Chmura obliczeniowa

Krótki opis

Porównania

Cloud computing jest często mylony z innymi pomysłami:

• grid computing: forma obliczeń rozproszonych, w której "super- i wirtualny komputer" składa się z klastra połączonych w sieć, luźno sprzężonych komputerów, współpracujących ze sobą w celu wykonywania bardzo dużych zadań
• informatyka użytkowa: pakowanie zasobów obliczeniowych, takich jak obliczenia i przechowywanie, jest świadczone jako usługa pomiarowa, za którą trzeba zapłacić podobnie jak za tradycyjną usługę użyteczności publicznej, taką jak elektryczność
• obliczenia autonomiczne: systemy komputerowe zdolne do samodzielnego zarządzania.

Przetwarzanie w chmurze często wykorzystuje grid computing, ma cechy autonomiczne i jest rozliczane jak narzędzia, ale przetwarzanie w chmurze może być postrzegane jako naturalny następny krok od modelu grid-utility. Niektóre udane architektury chmury mają niewielką lub żadną scentralizowaną infrastrukturę lub systemy rozliczeniowe, w tym sieci peer-to-peer, takie jak BitTorrent i Skype.

Architektura

Większość infrastruktury chmury obliczeniowej składa się obecnie z niezawodnych usług świadczonych za pośrednictwem centrów danych, które są zbudowane w oparciu o technologie wirtualizacji komputerów i pamięci masowych. Usługi te są dostępne w dowolnym miejscu na świecie, a The Cloud pojawia się jako jeden punkt dostępu dla wszystkich potrzeb obliczeniowych konsumentów. Oferty komercyjne muszą spełniać wymagania klientów w zakresie jakości usług i zazwyczaj oferują umowy o poziomie usług. Otwarte standardy i oprogramowanie open source mają również kluczowe znaczenie dla rozwoju chmury obliczeniowej.

Charakterystyka

Ponieważ klienci zazwyczaj nie są właścicielami infrastruktury lub nie znają wszystkich szczegółów na jej temat, głównie mają dostęp do niej lub ją wynajmują, więc mogą zużywać zasoby jako usługę i płacić za to, czego nie potrzebują, zamiast za to, co faktycznie muszą wykorzystać. Wielu dostawców usług przetwarzania w chmurze korzysta z modelu przetwarzania użytkowego, który jest analogiczny do tego, w jaki sposób są zużywane tradycyjne media publiczne, takie jak energia elektryczna, podczas gdy inni są rozliczani na podstawie abonamentu. Dzieląc zużywającą się i "niematerialną" moc obliczeniową pomiędzy wielu "najemców", można poprawić wskaźniki wykorzystania (ponieważ serwery nie są pozostawione bezczynne), co może znacznie obniżyć koszty przy jednoczesnym zwiększeniu szybkości rozwoju aplikacji.

Skutkiem ubocznym tego podejścia jest to, że "pojemność komputerów gwałtownie wzrasta", ponieważ klienci nie muszą inżynierować się przy obciążeniach szczytowych. Przyjęcie tego podejścia umożliwiło "zwiększenie przepustowości szybkich łączy", dzięki czemu możliwe jest otrzymywanie takich samych czasów reakcji ze scentralizowanej infrastruktury w innych miejscach.

Dostawcy

Cloud computing jest napędzany przez dostawców, w tym Google, Amazon.com i Yahoo!, jak również tradycyjnych dostawców, w tym IBM, Intel, Microsoft i SAP. Może być stosowana przez wszystkie rodzaje użytkowników, zarówno indywidualnych jak i duże przedsiębiorstwa. Większość użytkowników Internetu korzysta obecnie z usług w chmurze, nawet jeśli nie zdają sobie z tego sprawy. Webmail na przykład jest usługą w chmurze, podobnie jak Facebook i Wikipedia oraz synchronizacja list kontaktów i tworzenie kopii zapasowych danych online.

Historia

Chmura jest metaforą Internetu, czyli bardziej ogólnie komponentów i usług, którymi zarządzają inni.

Podstawowa koncepcja pochodzi z 1960 r., kiedy to John McCarthy wyraził opinię, że "obliczenia mogą kiedyś zostać zorganizowane jako narzędzie użyteczności publicznej", a termin "chmura" był już w użyciu komercyjnym na początku lat 90. ubiegłego wieku w odniesieniu do dużych sieci ATM. Na przełomie XXI i XXI wieku na rynku zaczęły pojawiać się rozwiązania z zakresu chmury obliczeniowej, choć w tym czasie większość uwagi skupiono na oprogramowaniu jako usłudze.

Amazon.com odegrał kluczową rolę w rozwoju chmury obliczeniowej, modernizując swoje centra danych po bańce internetowej dot-com i zapewniając dostęp do swoich systemów za pomocą Amazon Web Services w 2002 r. na zasadzie obliczeń użytkowych. Odkryli oni, że nowa architektura chmury przyczyniła się do znacznej poprawy wewnętrznej wydajności.

W 2007 roku zaobserwowano wzmożoną aktywność, w tym Google, IBM i szereg uczelni rozpoczynających zakrojone na szeroką skalę badania nad chmurą obliczeniową, mniej więcej w tym samym czasie termin ten zaczął zdobywać popularność w prasie głównego nurtu. Do połowy 2008 roku był to gorący temat i zaplanowano liczne wydarzenia związane z chmurą obliczeniową.

W sierpniu 2008 roku Gartner zaobserwował, że "organizacje przechodzą od firmowego sprzętu i oprogramowania do modeli opartych na usługach jednorazowego użytku" oraz że "przewidywane przejście na przetwarzanie w chmurze spowoduje dramatyczny wzrost liczby produktów IT w niektórych obszarach, a w innych znaczny spadek".

Kwestie polityczne

Chmury przekraczają wiele granic państwowych i "mogą być ostateczną formą globalizacji". Jako taka jest ona przedmiotem złożonych kwestii geopolitycznych, w związku z czym usługodawcy muszą spełnić wiele ograniczeń prawnych, aby móc świadczyć usługi na rynku globalnym. Początki tego zjawiska sięgają początków Internetu, gdzie myśliciele libertariańscy uważali, że "cyberprzestrzeń jest odrębnym miejscem wzywającym do tworzenia własnych praw i instytucji prawnych"; autor Neal Stephenson przewidział to jako maleńką wyspiarską przystań danych w swojej klasycznej powieści science-fiction Cryptonomicon.

Chociaż podjęto wysiłki w celu dopasowania się do otoczenia prawnego (np. Safe Harbor USA-UE), dostawcy tacy jak Amazon Web Services zazwyczaj zajmują się rynkami międzynarodowymi (zazwyczaj są to Stany Zjednoczone i Unia Europejska), wdrażając lokalną infrastrukturę i umożliwiając klientom wybór swoich krajów. Nadal jednak istnieją obawy dotyczące bezpieczeństwa i prywatności osób fizycznych na różnych szczeblach rządowych (na przykład USA PATRIOT Act i wykorzystanie krajowych pism o bezpieczeństwie oraz tytuł II ustawy o prywatności w łączności elektronicznej, Stored Communications Act).

Kwestie prawne

W marcu 2007 r. firma Dell zgłosiła w Stanach Zjednoczonych termin "cloud computing". W lipcu 2008 r. otrzymał "Notice of Allowance", który został następnie anulowany 6 sierpnia, co spowodowało formalne odrzucenie zgłoszenia znaku towarowego w mniej niż tydzień później.

W listopadzie 2007 roku Fundacja Wolnego Oprogramowania wydała Powszechną Licencję Publiczną Affero (w skrócie Affero GPL i AGPL), wersję GPLv3 zaprojektowaną w celu zlikwidowania dostrzegalnej luki prawnej związanej z wolnym oprogramowaniem przeznaczonym do uruchamiania w sieci, w szczególności oprogramowaniem jako usługą. Zgodnie z licencją AGPL dostawcy usług aplikacyjnych są zobowiązani do publikowania wszelkich zmian, które wprowadzają do otwartego kodu źródłowego AGPL.

Architektura

Architektura chmury to architektura systemów oprogramowania zaangażowanych w dostarczanie chmury obliczeniowej (np. sprzętu, oprogramowania) zaprojektowana przez architekta chmury, który zazwyczaj pracuje dla integratora chmury. Zazwyczaj obejmuje ona wiele komponentów chmury komunikujących się ze sobą za pośrednictwem interfejsów programowania aplikacji (zazwyczaj usług internetowych).

Jest to bardzo podobne do filozofii Uniksa, polegającej na tym, że wiele programów robi dobrze jedną rzecz i pracuje razem na uniwersalnych interfejsach. Złożoność jest kontrolowana, a wynikające z niej systemy są bardziej zarządzalne niż ich monolityczne odpowiedniki.

Architektura chmury rozciąga się na klienta, gdzie do dostępu do aplikacji w chmurze wykorzystywane są przeglądarki internetowe i/lub aplikacje programowe.

Architektura pamięci masowej w chmurze jest luźno sprzężona, gdzie operacje metadanych są scentralizowane, co pozwala węzłom danych skalować się do setek, z których każdy niezależnie dostarcza dane do aplikacji lub użytkowników.

Główne cechy charakterystyczne

• Nakłady kapitałowe zostały zminimalizowane, a zatem bariera wejścia na rynek jest niewielka, ponieważ infrastruktura jest własnością dostawcy i nie musi być kupowana na potrzeby jednorazowych lub rzadkich intensywnych zadań obliczeniowych. Usługi są zazwyczaj dostępne dla konsumentów detalicznych i małych przedsiębiorstw lub są specjalnie dla nich przeznaczone.
• Niezależność od urządzeń i lokalizacji, która umożliwia użytkownikom dostęp do systemów bez względu na lokalizację lub urządzenie, którego używają (np. komputer PC, telefon komórkowy,... itp.).
• Multimedialność umożliwiająca współdzielenie zasobów (i kosztów) pomiędzy dużą pulą użytkowników:

• Centralizacja infrastruktury w obszarach o niższych kosztach (np. nieruchomości, energia elektryczna)
• Wzrost obciążenia szczytowego (użytkownicy nie muszą być inżynierami dla najwyższych możliwych poziomów obciążenia)
• Poprawa wykorzystania i wydajności systemów, które są często wykorzystywane tylko w 10-20%.

• Wydajność jest monitorowana i stała, ale może mieć na nią wpływ niewystarczająca przepustowość lub duże obciążenie sieci.
• Niezawodność dzięki wielu nadmiarowym lokalizacjom, co sprawia, że nadaje się ona do zapewnienia ciągłości działania i odzyskiwania danych po awarii, jednak kierownicy działów IT i biznesu niewiele mogą zrobić, gdy wystąpi awaria. Dane historyczne dotyczące przestojów w chmurze są śledzone w Bazie Danych o Incydentach Chmurowych.
• Skalowalność, która szybko spełnia zmieniające się wymagania użytkownika, bez konieczności wykonywania prac inżynieryjnych przy obciążeniach szczytowych. Masywna skalowalność i duże bazy użytkowników są powszechne, ale nie są absolutnym wymogiem.
• Bezpieczeństwo, które zazwyczaj poprawia się dzięki centralizacji danych, zwiększeniu zasobów skoncentrowanych na bezpieczeństwie itp., ale które budzi obawy o utratę kontroli nad niektórymi wrażliwymi danymi. ale budzi obawy o utratę kontroli nad niektórymi wrażliwymi danymi. Dostępy są zazwyczaj rejestrowane, ale dostęp do samych logów audytowych może być trudny lub niemożliwy.
• Zrównoważony rozwój dzięki lepszemu wykorzystaniu zasobów, bardziej wydajnym systemom i neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla.

Części składowe

Zastosowanie

Aplikacja w chmurze wpływa na model architektury oprogramowania w chmurze, często eliminując konieczność instalacji i uruchamiania aplikacji na własnym komputerze klienta, a tym samym zmniejszając koszty utrzymania oprogramowania, bieżącej eksploatacji i wsparcia technicznego. Na przykład:

• Peer-to-peer/volunteer computing (Bittorrent, SETI@home, Skype)
• Aplikacja internetowa (Facebook)
• Oprogramowanie jako usługa (Google Apps, Salesforce)
• Oprogramowanie i usługi (Microsoft Online Services)

Klient

Klient chmury to sprzęt i/lub oprogramowanie komputerowe, które polega na dostarczaniu aplikacji w chmurze lub które jest specjalnie zaprojektowane do dostarczania usług w chmurze i które w obu przypadkach jest zasadniczo bezużyteczne bez chmury. Na przykład:

• Mobile (Android, iPhone, Windows Mobile)
• Cienki klient (CherryPal, systemy oparte na Zonbu gOS)
• Gruby klient / przeglądarka internetowa (Google Chrome, Mozilla Firefox)

Infrastruktura

Infrastruktura chmury obliczeniowej (np. infrastruktura jako usługa) to dostarczenie infrastruktury komputerowej (zazwyczaj środowiska wirtualizacji platformy) jako usługi. Na przykład:

• Pełna wirtualizacja (GoGrid, Skytap)
• Obliczenia gridowe (Sun Grid)
• Zarządzanie (RightScale)
• Parawirtualizacja (Amazońska Elastyczna Chmura Obliczeniowa)

Platforma

Platforma w chmurze (np. platforma jako usługa) (dostarczenie platformy obliczeniowej i/lub stosu rozwiązań jako usługi) ułatwia wdrażanie aplikacji bez ponoszenia kosztów i złożoności zakupu i zarządzania podstawowymi warstwami sprzętu i oprogramowania. Na przykład:

• Ramy aplikacji internetowych

• Python Django (Google App Engine)
• Ruby on Rails (Heroku)

• Web hosting (Mosso)
• Własna (Azure, Force.com)

Serwis

Usługa w chmurze (np. Web Service) to "system(-y) oprogramowania zaprojektowany(-e) do wspierania interoperacyjnej interakcji maszyna-maszyna poprzez sieć", do którego(-ych) mogą mieć bezpośredni dostęp inne składniki chmury obliczeniowej, oprogramowanie (np. oprogramowanie plus usługi) lub użytkownicy końcowi. Na przykład:

• Tożsamość (OAuth, OpenID)
• Integracja (Amazon Simple Queue Service)
• Mapping (Google Maps, Yahoo! Maps)
• Płatności (Amazon Flexible Payments Service, Google Checkout, PayPal)
• Wyszukiwanie (Alexa, Google Custom Search, Yahoo! BOSS)
• Inni (Amazoński Turek Mechaniczny)

Przechowywanie

Przechowywanie w chmurze to dostarczanie przechowywania danych jako usługi (w tym usług podobnych do baz danych), często rozliczanych na podstawie obliczeń użytkowych (np. za gigabajt miesięcznie). Na przykład:

• Baza danych (Amazon SimpleDB, Google App Engine's BigTable Datastore)
• Sieciowa pamięć masowa (komponent MobileMe iDisk, Nirvanix CloudNAS)
• Synchronizacja (komponent Live Mesh Live Desktop, funkcje MobileMe push)
• Serwis internetowy (Amazon Simple Storage Service, Nirvanix SDN)

Tradycyjni dostawcy pamięci masowych zaczęli ostatnio oferować swój własny smak pamięci masowej w chmurze, czasami w połączeniu z istniejącym oprogramowaniem (np. usługa Symantec Online Storage for Backup Exec). Inni skupiają się na dostarczaniu nowego rodzaju pamięci masowej typu back-end optymalnie zaprojektowanej do dostarczania pamięci masowej w chmurze (EMC's Atmos), kategorycznie znanej jako Cloud Optimized Storage.

Role

Dostawca

Dostawca usług przetwarzania w chmurze lub dostawca usług przetwarzania w chmurze posiada i obsługuje systemy przetwarzania w chmurze służące innej osobie. Zazwyczaj wymaga to budowania nowych centrów danych i zarządzania nimi. Niektóre organizacje uzyskują niektóre korzyści z przetwarzania w chmurze, stając się "wewnętrznymi" dostawcami usług w chmurze i sami świadcząc usługi, choć nie korzystają z tych samych korzyści skali i nadal muszą być inżynierami w przypadku szczytowego obciążenia. Bariera wejścia na rynek jest również znacznie wyższa, co wiąże się z wymaganymi nakładami kapitałowymi, a naliczanie opłat i zarządzanie tworzy pewne koszty ogólne. Jednakże znaczne korzyści w zakresie efektywności operacyjnej i szybkości działania mogą być osiągnięte nawet przez małe organizacje, a konsolidacja serwerów i wirtualizacja są już w trakcie wdrażania. Amazon.com był pierwszym takim dostawcą, który zmodernizował swoje centra danych, które, jak większość sieci komputerowych, wykorzystywały tylko 10% swojej pojemności w danym momencie, pozostawiając miejsce na sporadyczne skoki. Pozwoliło to małym, szybko zmieniającym się grupom na szybsze i łatwiejsze dodawanie nowych funkcji, a następnie otworzyło je dla osób z zewnątrz jako Amazon Web Services w 2002 roku na zasadzie obliczeń użytkowych.

Firmy wymienione w części składowej są dostawcami.

Użytkownik

Użytkownik jest konsumentem chmury obliczeniowej. Prywatność użytkowników w chmurze obliczeniowej staje się coraz bardziej niepokojąca. Problemem są również prawa użytkowników, które są przedmiotem działań wspólnotowych zmierzających do stworzenia projektu ustawy o prawach (obecnie w projekcie).

Sprzedawca

Sprzedawca sprzedaje produkty i usługi, które ułatwiają dostarczanie, wdrażanie i korzystanie z chmury obliczeniowej. Na przykład:

• Sprzęt komputerowy (Dell, HP, IBM, Sun Microsystems)

• Przechowywanie (3PAR, EMC, MogileFS)
• Infrastruktura (Systemy Solace, technologie warstwy 7, sieci F5)

• Oprogramowanie komputerowe (3tera, GigaSpaces, Hadoop)

• Systemy operacyjne (Windows Azure, Linux i Solaris)
• Wirtualizacja platformy (Citrix, Microsoft, VMware, Sun xVM)

Standardy

Standard chmury obliczeniowej jest jednym z wielu istniejących (zazwyczaj lekkich) otwartych standardów, które ułatwiły rozwój chmury obliczeniowej, w tym:

• Zastosowanie

• Komunikacja (HTTP, XMPP)
• Bezpieczeństwo (OAuth, OpenID, SSL/TLS)
• Syndykacja (Atom)

• Klient

• Przeglądarki (AJAX)
• Offline (HTML 5)

• Infrastruktura

• Wirtualizacja (OVF)

• Platforma

• Stosy rozwiązań (LAMP, architektura oparta na przestrzeni kosmicznej)

• Serwis

• Dane (XML, JSON)
• Usługi sieciowe (REST)

• Przechowywanie