Анализ облачных вычислений и виртуализации

Объект исследования: новая парадигма в отрасли информационных технологий – облачные вычисления.
Предмет исследования: специфика виртуализации данных, их типы и особенности. ...

Введение 4
ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЛАЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ И ТИПОВ ВИРТУАЛИЗАЦИИ 6
1.1. Понятие об облачных вычислениях 6
1.2. Концепция облачной виртуализации 12
1.3. Анализ современных поставщиков облачных вычислительных служб 15
ГЛАВА 2 ОБЗОР МОДЕЛИ ОБЛАЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 17
2.1. Принципы и типы облачных разветвлений 17
2.2. Типы и особенности виртуализации 23
ГЛАВА 3 СРАВНЕНИЕ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПП КРУПНЕЙШИХ КОМПАНИЙ ВИРТУАЛИЗАЦИИ 30
3.1. Анализ вендора VMware 30
3.2. Анализ ORACLE решений 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
Список использованных источников 40

Цель работы заключается в расширении, закреплении, приобретении опыта, а также обработки и систематизации знаний по изучаемой дисциплине, путем проведения анализа облачных вычислений, основных типов виртуализации, а также на примере основных программных продуктов крупнейших компаний виртуализации произвести заключительный анализ.

Какими бы техническими особенностями не обладало решение, его эффективность и целесообразность использования определяются обеспечиваемым им функционалом и преимуществами, по сравнению с иными способами решения тех же задач. На данных момент можно привести основные преимущества виртуализации:
виртуальная машина работает под управлением гостевых операционных систем и содержит все стандартные компоненты обычного компьютера, а значит, что виртуальная машина полностью совместима со стандартными операционными системами и программным обеспечением;
возможность создать защищенные пользовательские окружения для работы с сетью, в этом случае вирусные атаки могут нанести вред операционной системе, а не виртуальной машине;
в рамках виртуальной машины можно работать с устаревшими программными решениями и операционными системами;
поскольку каждая виртуальная машина представляет собой программный контейнер, то она может быть перенесена или скопирована, как и любой иной файл;
несколько виртуальных машин, развернутых на физических ресурсах одного компьютера, изолированы друг от друга, таким образом, сбой одной из виртуальных машин не повлияет на доступность и работоспособность сервисов и приложений других, что повышает отказоустойчивость и безопасность;
виртуальные машины не зависят от аппаратного обеспечения, на котором функционируют, то есть в качестве значений параметров виртуальной машины, таких как оперативная память, процессор и т.п., можно указать значения и типы, отличающиеся от реальной физической конфигурации компьютера;
виртуальные машины идеально подходят для процессов обучения и переподготовки, поскольку позволяют развернуть требуемую платформу вне зависимости от параметров и программного обеспечения хоста (физического компьютера, на котором функционирует виртуальная машина);
возможность сохранения состояния виртуальной машины позволяет быстро вернуться к точке до внесения изменений в систему;
виртуальные машины могут создавать представления устройств, которых физически нет (эмуляция устройств);
в рамках одной гостевой операционной системы может быть развернуто несколько виртуальных машин, объединенных в сеть и взаимодействующих между собой.
Однако, как и любая другая технология, облачные вычисления имеют свои недостатки, несмотря на то, что их большая часть, разрешима [5]:
обеспечение одновременной работы нескольких виртуальных машин требует достаточного количества аппаратных мощностей;
различные платформы виртуализации не поддерживают виртуализацию абсолютно всего аппаратного обеспечения и интерфейсов;
операционная система виртуальной машины может работать медленнее, чем на "чистом" аналогичном аппаратном обеспечении, в зависимости от используемого решения.
1.3. Анализ современных поставщиков облачных вычислительных служб
Другими словами, облачные вычисления — это и есть так называемое облако, с поддержкой предоставления вычислительных служб (серверов, баз данных, хранилищ, программного обеспечения, сетевого оборудования и т. д.) через сеть интернет. Компании и сервисы, которые предоставляют такие вычислительные службы, принято называть поставщиками облачных служб. Обычно они взимают плату за облачные вычислительные службы большого объема на основе их использования, однако в личных целях можно найти и использовать бесплатные сервисы не много меньшего ряда услуг и возможностей.
Что касается предоставляемых услуг, то в наши дни концепция облачных вычислений предполагает оказание следующих типов услуг своим пользователям [3]:
— Все как услуга (Everything as a Service), при таком виде сервиса пользователю будет предоставлено все от программно аппаратной части, до управления бизнес процессов, включая взаимодействие между пользователями, от пользователя требуется только наличие доступа в сеть Интернет.
— Аппаратное обеспечение как услуга (Hardware as a Service),
в данном случае пользователю услуги предоставляется оборудование, на правах аренды которое он может использовать для собственных целей. Данный вариант позволяет экономить на обслуживании оборудования, хотя по своей сути мало чем отличается от вида услуги «Инфраструктура как сервис» за исключением того что вы имеете голое оборудование на основе которого разворачиваете свою собственную инфраструктуру с использованием наиболее подходящего программного обеспечения.
— Рабочее место как услуга (Workplace as a Service), в этом случае компания использует облачные вычисления для организации рабочих мест своих сотрудников в частности, настроив и установив все необходимое программное обеспечение, необходимое для работы персонала.
— Данные как услуга (Data as a Service), основная идея данного вида услуги заключается в том, что клиентам предоставляется дисковое пространство, которое они могут использовать для хранения больших объемов собственной конфиденциальной и общедоступной информацией.
— Безопасность как сервис (Security as a Service), данный вид услуги предоставляет возможность пользователям сравнительно быстро развертывать, продукты позволяющие обеспечить безопасное использование веб-технологий, обезопасить электронные переписки, а также повысить безопасность локальной системы, что позволяет пользователям данного сервиса экономить на развертывании и поддержании своей собственной системы безопасности.
Технология облачной виртуализации является ответом на всевозрастающее многообразие программных решений, их усложнение и, как следствие, постоянно меняющихся требований к аппаратной части и ИТ - инфраструктуре в целом. В настоящее время, под виртуализацией, понимают процесс использования некой системы объединенных машин, в зависимости от круга решаемых задач и потребностей бизнеса или любой другой сферы. Но это лишь малая часть потенциала технологий виртуализации. Уже кажется вполне реальным подход к формированию виртуальной ИТ – инфраструктуры [5].
ГЛАВА 2 ОБЗОР МОДЕЛИ ОБЛАЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Модель облачных вычислений состоит из внешней (front end) и внутренней (back end) части. Эти два элемента соединены благодаря сети, в большинстве случаев через интернет. Посредством внешней части пользователь взаимодействует с системой, внутренняя составляющая – это собственно само облако и работа с серверной частью. Внешняя часть состоит из клиентского компьютера или сети компьютеров предприятия и приложений, используемых для доступа к облаку и ввода-вывода информации. Внутренняя часть предоставляет приложения, компьютеры, серверы и хранилища данных, создающие облако сервисов работающих с ними [1].
2.1. Принципы и типы облачных разветвлений
Концепция облака основана на некой системе разветвлений, другими словами - уровнях, каждый из которых предоставляет определенную функциональность.
Монитор виртуальных машин или VMM (virtual machine monitor) предоставляет средства для одновременного использования функциональных возможностей облака, как показано на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Принцип работы монитора виртуальных машин
Если рассматривать более подробно, VMM – это программа, выполняющаяся на хост-системе и позволяющая одному компьютеру поддерживать несколько идентичных сред исполнения программ. С точки зрения пользователя такая система представляет собой автономный индивидуальный компьютер, изолированный от других пользователей и практически требующий от клиента только средств ввода-вывода, в действительности же, все пользователи обслуживаются одной и той же машиной. Виртуальная машина – это одна операционная система (ОС), управляемая основной контролирующей программой, которая представляет ее в виде нескольких операционных систем. При облачных вычислениях VMM предоставляет пользователям возможность отслеживать и, следовательно, управлять такими аспектами процесса, как хранение данных, доступ к данным, адресация и шифрование, и также топологией и перемещением рабочей нагрузки.
Облако включает в себя следующие основные уровни [5]:
Уровень инфраструктуры – это основное ядро облака. Он состоит из физических активов – серверов, сетевых устройств, дисков. Существуют поставщики инфраструктуры как сервиса (Infrastructure as a Service - IaaS), например IBM Cloud. При взаимодействии с IaaS вы в действительности не управляете базовой инфраструктурой, однако управляете операционными системами, хранилищами данных, развертываемыми приложениями и, до определенной степени, выбранными сетевыми компонентами.
Примером организаций, которые могут получить выгоды от IaaS, могут быть сервисы печати по требованию (Print On Demand - POD). Модель POD основана на продаже товаров, дизайн которых задается в соответствии с требованиями клиента. POD позволяет физическим лицам открывать магазины и продавать дизайны товаров, владельцы могут загрузить столько дизайнов, сколько будут в состоянии создать. Многие загружают тысячи дизайнов. Благодаря возможностям облачной системы хранения POD может предоставлять практически неограниченный объем дискового пространства.
Промежуточным уровнем является платформа, она предоставляет основную инфраструктуру приложений. Платформа как сервис (Platform as a Service - PaaS) дает доступ к операционным системам и соответствующим сервисам. Она дает способ развертывания приложений в облаке при помощи языков программирования и инструментальных средств, поддерживаемых поставщиком. Пользователю не нужно управлять используемой инфраструктурой или контролировать ее, но у него есть возможность управлять развернутыми приложениями, их окружением и, до определенной степени, конфигурациями среды хостинга приложений.
Существуют поставщики PaaS, например Elastic Compute Cloud (EC2) от Amazon. PaaS идеально подходит для небольших частных фирм по созданию программного обеспечения, имея в своем распоряжении такую платформу, можно создавать продукты мирового класса без накладных расходов, свойственных разработке на собственных ресурсах.
Верхний уровень – это уровень самих приложений, который зачастую и изображаются в виде облака. Существуют поставщики программного обеспечения как сервиса (Software as a Service - SaaS), например, Google Pack. Google Pack содержит доступные через Интернет приложения - Calendar, Gmail, Google Talk, Docs и многие другие. Приложения, выполняющиеся в нем, предоставляются пользователям по требованию.
Наглядные примеры предназначений и работы выше перечисленных уровней отображены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Уровни облачных вычислений, встроенные в компоненты
По характеру прав доступа, облачные структуры делятся на три типа: закрытые (private), открытые (public) и гибридные (hybrid).
Закрытые облака в основном расположены за сетевым экраном предприятия и управляются этим же предприятием. Это облачные сервисы, создаваемые и управляемые внутри предприятия. Закрытые облака предлагают в основном те же преимущества, что и открытые; основное их отличие состоит в том, что ответственность за настройку и поддержку закрытого облака несет само предприятие.
В частности открытые облака доступны широкой общественности или большой промышленной группе, они принадлежат и поддерживаются организацией, продающей облачные сервисы, где обычно подразумевается именно открытое облако.
Гибридные облака – своего рода комбинация открытого и закрытого облака, в которой используются сервисы, расположенные как в открытом, так и в закрытом пространстве. Используя гибридное облако, организации могут определить цели и требования к создаваемым сервисам и получить их, основываясь на выборе наиболее подходящего варианта.
Система облачных вычислений поддерживает перечень своих особенностей, среди них [7]:
Доступность – что говорит о том, что облака очень мобильны, поддерживаются большинством ОС и доступны везде, где есть Интернет, с любого устройства. Это позволяет пользователям (предприятиям) экономить на закупке высокопроизводительных, дорогостоящих компьютеров и опускается необходимости в покупки лицензионного ПО, его настройки и обновлении.
Гибкость — неограниченность вычислительных ресурсов (память, процессор, диски), за счет использования систем виртуализации.
Надежность и безопасность – надежность облаков, особенно находящихся в специально оборудованных ЦОД, очень высокая так, как ЦОД имеют резервные источники питания, охрану, регулярное резервирование данных, высокую пропускную способность интернет канала и устойчивость к DDOS атакам, также используются технологии по шифрованию и защиты передачи данных.
Большие вычислительные мощности – клиенты облачных систем могут использовать все ее вычислительные способности, заплатив только за фактическое время использования.
Низкая стоимость – стоимость использования облаков относительно недорогая, это объясняется несколькими факторами, снижение расходов на обслуживания виртуальной инфраструктуры, пользователь облака платит только за фактическое использование вычислительных мощностей облака,— развитие аппаратной части вычислительных систем.
Модели развертывания облаков бывают следующие.
1. Общедоступная модель. Для данной модели характерна открытость использования для широкой публики, при этом такое облачное решение, как правило, принадлежит организации, которая представляет к ней платный или бесплатный доступ и существует на территории облачного провайдера. Такие облака находятся в собственности у бизнес структур, правительственных и научных организаций и в различных других комбинациях. Примерами являются: онлайн-сервисы Amazon Simple Storage Service и Amazon EC2, Salesforce.com, Google Apps/Docs, Microsoft Office Web [14].
Преимущества данной модели развертывания [7]:
Абонентом может стать как произвольная компания, так и конкретное физическое лицо.
Реализация простых и доступных по цене способов развертывания бизнес-систем  или web-ресурсов с гибкими возможностями в масштабировании, не всегда недоступными в других решениях.
Недостатки [9]:
Услуги общедоступных облачных решений часто не поддерживают полноценного и гибкого функционала.
Пользователи имеют меньше возможностей по выбору конфигурации, т.к. у клиента такого решения нет средств управления ресурсами верхнего уровня и ядром.
Слабый контроль инфраструктуры потребителем.
2. Частная модель. Частная облачная инфраструктура предназначена для конкретной организации и «заточена» под ее нужды. Такое облако может управляться непосредственно организацией или другой стороной, может находиться вне организации или внутри ее. Идеальным вариантом решения на базе такой модели является облако, которое развернуто на территории организации, а контроль и расширение функциональностей производится силами сотрудников данной компании [16,18]. Специфика размещения частных и общедоступных моделей приведена на рис. 2.3.
Рисунок 2.3 – Специфика размещения частных и общедоступных облаков
Преимущества модели [10]:
Высокая доступность приложений и услуг.
Удобство для работ, для которых критична политика безопасности.
Виртуализация серверов обеспечивает сокращение эксплуатационных и капитальных расходов в пределах 40–60%.
Удобство в оптимизации плотности виртуальных машин и балансировке расходы и риски с помощью моделирования потребления ресурсов.
Главный недостаток: стоимость создания частного облака может быть очень высокой, т.к. расходы на его поддержку и эксплуатацию часто превышают стоимость использования подобных общедоступных решений [14].
3. Гибридная модель. Гибридная облачная инфраструктура состоит из двух и более облачных решений, остающихся отдельными объектами, но при этом связанных вместе специально разработанной фирменной или стандартной технологией, которая позволяет обеспечить переносимость приложений и данных (пакетная передача в облаке для достижение возможностей гибкой балансировки нагрузки между решениями). Создаются предприятием для своих нужд, а обязанности по управлению и обслуживанию распределяются между поставщиком общедоступного решения и предприятием. Такая модель используется, когда для организация характерны сезонные периоды активности. Когда внутренняя IT-нфраструктура не может выполнить все текущие задачи, происходит перераспределение и часть дополнительных вычислительных мощностей предоставляется публичному облаку (высокие объемы необработанной статистической информации), для предоставления доступа пользователю к различным ресурсам предприятия посредством такого решения [13].
Преимущества [11]:
Развертывание и контроль приложений в облаке осуществляются с помощью базовой платформы, что обеспечивается существующей настроенной инфраструктурой облака.
Гибкость контроля безопасности.
Большие возможности конфигурирования, в сравнении с другими моделями.
Оперативное развертывание нагрузок и гибкое их перераспределение между внешней и внутренней средами.
Глобальная доступность.
Независимость и защищенность данных, за счет использования локальных ЦОД.
Недостатки [13]:
Сложность и трудоемкость эффективного создания и управления подобными решениями
Необходимость в получении услуг из разных источников и имплементировать их в унифицированном виде.
Возможно не корректное взаимодействие между общедоступным и частными компонентами.
Сравнение общедоступных, частных и гибридных облаков может быть сделано с различных точек зрения и что могут отличаться требованиями приложения тип и безопасности. Ниже приведены основные параметры, где были рассмотрены данные модели развертывания.
1. Управление безопасностью. В частной и гибридной моделях осуществляется лучший контроль над данными и безопасность данных. Для общественной модели за безопасность инфраструктуры данных отвечают поставщики облачных услуг.
2. Быстродействие всех облачных моделей высокое, но на базе общедоступной модели организуется более высокая обработки данных.
3. Уровень риска воздействия неблагоприятных факторов на функционирование облака наименьший у модели частного облака, т.к. она может контролироваться самостоятельно конфигурируемым брандмаузером.
4. Экономичность частных и гибридных решений превосходит общедоступные реализации модели развертывания, т.к. они позволяют более эффективно проводить инвестиции в свою инфраструктуру, что рентабельно для длительных нагрузок. Однако расходы на техническое обслуживание и поддержку вычислительных процессов и задач хранения данных для частных и гибридных решений часто превышают аналогичные расходы на общедоступные решения [9].
5. Эластичность в распределении ресурсов выше у общедоступных моделей, т.к. они имеют больший эффект масштаба, по сравнению с другими моделями развертывания. В настоящее время, согласно аналитическим данным [11], около 39% специалистов в ИТ-отрасли используют частные облака, 15,4% используют гибридные модели и только 3,3% внедряют общедоступные облачные решения.
2.2. Типы и особенности виртуализации
Ознакомимся с основными типами виртуализации различных компонентов ИТ - инфраструктуры.
1. Виртуализация серверов приложений. В данной системе виртуализации понимают процесс интеллектуальной балансировки нагрузки. Такого рода балансировщик нагрузки управляет несколькими веб - серверами и приложениями, как единой системой, пользователь, в свою очередь видит только один сервер.
2. Виртуализация операционной системы. Является наиболее распространенной в наши дни формой виртуализации. Виртуальная операционная система (виртуальная машина) представляет собой, как правило, совмещение нескольких операционных систем, функционирующих на одной аппаратной основе, каждая из виртуальных машин управляется в частности при помощи VMM (Virtual Machine Manager). Лидерами в области таких поставок решений для виртуализации информационных систем являются Microsoft, AMD, Intel и VMware. В некоторых случаях, виртуализация операционных систем невозможна без виртуализации аппаратного обеспечения.
3. Виртуализация приложений. Под ним понимают использование программных решений в рамках изолированной, частной виртуальной среды.
4. Виртуализация сети. Предусматривает объединение аппаратных и программных ресурсов в единую виртуальную сеть. Выделяют внутреннюю виртуализацию сети - создающую виртуальную сеть между виртуальными машинами одной системы, и внешнюю - объединяющую несколько сетей в одну виртуальную.