информационный сервис, информационные технологии 
A. A. Lobanov 
CQoud. computing as the development oft the information service 
yhis article describes cCoud computing and. technology,which is new- information service and one of the trends in the gCobaC it market, f hese technologies aCCow- to Refuse from high investment in it infrastructure and its subsequent maintenance, and aCso to soCve problems quickCy depCoy applications,entering new- markets,expanding the cCient base,the numbed of customers,etc. 
Keywords: informatics, information services, information management, information service, and information technology 
блачные вычисления _ это модель обеспечения повсеместного сетевого доступа по требованию к общему пулу конфигурируемых вычислительных ресурсов (сетям передачи данных, серверам, устройствам хранения данных, приложениям и сервисам), которые могут быть оперативно предоставлены и освобождены с минимальными эксплуатационными затратами. 
Существует большое количество вариантов определения для терминов “облачные вычисления” или “облачная платформа”. Это связано с тем, что различные поставщики стараются подчеркнуть уникальность своих предложений и выбирают разные названия, которые зачастую не совсем верно отражают реальную суть предлагаемых сервисов. Когда говорят про облачную платформу, обычно используют такие термины как “инфраструктура как сервис” (1аа8), “платформа как сервис” (РааБ) или “приложения как сервис” (БааБ) [1]. 
Концептуально облачные вычисления появились как результат развития стандартизации в области ИТ [2] и развитие методов информационного управления [3]. Облачные вычисления обладают многими преимуществами по сравнению с традиционными решениями для построения инфраструктур предприятий, предложению 
сервисов и услуг и т.п. Среди таких преимуществ выделяются: гибкость; масштабируемость [4]; оплата за фактически использованные ресурсы [1]; высокая надежность и отказоустойчивость. 
Предлагаемые облачные платформы и сервисы отличаются по функциям и по стоимости. При рассмотрении темы облачных вычислений необходимо выяснить ответы на основные вопросы [1], которые помогут понять что же это на самом деле: где располагаются приложения; основные характеристики облачных вычислений; предоставляемые сервисы; границы управляемости. Получив ответы на эти вопросы можно перейти к рассмотрению существующих платформ и бизнес-моделей, которые они предлагают. 
Месторасположение приложений. В настоящее время существует три основных модели расположения приложений: в инфраструктуре заказчика; у компании-хостера; в облаке. 
Расположение в инфраструктуре заказчика — наиболее традиционная модель развертывания приложений, существующая десятки лет. Такая модель - оплата, приобретение, владение - напрямую связана с высокими капитальными затратами, но, в тоже время, она обеспечивает полный контроль за инфраструктурой, аппаратным и программным обеспечением. 
Модель «Расположение у компании-хосте-ра (hosting)» или просто «хостинг» основана на аренде аппаратной платформы, программного обеспечения, соответствующей инфраструктуры и персонала, выполняющего ее обслуживание. Такая модель отличается меньшим контролем за инфраструктурой, аппаратным и программным обеспечением и базируется на оплате фиксированного числа ресурсов, что обычно предполагает оплату даже в тех случаях, когда арендуемые ресурсы не используются. 
Модель «Расположение в облаке (cloud)» предполагает оплату по факту использования арендуемых аппаратных и программных ресурсов, что приводит к существенному снижению начальных расходов и переходу от капитальных инвестиций к операционным расходам. Такая модель отличается практически отсутствием контроля за инфраструктурой и аппаратным обеспечением, а при аренде программного обеспечения - еще и отсутствием контроля за ним. 
Каждый подход имеет свои достоинства и недостатки, но, с точки зрения экономики, самой важной характеристикой является оплата по факту использования, реализуемая именно облачными вычислениями. Таким образом: 
Основные характеристики облачных вычислений. Масштабируемость. Эта характеристика означает способность системы, сети или процесса справляться с увеличением рабочей нагрузки (увеличивать свою производительность) при добавлении ресурсов (обычно аппаратных). Масштабируемость — важный аспект систем, программных комплексов, сетй и т. п., если для них требуется возможность работать под большой нагрузкой. Система называется масштабируемой, если она способна увеличивать производительность пропорционально дополнительным ресурсам. 
Масштабируемость можно оценить через отношение прироста производительности системы к приросту используемых ресурсов. Чем ближе это отношение к единице, тем лучше. Также под масштабируемостью понимается возможность наращивания дополнительных ресурсов без структурных изменений центрального узла системы. В системе с плохой масштабируемостью добавление ресурсов приводит лишь к незначительному повышению производительности, а с некоторого «порогового» момента добавление ресурсов не дает никакого полезного эффекта. 
Масштабируемое приложение позволяет выдерживать большую нагрузку, за счет увеличения количества запущенных экземпляров. Как правило, для одновременного запуска множества экземпляров используется типовое оборудование, что снижает общую стоимость владения и упрощает сопровождение инфраструктуры. 
Эластичность. (вычислительная эластичность) В облачных вычислений, эластичность определяется как степень адаптации системы к 
изменению рабочей нагрузки и деинициализации ресурсов таким образом, что в каждый момент времени имеющиеся ресурсы соответствуют текущему запросу. [5] Вычислительная эластичность является определяющей характеристикой, которая отличает облачные вычисления от ранее предложенных вычислительных парадигм, таких как распределенные вычисления. Это динамическое изменение в использовании компьютерных ресурсов для удовлетворения пользователей при различной нагрузке. 
Эластичность позволяет быстро нарастить мощность информационной инфраструктуры 
[6], без необходимости проведения начальных инвестиций в оборудование и программное обеспечение. Эластичность связана с масштабируемостью приложений, так как решает задачу моментального изменения количества вычислительных ресурсов, выделяемых для работы информационной системы. 
Мультитенантностъ. Мультитенантность 
[7] — возможность изолированно обслуживать разных пользователей, например подписчиков БааБ, в рамках одного сервиса. В основе этого подхода лежат два критерия: разделение физических и логических ресурсов, а также изоляция. Мультитенантность часто упоминается вместе с облаками — для решения вопроса миграции приложений и данных в распределенные ИТ-инфраструктуры, поддерживающие масштабируемые облака любых типов. Эта характеристика — один из способов снижения расходов за счет максимального использования общих ресурсов для обслуживания различных групп пользователей, разных организаций, разных категорий потребителей ит.п. 
Оплата за использование. Оплата использованных ресурсов — это еще один атрибут облачных вычислений, позволяющий перевести часть капитальных издержек в операционные. Приобретая только необходимый объем ресурсов, можно оптимизировать расходы, связанные с работой информационных систем организации. Эластичность позволит быстро изменить объем ресурсов в сторону увеличения или уменьшения, тем самым, приведя расходы на ИТ в соответствие с фактическими потребностям организации. 
Самообслуживание. В зависимости от того, кем производится процесс разработки приложения (контрактором или внутренними силами), он может потребовать выделения аппаратных ресурсов и установку программного обеспечения. Все это может занять длительное время: месяцы и даже годы. Самообслуживание позволяет потребителям запросить и получить требуемые ресурсы за считанные минуты. 
Основные сервисы, предоставляемые облачными платформами. 
Программное обеспечение как сервис (БааБ). Модель предоставления программного обеспе- 
чения как сервиса (Software as a Service, SaaS) обеспечивает возможность аренды приложений. Программное обеспечение как сервис включает платформу как сервис и инфраструктуру как сервис. 
Модель предоставления программного обеспечения как сервиса является моделью обеспечения доступа к приложениям через Интернет с оплатой по факту их использования. Данная модель является наиболее распространенной на сегодняшний день моделью предоставления облачных сервисов. Организации могут реализовывать подобную модель предоставления сервиса из частных облаков, используя внутренние сетевые каналы, дополнительно защищенные и не связанные с Интернетом. 
Потребителями данного типа сервисов являются конечные пользователи, которые работают с приложениями, предоставляемыми в «облаке». Соглашение о предоставлении сервисов (SLA) обычно покрывает такие характеристики сервисов, как их доступность (uptime) и производительность. Возможности настройки приложений под нужды потребителей минимальны или вообще отсутствуют, их уровень диктуется требованиями рынка или возможностями поставщиков таких приложений. 
Оплата конечного сервиса, как правило, производится ежемесячно и рассчитывается на основе количества пользователей приложения. 
Платформа как сервис (PaaS). Модель предоставления платформы как сервиса (Platform as a Service, PaaS) обеспечивает возможность аренды платформы, которая обычно включает операционную систему и прикладные сервисы. Платформа как сервис облегчает разработку, тестирование, развертывание и сопровождение приложений без необходимости инвестиций в инфраструктуру и программную среду. Платформа как сервис также включает и инфраструктуру как сервис. Примером платформы как сервис может служить Windows Azure, Amazon Web Services (AWS). 
В такой модели потребителями являются сами компании, разработавшие приложения. Платформа обеспечивает среду для выполнения приложений, сервисы по хранению данных и ряд дополнительных сервисов, например интеграционные или коммуникационные. Соглашение о предоставлении сервисов (SLA) включает такие характеристики сервисов, как доступность среды выполнения приложений и ее производительность. Возможности настройки приложений под нужды потребителей не ограничены в рамках функциональности платформы. Оплата облачной платформы рассчитывается исходя из объема использованных вычислительных ресурсов, таких как: время работы приложения; объем данных и количество операций с данными (транзакций); сетевой трафик. 
Инфраструктура как сервис. Модель предоставления инфраструктуры (аппаратных ресурсов) как сервиса (Infrastructure as a Service, IaaS) обеспечивает возможность аренды таких инфраструктурных ресурсов, как серверы, устройства хранения данных и сетевое оборудование. Управление всей инфраструктурой осуществляется поставщиком сервисов, а потребитель управляет только операционной системой и установленными приложениями. Такие сервисы обычно оплачиваются по их фактическому использованию и позволяют пользователю увеличивать или уменьшать объем используемой инфраструктуры через специальные порталы, предоставляемые поставщиками сервисов. 
В этой модели потребителями являются владельцы приложений, ИТ- специалисты, подготавливающие образы ОС для их запуска в сервисной инфраструктуре. Облачная платформа предоставляет сервисы для запуска виртуальных машин и сервисы хранения данных. Соглашение о предоставлении сервисов (SLA) включает характеристики: доступность виртуального сервера, время развертывания образа ОС. Как и в PaaS, оплата инфраструктуры как сервиса, обычно производится исходя из объема использованных ресурсов. 
На рынке существует множество платформ для организации облачных вычислений, включая коммерческие и открытые. На основе открытых платформ, таких как OpenStack [8], Cloud Foundry [9] компании создают свои инфраструктуры и предлагают средства для их управления, в частности, предоставляют комплексы для превращения имеющихся ресурсов в облака. 
Для выбора подходящей платформы необходимо сформулировать требования, предъявляемые к облаку и целесообразно произвести пробное тестирование доступных платформ. 
Можно отметить следующие платформы и компании [10]: Amazon Web Services; Rackspace; Windows Azure; Google App Engine + Google Apps; Force, сот; VMWare vCloud; IBM Cloud. 
Рассмотрим в качестве примера Windows Azure [1, 11]. Это открытая облачная платформа, которая позволяет быстро выполнять построение приложений, развертывать их и управлять ими в рамках глобальной сети из центров данных, управляемых корпорацией Майкрософт. Можно осуществлять построение приложений с помощью любого языка, средства или любой платформы, а также интегрировать общедоступные облачные приложения с существующей ИТ-средой. 
Платформа Windows Azure предоставляет набор сервисов, которые, в основной массе, схожи с сервисами, используемыми разработчиками «традиционных» приложений: 
Вычислительные сервисы. Представляют собой контейнеры для приложений с поддержкой 
современных технологий разработки, включая .NET, Java, РНР, Python, Ruby on Rails. 
Сервисы хранения данных. Масштабируемая распределенная система хранения данных, поддерживающая ряд моделей хранения, включая табличные структуры, бинарные объекты, асинхронные очереди сообщений, традиционные файловые системы и сети распределения контента (CDN, content distribution networks). 
Коммуникационные сервисы. Доступны через облачную сервисную шину и могут использоваться как средство обмена сообщениями или брокер соединений с другими облачными сервисами или сервисами, находящимися у заказчиков. 
Сервисы обеспечения безопасности. Сервисы управления доступом, основанные на политиках, которые поддерживают механизмы федерации и позволяют интегрироваться с существующими системами управления идентификацией. 
Прикладные сервисы. Компоненты и сервисы, которые могут использоваться для разработки облачных приложений и прикладных сервисов. 
Платформа состоит из следующих основных компонентов: веб-сайты; виртуальные машины; мобильные службы; облачные службы; большие объемы данных (хранилища); мультимедиа. 
Для каждого компоненты возможны свои сценарии использования, причем они могут включать в себя несколько компонентов. 
Веб-сайты. Веб-разработка является одним из самых быстрорастущих трендов. Развитие Интернета и технологии, обеспечивающих доступ к нему, требует новых средств и моделей для развертывания сайтов и обеспечения их высокой доступности и надежности. Традиционные хостинги остаются популярными и постоянно обновляются, при этом предоставляют самые последние версии средств для поддержания сайтов. Для создания веб-сайта можно выбрать два пути: выбрать шаблон сайта (из представленных в галерее); создать свой сайт (Quick Create или Create With Database). 
В галерее доступно множество видов сайтов и платформ, таких как WordPress, KentikoCMS, Orchard CMS и другие. Во многих случаях, выбор приложений из существующих обеспечит более быстрое создание необходимого портала, а также предоставит возможности по управлению им. 
В случае необходимости повышения производительности сайта, увеличения размера БД, необходимо выбрать более мощную виртуальную машину, а также БД. 
Виртуальные машины. Виртуальные машины [12] следует использовать для следующих целей: Получение гибкости. Виртуальные машины дают приложению мобильность, позволяя перемещать виртуальные жесткие диски (VHD) между локальной и облачной средой. 
Выполнение приложений в облаке. Если компания использует популярные серверные приложения Майкрософт, виртуальные машины помогут применять те же локальные корпоративные приложения и инфраструктуру в облаке. Легко работайте с приложениями, такими как Microsoft SQL Server, Active Directory и Microsoft SharePoint Server. 
Режим Оставайтесь на связи. С полным административным доступом можно удаленно подключаться к виртуальным машинам и управлять установленными на них приложениями. 
Облачные службы. Предоставляют возможность создания приложений и интерфейсов API с высокой доступностью и бесконечной масштабируемостью. 
Мобильные службы. Windows Azure Mobile Services — набор сервисов, которые созданы для разработки мобильных приложений. В настоящее время Windows Azure Mobile Services предлагает следующие сервисные функции: хранение пользовательских данных в облаке; аутентификация и авторизация пользователей в облаке; прием push-уведомлений от облачного сервиса. 
Обновление сервиса [13] Windows Azure предоставляет множество служб, помогающих управлять данными в облаке, которые называются Windows Azure Storage. Каждый сервис подходит для хранения определенного типа данных: 
Таблицы — представляют собой структурированное хранилище. Каждая таблица состоит из набора объектов, каждый из которых имеет набор названий свойств и их значений. 
Бинарные объекты — используются для хранения больших бинарных объектов (файлов). Бинарные объекты могут быть двух видов — блочные, оптимизированные для потокового обмена данными и страничные, оптимизированные для случайных операций ввода/вывода. 
BLOB-объекты — это простейший способ хранения больших объемов неструктурированных текстовых или двоичных данных, таких как видео, музыкальный файлы и изображения. 
Очереди — надежное хранилище сообщений. Обычно используется для обеспечения коммуникаций между ролями. 
Диски — тома NTFS, доступные для приложений, выполняющихся в инфраструктуре Windows Azure. Диски (Windows Azure Drives) хранятся как отформатированные под NTFS виртуальные диски (Virtual Hard Drives, VHDs) в страничных бинарных объектах. 
Несколько примеров, иллюстрирующих сценарии использования некоторых сервисов хранения данных: 
Хранилище бинарных объектов: Возможность хранения резервных копий, отчетов и пр. для их быстрого получения в случае необходимости. 
Табличное хранилище: Возможность хранения состояний веб-приложений, например, в 
случае электронной коммерции — хранение покупательской корзины или текущего состояния заказа. 
Очереди: Веб-приложение может вызывать сервисы, располагаемые на платформе Windows Azure и осуществлять коммуникации между вебролями и прикладными ролями в рамках одного или нескольких приложений. 
Диски: За счет поддержки файловой системы, NTFS могут использоваться сервисами для обеспечения поддержки традиционных файловых операций — чтение/запись, например для протоколирования операций или сохранения временных данных. 
Службы мультимедиа. Windows Azure Media Services предоставляют следующие сервисы для построения собственных медиа-сервисов и приложений: загрузку контента; перекодирование; конвертацию форматов; защиту контента; вещание по запросу и живое вещание, а также аналитику и рекламу. 
Служба Media Services используется в следующих целях: Создание полноценных рабочих процессов. Разработка гибридных рабочих процессов. Облачная поддержка множества устройств и платформ. 
Службы Media Services предоставляют все, что нужно для доставки контента на разнообразные устройства — от ХЬох и ПК с Windows до устройств под управлением MacOS, iOS и Android. 
Платформа постоянно обновляется и в ней появляются все новые функции. Среди последних новинок и обновлений, последнее из которых было в октябре 2012 года, можно отметить следующее: поддержка новой платформы .NET 4.5; новый портал управления, который вышел из состояния Preview, построенный на основе HTML5 вместо Silverlight (портал, который был с самого начала появления платформы); Арр Store для дополнительных компонентов платформы (Addons) (пока в версии Preview и только для США); обновлен SDK до версии 1.8, который в свою очередь приносит поддержку IIS8, С#5.0, преимущества NET4.5, WebSockets; обновления для мобильных сервисов; обновления для веб-сайтов; обновления для облачных сервисов; и другие обновления. 
Особенности использования Windows Azure. Платформа является еще довольно молодой и постоянно развивается. В следствии этого при ее использовании возникают проблемы, связанные как с получением последней версии документации, так и детального описания всех ее сервисов и возможностей. Документация на продукт это одна из важнейших составляющих любой платформы и чем более она полная, тем лучше. В данном случае она находится в процессе постоянного изменения. Использование облака связано с некоторыми рисками, в первую очередь теми, которые связаны с надежностью 
и доступностью. Отзывы некоторых разработчиков говорят о том, что с этим все еще есть проблемы. 
Кроме того, для того, чтобы использовать самые последние версии сервисов и услуг стоит всегда быть на связи с разработчиками и читать обновления в блогах. Только таким образом можно узнавать о нововведениях и изменениях. С учетом того, что компания Microsoft работает на множестве фронтов, это приводит к тому, что некоторые из ее сервисов, технологий и услуг могут быть недостаточно качественно реализованы. 
Облачная платформа также предоставляет новые виды сервисов, например, высокопроизводительные вычисления. Это значит, что облако может быть использовано как кластер с возможностью гибкой масштабируемости и оперативности в выделении необходимых ресурсов. В скором времени это может позволить заменить кластеры в лабораториях на “облака”. 
Выводы. Облачные вычисления и “облака” [14] тесно вошли в ежедневное использование компьютера, подключенного к сети Интернет. 
Однако сам по себе термин не следует считать удачным, поскольку он не отражает сущности того что обозначает. По существу этим термином обозначают три разные направления: 
1) описание ряда вычислительных концепций, которые включают большое количество компьютеров, подключенных через сеть в реальном времени связи, такой как Интернет. 
2) В науке, облачные вычисления является синонимом для распределенных вычислений по сети , и означает возможность запуска программы или приложения на многих подключенных компьютеров одновременно. 
3) обозначение сетевых сервисов, которые появляются, которые будут предоставлены реального серверного оборудования, и на самом деле служил вверх виртуальном оборудовании, моделируется программное обеспечение, работающее на одном или нескольких реальных машинах 
Эта технология принесла новые информационные услуги, сервисы и платформы, которые являются основополагающими для новых бизнес-моделей. Развитие глобальной сети, а также рост контента, связанный также с широким использованием мобильной техники потребовал от производителей создания новых масштабируемых и гибких систем, которые бы позволили наилучшим образом подстраиваться под растущие запросы, а также предоставили новые пути доставки контента и построения инфраструктур. 
Основные преимущества “облаков”, такие как масштабируемость, мультитенантность, эластичность, а также, что очень важно, оплата за использование — повышают конкурентоспособность этой технологии. 
ЛИТЕРАТУРА 
1. Windows Azure. Облачная платформа Microsoft / Алексей Федоров, Дмитрий Мартынов. 2010. - 100 с. URL: download. microsoft.com/documents/rus/msdn/Windows_Azure_web.pdf (дата обращения: 15.04.2014). 
2. Цветков В.Я. Особенности развития информационных стандартов в области новых информационных технологий II Информационные технологии, 1998. - №8. - С.2-7. 
3. Цветков В.Я. Информационное управление. - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrucken, Germany 2012.-201 c. 
4. Поляков A.A., Цветков В.Я Прикладная информатика.: Учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся по специальности «прикладная информатика» (по областям) и другим междисциплинарным специальностям: В 2-х частях: / Под общ.ред. А.Н. Тихонова- М.: МАКС Пресс. 2008. Том 1. - 788 с. 
5. Herbst, Nikolas Roman; Samuel Kounev, Ralf Reussner (2012). "Elasticity in Cloud Computing: What It Is, and What It Is Not". Proceedings of the 10th International Conference on Autonomic Computing (ICAC 2013), San Jose, CA, June 24-28. 
6. Цветков В.Я., Булгаков C.B. Анализ инфраструктуры информационной системы II Успехи современного естествознания, 
2010. - №3. - С. 136-137. 
7. Центр разработки на Windows Azure. URL:msdn.microsoft.com/ru-ru/windowsazure (дата обращения: 15.04.2014). 
8. OpenStack [Электронный ресурс]. URL: openstack.org/ (дата обращения: 15.04.2014). 
9. Cloud Foundry [Электронный ресурс]. URL: cloudfoundry.com/ (дата обращения: 15.04.2014). 
10. Топ 10 облачных платформ для бизнеса [Электронный ресурс]. URL: livebusiness.ru/news/8937/ (дата обращения: 15.04.2014). 
11. Платформа Windows Azure. URL: windowsazure.com/ru-ru/ (дата обращения: 15.04.2014). 
12. Поляков А.А., Цветков В.Я Прикладная информатика. Том2: Учебно-методическое пособие для студентов, обучающихся по специальности «прикладная информатика» (по областям) и другим междисциплинарным специальностям: В 2-х частях: / Под общ.ред. А.Н. Тихонова. - М.: МАКС Пресс, 2008. Том 2. - 860 с. 
13. Обновлены Windows Azure Mobile Services: поддержка iOS и многое другое [Электронный ресурс]. URL: habrahabr. ru/company/microsoft/blog/1 55083/ (дата обращения: 15.04.2014). 
14. Cloud computing: principles and paradigms / Rajkumar Buyya, James Broberg, Andrzej Goscinski. - USA: John Wiley & Sons, 
2011. - 674 p.