اکوسیستم سیار بودن/ابر (mobility/cloud ecosystem)، به تحویل زیر ساختار، پلتفرم ها، و نرم افزار به عنوان یک سرویس کمک می کند و افراد بیش تری را قادر می کند تا از دسترسی فراگیر به اطلاعات استفاده کنند. اوج 10 سال تحقیق در این زمینه موجب همگرایی برنامه های کاربردی on-demand با زیرساختار (سرورها، ذخیره سازی، شبکه ها و ابزار کلاینت)، به منظور پشتیبانی از cloud computing شده است.
یک مشتری در سانفرانسیسکو به دنبال آدرس یک رستوران خاص می گردد، فرد دیگری در پاریس که یک فعالیت تجاری کوچک را اداره می کند، قیمت پارچه در بنگلور را چک می کند، و یک مدیر مالی در لندن در خصوص گرایش های بین المللی بازار بورس تحقیق می کند. برای هر یک از این افراد، اطلاعاتی که در لحظه تصمیم گیری نیاز دارند برای توسعه دیدگاه هایی که می تواند منجر به بهترین نتیجه ممکن شود از اهمیت حیاتی برخوردار است.
افراد اندکی هستند که با مفهوم که اطلاعات یکی از مهم ترین منابع قرن بیست و یکم است و نیازی جهانی و سیری ناپذیر برای تحویل بلادرنگ اطلاعات وجود دارد، مخالفتی داشته باشند. این مسائل موتور محرکه استراتژی HP برای همگرایی cloud computing و ابزار شخصی موبایل بوده است. نتیجه این کوشش و تلاش که به مدت یک دهه بر روی آن کار شده mobility/cloud ecosystem (اکوسیستم سیار/ابر)است که تحویل تجربیات شخصی شده از طریق یک زیرساختار مقیاس پذیر و ایمن را تعهد می کند.
در سال های اخیر صنعت تکنولوژی اطلاعات طراحی سیستم های cloud computingی که همه چیز؛ از منابع گرفته تا تعامل های شخصی را به شکل یک سرویس تحویل می دهد، آغاز کرده است.
Morgan Stanley اعتقاد دارد که اینترنت موبایل آینده، 10 برابر بزرگ تر از اینترنت دسک تاپ خواهد بود و بیش از 10میلیارد وسیله، از تلفن های هوشمند تا دستگاه های بی سیم خانگی را به یکدیگر متصل خواهد کرد. در نتیجه دسترسی به اطلاعات به اندازه دسترسی به برق، فراگیر خواهد شد.HP و تیم های بزرگی از مشتریان و شرکاء در حال کوشش برای تغییر شکل economies of scale (صرفه جویی مقیاس: فرآوری زیاد که با ازدیاد فروش و کم شدن قیمت همراه است) به افزایش قابل توجه جمعیتی که می توانند از اطلاعات اقتصادی بهره برداری کنند هستند.
حوزه این تحقیق برای دستیابی به این هدف، هم گسترده و هم عمیق است و هدف نهایی آن تحویل:
*تکنولوژی هایی برای سرورها، ذخیره سازی، شبکه سازی و مدیریت IT است که بتواند زیرساختار را به شکل یک سرویس تحویل دهد؛
*تکنولوژی هایی برای یک زیرساختار اشتراکی اَبر که امنیت کافی برای تجارت، مقیاس پذیری و کیفیت سرویس را به منظور تحویل پلتفرم ها به عنوان یک سرویس فراهم می کند؛
*سرویس های تجاری و فردی کاملاً بدیع را برای اَبر و به منظور تحویل نرم افزار به عنوان یک سرویس فراهم می کند.
سیستم عامل های مدرن موبایل نظیر Palm WebOS در تلفیق با توانایی تحویل اقتصادی ایمن و مقیاس پذیر منابع کامپیوتری on demand امکان تحقق این ایده را فراهم می کنند.HP از قبل برای میلیون ها کاربر اینترنت عکاسی دیجیتال، مجلات و کتاب های on-demand، موسیقی جریانی و هزاران برنامه کاربردی WebOS برای تلفن های موبایل را فراهم کرده است. قدم بعدی، ساخت و توسعه یک زیرساختار اَبر ایمن و مقیاس پذیر با استفاده از سرورها، ابزار ذخیره سازی، شبکه ها و ابزار کلاینتی مثل چاپ گرها، PC ها و تلفن های سیار است. این همگرایی سرویس ها و ابزار، اساس نسل بعدی ابزار متصل را تشکیل خواهد داد که کارآیی فوق العاده زیادی را با هزینه ای نسبتاً اندک فراهم می کند و تجربه کاربر را ارتقاء می بخشد و تعامل ها را به منظور پشتیبانی از دسترسی شخصی شده به اطلاعات و سرویس ها در همه جا و در هر زمان تسهیل می کند.

زیرساختار به عنوان یک سرویس
 

همان گونه که شکل (1) نشان می دهد، زیرساختار به عنوان یک سرویس، هم ذخیره سازی و هم سرویس های کامپیوتری را عرضه می کند. نوعاً، سرویس های کامپیوتری نمونه هایی از ماشین مجازی را که بر روی آن ها مشتزیان می توانند تمام نرم افزارهای مورد نظر خود را نصب و اجرا کنند ارائه می کند. سرویس های ذخیره سازی به دلیل روش های متعدد و متنوعی که فراهم کننده می تواند سرویس ها را به برنامه های کاربردی نظیر block device، سیستم های فایل و بانک های اطلاعاتی و تمام واریاسون های آن ها ارائه کند بسیار پیچیده تر هستند.

سرویس های کامپیوتری مقیاس پذیر
 

زیرساختار کامپیوتری در حال پشت سر گذاشتن انقلابی است که یکی از مشخصه های آن دیتاسنترهای بزرگ با میلیون ها کاربری که به هزاران سرور دسترسی دارند، است. بدیهی است که چنین دیتاسنترهایی نمایان گر چالش های منحصر به فردی برای طراحی سرویس هستند و توانایی مقیاس کردن پیکره بندی های سرور نیز یک نیاز بسیار مهم و حیاتی به شمار می رود. زیرساختار دیتاسنتر، شامل پاور و خنک کنندگی می تواند یکی از بزرگ ترین هزینه های عملیاتی برای کمپانی های ارائه دهنده خدمات اَبر باشد که انگیزه تمرکز بر قیمت گذاری sweet spot of commodity و کارآیی انرژی را تقویت می کند.
علاوه بر این، نوآوری های پُشته نرم افزاری (software stack)، نظیر ذخیره سازی مقیاس پذیر، امکان کشف روش های بدیعی که دیتاسنترهای اَبر را مد نظر دارد، فراهم می آورد. به عنوان بخشی از تحقیقی که بر روی دیتاسنترهای فوق العاده بزرگ انجام دادیم، ما روش های اندازه گیری و workload هایی را برای به کارگیری در ایجاد و تحلیل ساختارهای سیستمی جدید که برای اَبر بهینه شده اند توسعه دادیم.
شکل (2)، ساختارmicroblade و megaserver ما را که برای ابر بهینه شده است، نشان می دهد. Microbladeها، بلاک های ماژولار و باصرفه ای متشکل از سرورها هستند که طراحان برای ساخت megaserverها - محیط های بزرگ و قدرتمند کامپیوتری - از آن استفاده می کنند. ویژگی های این سیستم ها شامل بلیدهای کامپیوتری که از پردازنده های embedded/mobile و حافظه های بلید که از حافظه فلش پایدار استفاده می کنند، می شود. این روش، یک memory pool ثانویه و بسته بندی فیزیکی که برای پاور و خنک کنندگی بهینه سازی شده است، فراهم می آورد. البته، نتایج ارزیابی نشان می دهد که microblade ها و megaserverها می توانند در مقایسه با تکنولوژی فعلی، کارآیی انرژی را بین 4تا6 برابر افزایش دهند.
هدف شِمای مدیریت انرژی cross-layer ما کارآیی انرژی را نیز مد نظر دارد. اغلب راه حل های بهینه سازی انرژی بر بهینه سازی طراحی سیستم های منفرد متکی هستند و رفتارهای حاصل از چنین مجموعه ناهماهنگی، نه پایدار و نه صحیح است. یک روش بسیار مؤثرتر، ایجاد یک چارچوب انعطاف پذیر و توسعه پذیر که به منظور به حداقل رساندن نیاز به تبادل جهانی اطلاعات و اَربیتراسیون نیاز دارد است.
از طریق همکاری با دانشمندان کامپیوتر، مهندسان مکانیک گرمایی و متخصصان مهندسی کنترل،HP طرحی را توسعه داده که به مسائل مربوط به این نیاز به همکاری می پردازد. این ایده عبارت است از اتصال و overload بسیار حساب شده abstaractionها در روش فعلی به شکلی که کنترلرکننده منفرد بتوانند به روشی مشابه با بروز عکس العمل به واریاسیون های موجود در تقاضای بار کاری به تأثیر سایر کنترکننده ها عکس العمل نشان دهند و با واکنش آنان آشنا شوند. به علاوه، این نوع طراحی امکان یک تحلیل ریاضی رسمی از پایداری و انعطاف پذیری در برابر تغییرات دینامیک در کنترلرها و محیط های سیستمی را فراهم می کند.
HP به کار خود در زمینه بررسی نسل بعدی بار کاری دیتاسنترها و پشتیبانی از زیرساختارهای نوین ادامه می دهد. ظهور حافظه های پایدار نظیرmemristorها در کنار پیشرفت های انجام گرفته در حوزه پردازش چند هسته ای فرصت های جالب توجهی برای ایجاد طراحی های جدید مثل nanostoreها که می توانند کارآیی و بازدهی انرژی بسیار بهتری ایجاد کند فراهم می آورد. چنین پیشرفت هایی در ساختارهای سیستمی آینده مسیر را برای استفاده از برنامه های کاربردی که در گذشته امکان استفاده از آن ها وجود نداشت هموار می کند و امکان ایجاد یک نسل پیشرفته تر از دیدگاه ها را برای منابع داده ای گوناگون فراهم می کند.

سرویس های ذخیره سازی مقیاس پذیر
 

مشکلات اساسی مرتبط با ساخت و ایجاد هر نوع سیستم ذخیره سازی بر مبنای ابر، عبارت است از قابلیت اطمینان، مقایس پذیری و به صرفه بودن از نظر هزینه ها. ما اعتقاد داریم که قابلیت اطمینان (که هر دو حوزه دوام داده ها و در دسترس بودن آن ها را در بر می گیرد) اصلی ترین کیفیتی که کاربران از هر سیستمی انتظار دارند به شمار می رود. هر جا که یک سرویس مبتنی بر ابر غیرقابل دسترسی شود یا داده های خود را از دست بدهد سریعاً به صدر اخبار تبدیل خواهد شد زیرا این سرویس برای بسیاری از کاربران و فعالیت های تجاری اهمیتی حیاتی دارد. عوامل تشکیل دهنده این مشکلات شامل تعداد شکست ها یا عدم موفقیت در رسیدن به اهداف مقیاس پذیری یا صرفه اقتصادی نظیر سیستم های ذخیره سازی که از کلاسترهایی که سرورها، دیسک درایوها و شبکه هایی که در چندین دیتاسنتر پراکنده هستند را تشکیل می دهند. این عدم موفقیت ها می تواند از دیسک های منفرد و node failureها، زیرساختار شبکه، توزیع نامناسب پاور و حتی سناریوهای مربوط به بروز فاجعه که ممکن است باعث غیرقابل استفاده شدن کامل یک دیتاسنتر شود، ناشی شود. به منظور اطمینان از قابلیت اعتبار سیستم، باید data redundancy کافی برای فعال سازی بازیابی در صورت بروز هر یک از این اشکالات وجود داشته باشد.
تئوری دسترسی یکپارچه، Partition-Tolerant که توسط Eric Brewer بیان شده سه مشخصه ای که توسعه دهندگان سیستم توزیع شده باید به آن توجه کنند را مشخص می کند: یکپارچه گی، در دسترس بودن (آیا می توانم به داده هایم دسترسی داشته باشم) و partition tolerance (آیا سیستم من قادر است از پس یک تقسیم ناگهانی به چندین بخش برآید؟). این تئوری اساساً معتقد است که یک سیستم توزیع شده فقط می تواند دارای دو تا از این سه مشخصه باشد.
به دلیل اهمیت بسیار زیاد در دسترس بودن، بسیاری از سیستم های مبتنی بر ابر، برای این مشخصه بهینه سازی می شوند. بخشی اساسی از تحقیق ما بر روی تعریف و کمی سازی قابلیت حفظ یکپارچه گی و یکنواختی سیستم ذخیره سازی انجام گرفته است. یک سیستم ذخیره سازی باید بتواند تحت شرایط عملیاتی مختلف انواع گوناگونی از یکنواختی را فراهم کند.
تکثیر داده ها و تهیه کپی روش سنتی دستیابی به قابلیت اطمینان است اما نیاز به تکرار این کار هزینه ذخیره سازی سیستم را افزایش می دهد. تحقیق ما در چندین سال گذشته بر طراحی و ساخت نمونه اولیه سیستم های ذخیره سازی مقیاس پذیر برای ابر متمرکز بوده است. هدف ما برای این تحقیق، بلندپروازانه است. بیش از 1 اگزابایت دیتا در دیتاسنترهای توزیع شده در مناطق مختلف جغرافیایی، 99.999 درصد قابلیت در دسترس بودن، حفظ کامل و صد در صد داده ها و هزینه اندک.
با در نظر گرفتن تمام این اهداف، ما سیستمی را توسعه داده ایم که از ذخیره سازیerasure-coded با سمانتیک های یکنواختی که داده ها را در فرگمنت های n=k=m کد گذاری می کند و به سیستم اجازه می دهد از هر k fragmentی برای بازیابی شی بهره برداری کند استفاده می کند.
شکل (3)، erasure-coding مربوط به تکثیر سه راهی را نمایش می دهد. با استفاده از 4 تا از12 erasure-code در بخش a از شکل(3)، سیستم می تواند از هر یک از چهار 12 فرگمنت برای بازتولید داده ها استفاده کند. این کد گذاری وقتی در سطح 2 دیتاسنتر گسترش پیدا کند می تواند از دست دادن 8 فرگمنت_کل دیتاسنتر _ و دو فرگمنت در دیتاسنتر دوم را جبران کند.
اگرچه erasure-encoding به کارگیری سیستم را کمی دشوار می کند مزایای برخورداری از قابلیت اطمینان بیش تر به داده ها با هزینه کم تر بر این پیچیدگی ها غلبه می کند. علاوه بر این ها، کاربران سیستم با مشخص کردن یک کد گذاری خاص، می توانند در مورد یک گزینه اطمینان پذیری هزینه/ظرفیت تصمیم گیری کنند. به عنوان مثال، در حالی که یک کاربر می تواند گزینه ذخیره سازی موقت را انتخاب و به راحتی داده ها را با حداقل redundancy و هزینه باز تولید کند؛ کاربر دیگر می تواند برای اطمینان پذیری کامل، گزینه آرشیو نمودن داده ها را انتخاب نماید.
نقطه ضعف چنین روشی در این است که erasure coding در نهایت پروتکل های مورد نیاز برای تصحیح رفتار را پیچیده می کند، بنابراین یکی از چالش های اصلی ما، مشخص نمودن پروتکل های erasure-coded مؤثر بود. ما مجبور بودیم از تصحیح و در دسترس بودن نوشتن های جزئی و بازیابی بعد از storage node crashها اطمینان حاصل کنیم.
تا جایی که ما می دانیم، سیستم ما اولین نمونه در این زمینه است. روش اصلی ما بر ایجاد یک شمای ذخیره سازی key-value که در آن یک مقدار، یک رشته arbitrary از بایت هایی را که ارائه دهنده شیئی که قرار است ذخیره شود، متکی است. عملکردهای ریشه ای برای چنین سیستمی (key,value) یک مقدار را به یک کلید اختصاص می دهد؛ enumerate می کند (مقدار اختصاص یافته را بازیابی می نماید) و آن را حذف می کند (یک شی و مقدار آن را از سیستم بر می دارد). این عملیات، مجموعه ای اساسی را تشکیل می دهد که تحقیقات آتی ما به تکثیر غنای اینترفیس های برنامه نویسی کاربردی توسعه پیدا خواهد کرد.
ما برای تست نمونه اولیه سیستم خود، یک چارچوب کاربردی که تست کد در هر دو محیط بازسازی شده و در سخت افزار واقعی را فعال می کند توسعه دادیم. ما از این چارچوب برای ارزیابی سیستم در گستره وسیعی از موقعیت های failure شامل پارتیشن ها، 50 درصد از packet loss اتفاقی، disk failureها، node failureها و rack failureها استفاده کردیم.
درتمامی این موارد سیستم، در دسترس بودن خود را حفظ کرده است.

پلتفرم به عنوان یک سرویس
 

ارائه یک پلتفرم به عنوان یک سرویس به معنای فراهم نمودن یک زیر ساختار cloud computing در سطح تجاری است_سرویسی که کیفیت را در زمینه امنیت، جداسازی و کارآیی زیرساختارهای مجازی سازی شده ای که تولید و مدیریت می کند تضمین می نماید. با در نظر گرفتن یک زیرساختار فیزیکی از گره های کامپیوتری، ابزار ذخیره سازی و شبکه هایی که به یکدیگر متصل هستند، نیاز اساسی به وجود آوردن تامین کنندگانی با توهم یک زیرساختار منحصر به فرد و ایمن است که در عین پشتیبانی از تمام نیازهای امنیتی قادر باشد از همه کاربران پشتیبانی به عمل آورد. علاوه بر این، یک سرویس زیرساختار باید از مجموعه ای از کیفیات تجاری شامل حریم خصوصی و امنیت، کیفیت و کارآیی سرویس، انعطاف پذیری، مقیاس پذیری و مقاومت در برابر failure پشتیبانی کند.
به منظور فراهم نمودن انعطاف پذیری در داخل چنین زیرساختارهای مجازی، سیستمی که بر روی ابر اجرا می شود باید قادر باشد به منظور فائق آمدن بر تغییرات بارِ کاری، استفاده از منابع خود را بالا و پایین کند. تامین کنندگان سرویس به دلایل متعددی از جمله کنترل هزینه ها به دنبال محدود کردن چنین مقیاس پذیری هستند. در نتیجه چنین کاری، هر زیرساختاری باید دارای مکانیزم های out-of-band امنی باشد تا تامین کنندگان سرویس بتوانند محدویت هایی بر روی تغییراتی که مدیریت اتوماتیک شده زیرساختار باید تقویت کند ایجاد نمایند.
زیرساختار همچنین باید به سرویس های ابر اجازه دهد امنیت و کارآیی را از هم جدا کنند و داده و اطلاعات حساس خود را در مقابل سایر سرویس ها محافظت نمایند و صرف نظر از این که سایر سرویس ها چگونه یک زیرساختار را به اشتراک می گذارند کارآیی را تضمین نمایند. در نهایت، مدیریت سرویس و مدیریت زیرساختار باید از هم جدا شوند تا سرویس ها نتوانند با عملکرد های مدیریت زیرساختار تداخل کنند.
با این نوع جداسازی مدیریت زیرساختار و مدیریت سرویس، باید یک جداسازی واضح و روشن بین طرف های درگیر در این فعالیت وجود داشته باشد تا به منظور حذف رفتارهای غیرمنتظره سرویس بتوانند در مورد سیاست های مرتبط با بازیابی خرابی و کیفیت سرویس تصمیم گیری نمایند. در نتیجه سرویس زیرساختاری باید بتواند مکانیزم هایی برای تامین کننده محتوا ایجاد کند تا سیاست ها را به درون سرویس زیرساختاری وارد کند تا قادر باشد به اهداف خود دست پیدا کند.
به منظور برآورده نمودن چنین اهدافی، ما از یک روش سلول ها به عنوان یک سرویس که کلاسی از سرویس های زیرساختاری مجازی سازی شده که کاربر در آن توپولوژی ماشین های مجازی، ذخیره سازی مجازی بلاک و شبکه سازی مجازی مورد نظر خود را تعریف می کند استفاده کردیم. سرویس زیرساختار مسئولیت ایجاد یک نمونه (instance) از آن توپولوژی را به عهده دارد و این توپولوژی باید بر مجموعه ای از محدودیت ها، نظیر کیفیت سرویس و الگوهای ارتباطی مجاز فائق آید.

سلول ها به عنوان یک سرویس
 

روش سلول ها به عنوان یک سرویس بر اساس مفهوم اصلی یک سلول بنا شده است. سلول ها در بردارنده ماشین های مجازی (VMها)، والیوم های ذخیره سازی، و subnetها که همگی به عنوان عناصر مدل سلولی تعریف می شوند، هستند. این مدل درعین حال چگونگی اتصال این اجزا به منظور ایجاد زیرساختار مجازی را نیز توضیح می دهد.

نرم افزار به عنوان یک سرویس
 

Web2.0 و اَبر، منجر به ظهور و گسترش کلاس جدیدی از سرویس هایی که جمعیت زیادی را به هم مرتبط می کند شده اند. HP با تلفیق جامعه شناسی، اقتصاد و علوم کامپیوتری قصد دارد مدل ها، روش ها و تکنولوژی هایی را برای همگرایی جریان علائق مشترک و ایجاد جامعه ای هوشیار و سیار خلق کند. هدف نهایی، به وجود آوردن یک فعالیت تجاری سیال است که هوش و خرد جمعی را برای کاربردهای متعدد، از پیش بینی آینده گرفته تا اختصاص منابع، capture کند.
برخی از پروژه های ما در این حوزه عبارتند از ePrint,Rankr,i-Catcher و Watercooler.
منبع: بزرگراه رایانه، شماره ی 140