Cloud computing: кто гоняет стаи туч?

Цикличность развития – один из фундаментальных законов, лежащих в основе функционирования нашего мира. Рассматривая процессы, происходящие в ИТ-индустрии в целом и в области cloud computing в частности, можно найти множество тому подтверждений. Более того, анализ подобных закономерностей нередко позволяет делать довольно точные прогнозы – если отвлечься от лишних деталей и, в соответствии с рекомендацией классика, «зреть в корень».

Как известно, первые ЭВМ были с современной точки зрения довольно примитивными (невзирая на размеры), ориентированными на локальные вычисления, нередко однозадачными и потому однопользовательскими (несмотря на массу обслуживающего персонала). Сменившие их мэйнфреймы – мощные многозадачные ЭВМ, обрабатывающие данные централизованно и предоставляющие удаленный терминальный доступ – были настоящим прорывом! Много лет им просто не было альтернативы, и даже первые ПК не поколебали их позиций. Но в 1990-х маятник качнулся в сторону локальных вычислений – сыграл роль экономический фактор.

А сегодня мы наблюдаем завершение цикла и очередной поворот – ведь cloud computing не что иное, как современная интерпретация централизованных вычислений, т. е. прежних по сути идей – но на качественно новом уровне. И, как ни парадоксально, в ходу опять экономические соображения, а нынешний кризис лишь ускорил процесс.

Каждый видит облака по-своему

Пример архитектуры веб-приложения, реализованного на основе AWS и предоставляющего доступ пользователям к изображениям

Любая зарождающаяся отрасль неизбежно сталкивается с ситуацией, когда существует множество различных ее трактовок: каждый поставщик пытается дистанцироваться от прочих, чтобы воспользоваться отсутствием у клиентов четкого понимания и представить свои решения исключительными. Похоже, не удалось избежать этой участи и cloud computing – уже сегодня десятки компаний предлагают решения в этой области, и все они (нередко весьма сильно) отличаются между собой. Поэтому мы не возьмем на себя смелость давать единственно правильное определение, а попытаемся стать на точку зрения потенциального пользователя «облачных вычислений» – непосредственного заказчика и разработчика.

Первого, естественно, интересуют не тонкости технологии, а возможность эффективно решать свои задачи при минимальных затратах. В этом смысле cloud computing позволяет отказаться от локального ПО в пользу веб-приложений, существенно сэкономив как на рабочих местах (где не будут нужны мощные компьютеры), так и серверной инфраструктуре, в том числе и ее обслуживании. При этом дополнительно появятся некоторые возможности, которые довольно трудно (и накладно) реализовать традиционным, основанным на локальных вычислениях, способом. К примеру, будет совершенно просто организовать полноценную удаленную работу или оперативно обеспечить всем необходимым любое число новых сотрудников.

С этой точки зрения cloud computing весьма похож на SaaS (Software as a Service) или SoD (Software on Demand), которые уже несколько лет успешно эксплуатируются отдельными компаниями, к примеру salesforce.com. На поверхности лишь минимальные отличия в способах доставки, а подробности реализации видны лишь разработчику.

Именно он, реализуя веб-приложение, должен позаботиться о среде ее исполнения, т. е. обеспечить хостинг. Простая, на первый взгляд, задача на самом деле совсем не тривиальна, поскольку необходимо реализовать гибкое масштабирование: с одной стороны, недостаточное качество обслуживания (нехватка вычислительных ресурсов или пропускной способности каналов) оттолкнет клиентов, с другой – инвестиции в излишне мощную инфраструктуру могут не окупиться. С такой проблемой сталкиваются и компании, предоставляющие традиционные услуги хостинга, но именно здесь и кроются отличия технологий cloud computing, подразумевающих наличие стандартных механизмов для решения целого комплекса сопутствующих задач (балансировка нагрузки, управление общими данными и очередями запросов), реализовать которые в каждом конкретном проекте чрезвычайно сложно и экономически неэффективно.

Таким образом, если со стороны непосредственного заказчика cloud computing представляются веб-приложениями и сервисами, заменяющими локальное ПО и инфраструктуру и скрывающими детали своей реализации (SaaS), то со стороны разработчика – платформой, позволяющей создавать и развертывать решения в Сети, основываясь на готовой инфраструктуре (PaaS, Platform-as-a-Service).

Но как cloud computing соотносятся с вычислениями по требованию (grid computing)? Грань между ними действительно достаточно тонка, однако если grid computing ориентированы на использование вычислительной инфраструктуры для параллельной обработки больших массивов данных или решения узкоспециализированных задач (математические расчеты, сложные компиляции, тесты и пр.), то cloud computing более универсальны и призваны обеспечить для заказчиков максимально привычную программную среду.

Amazon Web Services

Windows Azure SDK интегрируется в Visual Studio и содержит весь необходимый набор инструментов для разработки, отладки и публикации решения в Azure Services Platform

Еще несколько лет назад мало кто мог предположить, что одной из первых в коммерческую эксплуатацию PaaS-решение введет не специализирующаяся на платформах или интернет-сервисах компания, а обычный интернет-магазин, пусть и крупнейший. Хотя можно представить нагрузки, с которыми приходится сталкиваться сайту amazon.com, и, очевидно, для них требуются неординарные технические решения. К тому же Amazon владеет не только онлайн-магазином, но и некоторыми другими популярными проектами, в частности специализирующимся на интернет-статистике alexa.com, а также поисковой системой по каталогам товаров A9.com.

Первые шаги в направлении PaaS компания Amazon сделала в 2002 г., запустив Amazon Web Services (AWS). На то время AWS еще нельзя было рассматривать в качестве полноценной платформы для создания и исполнения веб-приложений, по сути, это был API для работы с каталогом amazon.com. Лишь спустя четыре года в составе AWS стартовал сервис S3 (Simple Storage Service) – онлайновое хранилище данных, обеспечивающее возможность статического хостинга с доступом по HTTP, с удобным API, поддержкой протокола Bittorrent и, что весьма немаловажно, продуманной ценовой политикой. Именно со старта S3 можно отсчитывать начало активной экспансии Amazon на рынок PaaS.

Детали внутренней реализации сервиса S3 не раскрываются, но доподлинно известно, что и Amazon использует его в своих проектах. Вскоре после запуска появились и первые сообщения об успешных результатах его коммерческой эксплуатации. В частности, владельцы сайта SmugMug.com, предоставляющего услуги хранения фотографий и видео в Сети, объявили о том, что переход на Amazon S3 позволил сократить их издержки на 1 млн долл. за первые 7 месяцев работы.

Следующий шаг Amazon в построении полноценного PaaS-решения состоял в запуске Elastic Compute Cloud (EC2). В отличие от конкурентов, которые сосредоточили свои усилия на разработке специализированной платформы для cloud computing, инженеры из Amazon поступили гениально просто: они всего лишь предоставили возможность запускать обычные виртуальные машины под управлением Xen – сначала для различных дистрибутивов Linux, а затем и для Windows Server. Таким образом, ничто не ограничивает область применения EC2-решений: это могут быть как веб-приложения, так и самые обычные, выполняющие, например, параллельную обработку данных.

Управление EC2 изначально осуществлялось посредством интерфейса командной строки и специального API, после появилась и графическая консоль (console.aws.amazon.com). В зависимости от потребностей одновременно запускаются сотни или даже тысячи виртуальных машин, затем, при снижении нагрузки, часть их может быть остановлена, чтобы освободить лишние ресурсы и сократить расходы, поскольку оплата производится исходя из времени работы виртуальной машины. В качестве постоянного хранилища данных выступает сервис Elastic Block Store (EBS), обеспечивающий возможность сохранения состояния виртуальных машин, разумеется, поддерживается и доступ к S3.

Amazon EC2 проводит гибкую ценовую политику: во-первых, можно как рассчитываться за время реальной работы виртуальных машин, так и вносить определенную предоплату, что позволит окончательно рассчитаться по сниженным ценам; во-вторых, есть две группы машин: стандартные, с типичными для сервера аппаратными характеристиками, а также High-CPU, с увеличенными вычислительными ресурсами; в-третьих, в каждой из групп машин существует несколько вариантов, отличающихся конфигурацией и, разумеется, ценой. Наконец, имеется возможность перехода между различными планами тарификации в зависимости от текущих или планируемых потребностей.

Помимо упомянутых S3, EC2 и EBS, под общим брендом AWS предоставляется множество других сервисов, разработанных с прицелом на совместное использование, общим числом около полутора десятков в различных категориях: инфраструктура, биллинг, интеграция с магазином amazon.com. Отдельно хочется отметить достаточно оригинальный сервис Amazon Mechanical Turk, находящийся на стадии бета-тестирования, который позволяет создавать решения с привлечением живой рабочей силы для выполнения заданий, требующих человеческого интеллекта.

В заключение еще раз обратим внимание, что PaaS-решение от Amazon построено на абсолютно прагматичных идеях и собственном опыте компании. Особого уважения заслуживает использование максимально стандартных инструментов и технологий, следствием чего являются фактическая платформенная независимость и возможность простого переноса существующих проектов на EC2. То, что Amazon предоставляет практически неограниченный доступ к виртуальным машинам, которые исполняются в рамках готовой инфраструктуры, позволяет классифицировать ее решение не просто как PaaS, но даже как IaaS (Infrastructure as a Service).

При этом воспользоваться AWS можно буквально за считаные минуты, нужно лишь зарегистрироваться и указать корректные платежные средства. Среди минусов следует отметить отсутствие бесплатных или хотя бы достаточно бюджетных тарифных планов, к тому же нет возможности даже опробовать систему в тестовом режиме. Гибкость и многообразие тарифов также могут сыграть злую шутку – в них несложно запутаться, а доплачивать придется за каждую используемую функцию.

Microsoft Azure Services Platform

Некоторая инертность Microsoft в отношении cloud computing вполне объяснима – если основные доходы поступают с традиционного рынка, то стоит ли его подрывать альтернативными предложениями? Однако из Редмонда, безусловно, следят за развитием ситуации, и даже когда Microsoft еще не относилась к активным сторонникам cloud computing, по числу веб-проектов она почти не уступала Google.

Впрочем, интернет-сервисы Microsoft до недавнего времени были ориентированы преимущественно на конечных пользователей, а не на разработчиков, хотя большинство из них и предоставляли необходимые API. Но всерьез на рынок PaaS Microsoft вышла лишь осенью прошлого года, объявив о доступности для тестирования полноценной Cloud OS под названием Windows Azure и целой инфраструктуры для cloud computing – Azure Services Platform.

Как и следовало ожидать, речь не идет о каких-то принципиальных инновациях, Windows Azure и Azure Services Platform базируются на Windows Server, ASP.NET, SQL Server, SharePoint Services и пр. Основные усилия были направлены на то, чтобы предоставить среду разработки и исполнения приложений, максимальным образом совместимую с обычными Windows Server и ASP.NET. Но это вовсе не означает, что под именем Azure скрывается обычный Windows-хостинг – от любого PaaS-решения требуется реализация специфичных для cloud computing функций, как минимум поддержка масштабируемости.

Архитектурно Azure Services Platform представляет собой модульную платформу, позволяющую, аналогично Amazon Web Services, по необходимости подключать различные сервисы. Разработчикам доступны службы, основанные на соответствующих продуктах и технологиях Microsoft: SQL Services, .NET Services, SharePoint Services, Dynamics CRM Services и Live Services. Под последним названием скрывается группа ориентированных на конечного пользователя сервисов, которые можно применять в качестве строительных блоков для своих приложений. Особый интерес среди них представляет Live Mesh, который теперь позволяет создавать приложения (пока только на Silverlight). Совместно с Azure Services Platform предполагается применение онлайн-сервисов Microsoft, которые могут взять на себя роль точки взаимодействия «облачного» решения с пользователем: Windows Live, Office Live, Exchange Online, SharePoint Online и Dynamics CRM Online.

Windows Azure – центральный элемент PaaS от Microsoft – реализует три ключевые функции: поддержку вычислений, хранение данных и управление. Первая основана на виртуализационных и прочих возможностях Windows Server 2008. Для второй было создано специализированное хранилище, обеспечивающее работу с наиболее востребованными в cloud computing типами данных: большими двоичными массивами, структурированными таблицами и очередями. Третья реализуется за счет дополнительных механизмов управления виртуальными машинами.

Azure Services Developer Portal – удобная панель управления проектами в Azure Services Platform

Microsoft позиционирует Azure Services Platform в первую очередь для создания динамических веб-сайтов и веб-приложений, предусматривающих возможность автоматического масштабирования по запросу – балансировка нагрузки, запуск и остановка виртуальных машин могут выполняться без какого-либо стороннего участия. В такой роли PaaS оказывается весьма заманчивой альтернативой традиционным ASP.NET-сайтам, особенно испытывающим неравномерные нагрузки с существенными пиками. Другой сценарий: выполнение сложных расчетов и обработка данных (обмен которыми осуществляется посредством Sync Framework), в частности реляционных, например подготовка отчетности и бизнес-аналитика. Для разработчика SQL Services будут выглядеть почти так же, как и обычный SQL Server, но с практически безграничными возможностями масштабирования. Для миграции в «облако» во многих существующих приложениях для SQL Server будет достаточно изменить лишь строку подключения.

В соответствии с этими двумя основными сценариями вводятся и две роли – WebRole и WorkerRole. Каждое приложение может реализовать одну из них или обе сразу. Физически экземпляры одного приложения, разделяющие общую задачу и данные, выполняются в группе виртуальных машин, которая называется фабрикой (Fabric), а задачи управления ею возлагаются на контроллер (Fabric Controller). Все виртуальные машины в рамках одной фабрики идентичны и могут заменять друг друга, хотя свое состояние они не сохраняют – для этого применяется внешнее хранилище, в качестве которого может быть использована SQL Services или более специализированная Storage Service, разработанная с учетом специфических потребностей cloud computing (эта служба оптимизирована для работы с данными в масштабируемых приложениях и обеспечивает высокий уровень сохранности за счет троекратной репликации).

Естественно, первоочередную задачу Microsoft видит во всемерной поддержке независимых разработчиков. Для них уже доступен SDK (пока еще в статусе CTP) в виде как расширения для Visual Studio (в том числе и для бесплатной редакции Express), так и независимого дистрибутива. В частности, в Visual Studio станут доступны новые типы проектов, которые можно разрабатывать либо ориентируясь на роли, либо традиционным способом – исходя из типа приложения. Совместно с SDK устанавливается эмулятор Windows Azure (состоящий из двух компонентов: Development Fabric и Development Storage), который позволяет локально запускать и отлаживать создаваемые решения. Приложения можно запустить не только локально, но и в гибридном режиме, в котором используется Development Fabric, а данные хранятся в Storage Service. Публикация готового решения возможна непосредственно из Visual Studio, и в целом создание приложений для Azure непринципиально отличается от разработки ASP.NET и сервисных приложений для .NET Framework – некоторые из них переносятся на новую платформу практически без изменений.

Управление Azure Services Platform осуществляется через консоль Azure Services Developer Portal на сайте lx.azure.microsoft.com. Здесь можно подключать/отключать дополнительные сервисы, создавать и публиковать проекты, а также просматривать статистику. Процесс публикации осуществляется в два этапа – вначале необходимо загрузить файлы проекта и конфигурации, после чего приложение становится доступно в подготовительном (staging) режиме, где его можно тщательно протестировать перед запуском в эксплуатацию. Когда разработчик считает приложение готовым к запуску, то переключение в штатный режим осуществляется одним щелчком мыши.

Azure Services Platform все еще находится в состоянии разработки, функциональность ее продолжает расширяться. Так, в рамках недавней конференции MIX'09 было объявлено о ряде новых возможностей, в частности, теперь создаваемые .NET-приложения работают в режиме полного доступа к ресурсам системы (Full-trust), есть поддержка FastCGI и нативных кодов Win32 и Win64 (64-разрядный предпочтительнее, поскольку такова разрядность родительской платформы). Кроме того, ожидается, что к релизу платформа как минимум обзаведется интеграцией с локальными службами Active Directory, что позволит создавать распределенные приложения, часть которых исполняется на инфраструктуре клиента, а часть – на Azure Services Platform. Должен появиться и выбор из доступных ЦОД – помимо оптимизации трафика, это позволит более гибко решать вопросы, связанные с юридическими нюансами в разных странах.

В общем, PaaS-решение Microsoft выглядит весьма многообещающе. Особый интерес «облачная» платформа представляет для действующих разработчиков инфраструктурных и деловых приложений для Windows Server. Также чрезвычайно заманчива миграция существующих ASP.NET проектов в Windows Azure – здесь Microsoft составит серьезную конкуренцию хостинговым компаниям. К несомненным плюсам также относятся отличная инструментальная поддержка, продуманная архитектура, согласованная с концепцией cloud computing, – по этим критериям Microsoft значительно опережает Amazon (если вести речь исключительно о Windows-платформах). Но в конечном итоге самым главным аргументом может оказаться цена – на этот счет Microsoft пока хранит молчание, равно как не обсуждает и возможность развертывания Azure Services Platform у партнеров.

Google App Engine

Веб-интерфейс администратора GAE позволяет просмотреть подробную статистику загруженности и отказов службы

Google просто не была бы сама собой, если бы оставила без внимания нарождающийся рынок cloud computing. Итак, PaaS в видении Google – это Google App Engine (GAE), основанная, подобно платформе от Amazon, на используемых внутри компании решениях. Этот факт способен внушить уважение, поскольку масштабности известным проектам Google не занимать. Однако в технических деталях GAE – едва ли не полная противоположность Amazon EC2. Так, Google не предоставляет непосредственного доступа к виртуальным машинам – разработка для GAE осуществляется исключительно на языке Python с использованием проприетарной СУБД Google BigTable. Соответственно, подход Google отличается и от курса, взятого Microsoft, поскольку применять уже готовые решения скорее всего не получится: во-первых, разработчикам доступно только подмножество функций языка Python, ограничивающее возможности приложения рамками «песочницы» (sandbox), что, в свою очередь, не позволяет использовать многие стандартные библиотеки; во-вторых, как мы уже говорили, хранилищем данных может служить только достаточно специфическая СУБД Google BigTable.

Для разработчика GAE предоставляет возможность зарегистрироваться в контрольной панели (для этого потребуются учетная запись на Gmail и номер мобильного телефона, на который придет SMS с кодом подтверждения) и загрузить кросс-платформенный SDK, для функционирования его необходимо отдельно установить Python. В комплект включены примеры, документация, отладочная платформа – об IDE придется позаботиться самостоятельно, впрочем, для этих целей отлично подходит Eclipse.

Однако указанные выше ограничения вовсе не мешают создавать для GAE сколь угодно сложные проекты, прежде всего нацеленные на Сеть, в том числе и на интеграцию с разнообразными сервисами Google. Но трудоемкость разработки может оказаться более высокой в сравнении с PaaS от Amazon и Microsoft, прежде всего из-за необходимости переделывания существующих приложений. К тому же Python не особо популярен среди корпоративных разработчиков – и если с реализацией внешнего интерфейса особых проблем быть не должно, то создание сложной внутренней логики может оказаться весьма нетривиальной задачей (не говоря уже о дефиците опытных разработчиков на Python).

В Google прекрасно понимают, чем могут грозить подобные особенности платформы, и выступают с рядом инициатив, призванных устранить или хотя бы нивелировать их. Во-первых, идет сотрудничество с разработчиками популярных оболочек (framework) на Python, дабы упростить перенос созданных с их помощью приложений в GAE. В частности, уже сегодня это справедливо для Django (djangoproject.com). Во-вторых, ведется определенная работа по расширению числа доступных языков программирования, например, Брэд Фицпатрик, «отец» LiveJournal.com, в настоящее время работающий в Google, руководит проектом (пока неофициальным) по обеспечению поддержки Perl. Для всех желающих Google предоставляет возможность зарегистрироваться в системе обратной связи GAE и проголосовать за будущую функциональность – первые строчки по популярности занимает именно поддержка других языков: Java, PHP, Ruby, Perl.

Зато GAE однозначно вне конкуренции по части ценовой политики – хотя доподлинно расценки на коммерческую эксплуатацию сервиса еще не известны, Google заверила, что платформа будет доступна для бесплатного использования в рамках определенных лимитов ресурсов, которые, впрочем, достаточно либеральны и позволяют создавать сайты, посещаемость которых может доходить до нескольких тысяч человек в день (впрочем, в мае ожидается пересмотр лимитов в сторону уменьшения). К тому же хотя сама Google не афиширует внутреннюю архитектуру GAE, есть основание утверждать, что использование ресурсов в ее случае организовано более рационально, чем у Amazon и Microsoft, в частности, каждый проект не обязательно требует выделения персональной виртуальной машины – все определяется реальной нагрузкой. Но это также означает, что Google сможет предложить демпинговые тарифные планы, не привязанные к числу часов работы виртуальной машины, что окажется весовым аргументом в конкурентной борьбе.

Заключение

Таким образом, движение ИТ-идустрии в направлении cloud computing сегодня стало совершенно очевидным. Пока еще сложно прогнозировать, насколько сильно изменится привычная сегодня парадигма вычислений, однако нельзя исключить даже такой радикальный вариант, что персональные компьютеры с мощными процессорами, большими объемами памяти и универсальным применением со временем станут нишевым явлением, уступив место экономичным и маломощным тонким клиентам, практически бесполезным в отсутствие подключения к Сети. Впрочем, наиболее вероятно, что истина все же окажется где-то посередине и мы не станем свидетелями повторного возрождения эпохи мэйнфреймов – скорее всего приживутся гибридные решения, сочетающие лучшее из двух миров.

С гораздо большей уверенностью можно говорить о том, что PaaS-решения существенно повлияют на рынок хостинга веб-приложений и расширят возможности работы в данной области малых компаний и стартапов, для которых цена создания и поддержки инфраструктуры до недавнего времени была непомерно высокой. А это, в свою очередь, означает, что в самое ближайшее время мы станем свидетелями взрывного роста различных сетевых услуг и сервисов. Помимо прочего, эффект экономии на масштабе, достигаемый поставщиками PaaS-решений, и ожидаемое ужесточение конкуренции поставщиков услуг вполне прогнозируемо приведут к активному отказу от развертывания сложных и дорогих инфраструктурных решений на корпоративном рынке, а мировой финансовый кризис только ускорит эти процессы.

Учитывая, что рынок PaaS только формируется, нет смысла сравнивать доступные сегодня платформы между собой – в конце концов, они достаточно различны и, по сути, ориентированы на разные аудитории. Выбор же потенциальных клиентов будет в первую очередь отталкиваться от специфики стоящих перед ними задач. Соответственно, пока рано говорить о разделе рынка, на нем еще есть место для новичков. Наоборот, вполне ожидаемо будет происходить еще большая фрагментация: кроме универсальных, наверняка будут появляться и развиваться специализированные PaaS-решения, ориентированные на конкретные типы задач и предлагающие для них оптимальное сочетание возможностей и ценовой политики. Помимо поставщиков «канонических» PaaS-решений, эту нишу наверняка попытаются занять компании, изначально придерживавшиеся парадигмы SaaS, хотя бы та же salesforce.com, располагающая и определенными наработками, и необходимым опытом. Также ожидается, что более отчетливо сформируется сегмент поставщиков инфраструктурных решений (IaaS), чему способствует активное развитие технологий виртуализации. И ждать, похоже, осталось не так уж долго.

Сайт автора: koldovsky.com

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365