Mi az a felhő alapú informatika és a GRID? Jó tudni rovat..

Ha eddig csak annyit tudtunk a felhőkről, hogy valami titokzatos új adattárolási formával kapcsolatos, most végre 1 cikkből minden egyébre is fény derülhet.Tamás Ferenc pedagógus, informatikus segít megismerni a felhő alapú szolgáltatások jellemzőivel, előnyeivel, típusaival, hogy ne jöhessünk olyan kellemetlen helyzetbe, melyben gyermekeink, vagy diákjaink leköröznek minket informatikai tudás tekintetében.

2017-11-10

Napjaink egyik slágertémája a Cloud Computing, azaz a felhő alapú informatika. De mi is ez? Bár több különféle felhő alapú szolgáltatást különböztetünk meg, de ezek lényege közös: az igénybe vett szolgáltatásokat nem a helyi hardvereszközökön üzemeltetik, hanem a szolgáltató eszközein elosztva. Gyakorlatilag a felhasználónak teljesen mindegy, hogy hol is vannak ezek az adatok, ő csupán akkor és ott szeretne hozzájutni az adataihoz, ahol és amikor szeretne.

Hasonlítsuk össze a hagyományos webes szolgáltatásokat a felhő alapúakkal!

A hagyományos szolgáltatások (pl.: web, FTP, levél, helyi szerverek, stb.) mindig egy adott szerveren tárolják a fontos adatokat. Ha ez a szerver meghibásodik, vagy valami hiba lép fel az oda-vissza kapcsolatban, akkor a szolgáltatás nem lesz elérhető és azonnal hibaüzenetet kapunk. Ellentétben a felhő alapú szolgáltatások esetén a felhasználó számára lényegtelen, hogy hol is van a távoli elérést nyújtó szerver, mivel ez csupán a felhő-szolgáltatást nyújtó cég dolga. Szintén a szolgáltató cég dolga az is, hogy megfelelő hozzáférést nyújtson az ott tárolt adatok/szolgáltatások felé. Ha a felhő alapú szolgáltatást nyújtó szerver meghibásodik, akkor a cloud-szolgáltató dolga, hogy az eleve megfelelő redundanciával megoldott tárolása technikája segítségével mihamarabb helyettesítse a meghibásodott egységet anélkül, hogy ezt a felhasználó bármilyen módon észlelné. Egy megfelelő cloud-szolgáltatónál lévő felhasználó mindössze annyit vesz észre a hardver-meghibásodásból, hogy a megszokott elérése egy kicsit lelassult.

A felhő-alapú szolgáltatások előnyei

– Redundáns adattárolás: ha valamelyik hardver-eszköz (pl.: merevlemez) meghibásodik, akkor az adatok továbbra is biztonságban vannak és azonnal rendelkezésre állnak.

– Dedikált erőforrások használata: a legújabb felhő-alapú szolgáltatási modell biztosítja, hogy az igénybe vevő cég kizárólagos jelleggel rendelkezhet a megfelelő tárolási hellyel, CPU-val, illetve memóriával.

– Költségkímélés: Különösen kis cégek számára előnyös, mivel nekik így nem kell maguknak megvenni az időnként méregdrága hardver-eszközparkot, hanem simán kibérelhetik ezt egy felhő-szolgáltatást nyújtó partnercégtől. Ráadásul a felhő igénybevételével megoldhatók a frissítések is, mivel ezt általában a szolgáltatást nyújtó cég végzi!

– Nincs egyetlen (kritikus) meghibásodási pont: a szolgáltatás egyik lényeges eleme, hogy minden egyes adatot redundánsan kell tárolni, tehát nem veszhet el semmilyen adat egy hirtelen meghibásodáskor. Magyarul: nincs kritikus adatvesztés sem hardveres, sem szoftveres probléma felléptekor.

– Hatékony erőforrás-használat: mivel az igénybe vett felhő méretei igen széles határok között skálázhatók, ezért az igénybe vevő cégnek csak annyit kell fizetnie, amit ténylegesen igénybe vesz. Tehát nincs felesleges számlázás.

– Helyfüggetlen: a cég munkatársai bárhol rácsatlakozhatnak a megszokott szerverükre, csupán az internet-kapcsolatot kell létrehozni és máris minden céges adathoz és dokumentumhoz hozzáférhetnek. Az igénybe vevő számára lényegtelen, hogy a felhő konkrétan hol is van eltárolva!

– Biztonság: minden cloud-felhasználó létrehozhat egy megfelelően elszigetelt, illetve biztosított kis privát részleget, ahol csak az ő személyes adatai lehetnek. A megfelelő felhő-szolgáltató választása esetén ez a saját adatok 100%-os biztonságát jelenti! Például web-hoszting szolgáltatás esetén a felhőt használó user (szimulációban) létrehozhat egy dedikált szervert, amivel biztosíthatja a megszokott web-szerver szolgáltatásokat a megfelelő biztonsági protokollok felügyeletével; ellenben a hagyományos dedikált szerverek árának töredékéért!

Típusai (szolgáltatások szerint)

– Tárhely szolgáltatás: (Storage as Service) A legegyszerűbb felhő alapú szolgáltatás. Egy egyszerű klienssel bárki rácsatlakozhat a felhőre és pl. a saját gépén levő anyagokkal szinkronizálhatja a felhőben lévő anyagait. Így megoldható az is, hogy valaki a munkahelyén elkezd egy dokumentumot szerkeszteni, majd otthon befejezi, de közben nem bajmolódik semmilyen adatátviteli eszközzel (e-mail, pendrive, stb.), hanem egyszerűen még a munkahelyén feltölti a privát felhőjébe, amit aztán az otthoni gépén szinkronizál, így a dokumentum szerkesztését folytathatja. Másnap aztán a munkahelyén megint a felhő-kliens szinkronizálása után már a legújabb verzió áll rendelkezésére. Gyakorlati példák – 2017. márciusi ingyenes méretekkel: Microsoft OneDrive (max. 5 GB), Dropbox (max. 2 GB), Apple iCloud (max. 5 GB), OwnCloud (max. 5 GB).

Nézzünk példát egy fizetés verzióra is! A Microsoft OneDrive egyszemélyes verziója 50 GB tárhelyet biztosít 540 Ft/hó áron, de az Office 365-tel kínált 1 TB-os tárhely 2099 Ft/hó áron is hozzáférhető.

– Szoftver szolgáltatás: (Software as Service) Egy szoftver nyújt szolgáltatásként. Ezek általában online hozzáférhetőek, többnyire a megszokott böngésző segítségével HTTP protokollon keresztül. A felhasználó bejelentkezése után a böngésző letölti a megfelelő adatokat és a szoftvert azonnal rendelkezésre bocsájtja. Példák: Microsoft Office 365, Google Docs, Netsuite.

– Platform szolgáltatás: (Platform as Service) Az alkalmazás üzemeltetéséhez szükséges erőforrásokat biztosítja a felhő-szolgáltató, megfelelő terheléseloszlással és feladatátvétellel, kezelőfelülettel, továbbá ezek megfelelő gyakoriságú biztonsági frissítéseivel. Példák: Google App Engine, OpenShift, Microsoft Azure, ArubaCloud.

– Infrastruktúra szolgáltatás: (Infrastructure as Service) Virtuális szerver biztosítása megfelelő tárhellyel, hálózati kapcsolattal, számítási kapacitással, stb. Példák: Amazon CE2, Google Compute Engine.

Típusok (hozzáférhetőség alapján)

– Publikus felhő: mindenki számára nyitott, szabadon hozzáférhető szolgáltatás, melyben az ügyfeleket a szolgáltató saját eszközállományával szolgálja ki. (tárhely, hálózat, számítási kapacitás). Itt kiemelten fontos az egyes ügyfelek megfelelő izolálása. Egyre több szolgáltató nyit privát szolgáltatást nyújtó felhőt oly’ módon, hogy az alapszolgáltatásokat korlátozott tárhellyel ingyen ajánlja, de a magasabb szintű szolgáltatásokért már fizetni kell. Példák: Microsoft OneDrive, Dropbox, Google Drive.

– Privát felhő: Saját vagy bérelt erőforrásokon lehet privát felhőt is kiépíteni. Például egy cégnél így nem kell beállítani egy dedikált szervert, hanem a meglévő gépek kapacitását kihasználva lehet felhőt létrehozni. Példák: VMware vSphere, CloudStack, oVirt, OpenNebula.

– Hibrid felhő: a publikus és a privát felhő kombinációja. Ez megfelelő elegendő szolgáltatást nyújt megfelelő tárhellyel és biztonsági megoldásokkal.

GRID

A GRID (elosztott számítások) egy változata; gyakorlatban a felhő alapú informatika továbbgondolása. Lényege: több kisebb teljesítményű hagyományos számítógép összekötése a nagyobb közös teljesítmény érdekében. Vegyünk egy példát!

Legyen adott egy óriási feldolgozandó adathalmaz, például egy emberi vírussal kapcsolatos számításhalmaz! Ez egy hagyományos egy CPU-s gépnek több százezer munkaórába telne. Az egyik lehetséges megoldás, hogy egy szuperszámítógépet veszünk erre igénybe. Ez sok CPU-val rendelkezik, a hagyományos PC-khez képest több ezerszeres teljesítménnyel, így pár tucat óra alatt végez a feldolgozással, ám a gép ára iszonyú húzós! Ellenben egy GRID-megoldással a számítási igényeket elosztjuk több ezer PC között, amelyek közül minden CPU az éppen üres idejében számolja a neki kiosztott mennyiséget, majd az interneten visszaküldi a központi egységnek. Ide nem kell méregdrága számítógép, csak egy olyan program a központi gépen, amelyik megfelelő szeletekre osztja fel a számításokat, majd ezeket szétküldi és visszaérkezés után megint összerakja. Így csak az egyébként fillérekbe kerülő internet-kapcsolatot kell kifizetni!

A nemzetközi GRID-megoldások óriási előnye, hogy a földrajzi különbségeket is kihasználja! Például amíg az USÁ-ban dolgoznak, addig Európában már esteledik, így a gépek többnyire kihasználatlanok. Viszont a GRID-ek egyik hátránya, hogy a benne részt vevő számítógépek nem mindegyike hajtja végre pontosan a kapott számítási csomagot, esetleg az egyes csomagokat direkt meghamisítják a kliens gépek tulajdonosai.

Történelmileg a GRID-ek egyik őse az 1997-ből eredő SETI@Home projekt volt, amivel a földönkívüli intelligencia esetleges rádiójeleinek kutatásában segítettek a részt vevő gépek tulajdonosai. Az eredeti koncepciót az 1990-es évek elején Ian Foster és Carl Kesselman alkotta meg, miszerint a klasszikus elektromos hálózathoz hasonló számítógép-architektúrát kell létrehozni, melyben nem csupán a tárhelyet, hanem a CPU-kat, a számítási teljesítményt, hanem a hálózati adatforgalmat és minden egyéb eszközt megosztanak.

Hogyan működik a GRID?

Az alapvető fontosságú program, az egész rendszer életben tartója az úgynevezett köztes program, a „middleware”. Ez fogadja a számítási megrendeléseket a feladóktól, felosztja csomagokra és hozzárendeli a szükséges erőforrásokat is. Aztán fogadja az erőforrásaikat felajánló bejelentkező klienseket, akiknek kiosztja a neki megfelelő csomagokat, majd ellenőrzi a végrehajtást. Ezek felett számláz, könyvel, nyilvántart, stb.

A jelenlegi GRID-ek nagy része teljesen önkéntes. Gyakorlatilag azt használja ki, hogy a felhasználók egy részénél a hivatali időben bekapcsolt asztali számítógépen többnyire a képernyővédő vagy csak egy sima szövegszerkesztő üzemel, így a CPU „ráér”. Ekkor kapcsol be a kis asztali PC-kre elosztott GRID-es kliens. Amikor a felhasználó megint szeretné használni a PC-jét, akkor a kliens háttérbe vonul és hibernálja magát. Az állandó működésű szervekben pedig a zömében kihasználatlan éjjeli órákban van a GRID-es adatfeldolgozás nagy ideje.

GRID-ek fajtái

– Vállalati/Céges grid-ek (Enterprise grid): egy adott cégen belüli számítógépek grid-je. Például: Google kereső.

– Önkéntes grid-ek (Volunteer grid): a nagy közösbe ellenszolgáltatás nélkül beajánlott pc-k közössége. Például: SETI@Home, MultiCluster, http://fightaidsathome.scripps.edu/ – Aids gyógyszer szimulációk, http://boinc.bakerlab.org/ – gyógyszerészeti modellezés, Compute against Cancer – Kemoterápiás szimulációk, http://www.einsteinathome.org/ – gravitációs hullámok keresése, IBM Volunteer GRID,

– Tudományos grid-ek (Science grid): nagyobb kutatóintézetek, egyetemek, számítógépközpontok rendszere. Például: az emberi géntérkép (és hibáinak) grid-je, EU DataGrid, nagyenergiás fizikusok grid-je, CERN-LHC grid, EGI – európai közös tudományos GRID, BOINC – Berkeley Open Infrastructure for Network Computing, Folding@Home, MilkyWay@Home, GIMPS – Great Internet Mersenne Prime Search.

– Nemzeti grid-ek (National grid): egy adott ország összekapcsolt erőforrásainak hálózata. Például: India, Thaiföld, Írország, Olaszország, Magyarország.

Példa egy GRID sikerére: Madárinfluenza

Az EGEE nevű grid-et használták, hogy a madárinfluenza elleni 300.000 lehetséges hatóanyag közül meghatározzák a legnagyobb eséllyel alkalmazhatókat. 2000 számítógép 60 intézetben (Oroszország, Európa, Taiwan, Izrael, stb…) számolt 4 héten át. Ez egy számítógépnek 100 évébe telt volna. Lehetséges ellenszereket sikerült azonosítani!