اکوسيستم سيار بودن/ابر (mobility/cloud ecosystem)، به تحويل زير ساختار، پلتفرم ها، و نرم افزار به عنوان يک سرويس کمک مي کند و افراد بيش تري را قادر مي کند تا از دسترسي فراگير به اطلاعات استفاده کنند. اوج 10 سال تحقيق در اين زمينه موجب همگرايي برنامه هاي کاربردي on-demand با زيرساختار (سرورها، ذخيره سازي، شبکه ها و ابزار کلاينت)، به منظور پشتيباني از cloud computing شده است.
يک مشتري در سانفرانسيسکو به دنبال آدرس يک رستوران خاص مي گردد، فرد ديگري در پاريس که يک فعاليت تجاري کوچک را اداره مي کند، قيمت پارچه در بنگلور را چک مي کند، و يک مدير مالي در لندن در خصوص گرايش هاي بين المللي بازار بورس تحقيق مي کند. براي هر يک از اين افراد، اطلاعاتي که در لحظه تصميم گيري نياز دارند براي توسعه ديدگاه هايي که مي تواند منجر به بهترين نتيجه ممکن شود از اهميت حياتي برخوردار است.
افراد اندکي هستند که با مفهوم که اطلاعات يکي از مهم ترين منابع قرن بيست و يکم است و نيازي جهاني و سيري ناپذير براي تحويل بلادرنگ اطلاعات وجود دارد، مخالفتي داشته باشند. اين مسائل موتور محرکه استراتژي HP براي همگرايي cloud computing و ابزار شخصي موبايل بوده است. نتيجه اين کوشش و تلاش که به مدت يک دهه بر روي آن کار شده mobility/cloud ecosystem (اکوسيستم سيار/ابر)است که تحويل تجربيات شخصي شده از طريق يک زيرساختار مقياس پذير و ايمن را تعهد مي کند.
در سال هاي اخير صنعت تکنولوژي اطلاعات طراحي سيستم هاي cloud computingي که همه چيز؛ از منابع گرفته تا تعامل هاي شخصي را به شکل يک سرويس تحويل مي دهد، آغاز کرده است.
Morgan Stanley اعتقاد دارد که اينترنت موبايل آينده، 10 برابر بزرگ تر از اينترنت دسک تاپ خواهد بود و بيش از 10ميليارد وسيله، از تلفن هاي هوشمند تا دستگاه هاي بي سيم خانگي را به يکديگر متصل خواهد کرد. در نتيجه دسترسي به اطلاعات به اندازه دسترسي به برق، فراگير خواهد شد.HP و تيم هاي بزرگي از مشتريان و شرکاء در حال کوشش براي تغيير شکل economies of scale (صرفه جويي مقياس: فرآوري زياد که با ازدياد فروش و کم شدن قيمت همراه است) به افزايش قابل توجه جمعيتي که مي توانند از اطلاعات اقتصادي بهره برداري کنند هستند.
حوزه اين تحقيق براي دستيابي به اين هدف، هم گسترده و هم عميق است و هدف نهايي آن تحويل:
*تکنولوژي هايي براي سرورها، ذخيره سازي، شبکه سازي و مديريت IT است که بتواند زيرساختار را به شکل يک سرويس تحويل دهد؛
*تکنولوژي هايي براي يک زيرساختار اشتراکي اَبر که امنيت کافي براي تجارت، مقياس پذيري و کيفيت سرويس را به منظور تحويل پلتفرم ها به عنوان يک سرويس فراهم مي کند؛
*سرويس هاي تجاري و فردي کاملاً بديع را براي اَبر و به منظور تحويل نرم افزار به عنوان يک سرويس فراهم مي کند.
سيستم عامل هاي مدرن موبايل نظير Palm WebOS در تلفيق با توانايي تحويل اقتصادي ايمن و مقياس پذير منابع کامپيوتري on demand امکان تحقق اين ايده را فراهم مي کنند.HP از قبل براي ميليون ها کاربر اينترنت عکاسي ديجيتال، مجلات و کتاب هاي on-demand، موسيقي جرياني و هزاران برنامه کاربردي WebOS براي تلفن هاي موبايل را فراهم کرده است. قدم بعدي، ساخت و توسعه يک زيرساختار اَبر ايمن و مقياس پذير با استفاده از سرورها، ابزار ذخيره سازي، شبکه ها و ابزار کلاينتي مثل چاپ گرها، PC ها و تلفن هاي سيار است. اين همگرايي سرويس ها و ابزار، اساس نسل بعدي ابزار متصل را تشکيل خواهد داد که کارآيي فوق العاده زيادي را با هزينه اي نسبتاً اندک فراهم مي کند و تجربه کاربر را ارتقاء مي بخشد و تعامل ها را به منظور پشتيباني از دسترسي شخصي شده به اطلاعات و سرويس ها در همه جا و در هر زمان تسهيل مي کند.

زيرساختار به عنوان يک سرويس
 

همان گونه که شکل (1) نشان مي دهد، زيرساختار به عنوان يک سرويس، هم ذخيره سازي و هم سرويس هاي کامپيوتري را عرضه مي کند. نوعاً، سرويس هاي کامپيوتري نمونه هايي از ماشين مجازي را که بر روي آن ها مشتزيان مي توانند تمام نرم افزارهاي مورد نظر خود را نصب و اجرا کنند ارائه مي کند. سرويس هاي ذخيره سازي به دليل روش هاي متعدد و متنوعي که فراهم کننده مي تواند سرويس ها را به برنامه هاي کاربردي نظير block device، سيستم هاي فايل و بانک هاي اطلاعاتي و تمام وارياسون هاي آن ها ارائه کند بسيار پيچيده تر هستند.

سرويس هاي کامپيوتري مقياس پذير
 

زيرساختار کامپيوتري در حال پشت سر گذاشتن انقلابي است که يکي از مشخصه هاي آن ديتاسنترهاي بزرگ با ميليون ها کاربري که به هزاران سرور دسترسي دارند، است. بديهي است که چنين ديتاسنترهايي نمايان گر چالش هاي منحصر به فردي براي طراحي سرويس هستند و توانايي مقياس کردن پيکره بندي هاي سرور نيز يک نياز بسيار مهم و حياتي به شمار مي رود. زيرساختار ديتاسنتر، شامل پاور و خنک کنندگي مي تواند يکي از بزرگ ترين هزينه هاي عملياتي براي کمپاني هاي ارائه دهنده خدمات اَبر باشد که انگيزه تمرکز بر قيمت گذاري sweet spot of commodity و کارآيي انرژي را تقويت مي کند.
علاوه بر اين، نوآوري هاي پُشته نرم افزاري (software stack)، نظير ذخيره سازي مقياس پذير، امکان کشف روش هاي بديعي که ديتاسنترهاي اَبر را مد نظر دارد، فراهم مي آورد. به عنوان بخشي از تحقيقي که بر روي ديتاسنترهاي فوق العاده بزرگ انجام داديم، ما روش هاي اندازه گيري و workload هايي را براي به کارگيري در ايجاد و تحليل ساختارهاي سيستمي جديد که براي اَبر بهينه شده اند توسعه داديم.
شکل (2)، ساختارmicroblade و megaserver ما را که براي ابر بهينه شده است، نشان مي دهد. Microbladeها، بلاک هاي ماژولار و باصرفه اي متشکل از سرورها هستند که طراحان براي ساخت megaserverها - محيط هاي بزرگ و قدرتمند کامپيوتري - از آن استفاده مي کنند. ويژگي هاي اين سيستم ها شامل بليدهاي کامپيوتري که از پردازنده هاي embedded/mobile و حافظه هاي بليد که از حافظه فلش پايدار استفاده مي کنند، مي شود. اين روش، يک memory pool ثانويه و بسته بندي فيزيکي که براي پاور و خنک کنندگي بهينه سازي شده است، فراهم مي آورد. البته، نتايج ارزيابي نشان مي دهد که microblade ها و megaserverها مي توانند در مقايسه با تکنولوژي فعلي، کارآيي انرژي را بين 4تا6 برابر افزايش دهند.
هدف شِماي مديريت انرژي cross-layer ما کارآيي انرژي را نيز مد نظر دارد. اغلب راه حل هاي بهينه سازي انرژي بر بهينه سازي طراحي سيستم هاي منفرد متکي هستند و رفتارهاي حاصل از چنين مجموعه ناهماهنگي، نه پايدار و نه صحيح است. يک روش بسيار مؤثرتر، ايجاد يک چارچوب انعطاف پذير و توسعه پذير که به منظور به حداقل رساندن نياز به تبادل جهاني اطلاعات و اَربيتراسيون نياز دارد است.
از طريق همکاري با دانشمندان کامپيوتر، مهندسان مکانيک گرمايي و متخصصان مهندسي کنترل،HP طرحي را توسعه داده که به مسائل مربوط به اين نياز به همکاري مي پردازد. اين ايده عبارت است از اتصال و overload بسيار حساب شده abstaractionها در روش فعلي به شکلي که کنترلرکننده منفرد بتوانند به روشي مشابه با بروز عکس العمل به وارياسيون هاي موجود در تقاضاي بار کاري به تأثير ساير کنترکننده ها عکس العمل نشان دهند و با واکنش آنان آشنا شوند. به علاوه، اين نوع طراحي امکان يک تحليل رياضي رسمي از پايداري و انعطاف پذيري در برابر تغييرات ديناميک در کنترلرها و محيط هاي سيستمي را فراهم مي کند.
HP به کار خود در زمينه بررسي نسل بعدي بار کاري ديتاسنترها و پشتيباني از زيرساختارهاي نوين ادامه مي دهد. ظهور حافظه هاي پايدار نظيرmemristorها در کنار پيشرفت هاي انجام گرفته در حوزه پردازش چند هسته اي فرصت هاي جالب توجهي براي ايجاد طراحي هاي جديد مثل nanostoreها که مي توانند کارآيي و بازدهي انرژي بسيار بهتري ايجاد کند فراهم مي آورد. چنين پيشرفت هايي در ساختارهاي سيستمي آينده مسير را براي استفاده از برنامه هاي کاربردي که در گذشته امکان استفاده از آن ها وجود نداشت هموار مي کند و امکان ايجاد يک نسل پيشرفته تر از ديدگاه ها را براي منابع داده اي گوناگون فراهم مي کند.

سرويس هاي ذخيره سازي مقياس پذير
 

مشکلات اساسي مرتبط با ساخت و ايجاد هر نوع سيستم ذخيره سازي بر مبناي ابر، عبارت است از قابليت اطمينان، مقايس پذيري و به صرفه بودن از نظر هزينه ها. ما اعتقاد داريم که قابليت اطمينان (که هر دو حوزه دوام داده ها و در دسترس بودن آن ها را در بر مي گيرد) اصلي ترين کيفيتي که کاربران از هر سيستمي انتظار دارند به شمار مي رود. هر جا که يک سرويس مبتني بر ابر غيرقابل دسترسي شود يا داده هاي خود را از دست بدهد سريعاً به صدر اخبار تبديل خواهد شد زيرا اين سرويس براي بسياري از کاربران و فعاليت هاي تجاري اهميتي حياتي دارد. عوامل تشکيل دهنده اين مشکلات شامل تعداد شکست ها يا عدم موفقيت در رسيدن به اهداف مقياس پذيري يا صرفه اقتصادي نظير سيستم هاي ذخيره سازي که از کلاسترهايي که سرورها، ديسک درايوها و شبکه هايي که در چندين ديتاسنتر پراکنده هستند را تشکيل مي دهند. اين عدم موفقيت ها مي تواند از ديسک هاي منفرد و node failureها، زيرساختار شبکه، توزيع نامناسب پاور و حتي سناريوهاي مربوط به بروز فاجعه که ممکن است باعث غيرقابل استفاده شدن کامل يک ديتاسنتر شود، ناشي شود. به منظور اطمينان از قابليت اعتبار سيستم، بايد data redundancy کافي براي فعال سازي بازيابي در صورت بروز هر يک از اين اشکالات وجود داشته باشد.
تئوري دسترسي يکپارچه، Partition-Tolerant که توسط Eric Brewer بيان شده سه مشخصه اي که توسعه دهندگان سيستم توزيع شده بايد به آن توجه کنند را مشخص مي کند: يکپارچه گي، در دسترس بودن (آيا مي توانم به داده هايم دسترسي داشته باشم) و partition tolerance (آيا سيستم من قادر است از پس يک تقسيم ناگهاني به چندين بخش برآيد؟). اين تئوري اساساً معتقد است که يک سيستم توزيع شده فقط مي تواند داراي دو تا از اين سه مشخصه باشد.
به دليل اهميت بسيار زياد در دسترس بودن، بسياري از سيستم هاي مبتني بر ابر، براي اين مشخصه بهينه سازي مي شوند. بخشي اساسي از تحقيق ما بر روي تعريف و کمي سازي قابليت حفظ يکپارچه گي و يکنواختي سيستم ذخيره سازي انجام گرفته است. يک سيستم ذخيره سازي بايد بتواند تحت شرايط عملياتي مختلف انواع گوناگوني از يکنواختي را فراهم کند.
تکثير داده ها و تهيه کپي روش سنتي دستيابي به قابليت اطمينان است اما نياز به تکرار اين کار هزينه ذخيره سازي سيستم را افزايش مي دهد. تحقيق ما در چندين سال گذشته بر طراحي و ساخت نمونه اوليه سيستم هاي ذخيره سازي مقياس پذير براي ابر متمرکز بوده است. هدف ما براي اين تحقيق، بلندپروازانه است. بيش از 1 اگزابايت ديتا در ديتاسنترهاي توزيع شده در مناطق مختلف جغرافيايي، 99.999 درصد قابليت در دسترس بودن، حفظ کامل و صد در صد داده ها و هزينه اندک.
با در نظر گرفتن تمام اين اهداف، ما سيستمي را توسعه داده ايم که از ذخيره سازيerasure-coded با سمانتيک هاي يکنواختي که داده ها را در فرگمنت هاي n=k=m کد گذاري مي کند و به سيستم اجازه مي دهد از هر k fragmentي براي بازيابي شي بهره برداري کند استفاده مي کند.
شکل (3)، erasure-coding مربوط به تکثير سه راهي را نمايش مي دهد. با استفاده از 4 تا از12 erasure-code در بخش a از شکل(3)، سيستم مي تواند از هر يک از چهار 12 فرگمنت براي بازتوليد داده ها استفاده کند. اين کد گذاري وقتي در سطح 2 ديتاسنتر گسترش پيدا کند مي تواند از دست دادن 8 فرگمنت_کل ديتاسنتر _ و دو فرگمنت در ديتاسنتر دوم را جبران کند.
اگرچه erasure-encoding به کارگيري سيستم را کمي دشوار مي کند مزاياي برخورداري از قابليت اطمينان بيش تر به داده ها با هزينه کم تر بر اين پيچيدگي ها غلبه مي کند. علاوه بر اين ها، کاربران سيستم با مشخص کردن يک کد گذاري خاص، مي توانند در مورد يک گزينه اطمينان پذيري هزينه/ظرفيت تصميم گيري کنند. به عنوان مثال، در حالي که يک کاربر مي تواند گزينه ذخيره سازي موقت را انتخاب و به راحتي داده ها را با حداقل redundancy و هزينه باز توليد کند؛ کاربر ديگر مي تواند براي اطمينان پذيري کامل، گزينه آرشيو نمودن داده ها را انتخاب نمايد.
نقطه ضعف چنين روشي در اين است که erasure coding در نهايت پروتکل هاي مورد نياز براي تصحيح رفتار را پيچيده مي کند، بنابراين يکي از چالش هاي اصلي ما، مشخص نمودن پروتکل هاي erasure-coded مؤثر بود. ما مجبور بوديم از تصحيح و در دسترس بودن نوشتن هاي جزئي و بازيابي بعد از storage node crashها اطمينان حاصل کنيم.
تا جايي که ما مي دانيم، سيستم ما اولين نمونه در اين زمينه است. روش اصلي ما بر ايجاد يک شماي ذخيره سازي key-value که در آن يک مقدار، يک رشته arbitrary از بايت هايي را که ارائه دهنده شيئي که قرار است ذخيره شود، متکي است. عملکردهاي ريشه اي براي چنين سيستمي (key,value) يک مقدار را به يک کليد اختصاص مي دهد؛ enumerate مي کند (مقدار اختصاص يافته را بازيابي مي نمايد) و آن را حذف مي کند (يک شي و مقدار آن را از سيستم بر مي دارد). اين عمليات، مجموعه اي اساسي را تشکيل مي دهد که تحقيقات آتي ما به تکثير غناي اينترفيس هاي برنامه نويسي کاربردي توسعه پيدا خواهد کرد.
ما براي تست نمونه اوليه سيستم خود، يک چارچوب کاربردي که تست کد در هر دو محيط بازسازي شده و در سخت افزار واقعي را فعال مي کند توسعه داديم. ما از اين چارچوب براي ارزيابي سيستم در گستره وسيعي از موقعيت هاي failure شامل پارتيشن ها، 50 درصد از packet loss اتفاقي، disk failureها، node failureها و rack failureها استفاده کرديم.
درتمامي اين موارد سيستم، در دسترس بودن خود را حفظ کرده است.

پلتفرم به عنوان يک سرويس
 

ارائه يک پلتفرم به عنوان يک سرويس به معناي فراهم نمودن يک زير ساختار cloud computing در سطح تجاري است_سرويسي که کيفيت را در زمينه امنيت، جداسازي و کارآيي زيرساختارهاي مجازي سازي شده اي که توليد و مديريت مي کند تضمين مي نمايد. با در نظر گرفتن يک زيرساختار فيزيکي از گره هاي کامپيوتري، ابزار ذخيره سازي و شبکه هايي که به يکديگر متصل هستند، نياز اساسي به وجود آوردن تامين کنندگاني با توهم يک زيرساختار منحصر به فرد و ايمن است که در عين پشتيباني از تمام نيازهاي امنيتي قادر باشد از همه کاربران پشتيباني به عمل آورد. علاوه بر اين، يک سرويس زيرساختار بايد از مجموعه اي از کيفيات تجاري شامل حريم خصوصي و امنيت، کيفيت و کارآيي سرويس، انعطاف پذيري، مقياس پذيري و مقاومت در برابر failure پشتيباني کند.
به منظور فراهم نمودن انعطاف پذيري در داخل چنين زيرساختارهاي مجازي، سيستمي که بر روي ابر اجرا مي شود بايد قادر باشد به منظور فائق آمدن بر تغييرات بارِ کاري، استفاده از منابع خود را بالا و پايين کند. تامين کنندگان سرويس به دلايل متعددي از جمله کنترل هزينه ها به دنبال محدود کردن چنين مقياس پذيري هستند. در نتيجه چنين کاري، هر زيرساختاري بايد داراي مکانيزم هاي out-of-band امني باشد تا تامين کنندگان سرويس بتوانند محدويت هايي بر روي تغييراتي که مديريت اتوماتيک شده زيرساختار بايد تقويت کند ايجاد نمايند.
زيرساختار همچنين بايد به سرويس هاي ابر اجازه دهد امنيت و کارآيي را از هم جدا کنند و داده و اطلاعات حساس خود را در مقابل ساير سرويس ها محافظت نمايند و صرف نظر از اين که ساير سرويس ها چگونه يک زيرساختار را به اشتراک مي گذارند کارآيي را تضمين نمايند. در نهايت، مديريت سرويس و مديريت زيرساختار بايد از هم جدا شوند تا سرويس ها نتوانند با عملکرد هاي مديريت زيرساختار تداخل کنند.
با اين نوع جداسازي مديريت زيرساختار و مديريت سرويس، بايد يک جداسازي واضح و روشن بين طرف هاي درگير در اين فعاليت وجود داشته باشد تا به منظور حذف رفتارهاي غيرمنتظره سرويس بتوانند در مورد سياست هاي مرتبط با بازيابي خرابي و کيفيت سرويس تصميم گيري نمايند. در نتيجه سرويس زيرساختاري بايد بتواند مکانيزم هايي براي تامين کننده محتوا ايجاد کند تا سياست ها را به درون سرويس زيرساختاري وارد کند تا قادر باشد به اهداف خود دست پيدا کند.
به منظور برآورده نمودن چنين اهدافي، ما از يک روش سلول ها به عنوان يک سرويس که کلاسي از سرويس هاي زيرساختاري مجازي سازي شده که کاربر در آن توپولوژي ماشين هاي مجازي، ذخيره سازي مجازي بلاک و شبکه سازي مجازي مورد نظر خود را تعريف مي کند استفاده کرديم. سرويس زيرساختار مسئوليت ايجاد يک نمونه (instance) از آن توپولوژي را به عهده دارد و اين توپولوژي بايد بر مجموعه اي از محدوديت ها، نظير کيفيت سرويس و الگوهاي ارتباطي مجاز فائق آيد.

سلول ها به عنوان يک سرويس
 

روش سلول ها به عنوان يک سرويس بر اساس مفهوم اصلي يک سلول بنا شده است. سلول ها در بردارنده ماشين هاي مجازي (VMها)، واليوم هاي ذخيره سازي، و subnetها که همگي به عنوان عناصر مدل سلولي تعريف مي شوند، هستند. اين مدل درعين حال چگونگي اتصال اين اجزا به منظور ايجاد زيرساختار مجازي را نيز توضيح مي دهد.

نرم افزار به عنوان يک سرويس
 

Web2.0 و اَبر، منجر به ظهور و گسترش کلاس جديدي از سرويس هايي که جمعيت زيادي را به هم مرتبط مي کند شده اند. HP با تلفيق جامعه شناسي، اقتصاد و علوم کامپيوتري قصد دارد مدل ها، روش ها و تکنولوژي هايي را براي همگرايي جريان علائق مشترک و ايجاد جامعه اي هوشيار و سيار خلق کند. هدف نهايي، به وجود آوردن يک فعاليت تجاري سيال است که هوش و خرد جمعي را براي کاربردهاي متعدد، از پيش بيني آينده گرفته تا اختصاص منابع، capture کند.
برخي از پروژه هاي ما در اين حوزه عبارتند از ePrint,Rankr,i-Catcher و Watercooler.
منبع: بزرگراه رايانه، شماره ي 140