Вот и в интервью, данном Майклу Миллеру, редактору журнала PC Magazine, отвечая на вопрос о том, как концепция программного обеспечения в виде услуги (SaaS) и концепция облачных вычислений скажутся на настольных ПК, Гейтс заметил, что выполнение пользователем вычислений на месте или на удаленном сервере гарантирует
их гибкость, если при этом с помощью ЦОД (ЦентрА Обработки Данных) обе возможности будут сочетаться в вычислительном облаке (правда, при большой пропускной способности и незначительной задержке аппаратной платформы). Так он выразил свое отношение к проблеме развития современных информационных технологий, в частности к центрам обработки данных. Рассмотрим эту проблему, двигаясь, что называется, от печки.

ИТ и обработка информации

Современный системный взгляд на ИТ предполагает прежде всего их программное представление, что вполне естественно с позиций разработчика программного обеспечения. Но при описании в журнальной статье необходимо учесть также значительную роль и непрограммных факторов. Поэтому поясним для начала, что такое информация, ради которой и создаются ИТ.

Краеугольное понятие

Так как наш интерес лежит в области ИТ, при этом информация есть то, что воспринимается в виде сообщений или сигналов (в электронной форме). То есть под информацией, следуя Клоду Шеннону, будем понимать все то, что допускает представление в виде электронных сигналов, передаваемых по всевозможным каналам связи.

Что нужно при обработке информации

В современном мире, как известно: «кто владеет информацией, тот владеет миром». И дело не только в ее политической значимости, а и в том, что она становится очень важным ресурсом экономической, культурной, технической и многих других составляющих современного миропонимания. Следовательно, человечество нуждается в огромных объемах информации различных видов и форм ее представления. Удовлетворение этих нужд обычно достигается с помощью специальной ее обработки, например, перевода из одного вида в другой.

Далее, очень важными требованиями к информации являются ее доступность и безопасность использования, возможность поиска нужных сведений, а также анализа их содержания на предмет, например, их важности или ценности. Накладывая почти на все требования к информации временные ограничения по их выполнению, человек сталкивается с необходимостью использования разнообразных технологий при обработке информации, основанных, как правило, на автоматизации процессов ее обработки. Информационные технологии рассматриваются применительно к системному представлению с помощью программных моделей, в которых реализация ИТ-систем есть не что иное, как создание программных комплексов для управления аппаратными платформами, включающими сетевое и компьютерное оборудование, а также средства для хранения информации. ИТ позволяют не только принимать из каналов связи или передавать в них информацию, но хранить, преобразовывать из одного вида в другой и придавать данным различные форматы, соответствующие системным требованиям, допустим, к скорости обработки или удобству использования.
Но главное  — именно ИТ лежат в основе управления автоматизированными процессами обработки информации.

Виды ИТ

Рассмотрим некоторые из основных видов ИТ. Будем понимать под информацией ее сигнальный уровень представления, т.е. в виде электронных сообщений.

Тогда основной вид технологий — транзакционные. Их обычно связывают с обработкой информации, и они не предназначены для значительного изменения ее содержательной составляющей. То есть они распространяют свое действие на прием и передачу сообщений в том или ином формате, на различное по времени хранение, получение на их основе новой информации в результате вычислений, не требующих изменений в запрограммированных алгоритмах обработки сообщений. Наиболее часто данный вид ИТ используется в системах, в которых обрабатывается главным образом текстовая информация или потоки данных в цифровой форме. Например, транзакционные технологии обработки обычно используются при построении ЦОД. Важно также отметить, что большинство решений на базе транзакционных методов обработки информации привязаны к программным технологиям, основанным на жизненном цикле программ.

Другой вид технологий — функциональные, когда обрабатываемая информация принимает невербализуемые формы. Чаще всего это аналог картинки, характеризующей физическое состояние общего производственного технологического процесса системы, например графическое представление состояния. Обычно такие ИТ используются в АСУ ТП или АСУП и связаны с необходимостью обработки информации в реальном времени.

Третий вид технологий обработки реализуется на базе вычислительного процесса, который является более общим, чем транзакционный, потому что поддерживает обработку информации в зависимости от поступивших данных и позволяет управлять процессом обработки с учетом метода алгоритма обработки, времени выполнения вычислений и точности расчета. Данный вид технологической обработки информации позволяет рассматривать решения по созданию ИТ-систем для более общих системных моделей, чем на базе транзакционных технологий. Кроме того, решения, основанные на вычислительном процессе, приводят к эффективно управляемым системам.

Организационные формы технологий обработки информации

Для завершения характеристики технологий обработки информации остановимся на организационных формах. Прежде всего, имеются так называемые начальные формы, которые связаны с составляющими процессов обработки, например с приемом сообщений, распознаванием текстов, печатью документов и т.п. Технологически они могут быть реализованы на отдельном ПК или другом устройстве. В системном плане это технологическое решение на рабочем месте с одним пользователем. Далее, организационные формы технологий могут быть представлены процессами, возникшими из нескольких начальных форм. Так, потоковый ввод документов обычно образован начальными технологическими формами: вводом документов, распознаванием, запоминанием, печатью и, возможно, другими.

Группы процессов, объединенные функционально, например call-центры, составляют более совершенную организационную форму, которая позволяет не только вести в ИТ-системе учет полученного пользователями трафика, но и предоставлять различные услуги, связанные с состоянием счета клиента (например, его остатка и т.п.).

ЦОД — результат дальнейшего развития организационных форм обработки информации, когда в рамках транзакционных технологий реализован широкий спектр видов обработки информации: от получения ее по Сети, поддержки work-flow-структуры центра до организации коллективной работы с информацией в рамках обычного и виртуального офисов, а также с мобильных устройств.

Еще одна организационная форма обработки информации, связанная с использованием ПК и серверов, управляемых программным обеспечением Microsoft, получила название облачных вычислений, разработкой которых, как сказал Б. Гейтс в упомянутом выше интервью, серьезно занимается Рэй Оззи, один из сегодняшних лидеров корпорации. Надо полагать, что прежде всего облачные вычисления понадобились Microsoft в качестве маркетингового хода, хотя, несомненно, заслуживает внимания попытка повысить эффективность транзакционной модели ЦОД за счет вынесения отдельных видов обработки информации в Сеть и тем самым улучшить работу приложений, увеличить системную производительность ЦОД, безопасность и некоторые другие характеристики.

Завершим обсуждение организационных форм обработки информации упоминанием тех, которые в значительной мере определяются, с одной стороны, возможностями вычислительных технологий, а с другой — переходом на суперкомпьютерные платформы. ЦОД и вычислительные облака при этом пройдут через организационную форму ВЦ (вычислительных центров). Ну и затем наступит использование Grid-систем, и в них будут доминировать вычислительные процессы для обработки информации. Тому уже сегодня имеется свидетельство — начавший функционировать БАК (Большой адронный коллайдер), который в ходе экспериментов будет поставлять гигантские объемы информации, а обрабатывать значительную часть ее необходимо в реальном времени. Уже несколько лет функционирует специальная Grid-система, опоясывающая землю своими каналами. Она предназначена для обработки результатов экспериментов на БАК.

А мысль ученых простирается к мегапьютингу, когда вычислительные ресурсы всего земного шара будут доступны для вычислений.

Центры обработки данных

Информационные системы

Путь от ПК до ЦОД был долгим и пролегал через освоение отдельных видов обработки информации. Например, в корпоративной сфере создатели ИТ-систем прежде всего озаботились обработкой учетной информации и, опираясь на бизнес-процессную концепцию, развивали подходы ERP (Enterprise Resource Planning, ресурсное планирование на предприятии) и MRP (Material или Manufacturing Requirements Resource Planning, ресурсное планирование для потребляемых материалов или производимых продуктов), а также их аналитическую поддержку, которая служила для уточнения возможных управленческих решений в связи с недостаточностью учетной информации. В случае, когда система заказчика не связана непосредственно с производственными процессами, ему предлагались решения, основанные на организационных процессах в форме информационно-аналитических систем. Процессы обработки информации в таких системах носили ограниченный характер: получить информацию по внешнему каналу связи или с рабочего (клиентского) места по внутренней сети, занести в структуру БД, выполнить простейшие аналитические операции, сформировать различного вида отчеты и отправить по корпоративной сети.

По существу такие решения для ИС можно рассматривать как прототипы ЦОД, в которых объемы, скорость и ограниченные виды обрабатываемой информации, вообще говоря, определялись в результате последовательных действий ПК и обращений к БД, что в первую очередь определялось возможностями аппаратной платформы, сетей связи и подсистем хранения данных. На рисунке представлена типичная структурная схема ИС этого периода развития ЦОД.

Сетевая концепция ЦОД

Развитие сетевых технологий в последнее десятилетие определялось в значительной мере переходом с традиционных видов связи (например, аналоговой телефонии) на цифровые, что позволило не только существенно изменить основные ее характеристики, но и расширить круг функциональных возможностей. Теперь и скорость передачи, и объемы сообщений заметно выросли, а функциональные возможности позволяют организовывать call-центры, оказывать значительное количество услуг и обеспечивать безопасность связи клиентов, а также поддерживать их мобильное взаимодействие.

Примером создания ЦОД в рамках сетевой концепции может служить реализация стратегии Cisco Data Center 3.0, предпринимаемая корпорацией Cisco Systems. Как сообщили ее представители, новый этап реализации этой стратегии предполагает превращение ЦОД в виртуальную среду, в которой предоставляется доступ к контенту и любому устройству независимо от их местонахождения по желанию пользователя. Для этого Cisco предлагает клиентам новый коммутатор Cisco Nexus 5000, обладающий широкой совместимостью с оборудованием других производителей. Унифицированная матрица коммутатора позволяет упростить кабельную инфраструктуру, сократить число адаптеров, уменьшить расходы, энергопотребление и выбросы вредных веществ в атмосферу. Cisco Nexus 5000 организует коммутацию в 10-Гбит сети Ethernet и представляет решение по консолидации систем ввода/вывода благодаря поддержке технологий Fiber Channel over Ethernet (FCoE), Data Center Ethernet и технологий виртуализации. Коммутатор предназначен для работы с системами ввода/вывода в среде с многоядерными процессорами и функциями виртуализации. FCoE позволяет ему консолидировать локальные сети (LAN), сети хранения данных (SAN) Fiber Channel и iSCSI, а также трафик серверных кластеров в единой унифицированной матрице коммутации на стандартах Ethernet. Коммутатор также поддерживает оптимизационные функции виртуальных машин и стратегию Cisco Data Center 3.0
в целом.

Новые продукты и профессиональные услуги Cisco позволяют снабдить ЦОД виртуальной платформой представления сервисов и повысить их оперативную эффективность. Также они улучшают информационную безопасность, координируют работу сетей, серверов и средств хранения, обеспечивают групповую работу пользователей в реальном времени. Вот только три из программных продуктов и услуг, объявленных в рамках стратегии Cisco Data Center 3.0:

  • Cisco WAAS (Wide Area Application Services) версии 4.1 с функциями виртуального хостинга, ускорения ра-
    боты приложений и доставки видео-услуг в корпоративные отделения;
  • Cisco ACE (Application Control Engine) версии 3.1 для коммутатора приложений ACE 4710 с пропускной способностью 4 Гбит/с и готовностью к поддержке мультимедийных функций на виртуальной платформе;
  • Cisco VFrame Data Center версия 1.2 для комплексного выделения инфраструктурных ресурсов во взаимодействии с решениями Cisco ACE и Vmware ESX.

Российская компания «Синтерра», национальный оператор связи, активно осуществляет проекты по созданию региональных ЦОД для предоставления доступа и оказания различных сетевых услуг. К числу ее клиентов относятся интернет-проект «Афиша», компания McHost.ru и ряд региональных коммерческих центров.

Несколько разработок по созданию call-центров в России и за рубежом выполнила компания CBOSS.

Корпоративные ЦОД

Основная особенность концепции корпоративных ЦОД состоит в том, что такой центр призван решать кроме связных задач и более широкий спектр корпоративных, главным образом относящихся к сфере управления или основных бизнес-функций. Если сетевые ЦОД выполняют системные функции по поддержанию взаимодействия компонентов, составляющих корпорацию, то корпоративные обслуживают функционирование как компонентов, так и корпорации в целом.

Поэтому в таких ЦОД осуществляются не только прием и передача информации, но и другие виды ее обработки. Поэтому по программ-ному обеспечению корпоративные ЦОД в значительной мере отличаются от сетевых. Так, помимо системного ПО, включающего операционные системы, программы для подсистем хранения данных и тех, что поддерживают функционирование сетевых платформ, в них используется значительное количество прикладных программ, необходимых для реализации функционала корпоративной системы. К тому же, как правило, корпоративные ЦОД нуждаются в большом вычислительном ресурсе из-за того, что прикладные программы производят обработку информации с помощью вычислительных процессов. И это заставляет переходить на кластерную или суперкомпьютерную аппаратную платформу. Помимо того, корпоративные ЦОД уже представляют собой сложные, куда более громоздкие по сравнению с ПК инженерные сооружения. Они отличаются большим энергопотреблением и требуют решения экологических проблем, например отвода тепла, а в их структуру изначально входят службы жизнеобеспечения и оперативный персонал. Габариты корпоративных ЦОД таковы, что помещения им нужны не меньших размеров, чем для мэйнфреймов (хотя корпорация Sun Microsystems разработала мобильный ЦОД BlackBox, который размещается в кунге на обычном трейлере).

Другие ЦОД

Существует ряд разновидностей корпоративных ЦОД, различающихся по назначению. Дадим их краткие характеристики.

Прежде всего обратим внимание на отраслевые ЦОД, которые служат для решения задач по управлению отраслью. Их основное предназначение — обработка информации для сложной организационной структуры, где наряду с учетными задачами приходится решать и вычислительные, организационные и технико-экономические, например, для оптимального распределения различных ресурсов, составления и контроля исполнения бюджета, а также прогнозные в интересах развития отрасли. Отраслевой ЦОД должен взаимодействовать как с ЦОД других отраслей, так и с корпоративными центрами внутри отрасли, т.е. он сложнее корпоративного. В отраслевых ЦОД, разумеется, производятся многие виды обработки информации, за исключением, возможно, технологической. Кроме того, высоки требования к этим ЦОД относительно безопасности информации и по доступу к ней, и по хранению, и по времени ее обработки, потому что эти требования должны коррелировать с принятыми на государственном уровне.

Ситуационные центры представляют собой ЦОД для обработки плохо обусловленной информации, когда состояние системы, которую рассматривают в таком центре, представляется текущими данными, а требуется решить вопрос о выходе системы из данного состояния, но при этом, как правило, неизвестно, как она в него попала. То есть в ситуационных центрах обычно занимаются обратными задачами по управлению или определяют то состояние системы, из которого она попала в данное. Но такие задачи заведомо некорректные (как их называют в математике) и трудно решаемые. Поэтому в ситуационных центрах при обработке информации преобладают методы экспертного анализа, которые поддерживаются различными мультимедийными платформами и средствами моделирования на серьезных вычислительных платформах. Например, моделирование различных термодинамических или аэродинамических ситуаций, связанных с взрывами, пожарами или авиакатастрофами. С точки зрения структуры и организации работ ЦОД для ситуационных центров значительно отличаются от рассмотренных выше, потому что наряду со средствами отображения они должны включать и возможности для аналитической работы экспертов, которые необходимо поддерживать многими видами связи. По габаритам такие ЦОД близки к отраслевым.

Завершим представление различных ЦОД рассказом об аутсорсинговых центрах обработки данных. Эту разновидность необязательно выделять в самостоятельную категорию, потому что аутсорсинг как услугу способен предоставить практически любой центр. Но имеется одно обстоятельство, делающее такие ЦОД самодостаточными. Если рассматривать в качестве инвестиционной цели создание ЦОД для реализации системы, в которой возврат инвестиций предусматривает продажу услуг по обработке данных без участия представителей заказчика, их оказывающих, то это и есть аутсорсинговый ЦОД. Следует заметить, что, например, крупнейший ЦОД компании Hewlett-Packard наряду с корпоративным его использованием оказывает и услуги аутсорсинга некоторым крупным международным фирмам, ведущим свой бизнес не в ИТ-отрасли. Поставщики решений телекоммуникационного сектора, например CBOSS и «Синтерра», также оказывают с помощью своих связных ЦОД услуги по аутсорсингу провайдерским компаниям.

Мир ПК и ЦОД

Место ПК в ЦОД

В данной статье автору хотелось рассмотреть место ПК в ИТ-пространстве, занимаемом ЦОД. Из всего вышесказанного однозначно вытекает, что ПК — компонент платформы любого ЦОД. В каких же ипостасях выступает ПК?

Во всех ЦОД, где имеются рабочие места или мобильные пользователи, они, как правило, оснащаются ПК в виде рабочих станций, настольных компьютеров и ноутбуков. В зависимости от назначения ЦОД ПК имеют соответствующую конфигурацию и возможности. Но не следует забывать, что в корпоративных ЦОД, особенно на промышленных предприятиях с распределенной инфраструктурой и сложной технологией производства, ПК испытывают серьезную конкуренцию со стороны мобильных устройств.

Задачи, решаемые на ПК

Посредством операций ввода с ПК в ЦОД поступает информация, инициирующая различные системные процессы, а нередко являющаяся первичными данными для них. С помощью ПК осуществляется контроль состояния работоспособности оборудования и управления им — для ЦОД это важнейший фактор, определяющий надежность его функционирования. Наконец, посредством
ПК на рабочих местах решаются задачи из класса приложений, поддерживающих основные системные функции ЦОД.

Разумеется, ПК остаются в ЦОД одним из важнейших устройств для вывода информации по требованию пользователя. Также они используются и для пользовательских вычислений на основе информации, поставляемой в ЦОД и получаемой из него.

Что касается участия ПК в облачных вычислениях, остается ждать откровений Р. Оззи из Microsoft. Что добавит взаимодействие ЦОД и облака к тому, что мы уже обсудили в статье, станет ясно из тех технологий, которые предложит корпорация Microsoft.

Конкретные примеры ЦОД

По сути все ЦОД являются корпоративными, потому что связаны с необходимостью обработки значительных объемов данных, будь то прием, передача или хранение, а также со скоростью доставки или временем хранения. Так, идея поддержки компаний, занимающихся провайдерской деятельностью, привела разработчиков и поставщиков решений к созданию продуктов и технологий для реализации следующих видов обработки информации. Провайдеры должны предоставлять клиентам услуги по доступу в Сеть и приему информации из нее, соблюдая при этом требования клиентов по скорости передачи и объемам информации. Поэтому крупнейшие поставщики соответствующих продуктов и технологий (компании Cisco, Intel, Dell, EMC и ряд других) заключили партнерские соглашения, предусматривающие сотрудничество по ЦОД-технологиям, которые обеспечивают непрерывную совместимость в рамках общих решений. В частности, архитектура ЦОД поддерживается концепцией Data Center 3.0, позволяющей отойти от коробочных продуктов для отдельных компонентов ЦОД, таких как внешние сетевые соединения и системы управления хранением данных. Благодаря высокоскоростному коммутатору Cisco Nexus 7000, обеспечивающему высокоскоростной 10-Гбит доступ для приложений, связывающих работу с другими приложениями, серверами и хранилищами данных, теперь можно повысить эффективность взаимодействия сетей LAN и SAN, основных компонентов для внешнего и внутреннего трафиков ЦОД. Естественно, что для данных ЦОД состав системного ПО в части сетевых ОС отличается.

Наиболее типичные ЦОД подобного типа появились в ходе выполнения проектов российских компаний: создания call-центров (CBOSS), региональных центров интернет-доступа («Синтерра»), и в том числе — на поисковом портале «Яндекс».
Другие проекты корпоративных ЦОД, выполненные компаниями «Крок», IBS и др., ориентированы на транзакционную обработку информации, например, для ряда крупных финансовых учреждений, таких как ЦБ РФ и Сбербанк. Такие ЦОД отвечают требованиям повышенной надежности или катастрофоустойчивости (для выполнения последнего создан удаленный в пространстве дублирующий центр), а также быстродействия обработки больших объемов хранимой информации и масштабируемости структурных элементов ЦОД.

Проект корпоративного ЦОД, ориентированного на широкий спектр оказываемых услуг по обработке данных, реализованный компанией DataForce, включал не только транзакционную обработку, но и выполнение требований по ее безопасности в случае предоставления услуг на основе аутсорсинга. Интересным в данном проекте было разнесение в пространстве подсистемы управления ЦОД и остальных компонентов инфраструктуры. Те из них, что предназначались для приема, передачи и хранения данных, а также их вычислительной обработки, были собраны в отдельном кунге, что обеспечивало надежность и удобство эксплуатации центра.

Примеры ЦОД, называемых ситуационными, можно найти среди проектов, выполненных для МЧС РФ, компаний РЖД и «Аэрофлот». В них реализованы решения, в которых наряду с транзакционной обработкой данных осуществляются экспертный анализ и моделирование ситуаций, вычислительное и мультимедийное. Поэтому в состав таких ЦОД входит расширенного перечня по сравнению с другими корпоративными центрами ПО и оборудование, включающее, например, средства отображения ситуаций.

Еще один мобильный ЦОД, кроме упомянутого выше Black Box, разработанного компанией Sun Microsystems, предлагает корпорация Hewlett-Packard. Он заключен в контейнере, который допускает наращивание емкости вычислительных центров и хранилищ данных в соответствии с требованиями ИТ-инфраструктуры и бизнеса. Решение HP Performance Optimized Data Center (HP POD) позволяет воспользоваться мобильным центром благодаря расширению возможностей выбора технологической среды за счет поддержки различных технологий компании Hewlett-Packard и сторонних производителей. Так, в стандартный контейнер длиной в 12 м теперь можно уместить 3,5 тыс. вычислительных узлов и 12 тыс. жестких дисков большого форм-фактора, что позволяет предоставлять мобильный ЦОД, по производительности равносильный обычному центру площадью 371 м?. При этом имеется широкий выбор конфигураций, оптимизированных под требования энергопотребления или ускоренное увеличение вычислительной мощности в зависимости от бизнес-потребностей и инфраструктурных возможностей заказчика.

В научной и образовательной сфере в течение последних лет получила развитие тенденция создания ЦОД на базе суперкомпьютеров, которые концентрируются на вычислительной обработке информации. Так, ряд российских вузов, например МГУ, ЮУФГУ, Томский ГТУ, Владимирский и Вятский ГТУ, Пермский ГТУ и Росгидромет благодаря поставкам суперкомпьютеров фирмами IBM, Hewlett-Packard, «Т-Платформы», Kraftway и «Троник» приступили к следующему шагу в развитии ЦОД — переходу к более общему виду обработки информации, позволяющему не только получать новую информацию в ходе обработки, но и осмысливать ее, решая задачи искусственного интеллекта.