technika
Autor: Jakub Chabik | dodano: 2019-12-23
Chmura, czyli właściwie co?

Fot. Khakimullin Aleksandr/Shutterstock.com


O chmurze słyszał już chyba każdy. W chmurze mamy zdjęcia, pocztę, PIT-y, dokumentację medyczną i mapy. Chmura obliczeniowa to – bez przesady – kręgosłup naszej cywilizacji technicznej. Spójrzmy, jak wyglądają jej poszczególne elementy i jak działają.

Aby dobrze zrozumieć pojęcie chmury, trzeba cofnąć się do wielkiej rewolucji mikrokomputerowej, która zaczęła się w latach 80. ub.w. Na prawie każdym biurku i w prawie każdym domu pojawił się wówczas komputer – najczęściej maszyna zgodna ze standardem PC – i wraz z nim aplikacje pozwalające na podstawowe czynności (edycję tekstu, obliczenia, zabawę, obróbkę zdjęć). Komputer osobisty – „wyspa informacyjna” wyposażona w twardy dysk i zestaw aplikacji, przeznaczona dla jednego lub kilku użytkowników – przeszedł do historii wraz z internetem. Podłączenie go do sieci ostatecznie sprawiło, że przestał być osobisty. Początkowo statyczne strony WWW zaczęły powoli zamieniać się w ruchome, a ruchome przekształciły się w serwisy on-line. Wraz z pojawieniem się pierwszych serwisów bankowości internetowej, Allegro, komunikatora Gadu-Gadu, Naszej Klasy i portali granica pomiędzy „wyspą” komputera (coraz mniej) osobistego a internetem zaczęła się zacierać.

Dane, które trafiały do naszego komputera poprzez globalną sieć, trzeba było gdzieś przechowywać i przetwarzać. Gdzie konkretnie – użytkownika to nie interesowało. Gdzieś tam, daleko, w internecie. Ikona chmury stosowana na diagramach architektur systemów, aby przedstawić zasoby docierające do użytkownika z sieci, stała się nazwą rodzajową, a słowo cloud – opisem technologii. Na dobre chmura zagościła w naszym świecie wraz z pojawieniem się smartfonów. Małe urządzenie z ograniczoną mocą obliczeniową, niewielkim ekranem i skromną pamięcią zwyczajnie nie nadawało się do przetwarzania dużej ilości informacji. Zmiana modelu korzystania z usług cyfrowych – ściągam apkę, ona zbiera dane i wysyła je do przetworzenia, wyniki wracają do mnie po sieci – stała się koniecznością.

Centrum danych

Sercem chmury obliczeniowej jest centrum danych (ang. data center). To wielka klimatyzowana hala (największe centra mają powierzchnię kilkudziesięciu boisk piłkarskich) z dziesiątkami tysięcy komputerów (serwerów) umieszczonych w specjalnych szafach, które zapewniają zasilanie, łączność i klimatyzację. Szafa zawiera od kilkunastu do kilkudziesięciu płyt serwerowych, z których każda jest pełnowymiarowym komputerem, tj. posiada procesor (albo kilka), pamięć operacyjną i układy peryferyjne.

Podstawową technologią chmury jest wirtualizacja. Dzięki specjalnemu oprogramowaniu jeden komputer fizyczny potrafi udawać, że jest wieloma – trzema, pięcioma, dwudziestoma – komputerami wirtualnymi. Każdy z tych wirtualnych komputerów przez aplikację traktowany jest tak, jakby był pełnowartościowym fizycznym urządzeniem – choć w rzeczywistości pozostaje tylko software’owym duchem tworzonym w pamięci fizycznego komputera razem z innymi niewiedzącymi o sobie duchami. Wirtualizacja umożliwia rekonfigurację środowiska w zależności od potrzeb aplikacji. Potrzebujemy jednej silnej maszyny do obliczeń naukowych? Proszę bardzo, całą moc fizycznej maszyny przeznaczamy dla jednego serwera wirtualnego. Potrzebujemy dziesięciu serwerów internetowych, aby klienci z różnych stron świata mogli korzystać z serwisu księgowego? Nie ma problemu, na tej samej fizycznej maszynie powołujemy do życia dziesięć serwerów wirtualnych, każdy dla innego klienta. Potrzebujemy komputera o niewielkiej mocy obliczeniowej, za to dużej pamięci masowej, do przechowywania multimediów? Ależ oczywiście, dynamicznie przydzielamy takiej maszynie wirtualnej cząstkę fizycznej mocy obliczeniowej, za to całą macierz dyskową – i mamy taką specjalistyczną konfigurację. Wszystko bez przekładania kart i przepinania kabli w chłodzonych szafach centrum danych.

Ta sama grupa krzemowych kości (chipów) czasami więc służy jednej firmie, czasami innej, czasami pomaga w rezerwacji biletów lotniczych, a czasem w obliczeniach trajektorii satelitów. Przydziałem odpowiedniej mocy do odpowiedniego zadania zajmuje się oprogramowanie do zarządzania centrami danych. To ono klasyfikuje odpowiednie szafy i serwery do określonych klientów i zadań, powołuje do życia serwery wirtualne i zamyka je, gdy przestają już być potrzebne. Przewiduje, kiedy np. popyt rośnie i trzeba dołożyć moc obliczeniową oraz pamięć, a kiedy pojawia się ich nadmiar i można je zabrać danemu klientowi (przy okazji obniżając jego rachunki). Szczególnie istotnym procesem tutaj jest optymalizowanie zużycia energii. Prąd i jego pobór to najważniejsze elementy kosztów centrum danych. Dość powiedzieć, że jedna szafa może potrzebować nawet 30 kW mocy, a całe centrum danych – np. norwesko-amerykański Kolos w miasteczku Ballangen niedaleko Narwiku – aż jeden gigawat. Przypomnijmy: typowa moc bloku elektrowni węglowej (np. Kozienice) to ok. 500 MW, czyli o połowę mniej.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 01/2020 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
07/2020
06/2020
Kalendarium
Lipiec
15
W 1965 r. amerykańska sonda Mariner 4 dotarła do Marsa.
Warto przeczytać
Fizyka kwantowa jest dziwna. Reguły świata kwantowego, według których działa świat na poziomie atomów i cząstek subatomowych, nie są tymi samymi regułami, które obowiązują w dobrze znanym nam świecie codziennych doświadczeń - regułami, które kojarzymy ze zdrowym rozsądkiem.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Jakub Chabik | dodano: 2019-12-23
Chmura, czyli właściwie co?

Fot. Khakimullin Aleksandr/Shutterstock.com


O chmurze słyszał już chyba każdy. W chmurze mamy zdjęcia, pocztę, PIT-y, dokumentację medyczną i mapy. Chmura obliczeniowa to – bez przesady – kręgosłup naszej cywilizacji technicznej. Spójrzmy, jak wyglądają jej poszczególne elementy i jak działają.

Aby dobrze zrozumieć pojęcie chmury, trzeba cofnąć się do wielkiej rewolucji mikrokomputerowej, która zaczęła się w latach 80. ub.w. Na prawie każdym biurku i w prawie każdym domu pojawił się wówczas komputer – najczęściej maszyna zgodna ze standardem PC – i wraz z nim aplikacje pozwalające na podstawowe czynności (edycję tekstu, obliczenia, zabawę, obróbkę zdjęć). Komputer osobisty – „wyspa informacyjna” wyposażona w twardy dysk i zestaw aplikacji, przeznaczona dla jednego lub kilku użytkowników – przeszedł do historii wraz z internetem. Podłączenie go do sieci ostatecznie sprawiło, że przestał być osobisty. Początkowo statyczne strony WWW zaczęły powoli zamieniać się w ruchome, a ruchome przekształciły się w serwisy on-line. Wraz z pojawieniem się pierwszych serwisów bankowości internetowej, Allegro, komunikatora Gadu-Gadu, Naszej Klasy i portali granica pomiędzy „wyspą” komputera (coraz mniej) osobistego a internetem zaczęła się zacierać.

Dane, które trafiały do naszego komputera poprzez globalną sieć, trzeba było gdzieś przechowywać i przetwarzać. Gdzie konkretnie – użytkownika to nie interesowało. Gdzieś tam, daleko, w internecie. Ikona chmury stosowana na diagramach architektur systemów, aby przedstawić zasoby docierające do użytkownika z sieci, stała się nazwą rodzajową, a słowo cloud – opisem technologii. Na dobre chmura zagościła w naszym świecie wraz z pojawieniem się smartfonów. Małe urządzenie z ograniczoną mocą obliczeniową, niewielkim ekranem i skromną pamięcią zwyczajnie nie nadawało się do przetwarzania dużej ilości informacji. Zmiana modelu korzystania z usług cyfrowych – ściągam apkę, ona zbiera dane i wysyła je do przetworzenia, wyniki wracają do mnie po sieci – stała się koniecznością.

Centrum danych

Sercem chmury obliczeniowej jest centrum danych (ang. data center). To wielka klimatyzowana hala (największe centra mają powierzchnię kilkudziesięciu boisk piłkarskich) z dziesiątkami tysięcy komputerów (serwerów) umieszczonych w specjalnych szafach, które zapewniają zasilanie, łączność i klimatyzację. Szafa zawiera od kilkunastu do kilkudziesięciu płyt serwerowych, z których każda jest pełnowymiarowym komputerem, tj. posiada procesor (albo kilka), pamięć operacyjną i układy peryferyjne.

Podstawową technologią chmury jest wirtualizacja. Dzięki specjalnemu oprogramowaniu jeden komputer fizyczny potrafi udawać, że jest wieloma – trzema, pięcioma, dwudziestoma – komputerami wirtualnymi. Każdy z tych wirtualnych komputerów przez aplikację traktowany jest tak, jakby był pełnowartościowym fizycznym urządzeniem – choć w rzeczywistości pozostaje tylko software’owym duchem tworzonym w pamięci fizycznego komputera razem z innymi niewiedzącymi o sobie duchami. Wirtualizacja umożliwia rekonfigurację środowiska w zależności od potrzeb aplikacji. Potrzebujemy jednej silnej maszyny do obliczeń naukowych? Proszę bardzo, całą moc fizycznej maszyny przeznaczamy dla jednego serwera wirtualnego. Potrzebujemy dziesięciu serwerów internetowych, aby klienci z różnych stron świata mogli korzystać z serwisu księgowego? Nie ma problemu, na tej samej fizycznej maszynie powołujemy do życia dziesięć serwerów wirtualnych, każdy dla innego klienta. Potrzebujemy komputera o niewielkiej mocy obliczeniowej, za to dużej pamięci masowej, do przechowywania multimediów? Ależ oczywiście, dynamicznie przydzielamy takiej maszynie wirtualnej cząstkę fizycznej mocy obliczeniowej, za to całą macierz dyskową – i mamy taką specjalistyczną konfigurację. Wszystko bez przekładania kart i przepinania kabli w chłodzonych szafach centrum danych.

Ta sama grupa krzemowych kości (chipów) czasami więc służy jednej firmie, czasami innej, czasami pomaga w rezerwacji biletów lotniczych, a czasem w obliczeniach trajektorii satelitów. Przydziałem odpowiedniej mocy do odpowiedniego zadania zajmuje się oprogramowanie do zarządzania centrami danych. To ono klasyfikuje odpowiednie szafy i serwery do określonych klientów i zadań, powołuje do życia serwery wirtualne i zamyka je, gdy przestają już być potrzebne. Przewiduje, kiedy np. popyt rośnie i trzeba dołożyć moc obliczeniową oraz pamięć, a kiedy pojawia się ich nadmiar i można je zabrać danemu klientowi (przy okazji obniżając jego rachunki). Szczególnie istotnym procesem tutaj jest optymalizowanie zużycia energii. Prąd i jego pobór to najważniejsze elementy kosztów centrum danych. Dość powiedzieć, że jedna szafa może potrzebować nawet 30 kW mocy, a całe centrum danych – np. norwesko-amerykański Kolos w miasteczku Ballangen niedaleko Narwiku – aż jeden gigawat. Przypomnijmy: typowa moc bloku elektrowni węglowej (np. Kozienice) to ok. 500 MW, czyli o połowę mniej.