Мэйнфреймы XXI века

Рынок облачных технологий и сервисов совсем молод, но по своим показателям он уже опережает многие традиционные сегменты компьютерного рынка (общим объемом чуть менее одного триллиона долларов) и продолжает расти «как на дрожжах". По данным Gartner, в 2009 году его суммарный объем составлял 58,6 млрд долл., в 2010 году вырос до 68,3 млрд, а к 2014 году, по оценкам, достигнет 150 млрд. Сегодня общая стоимость услуг, предоставляемых через облака, оказывается больше, чем весь бизнес, например Oracle, а через пару лет будет больше, чем весь бизнес IBM. Показательно и то, что облака, как это обычно было в ИТ, перестают быть американским эндемиком, а распространяются по миру, и соответственно доля, приходящаяся на США, падает: с 2008 года она уменьшилась с 70 до 50%. Такой невиданный прежде прогресс в отдельно взятом сегменте неслучаен, он должен быть вызван объективными предпосылками. Какими?

Показателен еще один факт: внутри облачного сегмента особенно быстро развивается одна из его составляющих, странным образом называемая частными облаками. Невзирая на странность, в 2010 году все без исключения участники рынка технологий для корпоративных информационных систем переключились на создание аппаратно-программных платформ — так называемых интегрированных стеков — для облаков этого типа. Такого слаженного маневра за всю компьютерную историю еще не наблюдалось. Почему такое стало возможным? В чем секрет привлекательности облачных решений вообще и перенесенных в корпоративную среду в частности?

Облака и мэйнфреймы, сходства и различия

Сейчас можно предположить, что в образе облака открылась новая, неведомая прежде ИТ-парадигма, которую можно сравнить с айсбергом. То, как именно видимая часть надвигающегося технологического айсберга увиделась поначалу, побудило назвать ее облаком, однако по мере приближения к этому айсбергу стали вырисовываться контуры гигантской подводной части, и нам еще предстоит узнать, что на самом деле собой представляет эта скрытая часть. Скорее всего, она совсем и не облачная, однако прошедшего времени еще недостаточно для полноценного понимания, с какой новой реальностью нам приведется иметь дело в будущем, поэтому пока сохраним верность термину облако, но если верить в диалектическое учение, то справедливо предположить, что речь идет о централизованных вычислительных системах, по своей сути близких к мэйнфреймам, но построенных на качественно ином уровне.

Наличие невидимой поначалу части той или иной новации не редкость, в истории технологий обнаруживается огромное множество примеров, когда подлинные возможности изобретения открываются не сразу, на первых этапах эксплуатируются его второстепенные функции, а главные свойства проявляются по прошествии некоторого времени. Порох был изобретен в Китае в XI веке для фейерверков, но его метательный потенциал открыл монах Бертольд Шварц несколько веков спустя. Или же, например, волчок, по раскопкам известный с доисторических времен, — его идею перенес в гироскоп немецкий астроном и математик Иоанн Боненбергер лишь в 1817 году. В наше время все происходит намного быстрее, но тем не менее и сейчас в отдельных случаях между моментами открытия и осознания его подлинного смысла остается временной зазор, и пример тому облака. По аналогии с порохом можно сказать, что поначалу они представлялись всего лишь начинкой для шутих, но постепенно приходит понимание, что в них заложено нечто такое, что может изменить правила игры во всей информационной индустрии.

Когда лет пять-шесть назад началась активная дискуссия вокруг возможностей облачных вычислений, казалось, что облачная идея сводится к созданию ограниченного числа гигантских, суперцентрализованных ЦОД, которые смогут обеспечить потребности всех пользователей Интернета. Тогда доминировала аналогия с энергосетями, где потребности миллиардов потребителей обеспечивает ограниченное число крупных электростанций. В 2011 году кажется наивным то, как еще недавно Скотт Макнили, представляя облачную идею, ссылался на высказывание, приписываемое Томасу Уотсону — одному из создателей IBM. Макнили напомнил, будто-то бы тот в 1943 году заявил, что на весь мир потребуется не более пяти компьютеров. По мнению главы переставшей существовать Sun Microsystems, Уотсон был по-своему прав, он просто опередил время. Да, компьютеров потребуется не пять, но вот суперкомпьютеров, реализующих облачные функции, на весь мир будет достаточно не более дюжины. Но и сам Макнили точно так же ошибся в своем предвидении; оказалось, что идеи, заложенные в глобальные облака, вполне применимы и к локальным структурам, вот тогда и появилось странное новообразование «частные облака", плавающее не где-то в небе, а в собственном ЦОД. Таких центров, построенных на облачных принципах, будет гораздо больше дюжины, да и не облака они вовсе. Имеется ряд публикаций, отвергающих факт существования частных облаков, в них частные облака называют мифом; возможно, со временем найдется более удачное название, но пока остановимся на этом.

С момента объявления облаков прошло всего три года, однако можно с уверенностью констатировать — облачный подход вовсе не ограничивается теми глобальными решениями с доступом через Интернет, с которых все началось, и что с равным успехом он может быть перенесен на уровень корпоративных ЦОД. Суть не в удаленности абстрактного провайдера сервисов, а в том, что облачный подход позволяет материализовать, причем взаимодополняющим способом, две основные идеи, о которых упорно говорили на протяжении предшествующих лет как о чем-то насущно необходимом, но реально недостижимом. Одна из них — коммунальная обработка (utility computing), вторая — самоуправляемость (autonomic computing). За несколько лет до появления облаков мы писали о том и о другом, но тогда это казалось отдаленным будущим, постулированием общих принципов без должного инженерного обеспечения. С появлением облачных решений наметился практический путь и к utility computing, и к autonomic computing, а реализация этих принципов приведет к радикальным изменениям в ИТ. Одновременно удастся решить проблему сложности, преодоление которой стало одной из важнейших задач ИТ-индустрии.

Выделение отдельной категории «частные облаков" легко объяснимо, оно следует из сложной природы вычислительных и информационных услуг и разнообразия используемых ресурсов. Любые глобальные облака эффективны лишь тогда, когда предоставляемые ими услуги просты. Вода, электроэнергия, газ — примеры простых унифицированных ресурсов, и для них можно создать единую и универсальную, обслуживающую самых разных потребителей систему снабжения. Именно такие сети использовались в качестве прототипов, когда говорили о малом числе глобальных облаков. Особенно преуспел в упрощенной трактовке вычислений как услуг Николас Карр в своей книге "Великий перелом" (Big Swich), где все сведено к так называемому эффекту динамо. Но есть ресурсы более сложные и дорогие, например автомобильное топливо, которое бывает разным, поэтому маловероятно создание системы топливопроводов, аналогичной системе газопроводов.

Транспортные услуги, например воздушные перевозки, по экономическим причинам за редчайшим исключением осуществляются на коммунальном уровне, а наземный транспорт может быть как коммунальной, так и сугубо индивидуальной услугой, например прокатные велосипеды в Европе. Чем сложнее услуги, тем сложнее система их предоставления. Модель предоставления сервисов должна быть адекватна их природе. Если мы говорим об информационных услугах, то необходимость работы с большими объемами и, что критически важно, конфиденциальных данных с заданным уровнем обслуживания является главной причиной для создания частных облаков. Нежелание отдать свои данные вовне будет всегда, какими бы совершенными ни были глобальные облака: обеспечить заданный уровень обслуживания проще в локальном ЦОД.

Об облаках следует говорить предельно осторожно, компьютерная индустрия пребывает на старте большого пути, и наше знание об этом предмете сравнимо с тем, что было известно широкой общественности о компьютерах в 50-е годы. Но уже сейчас можно назвать несколько основных качеств, отличающих идеальные облака от современных компьютеров, и прежде всего это внедрение принципов самоуправления и коммунальной обработки с оплатой ресурсов по мере их использования. С точки зрения пользователя, облака можно рассматривать как следующий по отношению к мэйнфреймам и серверам шаг в разделении ресурсов: способность надежно, безопасно и независимо друг от друга обрабатывать множество запросов на сервисы (multi-tenancy), распределенный доступ к общему пулу ресурсов (shared resource pooling), динамическое представление ресурсов (dynamic resource provisioning) и оплата за услуги, подобная коммунальным платежам (utility-based pricing). На нынешнем уровне развития технологий единственным инструментом для отчуждения ресурсов от их физической природы остается виртуализация, и, может быть, со временем будут найдены более простые и логичные методы управления вычислительными ресурсами и ресурсами работы с данными, но с архитектурной точки зрения облака должны представлять собой сложные самоуправляемые (и в этом смысле автономные) инфраструктуры.

Из описания идеального облака следует очевидный вывод: облака есть не что иное, как красивая метафора, об их существовании пользователи не задумываются так же, как, скажем, включая что-то в электросеть, мы не задумываемся о существовании генерирующих мощностей. Облако, будь то глобальное или частное, можно представить как мэйнфрейм, поддерживающий коммунальную модель вычислений. Если это признать, то дальнейшие размышления относительно любых видов облаков становятся предельно простыми. На самом деле физически нет ни глобальных, ни частных облаков, а могут быть большие (корпоративные) и очень большие (глобальные) мэйнфреймы. Если принять эту посылку, то несложно разобраться и с труднопереводимым термином multi-tenancy, сравнив его с мультизадачностью — свойством операционной системы или среды программирования обеспечивать параллельную обработку нескольких процессов.

Тип компьютеров, который мы называем мэйнфреймом, так же как и облако, появился не сразу, а в процессе эволюционного развития с середины 50-х до середины 60-х годов. Тогда основным ресурсом, подлежащим распределению, было время центрального процессора, который работал быстрее остальных компонентов компьютера, и, чтобы избежать простоя, его стали распределять между несколькими задачами. Десять лет потребовалось на разработку операционной системы, поддерживающей многозадачный режим работы мэйнфрейма: пионерские работы были выполнены в Массачусетском технологическом институте по руководством Фернандо Корбато, их результатом стала система Multics (1964), а по-настоящему широкое распространение многозадачность получила начиная с OS/360 (1966).

Ресурсы облаков намного разнообразнее, чем у мэйнфреймов, и могут предоставляться посредством IaaS, PaaS, SaaS, DaaS и других схем, но если ресурсы мэйнфреймов статичны, то облачные ресурсы динамичны — вычислительные мощности, системы хранения данных, коммуникационные средства могут быть собраны в общие пулы. Отсюда возникают две основные задачи: управление пулами и распределение их ресурсов между потребителями. Для распределения нужна развитая система, обеспечивающая режим, который мы называем multi-tenancy — следующий уровень по отношению к многозадачности, ресурсы на нем распределяются не между задачами, а между облачными приложениями. В англо-русских словарях tenant переводится как временный обитатель, арендатор, но ни одно из этих значений не подходит, поэтому пока воспользуемся простой транслитерацией оригинала. Тенант — это приложение, работающее внутри или вне предприятия, отличающееся тем, что нуждается в своей собственной безопасной виртуальной среде исполнения. В зависимости от функций приложения эта среда может распространяться на несколько уровней — от уровня хранения данных до пользовательского интерфейса.

Облака и технологическая сингулярность

Для того чтобы расти с удвоением за два-три года, рынок облачных сервисов должен быть стимулирован спросом, и причину спроса на этот вид услуг следует искать в характерных для текущего момента отличительных особенностях нынешней фазы технологического прогресса. Но к чему приведет этот бурный рост? Данный вопрос очень интересует общество — на английском языке выходит огромное количество публикаций, авторами которых являются экономисты, социологи, различного рода аналитики, в том числе и футурологи.

Исторически сложилось так, что на родине облачных сервисов, в США, культура общества ориентированна на технологии, и не случайно футурологи – специалисты по прогнозам, сочетающие научное предвидение с мистическим вдохновением, — играют там примерно ту же роль, что и астрологи в некоторых других странах. Под их влиянием за несколько последних десятилетий в сознании тех, кто так или иначе причастен к науке и технике, укрепилось представление о неизбежности грядущей технологической сингулярности. Активная популяризация подобного видения будущего началась в 1993 году на конгрессе, организованном Центром космических исследований NASA. Именно здесь писатель-фантаст и математик Вернор Виндж сделал утверждение о том, что переход к эре думающих машин произойдет скачкообразно, и отразил своеобразие такого переходного процесса предложенным им термином "технологическая сингулярность", использовав аналогию с математической сингулярностью. В математике сингулярность — это точка, в которой значение функции стремится к бесконечности или же имеет какие-либо иные нерегулярности поведения. Виндж использовал первое значение сингулярности, связанное со скачкообразным уходом значения в бесконечность. Таким образом он хотел выразить свое убеждение в том, что начиная с какого-то момента возникнет взрывной рост интеллектуальных возможностей машин, который приведет к появлению компьютеров, способных к самостоятельному мышлению, и сетей, осознающих себя разумными существами. Во взаимодействии с такими машинами человек также может приобрести новые способности.

Теорию Винджа развили его коллеги, особо удачливыми на этом поприще оказались Рэй Курцвейл, автор книги «Сингулярность уже близка», и Майкл Диринг с его трудом "Рассвет сингулярности". По прогнозам первого, от момента, когда произойдет взрыв, нас отделяет всего несколько десятилетий. Справедливости ради напомним, что много раньше возникло близкое по смыслу философское учение, названное в 50-е годы трансгуманизмом, в его основе лежит предположение, что человек не является последним звеном эволюции, а значит, может совершенствоваться до бесконечности. В России его связывают с именами Семена Корсакова — изобретателя механических "интеллектуальных машин", Николая Федорова — мыслителя и философа-футуролога, а слово "трансгуманный" впервые использовал еще Данте Алигьери в своей «Божественной комедии».

Но не только футурологи говорили о роли компьютеров в истории человечества, о вызываемом ими ускорении темпов технического прогресса — рационально мыслящие ученые также задумывались над этими вопросами. Наиболее известны работы Марвина Минского, основоположника теории искусственного интеллекта, и Ирвина Гуда, соратника Алана Тьюринга по работам, связанным с расшифровкой шифрограмм. Минский написал несколько книг на эту тему, в том числе "Общество Разума" и "Эмоциональная машина", а Гуд — две книги "Рассуждение о будущей первой суперинтеллектуальной машине" и "Логика человека и машины". Более прозаично представлял себе будущее Джон фон Нейман, кстати именно он первым использовал термин "сингулярность". В отличие от футурологов и некоторых своих коллег, он не вкладывал в него ничего паранормального и думал о естественном эволюционном прогрессе технологий, а не о создании искусственного сверхчеловеческого интеллекта. Скорее он был близок к пониманию сингулярности как начала нерегулярности поведения, считая, что ускорение технического прогресса не бесконечно и рано или поздно приведет к такому положению, когда дальнейшее развитие с теми же темпами станет затруднительным: "Развитие технологий с постоянно возрастающим ускорением подведет к сингулярности в истории технологической гонки, за которой действовать так, как человек действовал прежде, станет невозможно. Дальнейший прогресс станет менее очевиден и сложен для понимания».

Стек для частного облака

Появление интегрированных стеков стало закономерным следствием развития компьютерных технологий, достигших такого уровня зрелости, когда на смену сборки систем из отдельных устройств разных производителей приходят комплексы «все в одном». Пока стеки еще не могут стать панацеей — еще какое-то время продолжится процесс создания индивидуальных решений, но рано или поздно приоритет будет отдан стандартным системам, хотя, разумеется, останутся ниши для специальных решений. Если говорить об облачном интегрированном стеке, то он обеспечивает как минимум коробочное решение Infrastructure as a Service (IaaS) в форме единой готовой к эксплуатации виртуализованной инфраструктуры. Переходы от рынка отдельных компонентов к рынку готовых решений меняют отраслевую структуру и усиливают концентрацию, возрастает роль крупных производителей, а нынешняя война — это борьба за передел сферы влияния в области решений для корпоративных информационных систем.

Интегрированный стек для частного облака

Интегрированный стек в упрощенном виде (см. рисунок) строится из стандартных аппаратных средств и включает в себя сеть хранения или подключаемые к сети устройства хранения, унифицированное ПО для развертывания и управления, инструментарий виртуализации. Ключевым моментом является сквозная (pervasive) виртуализация, позволяющая агрегировать в пулы все ресурсы информационных систем. Полученная инфраструктура имеет меньше физических компонентов, меньше кабельных соединений и занимает меньшее физическое пространство, чем существующие сегодня облачные инфраструктуры, построенные по принципу «зоопарка». Существенно сокращаются сроки развертывания частных облаков — продуктивная работа начинается уже не через недели и месяцы, а на следующий день, поскольку не требуется предварительное конфигурирование. Интегрированный стек поступает от одного производителя или от альянса производителей, что гарантирует высокое качество обслуживания и снижение затрат на приобретение и общую стоимость владения.

***

Какая бы точка зрения на технологическую сингулярность ни восторжествовала и что бы нас ни ожидало за предполагаемой критической точкой, с уверенностью можно сказать, что мы к ней приближаемся и соответствующие изменения неизбежны. В этом нас убеждают события последнего десятилетия, заставляющие относиться и к облакам, отказавшись от привычного традиционного, сугубо технологического образа мышления. Скорее всего, именно облака, а точнее, мэйнфреймы XXI века станут основой информационных технологий эпохи сингулярности.