WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«Касимов Рустам Азатович Исследование и разработка системы автоматизации процессов децентрализованного доступа и управления потоками данных облачных ресурсов ...»

-- [ Страница 1 ] --

Национальный исследовательский университет МИЭТ

На правах рукописи

Экз. № ___

Касимов Рустам Азатович

Исследование и разработка системы автоматизации процессов

децентрализованного доступа и управления потоками данных

облачных ресурсов

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (в приборостроении)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук



Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Портнов Е. М.

Москва 2014 Содержание Введение Глава 1. Анализ проблемы автоматизированного управления и доступа к распределенным облачным ресурсам

1.1 Обзор концепции облачных вычислений как технологии автоматизации задач управления вычислительными ресурсами 13 1.1.1 Инфраструктура как сервис 19 1.1.2 Автоматизированная система как сервис 21 1.1.3 Программное обеспечение как сервис 23

1.2 Подходы к решению проблем создания систем автоматизации процессов децентрализованного доступа и управления потоками данных облачных ресурсов, их достоинства и недостатки 26 1.2.1 Достоинства облачных вычислений 26 1.2.2 Недостатки и проблемы облачных вычислений 27 1.2.3 Стандартизация работы облачных приложений 29 1.2.4 Теоретические подходы к созданию эффективных облачных приложений

1.3 Выбор вида топологии автоматизированной системы управления облачными ресурсами

1.4 Постановка задач диссертационной работы 36 Выводы по главе 1 Глава 2. Исследование технологий, программных средств и моделей построения автоматизированной системы децентрализованного управления облачными ресурсами

2.1 Технологии построения автоматизированной системы децентрализованного управления облачными ресурсами (АСДУОР) 39

2.2 Анализ функциональных зависимостей и возможностей, определяющих основные характеристики АСДУОР на примере P2Pсистем 2.2.1 Анализ времени отклика P2P-системы 40 2.2.2 Математическое моделирование P2P-системы

–  –  –

Введение Актуальность проблемы. Развитие информационных технологий за последние 10-15 лет привело к тому, что в настоящее время на крупных предприятиях функционирует значительное количество различных типов информационных систем. Разрозненные приложения, разработанные в разное время, на разных технологиях, разными компаниями, системы управления предприятиями от известных поставщиков, новейшие B2B и B2C системы, порталы

- все эти приложения оказалось крайне сложно заставить работать вместе.

Кроме того, подобная ситуация существует также в сферах автоматизации оказания социальных услуг, процессов образования и здравоохранения, где неизбежно встают задачи обеспечения надежного сбора, хранения и обработки информации для различных видов связанных с ними учреждений, обмена данной информацией при условии использования различных приложений, имеющих часто несовместимые форматы данных. При этом характер работы с информацией, как в государственных учреждениях, так и на предприятиях имеет направленность, характеризующуюся повышенными требованиями к надежности средств автоматизации и оперативности обработки данных.

Стоит отметить также сложности, связанные с использованием программного обеспечения, заключающиеся в том, что основная часть таких решений имеет платную лицензию. При выборе же «свободного» ПО нередко приходится отмечать проблемы с его надежностью, кроме того бесплатность программных решений не отменяет проблем, связанных с межпрограммной коммуникацией и интероперабельностью.

В качестве варианта решения задачи снижения стоимости информационных и вычислительных процессов сегодня активно применяется реализация концепции облачных вычислений. При этом, как показывает обзор современных уровней создания облачных приложений, в том числе: инфраструктура как сервис (IaaS);

платформа как сервис (PaaS); программное обеспечение как сервис (SaaS);

коммуникация как сервис (CaaS); мониторинг как сервис (MaaS), основное преимущество данных моделей для пользователя состоит в отсутствии затрат, связанных с установкой, обновлением и поддержкой работоспособности оборудования и работающего на нем программного обеспечения, при этом выявляется ряд проблем, связанных безопасностью, и интероперабельностью в области стандартизации облачных вычислений. В качестве их решения сегодня используются крупные программные комплексы, к примеру, в области безопасности это: Cloud-in-a-Box (Intel); Symantec Endpoint Protection 12 (Symantec); Cisco ScanSafe Web Intelligence Reporting и Cisco IPS Sensor (Cisco);





IBM Network Intrusion Protection System GX7800 (IBM); HP Secure Advantage.

Однако существующие облачные сервисы имеют ряд недостатков, среди которые стоит особо отметить: необходимость для пользователей платить за использование облачных ресурсов в случае применения их для решения хоть сколько-нибудь ресурсоемких задач, а также использование облачными сервисами, в общем случае, «классической» клиент-серверной архитектуры, что создает определенные риски в плане надежности хранения данных, а также увеличивает неравномерность нагрузки информационно-телекоммуникационных сетей.

Тем не менее, для решения описанных задач можно использовать и иной подход, основанный на создании автоматизированных систем, которые обеспечат гибкое децентрализованное управление и оперативную обработку облачных ресурсов.

В основе создания подобной системы может лежать концепция пиринговых сетей (P2P-системы), обеспечивающих непосредственную пересылку данных между пользователями (узлами) системы, минуя серверы передачи данных.

Однако данные технологии нельзя сочетать механистически, а автоматизация процессов распределенного доступа к децентрализованным облачным ресурсам требует создания новых моделей, алгоритмов и специализированных программных средств.

Таким образом, становится актуальной задача разработки системы автоматизации процессов децентрализованного доступа и управления потоками данных облачных ресурсов, использующей при передаче данных принцип организации пиринговой сети.

Целью диссертации является разработка основ теории, математических моделей и алгоритмов функционирования системы автоматизации, позволяющей осуществлять децентрализованную обработку облачных ресурсов, и при этом обеспечивающих снижение загрузки узлов сети и повышение отказоустойчивости.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

1) исследование современного состояния проблем автоматизации управления распределенными облачными ресурсами;

2) математическое моделирование автоматизированной системы децентрализованного управления облачными ресурсами;

3) разработка методики децентрализованной обработки данных в распределенной облачной среде;

4) разработка принципа масштабируемого распределенного объектного хранения данных для обеспечения эффективного доступа к облачным ресурсам;

5) разработка обобщенной схемы автоматизированной системы децентрализованного управления облачными ресурсами;

6) имитационное моделирование, программная реализация и оценка эффективности предложенных теоретических решений.

Методы исследования. Теоретическую и методологическую базу исследования составили методы математического моделирования, элементы теории принятия решений, элементы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории формальных языков, теории графов. Использованы методика информационного поиска, методы теоретического исследования, теории реляционных и иерархических баз данных.

Научная новизна работы состоит в разработке совокупности научно обоснованных технических решений, обеспечивающих создание автоматизированных систем децентрализованного управления облачными ресурсами, характеризующихся повышением отказоустойчивости и снижением загруженности узлов сети.

В процессе исследований и разработок получены следующие научные результаты:

1) выявлены, обоснованы и исследованы проблемы автоматизации управления распределенными облачными ресурсами;

2) предложена математическая модель автоматизированной системы децентрализованного управления облачными ресурсами, позволяющая рассчитать загрузку компонентов и отказоустойчивость функционирования распределенной облачной среды;

3) разработана обобщенная схема построения автоматизированной системы децентрализованного управления облачными ресурсами, позволяющая улучшить структуру взаимодействия компонентов распределенной среды и упростить процесс их модификации;

4) разработана методика децентрализованной обработки данных в распределенной облачной среде, позволяющая сократить время создания потоков обработки и преставления данных, не прибегая, при этом, к вызовам функций операционной системы;

5) разработан принцип масштабируемого распределенного объектного хранения данных и методов их обработки, обеспечивающий высокую скорость доступа и снижение нагрузки при обращении к данным;

6) разработана имитационная модель автоматизированной системы децентрализованного управления облачными ресурсами.

Результаты работы подтверждены свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ №№ 2011616777, 2012615015, 2014615064.

Достоверность новых научных результатов подтверждается соответствием результатов теоретических исследований и имитационного моделирования, а также их успешным внедрением в НИР.

Практическая ценность работы заключается в том, что использование основных результатов работы позволяет существенно увеличить вероятность успешного доступа к облачным ресурсам, скорость обработки больших объемов данных, а также отказоустойчивость процесса управления и хранения облачных ресурсов.

Результаты исследования доведены до конкретных алгоритмов, методик и программного обеспечения.

Самостоятельное практическое значение имеют:

- обобщенная схема автоматизированной системы децентрализованного управления потоками данных облачных ресурсов;

- механизмы реализации внешнего инспектора вызовов (команд);

- механизмы создания потоков выполнения (в том числе, удаленных) и децентрализованной обработки данных в распределенной среде;

- автоматизированный механизм очистки и выделения памяти, основанный на принадлежности копий объектов конкретным пользователям;

- автоматизированный механизм передачи и защиты данных в децентрализованной среде;

- механизм доступа пользователей к их профилям и коммуникации пользователей друг с другом.

Результаты экспериментальных исследований показали, что предложенные средства автоматизации децентрализованного управления потоками данных облачных ресурсов в зависимости от топологии сети могут обеспечивать уменьшение загруженности центров обработки и передачи данных в облачной среде минимум в 4 раза, и позволяют достигать требуемой отказоустойчивости при уменьшении дублирования хранимых данных по сравнению с централизованными системами в 2,1-2,8 раза.

Полученные в ходе выполнения диссертационных исследований результаты обеспечивают создание масштабируемого, свободного распространяемого программного обеспечения, реализующего функции автоматизированного управления облачными ресурсами.

Разработанные принципы децентрализованного управления были реализованы при создании программного комплекса рейтинговой оценки качества систем обеспечения энергоэффективности для организации автоматизированного доступа к децентрализованным облачным ресурсам.

Личный вклад автора. Все основные результаты диссертационной работы получены автором лично. Главными из них являются следующие:

выявлены, обоснованы и проанализированы проблемы 1) распределенной обработки и хранения данных, существующие на сегодняшний день;

проведено математическое моделирование автоматизированной 2) системы децентрализованного управления облачными ресурсами, позволяющее оценить параметры отказоустойчивости и загруженности узлов распределенной облачной среды;

разработана обобщенная схема автоматизированной системы для 3) децентрализованного управления облачной средой;

разработана методика децентрализованной обработки данных в 4) распределенной среде, включающая автоматизированные механизмы реализации внешнего инспектора вызовов (команд) и создания потоков выполнения и децентрализованной обработки данных в распределенной облачной среде;

разработано описание масштабируемого распределенного объектного 5) хранилища данных и методов их обработки;

разработана имитационная модель системы;

6) осуществлена программная реализация предложенных теоретических 7) решений.

Автор диссертации принимал непосредственное участие в имитационном моделировании, испытаниях и апробации результатов диссертационных исследований.

Реализация полученных результатов. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-технических исследований кафедры «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем»

Национального исследовательского университета «МИЭТ».

Все работы по программной реализации предложенных в работе методик проводились под руководством или при непосредственном участии автора.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры в материалах курса «Компьютерные технологии в науке и образовании» для подготовки магистров по направлению 231000 «Программная инженерия», программа – «Программное обеспечение автоматизированных систем и вычислительных комплексов». Результаты работы внедрены в НИР, проводимую Научно-исследовательской лабораторией управляющих информационных систем (НИЛ УИС) Национального исследовательского университета «МИЭТ»:

«Разработка унифицированных многофункциональных систем для повышения надежности и достоверности управления, а также энергоэффективности эксплуатирующегося оборудования тепловых электрических станций» (шифр «2011-1.6-516-028-021-НИЛ УИС»), а также в производственный процесс компании ЗАО «Компнет» (г. Москва, Зеленоград).

В результате проведенных исследований получены и выносятся на защиту следующие основные научные положения:

Предложенная математическая модель позволяет разрабатывать 1.

автоматизированные системы децентрализованного управления облачными ресурсами с необходимыми характеристиками отказоустойчивости, быстродействия и надежности на базе технологий P2P при наличии в ней определенного, сравнительно небольшого (от 500 до 750) числа узлов и топологии, обеспечивающей требуемую скорость передачи данных.

Предложенная методика автоматизированной децентрализованной 2.

обработки данных в распределенной среде позволяет в больших хорошо связных сетях существенно увеличить вероятность успешного доступа к данным и скорость обработки больших объемов данных.

Разработанный принцип масштабируемого распределенного 3.

объектного хранения данных и методов их обработки реализует автоматизированную очистку и выделение памяти, основанную на принадлежности копий объектов конкретным пользователям, и в совокупности с механизмом доступа пользователей к их профилям и коммуникации пользователей друг с другом обеспечивает безопасность хранения данных.

Разработанный принцип масштабируемого распределенного 4.

объектного хранения данных и методов их обработки позволяет уменьшить время, используемое на создание и закрытие потоков, перевод потоков режим ожидания и их вывод из режима ожидания, за счет устранения необходимости обращаться при выполнении этих действий к функциям операционной системы.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция 1) 18-я «Микроэлектроника и информатика-2011». МИЭТ, апр. 2011 г.

Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция 2) 19-я «Микроэлектроника и информатика-2012». МИЭТ, апр. 2012 г.

Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция 3) 20-я «Микроэлектроника и информатика-2013». МИЭТ, апр. 2013 г.

4) 3-я окружная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов: Сб. тезисов докладов., Москва, Зеленоград, 2011.

5) Доклад по программе «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК»), 2012 г.

6) XI Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2011 – проект «Интегрированная распределенная программная платформа с иерархическим представлением объектов для построения социальной инфраструктуры», 2011 г.

7) Конференция в рамках экспозиции Минобрнауки России на XXII ежегодной выставки информационных и коммуникационных технологий SofToolМосква, ВВЦ, 25-28 октября 2011 г.

Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные 8) 4-я проблемы информатизации в науке, образовании и экономике», МИЭТ, окт. 2011 г.

Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные 9) 5-я проблемы информатизации в науке, образовании и экономике», МИЭТ, окт. 2012 г.

По результатам исследования опубликовано 17 работ: в том числе 5 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК, тезисы докладов на конференциях – 8, публикация в межвузовском сборнике научных трудов – 1, свидетельства о регистрации программ для ЭВМ – 3. Автор диссертации является победителем конкурса проектов по программе «УМНИК», тема проекта «Проект децентрализованной объектной облачной платформы», 2012 г., а также лауреатом диплома по результатам XI Всероссийской выставки научнотехнического творчества молодежи «НТТМ-2011», проект «Интегрированная распределенная программная платформа с иерархическим представлением объектов для построения социальной инфраструктуры», 2011 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 130 страницах, включает 26 рисунков и 18 таблиц. Список литературы содержит 126 источников.

–  –  –

На сегодняшний день уменьшение расходов на обслуживание информационной и вычислительной инфраструктуры является важным фактором экономической эффективности предприятий, наряду с возможностью быстро реагировать на появление новых требований к качеству и уровню используемого аппаратного и программного обеспечения, это является одним из важных факторов эффективности управления коммерческих структур задействованных в таких сферах как: бизнес-отношения, оказание информационных услуг и др. [11, 115,116]. Что особенно важно при решении задач, связанных с возможностью использования больших вычислительных мощностей при резком повышением их пиковой загрузки.

Технологии, использующие концепцию облачных вычислений становятся все более популярны и перспективны в коммерческом плане. По оценкам консалтинговой компании Garnter, специализирующейся, в частности, в области исследования рынка информационных технологий, «облака» являются одним из наиболее интересных направлений для бизнеса в сфере IT. Такие крупные компании, как Microsoft, Google, Amazon, и пр. внедряют и развивают облачные сервисы [80-85].

В настоящее время к облачным вычислениям обычно относят средства получения вычислительных ресурсов из сети по необходимости, при этом детали реализации данного механизма для пользователя принципиально не имеют значения, он лишь получает из «облака» все нужные ему данные.

Примером здесь являются поисковые системы с весьма простым интерфейсом, которые, однако, дают пользователям большие возможности поиска необходимых данных. В настоящее время большие вычислительные центры предоставляют возможности не просто для хранения и обработки отдельной информации, а также позволяют пользователям создавать виртуальные центры обработки данных, что 13 дает возможность небольшим организациям избегать необходимости затрат на создание собственной инфраструктуры. Существует множество определений того, что может быть отнесено к «облачным» технологиям. Поэтому важным представляется рассмотрение этого вопроса с разных точек зрения, что позволит наиболее четко определить сущность предмета исследования.

Загрузка...

Представим ряд определений из разных источников.

Облачные вычисления представляют собой динамически масштабируемый способ доступа к внешним вычислительным ресурсам в виде сервиса, предоставляемого посредством Интернета, при этом пользователю не требуется никаких особых знаний об инфраструктуре «облака» или навыков управления этой «облачной» технологией.

Облачные вычисления – это программно-аппаратное обеспечение, доступное пользователю через Интернет или локальную сеть в виде сервиса, позволяющего использовать удобный интерфейс для удаленного доступа к выделенным ресурсам (вычислительным ресурсам, программам и данным). Компьютер пользователя выступает при этом рядовым терминалом, подключенным к Сети. Компьютеры, осуществляющие облачные вычисления, называются «вычислительным облаком».

При этом нагрузка между компьютерами, входящими в «вычислительное облако», распределяется автоматически.

Облачные вычисления - это подход, позволяющий снизить сложность ИТ систем, благодаря применению широкого ряда эффективных технологий, управляемых самостоятельно и доступных по требованию в рамках виртуальной инфраструктуры, а также потребляемых в качестве сервисов. Переходя на частные облака, заказчики могут получить множество преимуществ, среди которых снижение затрат на ИТ, повышение качества предоставления сервиса и динамичности бизнеса.

Облачные вычисления – являются бизнес-моделью для предоставления и получения информационных услуг. Эта модель обещает снизить оперативные и капитальные затраты. Она позволяет ИТ департаментам сосредоточиться на стратегических проектах, а не на рутинных задачах управления собственным центром обработки данных.

Облачные вычисления – это способ создания новых бизнес-моделей, когда у небольших производителей ИТ продуктов, в том числе в регионах, появляется возможность быстрого предложения рынку своих услуг и мало затратного способа воплощения своих бизнес-идей. Поддержка облачных вычислений в сочетании с инвестициями в молодые компании создают быстро развивающуюся экосистему инновационных производств.

Облачные вычисления являются рыночным ответом на систематическую специализацию и усиление роли аутсорсинга в ИТ. По сути, переход к облачным вычислениям означает аутсорсинг традиционных процессов управления ИТ инфраструктурой профессиональными внешними поставщиками. Большинство современных поставщиков решений сферы облачных вычислений предоставляет возможность не только использовать существующие облачные системы, но и создавать собственные, отвечающие технологическим и юридическим требованиям заказчиков.

Облачные вычисления работают следующим образом: вместо приобретения, установки и управления собственными серверами для запуска приложений, происходит аренда сервера у Microsoft, Amazon, Google или другой компании.

Далее пользователь управляет своими арендованными серверами через Интернет, оплачивая при этом только фактическое их использование для обработки и хранения данных. Вычислительные облака состоят из тысяч серверов, размещенных в датацентрах, обеспечивающих работу десятков тысяч приложений, которые одновременно используют миллионы пользователей. Непременным условием эффективного управления такой крупномасштабной инфраструктурой является максимально полная автоматизация. Кроме того, для обеспечения различным видам пользователей - облачным операторам, сервис-провайдерам, посредникам, ИТ-администраторам, пользователям приложений - защищенного доступа к вычислительным ресурсам облачная инфраструктура должна предусматривать возможность самоуправления и делегирования полномочий [80В целом же парадигма «облачных» вычислений появилась как некий продукт постепенного и поступательного развития ИТ сферы за последние десятки лет.

Данную парадигму можно считать результатом новых запросов бизнеса.

Аналитики Gartner Group называют облачные вычисления одной из наиболее перспективных стратегических технологией ближайшего будущего, давая прогноз о том, что большая часть сферы информационных технологий в ближайшие 5–7 лет переместится в облачную среду (см. табл. 1.1). По их оценкам, к 2015 году объем рынка облачных вычислений достигнет 200 миллиардов долларов [89].

–  –  –

На сегодняшний день можно констатировать, что в России развитие технологий «облачных» вычислений находится лишь на начальном этапе.

Несмотря на существенное предложение со стороны крупных транснациональных компаний, таких как: IBM, Microsoft, NEC, Intel, а также ряда российских поставщиков, темпы роста спроса на облачные сервисы в нашей стране пока меньше, чем за рубежом. Хотя, по прогнозу аналитической компании IDC, к 2015 году рынок облачных сервисов в России может увеличится более чем в 6 раз и составить объем более 100 миллионов долларов [89].

Идею использования вычислений как сервиса, в 1960 предложил впервые автор языка Lisp, профессор Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета Джон Маккарти, один из ведущих ученых в этой области.

Основанная в 1999 году компания Salesforce.com осуществила первую реализацию этой концепции. Это был B2B продукт, основанный на технологии нового типа: «программного обеспечение как услуга» («Software as a Service», «SaaS») [63].

Некоторый успех Salesforce в этой области быстро развил интерес в сфере облачных вычислений у крупных компаний ИТ индустрии.

Вскоре, первое решение «Amazon Web Services» было реализовано в 2005 компанией Amazon.com, которая была занята модернизацией своих центров обработки данных после первого кризиса доткомов. Далее, технологию начинает постепенно внедрять Google, запустив к концу 2006 года SaaS решение «Google Apps». После чего на конференции PDC 2008 Microsoft представила свое решение, основанное на подобной технологии - «Azure Services Platform» [120,124].

Интерес большинства игроков на рынке проявился в 2009-2010 в виде тенденции роста популярности облачных вычислений. Более того, с выпуском системы Microsoft Azure, многие эксперты в области облачных вычислений связали выход на новый уровень развития Web-технологий и начало новой эры в их развитии.

В самом деле, с ее появлением любой пользователь имеет возможность развернуть на сервере web-приложение, не думая о технических аспектах, и использовать вычислительные мощности, предоставляемые центром обработки данных, использующим технологии виртуализации. Для этого пользователю нужна лишь точка доступа в «облако».

Следующее определение облачным вычислениям дает Ян Фостер: «концепция расширяемых распределенных вычислений, построенная на масштабировании, в которой множество виртуализованных, абстрактных, динамически выделяемых вычислительных ресурсов, ресурсов хранения, сервисов и платформ предоставляется по запросам через Интернет удаленным пользователям» [80-86].

Виртуализация и расширяемость – в данном определении это два важных аспекта в облачных вычислений. Облачные вычисления с помощью виртуализации аппаратного и программного обеспечения позволяют абстрагироваться от инфраструктуры. При этом предлагается виртуализация ресурсов с помощью определенных абстрактных интерфейсов (API или сервисов). В результате, облако обеспечивает гибкость и масштабируемость, и архитектура физического уровня не влияет, в итоге, на пользовательский интерфейс.

В работе [86] дано следующее определение облачных вычислений:

«Облако – это большой пул легко используемых и легкодоступных виртуализованных ресурсов (таких как аппаратные комплексы, сервисы и др.). Эти ресурсы могут быть динамически перераспределены (масштабированы) для подстройки под динамически изменяющуюся нагрузку, обеспечивая оптимальное использование ресурсов. Этот пул ресурсов обычно предоставляется по принципу «оплата по мере использования». При этом владелец облака гарантирует качество обслуживания на основе определенных соглашений с пользователем».

В данном случае особую важность имеют масштабируемость, абстракция и, в некоторой степени, инкапсуляция (см. рис. 1.1).

Под масштабируемостью понимается возможность системы к динамическому изменению параметров при увеличению или уменьшению нагрузки, количества пользователей, емкости хранилищ, а также вычислительной мощности.

Абстракция - метод представления вычислительные ресурсов и хранилищ данных как набора неких ресурсов. Особо важное значение при этом имеет возможность создания унифицированного слоя ресурсов, для их абстрагированного представления, например, в виде виртуальных серверов, кластеров, файловых систем и СУБД.

Инкапсуляция позволяет повышать безопасность, управляемость и изолированность.

Далее, подробнее рассмотрим такие составляющие технологии облачных вычислений, как:

- «Инфраструктура как сервис» («Infrastructure as a Service» или «IaaS»)

- «Автоматизированная система как сервис» («Platform as a Service», «PaaS»)

- «Программное обеспечение как сервис» («Software as a Service» или «SaaS»).

–  –  –

1.1.1. Инфраструктура как сервис (IaaS) IaaS - концепция предоставления вычислительной инфраструктуры в виде сервиса [14][31][89].

IaaS включает предоставление следующих компонентов:

- аппаратное обеспечение (сервера, хранилища данных, сетевое оборудование, и т.п.);

- системное ПО (операционные системы, средства автоматизации);

- утилитарное ПО (для управления связями компонентов IaaS).

IaaS посредствам виртуализации, позволяет разделять работу системы на части, соответствующие разным задачам.

IaaS комбинирует в себе ресурсы аппаратуры и ПО, которое в случае с IaaS обычно является низкоуровневым, работающим независимо от операционной системы, и выполняющим лишь функцию супервизора, управляющего распределением аппаратных ресурсов (см. рис. 1.2).

–  –  –

Данный процесс называется организацией пулов ресурсов (resource pooling).

Он делает возможной виртуализацию и совместное использование инфраструктуры разными клиентами (вычисления с множественной арендой (multi-tenant)).

Среди наиболее известных компаний занимающихся предоставлением IaaS стоит выделить следующие:

- компания Amazon, имеет два IaaS-продукта: EC2 (Elastic Compute Cloud) Xen-хостинг со статическими VPS-характеристиками и Хранилище S3 (Simple Storage Service), которое имеет интерфейс WebDAV [49].

- GoGrid имеет интерфейс работы с VPS, и хранилище с поддержкой протоколов SCP, FTP, SAMBA/CIFS, RSYNC, размер которого может масштабироваться в реальном времени.

- Eucalyptus реализует IaaS на базе кластерных систем, совместим с Amazon EC2 [89].

1.1.2. Автоматизированная система как сервис (PaaS)

PaaS - это предоставление интегрированной системы для создания и работы приложений в виде сервиса [49].

Развертывание приложения не требует покупки аппаратного и программное обеспечения, а также их поддержки. Пользователь получает доступ к платформе на правах аренды. Это позволяет обеспечивать высокие: масштабируемость, отказоустойчивость, виртуализацию и безопасность работы.

Различие между IaaS и PaaS заключается в возможности запуска разных компонентов приложения на разных виртуальных машинах под управлением одной платформы (см. рис. 1.3).

–  –  –

При увеличении числа пользователей концепция PaaS также предусматривает подключение дополнительных северов с целью распределения мощности (см. рис.

1.4) для обеспечения балансировки.

PaaS-системы также могут предусматривать средства автоматизированного динамического регулирования параметров (см. рис. 1.5). При этом оплата осуществляется только за использованные ресурсы, также имеется API для работы c БД и сервисами обмена сообщениями. Примерами таких PaaS являются Amazon Cloud Computing и Microsoft Azure, и имеют схожую схему эксплуатации, Наиболее же известной подобной системой является Google AppEngine.

–  –  –

1.1.3. Программное обеспечение как сервис (SaaS)

– модель развертывания приложения, которая подразумевает SaaS предоставление приложения конечному пользователю как услуги по требованию.

Доступ к такому приложению осуществляется посредством сети, а чаще всего посредством Интернет браузера. В данном случае, основное преимущество модели SaaS для клиента состоит в отсутствии затрат, связанных с установкой, обновлением и поддержкой работоспособности оборудования и программного обеспечения, работающего на нем. Целевая аудитория - конечные потребители.

В модели SaaS:

- приложения используются удаленно;

- с одним приложением могут работать несколько пользователей (к примеру, каждой обслуживающей организации может быть предоставлен раздел на Webпортале SaaS-решения. Через Web-браузер сотрудники организации решают конкретные задачи через сервис, предоставляемые данным порталов к например, задачи интеллектуального учета энергоресурсов. (см. рис 1.6).);

–  –  –

Рисунок 1.6.

Основные сервисы, предоставляемые SaaS-решением для интеллектуального учета энергоресурсов

- масштабирование приложений может производиться плавно и прозрачно для пользователей.

Основными особенностями SaaS-приложений являются:

- возможность удаленного администрирования, а также удаленного доступ к ПО через центры обработки данных (ЦОД), предоставление возможности клиентам компаний использующих SaaS доступа к данному ПО;

- возможность одновременного использования одного и того же приложения несколькими удаленными пользователями;

- обновление ПО в рамках модели SaaS происходит централизованно, что избавляет пользователей от необходимости организации поддержки используемых приложений;

- концепция SaaS позволяет дать гарантию, что все клиенты используют последние и стабильные версии ПО, что обеспечивает совместимость версий в работе с документами.

Помимо поддержки одновременной работы множества пользователей, в SaaS может быть использована серверная виртуализация. Главное ее преимущество состоит в увеличении производительности без необходимости внесения изменений в программное обеспечение, что дает с точки зрения конечного пользователя большую масштабируемость и производительность.

Для разработчиков ПО, внедрение концепции SaaS выгодно тем, что уменьшает использование нелицензионного ПО, так как его установку и обновление отвечает не сам клиент, а провайдер.

Особо стоит отметить концепцию WaaS (Workplace as a Service - рабочее место как услуга), которая является прямым развитием SaaS, в данном случае пользователь получает доступ сразу к полностью оснащенному виртуальному рабочему месту.

Похожий функционал представляют MobileMe (Apple), Azure (Microsoft) и LotusLive (IBM): данные сервисы позволяют осуществлять совместную работу множества пользователей с хранимой информацией.

Разрабатываемый Google, проект GDrive предоставляет виртуальный жесткий диск определяемый операционной системой как локальный [122]. Похожий функционал предлагает и MediaFire.com [101].

Кроме то к SaaS можно отнести и автоматические сервисы резервного копирования. Подобные сервисы, осуществляющие, в том числе и шифрование данных, например, такие компании, как Nero и Symantec.

Сервис iCloud представляет собой операционную систему, позволящию осуществлять все манипуляции посредствам Интернет-браузера. Интерфейс напоминает Windows XP, Vista или 7. На 2012 год находился на стадии бетатестирования [123].

Важным аспектом развития облачных технологий является появление бесплатных сервисов (что является прямым следствием высокой конкуренции).

Наиболее яркими примеры здесь могут служить компании Microsoft и Google, и такие их сервисы, как Office Web Apps и Google Docs [124].

Подводя краткий итог, приведем таблицу 1.2, описывающую, взаимосвязь основных облачных технологий и объектов, управление которыми осуществляется с их помощью (при этом, можно заметить, что все три основных типа облачных технологий представляют собой вложенную структуру).

–  –  –

1.2 Подходы к решению проблем создания систем автоматизации процессов децентрализованного доступа и управления потоками данных облачных ресурсов, их достоинства и недостатки 1.2.1 Достоинства облачных вычислений

Перечислим главные преимущества концепции облачных вычислений:

1. Доступность для любых пользователей, имеющих доступ к Интернету.

2. Отсутствие необходимости закупки оборудования с большим объемом памяти.

3. Из «облака» документы могут быть доступны в любое время и в любом месте.

4. Надежность и устойчивость к потере информации: в «облаке» создаются копии объектов на нескольких серверах, а благодаря распределению данных и приложений на несколько копий доступ к ним не теряется даже при физических поломках оборудования. В результате чего, облачные системы имеют более высокий уровень надежности и отказоустойчивости по сравнению с традиционными схемами хранения и обработки данных.

5. «Облако» позволяет учитывать фактически потребленные ресурсы и оплачивать их только по факту использования.

6. Аренда ресурсов и ПО позволяет сокращать затраты на закупку и обслуживание аппаратного обеспечения, а также позволяет отказаться от приобретения дорогостоящего ПО. Стоимость же программ, ориентированных на доступ через Интернет, обычно намного меньше, чем у их «настольных» аналогов.

Аренда редко используемых программы с повременной оплатой намного выгоднее для пользователя, чем затраты на их закупку, обновление и поддержку.

7. Облачные вычисления являются эффективными в плане расширения каналов распространения ПО для его производителей [63]. Этот подход позволяет организовать динамическое предоставление услуг, когда пользователи могут производить оплату по факту и регулировать объем своих ресурсов в зависимости от реальных потребностей без долгосрочных обязательств.

8. При внедрении облачных технологий, легче и быстрее становится обслуживание серверов, как и настройка и обновление ПО. Удаленные программы, как правило, имеют самую последнюю версию что является плюсом также для пользователя.

9. Работе с документами в «облаке» предусматривает возможность совместной работы разными пользователями.

10. «Облако» обладает масштабируемостью, то есть вычислительные ресурсы могут выделяются и освобождаются автоматически по необходимости.

11. В сравнении с ПК в облачной среде пользователь в своем распоряжении может иметь большие вычислительные мощности, а также большие объемы для хранения информации.

1.2.2 Недостатки и проблемы облачных вычислений

Далее рассмотрим основные недостатки концепции облачных вычислений, а также причины низких темпов внедрения облачных технологий в Российских компаниях [38]:

Для использования облачные технологий необходимо постоянное 1.

соединение с Интернетом. Также работы ряда облачных приложений нужен высокоскоростной доступ в Интернет. Что, является важных препятствием на пути внедрения облачных технологий мнению ведущих российских ИТ компаний.

2. Безопасность данных может быть обеспечена провайдером облачных сервисов на должном уровне [2][6][16][21], особенно, в процессе их обработки.

Особо важную роль здесь играют:

- используемые механизмы шифрования данных;

- частота резервного копирования;

- особенности законодательства (в частности в случаях использования зарубежных сервисов).

При этом, именно безопасность данных является одним из самых главных вопросов при переходе к использованию облачных сервисов.

3. Облачные приложения зачастую не обеспечивают всего того набора функций, что их настольные аналоги. К примеру, даже такие популярные сервисы, как Office Web Application или таблицы Google Docs на сегодняшний день все еще имеют функционал несравнимо меньший, чем, например, Microsoft Excel или Open Office Calc.

4. Г. Маклеод (Hugh Macleod) приводит в статье «Самый хорошо охраняемый секрет Облаков» мнение о монополизации рынка ИТ через облачные технологии.

5. Риск сбоя в работе провайдера облачных сервисов, или отказ провайдера от дальнейшего предоставления услуг в одностороннем порядке.

6. Привязка к использованию определенного облачного сервиса делает пользователя зависимым от политики его разработчика (данный недостаток напрямую вытекает из достоинства постоянного обновления ПО), кроме того, здесь же накладывается и привязка к ограничениям в выборе методов обработки данных.

7. Недоверие и настороженность компаний к использованию облачных сервисов, что объясняется опасениями в возможности потери контроля ИТресурсов, а также в безопасности хранения, передачи и обработки данных.

8. Отметим также недостатки и проблемы развития и автоматизации облачных вычислений, специфичные на сегодня, в частности, для России:

а) во многих регионах скорость и качество работы связи до сих пор не позволяет организовать необходимое для работы со многими облачными сервисами соединение: по прежнему важной проблемой здесь остается решение вопроса «последней мили»;

б) стоимость услуг связи для крупных компаний может составлять до 50% от их общей доли расходов на развитие ИТ. Что зачастую может сводить на нет всю возможную экономию от перехода на использование облачных сервисов;

в) третьим же главным специфическим недостатком является отсутствие надежных ЦОД: в России (на 2012 год), до сих пор нет ни одного Tier III ЦОД по классификации Uptime Institute. [107]

9. По мнению некоторых аналитиков серьезным недостатком облачных технологий является также отсутствие всеобъемлющих стандартов. [45,46].

1.2.3 Стандартизация работы облачных приложений

Отсутствие стандартов представляет определенную проблему для дальнейшего распространения облачных технологий, так как может являться причиной несогласованности в плане как безопасность и интероперабельности.

По мнению вице-президента компании IBM по стандартам на ПО «Интероперабельность между приложениями и переносимость сервисов при переходе от одного провайдера к другому крайне важны для того, чтобы потребитель мог получить максимальную отдачу от инвестиций в облака» [47].

При этом интероперабельность все же заключается в возможности переноса конкретных функций программы из одной облачной среды в другую, к примеру, на сегодня нет стандарта передачу требований безопасности между различными облачными решениями.

Виши Нараян, старший архитектор по вопросам практической интеграции систем компании Infosys Technologies считает, если что критически важная информация хранится вне офиса и доступна только по Сети, безопасность приобретает особое значение.

Отсутствие стандартов создает пользователям препятствия при оценке и сравнении облачных решений, считает Линда Стадтмюллер, директор программы исследований в области облачных технологий компании «Frost & Sullivan».

Существующие на сегодняшний день стандарты (см. табл. 1.3) во многом основаны на документе Special Publication 800-145 от Национального института США по стандартам и технологии (NIST), получившем название «Разработанное NIST определение вычислений в облаке (проект)» [89].

–  –  –

Главный же вопрос стандартизации состоит в обеспечении виртуализации, [45]. Ее (виртуализации) гибкость дает возможность оптимального распределения вычислительный мощностей между ресурсами, кроме того позволяет осуществлять автоматизированные соединения без не зная серверных адресов.

Основную роль при обеспечении виртуализации играет супервизор подсистема обработкой заданий и управления ресурсов, обеспечивающая поддержку нескольких виртуальных машин работающих, в общем случае, под управлением различных ОС.

При этом, на сегодняшний на каждая крупная автоматизированная система управления облачными ресурсами имеет свой тип супервизора [48].

1.2.4 Теоретические подходы к созданию эффективного облачногоприложения

Рассмотрим вопросы внедрения на предприятиях облачных вычислений в контексте особенностей платформ облачных вычислений.

предоставляет дешевый способ использования программного SaaS обеспечения – использование по требованию вместо покупки лицензии на каждый компьютер, особенно когда большинство компьютеров не используется почти 70% времени. В отличие от покупки нескольких лицензий для одного пользователя, чем ближе время использования лицензии компанией к 100%, тем больше денег экономит компания.

Быстрые темпы развития рынка информационных услуг накладывают свои требования на разработку программного обеспечения, которые не могут быть выполнены с помощью консервативных методик разработки программного обеспечения типа «водопад».

Данная модель разработки не предполагает адаптации программного обеспечения в случае изменений требований к нему, что является одной из ключевых особенностей SaaS-приложения: модернизация и обновление приложения должно происходить плавно и прозрачно для пользователей.

Отличительной особенностью SaaS приложения является модель продажи услуги пользователям.

Для адаптации SaaS приложении под изменяющиеся требования к программному обеспечению предполагается использование итеративной модели разработки ПО. Разработка ПО в рамках данной модели представляет собой цикл из повторяющихся этапов: планирование, реализация, тестирование, поставка пользователю и оценка. Использование такой модели позволит снизить риски на ранних этапах разработки ПО, организовать эффективную обратную связь от пользователей к разработчикам, а так же непрерывное тестирование. Для быстрой и эффективной разработки программного обеспечения предполагается использование высокоуровневых языков программирования.

Крупные облачные системы предоставляют библиотеки SDK (Software Development Kit) для различных языков программирования (C#, Java, Go, Python, 31 Ruby, PHP) для эффективного использования всех возможностей облачной системы.

В отличие от классической модели, когда пользователь покупает программный продукт с правом пользования на неограниченное время, для использования SaaS приложения пользователь покупает право на использование приложения, ограниченное по времени. Такая модель оплаты часто называется подписками. Стоимость подписки обычно значительно дешевле, чем стоимость программного обеспечения, продаваемого по классической модели оплаты.

Пользователь платит только за полезное время, когда ему необходимо пользоваться приложением. Отсюда следует так же одно из требований к SaaSприложению, которое должно решаться либо разработчиками приложения, либо платформой, на которой это приложение будет разворачиваться: процедура «покупки» лицензии должна быть максимально простой и быстрой для пользователя.

Другой особенностью SaaS-приложения является модель поставки приложения пользователю, когда много пользователей не имеют личной копии программного продукта, а обращаются к единому программному ядру (multi-tenant architecture). [11,107]. Такая архитектура позволяет облегчить процесс обновления программного обеспечения, так как для этого необходимо обновить единственное приложение для всех пользователей, а не управлять удаленными копиями для каждого заказчика.

Перечисленные особенности архитектуры SaaS-приложения предполагается решать в виде клиент-серверного приложения, где в качестве сервера будет реализовано Web-приложение, реализующее функциональные требования к программному комплексу, а в качестве клиентской части — Интернет браузер пользователя. Технические возможности Web-приложений давно позволяют реализовывать полноценные, удобные графические интерфейсы, а использование защищенных соединений между клиентом и сервером позволяет достигать приемлемого уровня защиты пользовательской информации.

Предполагаемые методики и средства разработки SaaS-приложения позволят уже на ранних этапах развития проекта иметь работоспособную версию программы, а ее структура, спроектированная с учетом требований к изменяемости, позволит быстро адаптироваться к новым требованиям.

Предоставление услуг пользователю в виде SaaS на данный момент является одним из наиболее перспективных направлений в информационных технологиях.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
Похожие работы:

«Мателенок Игорь Владимирович МОНИТОРИНГ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ АРКТИКИ СПУТНИКОВЫМ СВЧ РАДИОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель –...»

«Майоров Артем Владиславович ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОПОРЫ ЭЛЕКТРОДОМКРАТОВ СТАРТОВОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Светлов Анатолий Вильевич ПЕНЗА 2015 Содержание Стр. Введение Глава...»

«Диких Алина Александровна Партия власти, ее место и роль в политической жизни России Специальность: 23.00.02 – политические институты, процессы и технологии (политические науки) Диссертация на соискание ученой степени кандидата политических наук Научный руководитель: доктор социологических...»

«Яа Зар До МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ СИНГУЛЯРНОГО АНАЛИЗА И НЕЙРОСЕТЕВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (приборостроение, биотехнические системы и технологии) Диссертация на соискание учной степени кандидата технических наук Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Филист Сергей Алексеевич Курск – 2015 Оглавление Введение 1...»

«Замбург Евгений Геннадьевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПЛЕНОК ZnO МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ОСАЖДЕНИЯ ДЛЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГАЗОВЫХ СЕНСОРОВ Специальность 05.27.01 Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты,...»

«Бардин Виталий Анатольевич СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АКТЮАТОРОВ Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: д.т.н., профессор...»

«УДК 621.384.8 Кузьмин Денис Николаевич МАСС-СПЕКТРОМЕТР С ПОСТОЯННЫМ МАГНИТОМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ГАЗОВ В АСУТП СУБЛИМАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ГЕКСАФТОРИДА УРАНА. Специальность 01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физики ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель: доктор...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.