1. преамбула
2. Визначення "хмарні обчислення"
3. Перший шар хмарних послуг - IaaS (інфраструктура)
4. Другий шар - PaaS (програмна платформа)
5. Третій шар - SaaS (хмарне додаток)

2014-06-16

Автор: Володимир Ткаченко

джерело: Навчання в інтернет

преамбула

Студенти часто задають питання: Що таке хмарні обчислення? Що таке хмарні сервіси? Що таке хмарний сайт? Що означає хмара, хмарні сховища файлів? Як використовуються хмарні обчислення в освіті? SaaS сервіс для B2C і B2B продажів? SaaS ERP і SaaS CRM системи і рішення? Які моделі хмарних обчислень використовуються для розробки веб-додатків? Сучасні дата-центри, на основі яких створюються хмарні послуги: SaaS, PaaS і IaaS?

Спочатку розглянемо, що таке "хмара" (Сloud) і "хмарні обчислення" (Сloud сomputing). "Хмара" - це інноваційна модель (концепція) організації IT-інфраструктури, яка складається з розподілених і поділюваних конфігуруються апаратних і мережевих ресурсів, а також програмного забезпечення, розгорнутих на віддалених (хмарних) дата центрах постачальників (провайдерів). Тобто хмара - це новий підхід організації IT-інфраструктури.

Cloud computing- це модель надання дистанційного доступу до поділюваних обчислювальних ресурсів, які фізично розподілені на багатьох віддалених пристроях, що утворюють так зване хмара (cloud).

Хмарні обчислення - це модель надання споживачеві масштабованих обчислювальних ресурсів у вигляді сервісу через Інтернет. Хмарні технології - це модель подання споживачеві IT як сервісу через Інтернет.

Проаналізуємо основне визначення хмарних обчислень, запропоноване Національним інститутом науки і технологій від 24 липня 2011 року.

Визначення "хмарні обчислення"

Хмарні обчислення ( cloud computing ) - модель надання можливості повсюдного і зручного мережевого доступу на вимогу до пулу поділюваних конфігуруються обчислювальних ресурсів (наприклад, мереж, серверів, засобів зберігання, додатків і сервісів), які можуть оперативно надаватися і звільнятися при мінімальному зусиллі управління або взаємодії з провайдером (постачальником) . Ця модель хмари представлена ​​(описана) п'ятьма основними характеристиками, трьома сервісними моделями і чотирма моделями розгортання.

Основні характеристики хмарних обчислень, які відрізняють їх від інших типів обчислень (інтернет-ресурсів):

1. Самообслуговування на вимогу. Споживач у міру необхідності автоматично, без взаємодії з кожним постачальником послуг, може самостійно визначати і змінювати обчислювальні потужності, такі як серверний час, обсяг сховища даних.
2. Широкий (універсальний) мережевий доступ. Обчислювальні можливості доступні на великі відстані по мережі через стандартні механізми, що сприяє широкому використанню різнорідних (тонких або товстих) платформ клієнта (термінальних пристроїв).
3. Об'єднання ресурсів. Конфігуровані обчислювальні ресурси постачальника об'єднані в єдиний пул для спільного використання розподілених ресурсів великою кількістю споживачів.
4. Миттєва еластичність ресурсів (миттєва масштабованість). Хмарні послуги можуть швидко надаватися, розширюватися, стискатися і звільнятися виходячи з потреб споживача.
5. Вимірюваний сервіс (облік споживаного сервісу і можливість оплати послуг, які були реально використані). Хмарні системи автоматично керують і оптимізують використання ресурсів за рахунок здійснення вимірювань на деякому рівні абстракції, що відповідає типу сервісу.

Якщо модель (концепція) надання розподілених і поділюваних конфігуруються обчислювальних ресурсів відповідає вищевикладеним характеристикам, то це cloud computing.

Сервісні моделі хмарних обчислень або cloud computing:

1. Software as a Service (SaaS) - програмне забезпечення як послуга. У цій моделі надання хмарних обчислень споживач використовує додатки постачальника, запущені в хмарної інфраструктурі, які доступні клієнту через інтерфейс (web-браузер) або інтерфейс програми. Споживачі не можуть керувати і контролювати лежить в основі хмари інфраструктуру, включаючи мережу, сервери, операційні системи, сховища даних або навіть змінювати параметри налаштування конкретного додатка.
2. Platform as a Service (PaaS) - платформа як послуга. Модель надання хмарних обчислень, при якій споживач отримує доступ до використання програмної платформи: операційних систем, СУБД, прикладного ПО, засобів розробки і тестування програмного забезпечення. Фактично споживач отримує в оренду комп'ютерну платформу з встановленою операційною системою і спеціалізованими засобами для розробки, розміщення і управління веб-додатками. Споживач не керує основний інфраструктурою хмари, включаючи мережу, сервери, операційні системи або сховища даних, але управляє розгорнутими додатками і можливо параметрами налаштування конфігурації середовища оточення.
3. Infrastructure as a Service (IaaS) - інфраструктура як послуга. Модель надання хмарних обчислень, при якій споживач отримує можливість управляти коштами обробки і зберігання, а також і іншими фундаментальними обчислювальними ресурсами (віртуальними серверами і мережевою інфраструктурою), на яких він може самостійно встановлювати операційні системи та прикладні програми під власні цілі. По суті, споживач орендує абстрактні обчислювальні потужності (серверне час, дисковий простір і пропускну здатність мережевих каналів) або використовує послуги аутсорсингу ІТ-інфраструктури. Споживач не керує основний інфраструктурою хмари, але управляє операційними системами, сховищем і розгорнутими їм додатками.

Моделі розгортання хмарних обчислень, тобто cloud computing:

1. Private cloud (приватне хмара) - інфраструктура, призначена для використання хмарних обчислень в масштабі однієї організації.
2. Community cloud (хмара спільноти) - хмарна інфраструктура, яка призначена для виняткового використання хмарних обчислень певною спільнотою споживачів від організацій, які вирішують спільні проблеми.
3. Public cloud (публічне хмара) - інфраструктура, призначена для вільного використання хмарних обчислень широкою публікою.
4. Hybrid cloud (гібридне хмара) - це комбінація різних хмарних інфраструктур (приватних, публічних або спільнот), що залишаються унікальними об'єктами, але пов'язаних між собою стандартизованими або приватними технологіями, які забезпечують можливість обміну даними і додатками.

Мал. 1. Моделі розгортання хмарних обчислень / cloud computing

Виходячи з вищевикладеного визначення хмарних обчислень, хмарні сервіси можна представити у вигляді багатошарової моделі, що складається з шарів: IaaS, PaaS, SaaS. Базисом або фундаментом хмарних сервісів є physical infrastructure (фізична інфраструктура), тобто сервери, сховища, мережі та системне програмне забезпечення Cloud data center (хмарного дата-центру) або мережі взаємопов'язаних хмарних Data centers (рис. 2).

У хмарних дата-центрах або в центрах обробки даних (ЦОД) поміщається фізичне обладнання або hardware (сервери, сховища даних, робочі місця), системне програмне забезпечення (ОС, засоби віртуалізації і автоматизації), інструментальне і прикладне ПО, системи управління обладнанням (Equipment management systems), мережева інфраструктура (Network infrastructure): маршрутизатори та комутатори (routers and switches) для підключення і об'єднання фізичного обладнання. Крім того, нормальну роботу дата центрів забезпечують системи інженерного забезпечення (Systems of engineering support).

Мал. 2. Cloud computing architecture (архітектура хмарних обчислень)

Перший шар хмарних послуг - IaaS (інфраструктура)

IaaS - це надання користувачу комп'ютерної та мережевої інфраструктури (servers, storage, networking) і їх обслуговування як послуги в формі віртуалізації, тобто віртуальної інфраструктури. Іншими словами, на базі фізичної інфраструктури дата-центрів або ЦОД постачальник (провайдер) створює віртуальну інфраструктуру, яку надає користувачам як сервіс. Засоби віртуалізації дозволяють перетворити фізичну інфраструктуру data centers в віртуальну і таким чином створити перший шар хмарних послуг - IaaS.

Що таке віртуалізація? Технологія віртуалізації ресурсів дозволяє фізичне обладнання (сервери, сховища даних, мережі передачі даних) розділити між користувачами на кілька частин, які використовуються ними для виконання поточних завдань. Наприклад, на одному фізичному сервері можна запустити сотні віртуальних серверів, а користувачеві для вирішення завдань виділити час доступу до них. Реалізація віртуалізації може бути здійснена як на програмному рівні, так і на апаратному.

Таким чином, користувачеві надаються абстрактні еластичні обчислювальні потужності, наприклад, не сервер або сервери, а серверне час для обробки його завдань. Чи не диски для зберігання даних, а необхідне дисковий простір, не канали зв'язку, а необхідна для вирішення завдань мережева пропускна здатність каналів комутації.

Крім віртуалізації для створення IaaS використовується автоматизація, яка забезпечує динамічний розподіл ресурсів без участі персоналу постачальника послуг, тобто система автоматично може додавати або зменшувати кількість віртуальних серверів, дисковий простір для зберігання даних, або змінювати мережеву пропускну здатність каналів зв'язку. Віртуалізація та автоматизація забезпечують ефективність використання обчислювальних ресурсів і зниження вартість оренди хмарної послуги IaaS.

Як правило, IaaS надається в оренду (надається IaaS-сервіс на умовах аутсорсингу) корпоративним користувачам. Тобто користувачі отримують інтегровані ресурси для створення своєї власної обчислювальної інфраструктури. У цьому випадку користувач повинен сам встановити і налаштувати OS і необхідні програми для виконання виробничих завдань або для розробки додатків.

Концепція IaaS дозволяє користувачеві купувати тільки ті обчислювальний потужності, які необхідні йому для виконання конкретних завдань. До складу додаткових послуг IaaS може входити підключення будь-якого фізичного обладнання користувача до хмарної платформі і його розміщення в мережі дата-центрів.

Інфраструктура як сервіс - це рішення корпоративного рівня для підприємств різного масштабу. Інфраструктура може бути розміщена як в центрі обробки даних підприємства, так і в зовнішньому дата-центрі. Послуги IaaS призначені для створення і використання захищених приватних, публічних і гібридних хмарних середовищ. Постачальники можуть забезпечити побудову гібридних хмарних конфігурацій, при яких об'єднуються локальні мережі в офісі замовника з мережами хмарної платформи.

Крім того, до IaaS-послуг хмарних обчислень відноситься хмарний хостинг (Cloud Hosting). Хмарний хостинг - це хостинг, який може забезпечити динамічний розподіл ресурсів, має можливість автоматичного масштабування ресурсів і має підвищену відмовостійкість. Хмарний хостинг є істотною альтернативою віртуальному хостингу, хостингу на віртуальному виділеному сервері VPS / VDS і хостингу на фізичному виділеному сервері.

Провайдер Cloud Hosting надає власникам сайтів тільки необхідні сайту ресурси: віртуальні сервери, кількість оперативної пам'яті і обсяг жорсткого диска, а також можливості для управління інфраструктурою хостингу (наприклад, вибір операційної системи, кількості RAM, обсягу і типу HDD, числа ядер CPU, тактової частоти і швидкості доступу). Оплата за оренду хмарного хостингу проводиться тільки за фактом вже спожитих ресурсів: кількості процесорного часу, обсягу дискового простору, кількості споживаної оперативної пам'яті і швидкості доступу до сайту.

При необхідності орендар (власник сайту) хмарного хостингу може змінити ресурси хостингу або налаштувати його на автоматичне збільшення ресурсів при зростанні навантаження, але він завжди буде оплачувати тільки вже спожиті ресурси. Хмарний хостинг має підвищену відмовостійкість, так як сайт, розміщений на ньому, одночасно знаходиться на декількох віртуальних серверах і відмова одного з них не вплине на роботу сайту.

В даний час хостери пропонують в оренду хмарні хостинги з попередньо встановленою CMS. Хостинг-провайдери для організації таких хмарних хостингів можуть, наприклад, розгорнути на своїх серверах платформу-як-інфраструктуру Jelastic з попередньо встановленими CMS. Jelastic поставляє платформу-як-інфраструктуру у вигляді повного стека, що дозволяє розгортання хмарних хостингів на фізичної інфраструктурі ЦОД хостинг-провайдера.

Функціонал платформи Jelastic дозволяє в один клік встановити вбудовані в неї CMS з оптимізованим веб-оточенням, наприклад, Jelastic на Infobox. Jelastic є продуктом, який включає в себе функціональність PaaS і легко конфігуровані інфраструктуру IaaS. Jelastic - це платформа для запуску Java- і PHP-додатків і може бути використана не тільки хостерами для організації хмарних хостингів, але і корпораціями для створення середовища розробки (приватних або гібридних хмар) веб-додатків.

На хмарних хостингах, розміщують хмарні сайти - це сучасні хмарні додатки. У хмарних сайтах (хмарних додатках) дані зберігаються в хмарних БД, серверні додатки сайтів зберігаються, і виконується на хмарних віртуальних серверах, а клієнтська частина сайту виконується в браузері користувача.

Середу хмарних обчислень можна створювати на основі хмарних рішень Amazon EC2, IBM x86, Microsoft Azure, EMC, VMware, на базі open-Sourсe рішення OpenStack, RackSpace на базі OpenStack і ін., Які дозволяють перетворити центр обробки даних в динамічну ІТ-середовище. Крім того, для хмарних обчислень використовуються хмарні бази даних, тобто бази даних, які запускаються на платформах хмарних обчислень. Як хмарних баз даних застосовуються як SQL-орієнтовані моделі, так і моделі даних NoSQL.

Послуги IaaS широко використовуються в США. В Україні компанія De Novo почала надавати хмарну інфраструктуру для корпоративних клієнтів на базі рішень VMware, EMC, Microsoft Azure, і т.д. На базі найбільшого українського дата-центру ВОЛЯ побудована хмарна IT-інфраструктура VoliaCLOUD від компанії VMware (на основі хмарних рішень VMware), яка має понад 500 віртуальних дата-центрів.

Основні IaaS Solution / Vendor: Amazon Web Services / Amazon, IBM SmartCloud / IBM, SoftLayer IaaS / IBM, Azure Virtual Machines / Microsoft, Google Compute Engine / Google, HP Cloud / HP, EMC / EMC Corporation, Oracle Cloud Infrastructure Services / Oracle . Слід зазначити, що IBM пропонує надійну відкриту інфраструктуру IBM SmartCloud на основі самообслуговування (SoftLayer) або повністю керованої IaaS (IBM SmartCloud Enterprise +).

Мал. 3. Основні IaaS Solution хмарних обчислень

Слід зазначити, що в даний час ведуться роботи по створенню хмарних опорних мереж постачальників широкосмугового мобільного зв'язку (операторів мобільного зв'язку) в якості послуги IaaS. До таких послуг належать, наприклад, хмарна телекомунікаційна платформа від Huawei і рішення NSN Telco Cloud від Nokia Siemens Networks.

Платформа FusionSphere Huawei забезпечує віртуалізацію обчислювальних ресурсів, ресурсів зберігання, мережевих ресурсів і організовує єдиний пул поділюваних конфігуруються обчислювальних ресурсів з єдиним механізмом планування і управління. Компанія Nokia Siemens Networks здійснила комплексне тестування основних мобільних служб, що охоплюють передачу голосу по LTE (VoLTE) і інших IP Multimedia Subsystem (IMS) послуг, що працюють на основі Telco Cloud.

Другий шар - PaaS (програмна платформа)

Сервіс PaaS надає програмну платформу і її обслуговування як сервіс в складі:

• OS - мережева операційна система (Unix-системи, включаючи Ubuntu Server, BSD / OS Family, Solaris / SunOS і т.д. або Windows Server),
• Database - система управління базою даних СУБД (MySQL, Microsoft SQL, SQL Database, PostgreSQL, Oracle та ін.),
• Middleware - програмне забезпечення середнього шару або зв'язує (проміжне) програмне забезпечення, яке призначене для забезпечення взаємодії між різними додатками, системами і компонентами,
• Software development tools and testing - інструментальне програмне забезпечення для розробки веб-додатків і їх тестування (середовище розробки ПО: програмні фреймворки, бібліотеки і т.д. для створення веб-додатків на мовах програмування: Python, Java, PHP, Ruby, JS для Node.js і т.д.),
• App server - сервер додатків для розробки, тестування, налагодження та роботи веб-додатків.

Отже, PaaS пропонує розробникам ПО кошти розробки, тестування, розгортання і підтримки різних додатків. Крім того користувачу надаються інструменти адміністрування та управління. В основному PaaS використовується для розробки і розміщення web-додатків (наприклад, пов'язаних розподілених додатків - SaaS mashup, хмарних сайтів і т.д.).

Основні PaaS Solution / Vendor:

• AWS Elastic Beanstalk / Amazon (Java, .NET, PHP, Node.js, Python, Ruby and Apache HTTP Server, Apache Tomcat, Nginx, Passenger, and IIS),
• IBM Bluemix / IBM (хмарна платформа IBM Bluemix пропонує єдине середовище рішень і широкий набір мов і фрейморков для побудови додатків, наприклад, Liberty for Java ™, SDK for Node.js ™, ruby ​​on rails, ruby ​​sinatra),
• Microsoft Asure / Microsoft (ASP.NET, Java, PHP, Python, Django, Node.js and Azure SQL Database),
• Google App Engine / Google (Python, Java, PHP, Go and our MySQL),
• Salesforce1 Platform Cloud application development / Salesforce об'єднує Force.com, Heroku і ExactTarget в одну мережу хмарних сервісів і надає інструменти для розробки різних додатків. Наприклад, для розробки мобільних додатків Salesforce1 Mobile App / Salesforce або хмарних баз даних для розробників додатків Database.com/Salesforce і т.д.
• Heroku / Salesforce (Ruby, Java, Node.js, Scala, Clojure, Python і PHP and PostgreSQL),
• Oracle Cloud Platform Services / Oracle (Oracle Database Cloud Service, Oracle Java Cloud Service, Oracle Database Backup Service),
• OpenShift / Red Hat (Java, Java ЇЇ, Python, Perl, PHP, Ruby, Node.JS, and MySQL, PostgreSQL, MongoDB),
• Cloud Foundry / VMware (Java Spring, Ruby on Rails і Sinatra, NodeJS, .NET and MySQL Redis, MongoDB),

Мал. 4. Основні PaaS Solution хмарних обчислень

Крім перерахованих рішень PaaS розробники Веб-додатків використовують і інші відомі рішення хмарних платформ: dotCloud PaaS, SAP HANA Cloud Platform, CloudBees Platform, Rackspace і т.д.

Третій шар - SaaS (хмарне додаток)

За схемою SaaS поставляються наступні типи хмарних додатків і їх обслуговування: Business Apps, Office Web Apps, Management Apps, Communications, Security і ін. Найбільшого поширення SaaS отримала в США. Найбільш затребуваними хмарними додатками є: CRM (система управління взаємовідносинами з клієнтами), HRM (система по роботі з персоналом, тобто з кадрами), ERP (система планування ресурсів підприємства, наприклад 1С), офісні додатки, засоби комунікацій і ін. Salesforce.com є найбільшим в світі постачальником хмарних додатків CRM.

Під засобами комунікацій мається на увазі електронне листування (наприклад, Gmail), аудіо та відео чати (наприклад, Microsoft Lync Online), Cloud PBX або хмарна АТС (наприклад, віртуальна АТС Манго-Офіс), хмарний сервіс MDM (Mobile Device Management - управління мобільним пристроєм ). Хмарний сервіс MDM призначений для роботи з корпоративними системами за допомогою мобільних пристроїв.

На різні мобільні пристрої, які працюють під управлінням хмарної системи MDM, встановлюються додатки, так звані агенти. Ці програми забезпечують централізоване налаштування мобільних пристроїв і доступ до корпоративної мережі підприємства у вигляді хмарної послуги SaaS. Як правило, хмарні засоби комунікацій інтегруються з іншими послугами SaaS, наприклад, CRM + MDM, Office Web Apps + Lync Online, Google Docs + Gmail + Hangouts і т.д.

Основними споживачами SaaS є підприємства малого і середнього бізнесу. Більшість SaaS-додатків призначені для підтримки взаємодії між співробітниками, спільно працюють над вирішенням спільних завдань (Collaboration). Архітектура SaaS-додатків, в якій єдиний екземпляр додатку, запущений на сервері, обслуговує безліч споживачів, є мультіарендной (Multi-tenant), тобто кожному споживачеві в процесі виконання завдань надається свій екземпляр віртуального додатки.

Основні application software:

• Business Apps (CMR, FRM, IBM® B2B Cloud Services, Axway Cloud B2B, amoCRM SaaS сервіс для B2B, Google Apps for Business),
• Business Intelligence (PowerBI в складі Office 365 / Microsoft, Oracle Business Intelligence Managed Cloud Service, Anaplan / ADE Professional Solutions, Brand Analytics),
• Office Web Apps (Google Docs, Office Online / Microsoft OneDrive, Office Web Apps / Microsoft, Zoho Docs, IBM SmartCloud Docs і т.д.),
• Management Apps (ERP / ОРЕНДА 1С, HRM, SCM, MRP),
• Communications (Gmail, Google Hangouts, Microsoft Lync Online, Cloud PBX або хмарна АТС, MDM),
• Security (Panda Cloud Email Protection, Panda Cloud Internet Protection, McAfee SaaS Email Protection & Continuity, Сomfortway Mobile Security і т.д.), і ін.
• Collaboration and Multi-tenant (Google Docs, Google Sites, Microsoft Office Online, Office 365, Office Web Apps).

Основні SaaS Solution / Vendor: Salesforce1 Sales Cloud / Salesforce (CRM), Oracle Cloud Applications / Oracle (HR, CX, ERP, EMP, SCP, Business Intelligence), Google Apps / Google - офісний пакет хмарних служб (Google Docs, Google Drive , Google Sites, communication: Hangouts, Gmail, Google Calendar і ін), IBM SmartCloud Docs / IBM, Microsoft Dynamics CRM, Microsoft OneDrive (Office Online, сховище файлів), Office 365 / Microsoft (Office Web Apps, Lync Online, Exchange Online , SharePoint Online), Zoho Docs / Zoho (онлайновий офісний пакет), Zoho Reports / Zoho (Business Intelligence), Zoho CRM / Zoho, Informatica Cloud MDM / Informatica, MaaS360 / Fiberlink, Cloud PBX from Vonage Business Solutions і т.д.

Мал. 5. Основні SaaS Solution хмарних обчислень

Існують і безліч інших SaaS-послуг хмарних обчислень, наприклад, Cisco WebEx - хмарний сервіс для проведення web-конференцій; CMS на основі моделі SaaS (наприклад, SaaS-платформа UMI.CLOUD); E-Commerce B2B / B2C за моделлю SaaS; Маркетинг SaaS-рішень; послуга «Антивірус Dr.Web» за моделлю SaaS; SugarCRM - комерційна CRM-система з відкритими початковими кодами; BPMonline CRM з інструментами моделювання і автоматизації бізнес-процесів і т.д.

Слід зазначити, що концепція хмарні обчислення (cloud computing) передбачає надання споживачам різних додаткових видів хмарних послуг : Storage-as-a-Service, Database-as-a-Service, Information-as-a-Service, Process-as-a-Service, Integration-as-a-Service, Testing-as-a-Service і т . Д. Існують, наприклад, численні хмарні сховища файлів Storage-as-a-Service: Amazon Simple Storage Service (Amazon S3), DropBox, Google Drive, Microsoft OneDrive і т.д.

Як використовуються хмарні обчислення і технології в освіті? Google пропонує навчальним закладам хмарні додатки Google Apps for education для електронної освіти. Microsoft надає користувачам освітніх установ можливості хмарних служб Office 365 for education (Windows Azure in education). Впровадження хмарних обчислень (Cloud Computing) в школах і вузах забезпечить школярам і студентам вельми комфортне навчання.

Перспективи поширення хмарних обчислень з урахуванням їх поточного розвитку викладені в аналітичній роботі " Куди йдуть «хмари »На сайті compress.

На закінчення, слід ще раз зазначити, що всі сервісні моделі хмарних обчислень повинні відповідати основним характеристикам хмарних обчислень, викладеними в "The NIST Definition of Cloud Computing", які відрізняють їх від інших типів інтернет-ресурсів.

Щоб переконатися, що запропоновані вам інтернет-ресурси відносяться до однієї з моделей хмарних обчислень, порівняйте їх характеристики з основними характеристиками хмарних обчислень, запропонованими National Institute of Standards and Technology (самообслуговування на вимогу; єдиний пул для спільного використання ресурсів; миттєва еластичність або масштабованість; оплата тільки за реально спожиті послуги; універсальний мережевий доступ).