CC BY
1
ШФОРМАЦШШ ТЕХНОЛОГИ
УДК 519.8
https://doi.Org/10.35546/kntu2078-4481.2022.2.6
1нститут юбернетики iMeHi В. М. Глушкова Нацiональноï академи наук Украши
ORCID: 0000-0002-8039-8180
МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ СТВОРЕННЯ ШФОРМАЦШНИХ СИСТЕМ I ТЕХНОЛОГШ У ХМАРНОМУ СЕРЕДОВИЩ1
Хоча елементи хмарних технологш iснують з Hacie застосування юлькох пристроив для виконання одного завдання, невдaлi спроби закртити вiдповiдний термт юридично були у 1997 р. (NetCentric) та 2007р. (Dell). Зараз ц технологи стали поширеними застосуваннями, як мають багато теоретичних i практичних нюанав. КрiM того, ц технолога дають найвищу кaпiтaлiзaцiю. 1нтернет уможливив дистанцшне застосування бага-тьох пристро'1в р1зно'1 cклaдноcтi для рьзноматтних щлей, що ознаменувало еру хмарних технологш. Сучасне життя важко уявляти без використання хмарних iнформaцiйних технологш та систем. До працюючих про-грам та програмних ттерфейав висуваються таю вимоги, як ще на початку тисячолття були поза увагою як кориcтувaчiв, так i фaхiвцiв. Розвиток 1нтернету та поява великих центрiв обробки даних сприяли поширенню програмних застосунтв, яш складаються з юлькох взаемодтчих пiдcиcтем i копт пiдcиcтем, що працюють у ргзних локaцiях. Необхiднicть постшног та повсюдно'1 доcтупноcтi, а також потреба в обробц зростаючих обcягiв даних i надант цифрових послуг дедaлi бшьшш кiлькоcтi кориcтувaчiв веде до того, що майже кожний додаток стае хмарною системою, а на хмарних технологiях засновують свою дiяльнicть все бшьше оргатзацш. Хмарш системи необхiднi для того, щоб забезпечувати рiвень ^mm^i до вiдмов, гнучкоcтi та елacтичноcтi, очкуваний вiд сучасних комп'ютерних програм. В силу свого розподтеного характеру так системи при грамотному структуруваны та належним чином спроектоватй aрхiтектурi бшьш надшн та мacштaбовaнi. Водночас за ц переваги доводиться платити. Осюльки будувати хмарн системи непросто, то вони, як правило, розробля-ються за окремими замовленнями. Кожна з них, за великим рахунком, розробляеться з нуля, що характерно вам хмарним системам. Використання нових методологш проектування та технологш розробки хмарних систем дозволить задовольняти попит на сучаст, надшт, мacштaбовaнi приклaднi програмн ттерфейси та сервки, а також сприятиме створенню нових клaciв хмарних застосунюв i cервiciв у майбутньому.
Ключовi слова: 1нтернет-ршення, хмарне середовище, тфраструктура, вiртуaльнa машина, гiпервiзор.
Although elements of cloud technology have existed since the days of using multiple devices to perform a single task, unsuccessful attempts to legally codify the term were in 1997 (NetCentric) and 2007 (Dell). Now these technologies have become common applications that have many theoretical and practical nuances. In addition, these technologies give the highest capitalization. The Internet enabled the remote use of many devices of varying complexity for a variety ofpurposes, marking the era of cloud technologies. Modern life is hard to imagine without the use of cloud information technologies and systems. There are requirements for working programs and software interfaces that were overlooked by
METHODS AND TOOLS OF CREATING INFORMATION SYSTEMS AND TECHNOLOGIES IN THE CLOUD ENVIRONMENT
both users and specialists even at the beginning of the millennium. The development of the Internet and the emergence of large data centers have contributed to the proliferation of software applications that consist of several interacting subsystems and copies of subsystems running in different locations. The need for constant and ubiquitous availability, as well as the need to process growing volumes of data and provide digital services to a growing number of users, leads to the fact that almost every application becomes a cloud system, and more and more organizations base their activities on cloud technologies. Cloud systems are required to provide the level of fault tolerance, flexibility, and resilience expected of today's computing applications. Due to their distributed nature, such systems with competent structuring and properly designed architecture are more reliable and scalable. At the same time, you have to pay for these benefits. Since it is not easy to build cloud systems, they are usually developed on separate orders. Each of them, by and large, is developed from scratch, which is characteristic of all cloud systems. The use of new design methodologies and technologies for the development of cloud systems will satisfy the demand for modern, reliable, scalable application software interfaces and services, and will also contribute to the creation of new classes of cloud applications and services in the future. Key words: Internet solutions, cloud environment, infrastructure, virtual machine, hypervisor.
Постановка проблеми
У 1990-х роках техтчш фах1вщ почали застосовувати образ хмари для позначення розподшеного обчисдювадь-ного середовища Замють того, щоб намагатися фшсувати Bci з'еднан деталi та сутносп, стали використовувати метафору, яка символ1зуе сукуптсть пристро!в. Було зручно окреслювати есшз на дошщ чи папер^ шюструючи мюце деякого пристрою у мереж!, до яко! можуть щдключатися iншi пристро!. Термш «хмара» використовувався як зрозумший i зручний споаб абстрактно визначати скдадну мережу чи високотехнолопчне середовище. Проблема полягае у надежному розумшт мюця хмарних засобiв i метсдав серед традицшних комп'ютерних засобiв i метода.
AH^i3 останшх дослщжень i публшацш Коли обчислення та збертання даних почали мiгрувати вiд окремих пристро!в до централiзованих серверiв, стало зручно використовувати концепцш хмари як абстракцш мережевого доступу до цих серверiв [1, 2]. Вжи-вання цього термiну виявилося вдалим з погляду маркетингу як загальний споаб опису рiзних рiшень, що мали спiдьну рису - застосування 1нтернету. Хмара стала поширеним i загальноприйнятим термiном [3]. У 2012 р. експертна робоча група £С ввела визначення: «Середовище можна назвати «захмареним» («CLOUDified»), якщо воно дае змогу великий динамiчнiй кiлькостi користувачiв отримувати доступ до одних i тих самих тишв ресурсiв та стльно використовувати !х, вiдповiдно до послуги, за допомогою яко! пвдтримуеться використання ресурсiв та забезпечуються витрати шляхом динамiчного реагування на змiни в умовах середовища, таких як наванта-ження, кшьшсть користувачiв, розмiр даних тощо» [4].
Формулювання мети дослщження Мета досдвдження полягае у з'ясуванш походження термiну «хмарнi обчислення» i головних ознак хмарних систем, сучаснш систематизацп засобiв i методiв, яш формують i формуватимуть хмарнi середовища.
Викладення основного матерiалу дослiдження Прикладом одше! з перших публчних згадок про хмару е стаття Спвена Левi (народився у 1951 р., здобув нау-ковi ступенi бакалавра Ушверситету Темпл (заснованого у 1884 р.) i магiстра з лтгератури Унiверситету штату Пен-сiльванiя (започаткованого у 1855 р.)), опубткована у 1994 р. [5]. Стаття була про компанш General Magic, яку у 1990 р. заснували творщ комп'ютера Macintosh (випускаеться з 1984 р.) Бшл Атк1нсон (народився у 1951 р., здобув науковий стутнь бакалавра Унiверситету Кадiфорнi!, Сан-Ддего (заснованого у 1960 р.), був студентом докторсько! програми з нейрох1ми Ушверситету Вашингтона (заснованого у 1861 р.)) та ЕндД Херцфельд (народився у 1953 р., здобув науковий стутнь бакалавра з комп'ютерних наук Ушверситету Брауна (заснованого у 1764 р. як Коледж Род-Айленд; дютав Дм'я Брауна у 1804 р., коли скарбник Коледжу Школас Браун (випускник Коледжу 1786 р.) пожерт-вував Коледжу 5 тис.дол.) i був студентом докторсько! програми Ушверситету Калiфорнi!, Беркдi (започаткованого у 1868 р.)). У 1990-1994 рр. Атшнсон i Херцфельд намагадися створити нову амбiтну комунiкацiйну платформу, яка змшить життя кожного: «РДзнД технологi! зшдуться в електроннiй скриньщ, що у вас у кишеш, що весь час з вами, що вами якось використовуеться». Осшдъки тодД не юнувало «електронно! скриньки», яка могла виконувати рДзно-манiтнi обчислення, то була потреба звертатися до сервера через мережу. Ввдповвдний продукт General Magic нази-вався Telescript, що був штерфейсом, який люди могли використовувати для зв'язку. Система Telescript об'еднувала рДзнД мереж1 через один стандартизований штерфейс: «Тепер, замiсть того, щоб просто мати пристрш для програ-мування, у нас е цша хмара, де одна програма може перемiщатися до рДзних джерел iнформацi! та створювати свого роду вiртуальний сервiс» [5]. Цитата включае слово «хмара^» i чДтко окреслюе вiдповiдне поняття, яке вказуе на можливДсть доступу до iнформацi! та функцш з будь-якого пристрою в будь-якому мДсцД. Однак конкретна техноло-гДя, запропонована General Magic, не витримала ринково! конкуренцИ. Незважаючи на те, що Атшнсон i Херцфельд буди тонерами в цш галуз^ !х компанiя General Magic, проюнувавши 12 рок1в, припинила свою дДялъшсть у 2002 р. до того, як хмарш обчислення вийшли на широкий ринок: слово «хмара» потребувало шновацшного маркетингу.
У 1996 р. компашя Compaq (заснована у 1982 р., CPQ у лДстингу 6ДржД NYSE, поглинена Hewlett-Packard (заснована у 1939 р., HPQ у лДстингу 6ДржД NYSE, розпалася у 2015 р. на HP Inc. (HPQ у лютингу 6ДржД NYSE)
та Hewlett-Packard (HPE у лютингу 61рж1 NYSE) у 2002 р.)) побудувала стратепю на 0CH0Bi згадано'' концеп-цiï' General Magic [6]. Тод1 набирали популярное^ 1нтернет-браузери, скаж1мо, в1д компанп Netscape (заснована у 1994 р. як Mosaic Communications Corporation (у 1993 р. один з авторiв дано'' роботи, коли проходив докторський курс з економши Ушверситету штату М!чиган (заснованого у 1855 р.), пропонував для iнвестицiйного банку Lehman Brothers (заснований у 1850 р., LEH у лютингу бiржi NYSE, у 2008 р. поглинений Barclays (заснований у 1690 р., BCS у лютингу бiржi NYSE) та Nomura Holdings (заснований у 1925 р., NMR у лютингу бiржi NYSE)) проект Internet for Ukraine), з 1995 р. очолював Джеймс Барксдейл (народився у 1943 р., здобув науковий сту-шнь бакалавра з дшового адмшютрування Унiверситету Мiссiсiпi (заснованого у 1844 р., де один з авторiв дано'' роботи стажувався, вигравши конкурс за програмою США Contemporary Issues i збериаючи електронну адресу в1д Netscape) у 1965 р.), куплена у 1998 р. America Online (заснована у 1983 р. як Control Video Corporation (CVC),
3 2021 р. дочiрня компашя Yahoo! Inc. (заснована у 2017 р.)), та 1нтернет^знеси.
Засновник шдроздшу 1нтернет-ршень компанп Compaq Джордж Фавалоро (здобув науковi ступеш бакалавра Пршстонського унiверситету (заснованого у 1746 р.) i магютра з дшового адмшютрування Школи Амоса Така (Амос Так народився у м.Парсонсфшд штату Мейн у 1810 р., здобув науковий стутнь з права Дартмутського коледжу (заснованого у 1769 р.) у 1835 р., засновник Республшансько'' партп США, помер у м.Ексетер штату Нью-Гемпшир у 1879 р.) Дартмутського коледжу, керуючий директор у Груш ршень самошдтримуваного бiз-несу ведомо'' компанiï' PricewaterhouseCoopers (PwC; заснована у 1854 р. як Coopers & Lybrand у Великобритании 14 листопада 1996 р. видав 50-сторшковий внутршнш аналiз (бiзнес-план) «Стратегiя щдрозд^ Iнтернет-рiшень для хмарних обчислень», який точно передбачае, що корпоративне програмне забезпечення поступиться мiсцем веб-сервiсам (Web-enabled services), а в майбутньому «прикладне програмне забезпечення буде особливiстю не апаратного забезпечення, а 1нтернету». У цьому документi вперше надруковано термш «cloud computing». При-пускалося, що в 1нтернет можна перемiщати також сховища файлiв, а тому прогнозувався попит на сервери з боку Iнтернет-провайдерiв. Висувалося багато плiдних вдей, якi згодом охопили багатомiльярдний 1нтернет^знес. Compaq спромоглася отримувати великий прибуток вiд продажiв обладнання для просування оголошено'' новгт-ньо'' хмарно'' технологи та вшповшних Iнтернет-сервiсiв, а також «протохмарних» сервiсiв (послуги електро-hhoï пошти, хостингу, розташування веб-сайтiв тощо) [7, 8], не переймаючись виплатою дивiдендiв на cboï акцiï [9, 10]. Недостатне розумшня ролi ново'' технологи у пвдроздшах iнтелектуальноï власносп, реклами i маркетингу компанiï' Compaq, врештьрешт, призвело до поглинання компанп у 2002 р.
Водночас 14 травня 1997 р. компанiя NetCentric з освiтнiх онлайн-послуг (яку заснував Шон О'Саллiван (народився у м.Нью-Йорк, здобув науковi ступенi бакалавра з електротехшки Полiтехнiчного iнституту Ренссе-лера (у 1824 р. заснував Спвен Ван Ренсселер, який народився у м.Нью-Йорк у 1764 р., навчався у Коледж1 Нью-ДжерС (Пршстош) i здобув науковий ступiнь бакалавра Гарвардського коледжу (заснованого у 1636 р.) у 1782 р., член Конгресу США у 1822-1829 рр., помер у м. Нью-Йорк у 1839 р.) у 1985 р. та магютра з образотворчого мистецтва у кшовиробнищга Ушверситету Швденно'' Калiфорнiï (заснованого у 1880 р.) у 2003 р.)) подала заявку (сершний номер 75291765) на реестрацш товарного знаку в Патентному вiдомствi США для термшу «хмарш обчислення», але 21 квгтня 1999 р. (Саллiван працював у NetCentric до липня 1997 р.) ввдмовилася в1д ще'' вде'', не завершивши процес реестрацп [11]. Товарний знак мав на увазi так1 освiтнi послуги, як заняття та семiнари (у 2015 р. створено ввддш хмаро орiентованих систем iнформатизацiï освiти в 1нституп цифровiзацiï освiти Нащ-онально'' академп педагогiчних наук (НАПН) Украши (заснований у 1999 р. як 1нститут шформацшних техноло-гiй i засобiв навчання НАПН Украши)).
У грудш 1985 р. стартап MapInfo як шкубаторський проект Полiтехнiчного iнституту Ренсселера заснували
4 студенти цього шституту, серед яких був Шон О'Салтван (працював у MapInfo до липня 1992 р.). Цей стартап переносив технологш картографування вулиць на персональш комп'ютери i в 1994 р. вийшов на IPO [9, 10]. У жовтш 1994 р. О'Саллiван заснував венчурну компан1ю SOSV (спочатку - SOSventures) для пiдтримки «ангель-ських» (початкових) iнвестицiй. Зараз кожного тижня у середньому 3 HOBi стартапи знаходять п1дтримку SOSV. На 2020 р. SOSV мала 8 генеральних партнерiв по всьому свгту з великими офiсами в Ази (м. Тайбей, м. Ток1о, м.Шанхай, м.Шеньчжен), США (м. Ньюарк, м. Нью-Йорк, м. Сан-Франциско), 1рландп (м. Корк). Компашя NetCentric у 1996 р. стала другою, яку очолив О'Саллiван. Вш створив програмне забезпечення для внутршнього 1нтернету (software for inside the Internet), яке можна вважати елементом «протохмарних» технологш. О'Саллiван у вересш 2003 р. заснував компашю JumpStart International для соцiально-економiчного розвитку на п1дтримку дiлових, гумаштарних, освiтнiх iнiцiатив. Ця компанiя була проввдною гуманiтарною iнженерною органiзацiею, базувалася у м.Багдад (столиця 1раку), працювала на в1дбудову 1раку в тслявоенний перiод 2003-2006 рр. (пiсля вшськово'' операцiï США в 1раку вщ 19 березня до 1 травня 2003 р.) i керувала майже 80 проектами у м.Б агдад, м. Наджаф, м. Фаллуджа. Фонд Шона О'Саллiвана був основним спонсором Khan Academy (у 2006 р. заснував як некомерцшну освгтню оргашзацш Салман Хан (народився у переписнш мiсцевостi Метарi штату Луïзiана у ам'1 вихiдцiв з Бенгалiï у 1976 р., здобув науковi ступеш бакалавра з математики, бакалавра та магютра з електротехшки i комп'ютерних наук Массачусетського технолопчного шституту (заснованого у 1861 р.) у 1998 р.,
мапстра дшового адмшстрування i почесного доктора права Гарвардського ушверситету)), MATHletes (матема-тичнД туршри для школярДв, як проводиться в 1рланди з 2014 р.) та CoderDojo (у 2011 р. заснували у м.Корк (1рлан-дДя) як всесвДтню мережу безкоштовних клубДв програмування для молодих людей вДком 7-17 рокДв Джеймс Вел-тон (народився у 1993 р., створив годинниковД образи для iPod Nano (випускае Apple з вересня 2005 р.) у 2009 р.) та БДлд Ляо (народився в Австрадп у 1967 р., був директором з операцш телекомушкацшно! компанi! Davnet (придбана Nippon Telegraph and Telephone Corporation (започаткована у 1952 р., NTT у лДстингу бДржД NYSE) у 1996 р.) з капiталiзацiею понад 7 млрд. дол. на Австралшськш фондовДй бДржД (започаткованiй у 1861 р. до утво-рення Австралшського Союзу у 1901 р.)))). Шон О'Саддiван у березнi 2012 р. заснував органiзацiю Open Ireland для залучення дюдського капiтаду в 1рландДю та виявив лидерство у впливД на политику уряду Iрландi! (зокрема, через свою постшну участь у популярному телевДзДйному реалт-шоу RTE Dragon's Den (виходить з лютого 2009 р.) та сво! публДкаци в Дрландськш газетД Sunday Business Post (виходить з 1989 р.)) щодо стимулювання (fueling) економДчного зростання та вДдновлення технологДчного сектора: зараз 1рландДя посДдае провДднД мДсця в експортД 1КТ [12].
9 квДтня 2001 р. вирази «хмара комп'ютерДв» та «хмарнД обчислення» з'явилися у статтД, опублжованш у New York Times (виходить з 1851 р.) [13], де термДн «хмара» використовувався в тому ж значеннД, в якому вДн вико-ристовуеться сьогоднД: «Для Microsoft Ддея.№Т подягае у програмному забезпеченнД, яке не знаходиться на жод-ному комп'ютерД, а Дснуе в «хмарД комп'ютерДв», що становлять 1нтернет. ... З лДта минулого року пан Гейтс працював над перетворенням свое! компани за допомогою таких систем, як розрекламований проект Hailstorm [.NET My Services], метою якого е перенесения бДльшо! частини особисто! шформацп користувачДв комп'ютерДв -вДд !хнього щоденного календаря до !хшх банкДвських реквДзитДв - зД свого робочого столу до мережево! хмари, до яко! користувач може отримати доступ з будь-якого пристрою та з будь-якого мДсця».
9 серпня 2006 р. тодДшнш генеральний директор Google ЕрДк ШмДдт (народився у м.Фолс-Черч штату ВДр-джинДя у 1955 р., вивчав архитектуру в ПрДнстонському унДверситетД, здобув науковД ступенД бакалавра з електро-технДки ПрДнстонського унДверситету у 1976 р., магДстра Ушверситету КалДфорни, БеркдД у 1979 р. (за проекту-вання i втДлення мереж Berknet, що пов'язуе комп'ютерний центр кампуса з факультетами комп'ютерних наук та електротехнДки), доктора фшософп Ушверситету КалДфорни, БеркдД у 1982 р. (за засоби вирДшення проблем управлДння розробкою розподДленого програмного забезпечення)) привернув широку увагу до термДну «хмарнД обчислення» на галузевш конференци зД стратегш пошукових систем: «Що цДкаво [зараз], це те, що з'являеться нова модель, i ви всД тут тому, що ви е частиною цДе! ново! моделД. Я не думаю, що люди справдД зрозумДли, наскДльки великою е ця мождивДсть насправдД. Це починаеться з передумови, що служби даних та архитектура повиннД перебувати на серверах. Ми називаемо це хмарними обчисленнями - вони мають бути десь у «хмарД». I що якщо у вас е правильний тип браузера або правильний тип доступу, не мае значения, чи е у вас ПК, чи Mac, чи мобДльний телефон, чи [смартфон] BlackBerry, або що у вас е - чи новД пристро!, якД ще потрДбно розробити, -ви можете отримати доступ до хмари. £ багато компанш, якД виграли вДд цього. Очевидно, на думку спадають Google, Yahoo!, eBay, Amazon. Обчислення, даш i так дадД знаходяться на серверах» [14].
Можливо, ШмДдт скористався можливДстю застосувати термДн «хмарнД обчислення» на конференци, щоб вДд-вернути увагу вДд нового проекту Elastic Compute Cloud (EC2) на Amazon.com, який компанДя Amazon планувала незабаром запустити на ринок [15]. Через 19 днДв, 25 серпня 2006 р., Amazon офщшно випустила обмежену загальнодоступну бета-версДю EC2. Таким чином ШмДдт запровадив термДн у повному обсягу. ТермДн став широко використовуватися, починаючи з 2007 р., пДсля того, як велик технолопчш компани (Amazon, Microsoft та IBM, якД шзшше перетворилися на ключових постачальникДв хмарних послуг) також почали рекламувати зусилдя з хмарних обчислень. ТодД ж термДн уперше з'явився в заголовках газетних статей, зокрема, стаття у The New York Times 15 листопада 2007 р. закршила цей термДн в очах громадськостД заголовком «IBM просувае «хмарнД обчислення», використовуючи даш здалеку» [16]. З того часу використання термДну, як i сама ДндустрДя, розви-валося надзвичайно швидко та успДшно.
23 березня 2007 р. комп'ютерний пгант Dell (заснована у 1984 р.; DELL у лДстингу бДржД NYSE) також подав заявку на товарний знак «cloud computing» до Патентного вДдомства США, аде затзнився: у серпнД 2008 р. у рее-страцп було вДдмовлено, а заявка була вДдхилена на тДй щдставД, що цей термДн вже став загальним i заявлений знак просто описуе особливДсть та характеристику послуг заявника [F]. КрДм того, було зазначено, що знак, що запитуеться, не тДльки носить описовий характер, аде i е загальним по вДдношенню до зазначених послуг i, отже, не може використовуватися як первинний ДдентифДкатор для послуг заявника, тобто не може однозначно Дденти-фДкувати його послуги [17, 18].
Таким чином, використання абстракци для нарисДв технДчних рДшень призвело до того, що хмара стала символом для множини технологш комп'ютерних обчислень. Метафора хмари стада означати технологДчну революцДю у сферД 1Т. Цей символ набув широкого поширення та використовуеться для побудови нових бДзнес-моделей, орДентованих на 1нтернет. Те, що було задумано як рекламний образ, завоювало попудярнДсть i стало домДнуючою концепцДею.
Вiртyaльнi машини та гiпервiзoри - це теxнoлoгiï, що зaбезпечyють вiртyaлiзoвaнi обчислення i належать до зaсoбiв створення iнфрaстрyктyри xмaрниx систем.
Однieю з ключoвиx xaрaктеристик xмaрниx обчислень e здaтнiсть спшьно викoристoвyвaти ресyрси. Ця здат-шсть важлива для тaкиx xaрaктеристик, як масштабовашсть i стiйкiсть. Спiльне використання oбчислювaльниx ресyрсiв пoтребye певного рiвня вiртyaлiзaцiï. Вiртyaлiзaцiя в цiлoмy oзнaчae, що деякий ресyрс стae доступним для використання y фoрмi, яка фiзичнo не iснye як така, але ствoрюeться таким чином, щоб здаватися фiзичнo iснyючoю за допомогою ПЗ. 1ншими словами, вiртyaлiзaцiя зaбезпечye aбстрaкцiю базового ресyрсy, що пере-твoрюeться на програмно визнaченy форму для використання шшими програмними об^ктами. ПЗ, що викoнye вiртyaлiзaцiю, дoзвoляe кiлькoм кoристyвaчaм одночасно спiльнo викoристoвyвaти один фiзичний ресyрс, не зава-жаючи один одному i зазвичай не знаючи один одного [19].
Вiртyaльнa машина (ВМ) - це iзoльoвaне середовище виконання для запуску ПЗ, що викoристoвye вiртya-лiзoвaнi фiзичнi ресyрси. Створення ВМ включae вiртyaлiзaцiю системи. ПЗ в кожнш ВМ нaдaeться ретельно контрольований доступ до фiзичниx ресyрсiв, щоб забезпечити спшьне використання циx ресyрсiв без взaeмниx перешкод. Iнoдi так зваш системнi ВМ надають фyнкцioнaльнi можливосп, неoбxiднi для виконання пoвниx про-грaмниx стек1в, включаючи цiлi операцшш системи (ОС) та коди програм, що використовують ОС.
Призначення ВМ - дозволяти декшьком програмам працювати одночасно в oднiй aпaрaтнiй систем^ зали-шаючи цi програми iзoльoвaиими одна вiд одно! ПЗ, що ^a^e на кoжнiй ВМ, ^auroe так, нiби мae власне системне обладнання, таке як процесор, оперативну пам'ять, пристро1' та мережеве обладнання. Iзoльoвaнiсть oзнaчae, що ПЗ, яке ^anwe на oднiй ВМ, e ввдокремленим ввд ПЗ, яке ^anwe на iншиx ВМ у тш же системi, i не знae про нього, а також e вадокремленим вiд основно1' ОС. Вiртyaлiзaцiя зазвичай oзнaчae, що кoжиiй ВМ може бути доступна тдмножина дoстyпниx фiзичниx ресyрсiв (наприклад, обмежена кшьшсть прoцесoрiв, обмежена оперативна пам'ять, обмежений проспр для зберiгaння та контрольований доступ до мережевт можливостей).
ВМ нaдae програмному ПЗ всерединi ВМ вiртyaлiзoвaнy версiю системного обладнання. Доступ до вiртyaлiзoвa-ниx aпaрaтниx ресурсш нaдaeться посередником, а ПЗ всередиш ВМ може бачити та використовувати лише ретельно контрольовану та обмежену версш цж ресурс1в (наприклад, обмежену к1льк1сть прoцесoрiв i поток1в, обмежену ОЗП).
Кожна ВМ мiстить повний стек ПЗ - вщ ОС до будь-якого шшого ПЗ, неoбxiднoгo для запуску програм, як1 вико-нуються у ВМ. Програмний стек може бути простим (наприклад, додаток, написаний мовою C з використанням тшьки функцш, що надаються самою ОС) або складним (наприклад, додаток, написаний мовою Java, що вимaгae середовища виконання та викoристoвye бiблioтеки та служби, якиx немae в ОС та яю мають поставлятися окремо).
У принципi, кожна ВМ може мютити будь-яку ОС. На рiзниx ВМ в oднiй апаратнш системi можуть працювати рiзнi операцшш ОС, таш як Linux i Windows. Gдинa вимога пoлягae в тому, щоб все ПЗ, яке ^a^e на ВМ, було розроблено для апаратно1' aрxiтектyри базово1' системи (обладнання e вiртyaлiзoвaним, але не емyлюeться): наприклад, код, створений для процесора ARM, не працюватиме на ВМ, яка прaцюe в системi Intel x86.
Одним iз пiдxoдiв до вiртyaлiзaцiï oбчислювaльниx ресурав e використання ВМ, при якому гiпервiзoр забезпе-чye aбстрaкцiю системного обладнання та дoзвoляe к1льком ВМ працювати в данш фiзичнiй систем^ де кожна ВМ мiстить свою гостьову ОС. Це дoзвoляe спшьно використовувати систему додатшв, що працюють на кoжиiй ВМ.
Гiпервiзoр, який ще називають мoнiтoрoм ВМ, e ПЗ, яке вiртyaлiзye фiзичнi ресурси i дoзвoляe запускати ВМ. Вiртyaлiзaцiя oзнaчae контроль aбстрaкцiï oснoвниx фiзичниx ресyрсiв системи. Гiпервiзoр також керye роботою ВМ. Гiпервiзoр видiляe ресурси кожнш працюючш ВМ, включаючи центральний процесор (ЦП), пам'ять, дис-кове сxoвище, мережевi мoжливoстi та смугу пропускання.
Гiпервiзoри бувають двox титв:
«чистий метал» («рщний», тип I);
«вбудований» («розмщений», тип II).
Гiпервiзoри типу I можуть бути швидшими та ефективнiшими, оск1льки 1'м не пoтрiбнo працювати через ОС xoera. Гiпервiзoри типу II можуть бути пов№шшими, але ïx перевага пoлягae в тому, що ïx зазвичай простше налаштувати i вони сушст з ширшим спектром обладнання, шж гiпервiзoри типу I. Вaрiaнти обладнання мають врaxoвyвaтися в кoдi гiпервiзoрa типу I, позаяк гiпервiзoри типу II використовують переваги апаратно1' тдтримки, вбудовано1' в ОС xoстa.
Гiпервiзoри типу I працюють безпосередньо на базовому апаратному зaбезпеченнi системи та безпосередньо керують цим обладнанням, а також керують ВМ.
Гiпервiзoри типу II працюють над ОС xoera (точшше - над ядром ОС xoara). ОС xoстa кoнтрoлюe апаратне забезпечення системи, а гiпервiзoр викoристoвye сво1' мoжливoстi для запуску та керування ВМ.
Гiпервiзoр зазвичай e ПЗ, яке встaнoвлюeться i керyeться стороною, що нaдae ресурси. Служба, яка зaпyскae ВМ, прoпoнye кoристyвaчевi мoжливiсть завантажувати ПЗ iз образу ВМ та запускати ПЗ ВМ у систем^ що нaдae ресурс. ВМ yпрaвляeться гiпервiзoрoм без учасп користувача.
Для aпaрaтниx систем ОС прaцюe з найвищим рiвнем привше1'в, оск1льки вона мae контролювати доступ до всix aпaрaтниx ресyрсiв. Осшльки гiпервiзoр мae контролювати весь доступ до ЦП та пам'яп гoстьoвиx ВМ,
забезпечуючи вiртуалiзацiю процесора та пам'яп, BiH мае працювати з рiвнем привiлеïв вищим, шж усi ВМ. Для цього в апаратних системах встановлюються гiпервiзори, як забезпечують пiдтримку вiртуалiзацiï. Зокрема, апаратна система забезпечуе два стани процесора: режим root з повноваженнями (гiпервiзор) та режим root без повноважень (гостьовий). УсД гостьовi ОС працюють у режимi root без повноважень, позаяк тшьки гiпервiзор працюе у режим root з повноваженнями.
Незважаючи на апаратну пiдтримку вiртуалiзацiï, iзоляцiя процесу виконання для ВМ, що надаеться гшер-вiзором, може порушуватися несанкцiонованими або зламаними ВМ, яш отримали доступ до областей пам'яп, що належать гiпервiзору чи шшим ВМ. Несанкцiонованi або зламанi вiртуальнi ВМ використовують певнi враз-ливосп конструкцiï гiпервiзора щодо певних структур ПЗ, таких як блок управлшня ВМ (virtual machine control block, VMCB) i таблиц сторiнок пам'яп, якi використовуються гiпервiзором для вщстеження стану виконання ВМ та зютавлення адрес пам'ятi в1д ВМ з адресами пам'яп вiд хоста. Осшльки цi вразливостi гiпервiзорiв е ввдо-мими протягом деякого часу, то багато з них усунеш чи усуваються. Новi версiï гiпервiзорiв були оновленi i поси-ленi. Користувачi та розпорядники мають перевiряти, чи Bci використовуванi гiпервiзори оновленi та захищеш в1д ввдомих вразливостей безпеки.
1нша проблема з безпекою хост-платформи гiпервiзора пов'язана з ПЗ, яке використовуеться для забезпечення вiртуалiзацiï пристро'в. На вiдмiну в1д вiртуалiзацiï множини команд (коду) ОС та пам'яп, вiртуалiзацiя при-стро'в не виконуеться безпосередньо гiпервiзором, а здiйснюеться за допомогою допом1жних програмних моду-лiв. OcHOBHi джерела вразливостей - це код iмiтування фiзичних апаратних пристро'в, що працюють в гiпервiзорi як завантажуваний модуль ядра, i драйвери пристро'в для пристро'в з прямим доступом до пам'яп (direct memory access, DMA), яш можуть отримувати доступ до областей пам'ятi шших ВМ або гiпервiзора.
Потенцiйно шахрайська ВМ може отримувати контроль над гiпервiзором через встановлення руткiтiв (рутшт (rootkit) - програма чи набiр програм для приховання слiдiв присутносл зловмисника або шкодливо' програми в систем^ або атаки на iншi ВМ на тому самому хосп гiпервiзора. Все ПЗ для вiртуалiзацiï пристро'в мае перевь рятися на наявнють недолiкiв безпеки перед встановленням та використанням у системi з гiпервiзора i ВМ.
Образ ВМ - це пакет даних, що мютить шформацш та код виконання, необхвдн для запуску екземпляра ВМ. За необхвдносп, образ ВМ використовуеться для створення нового екземпляра ВМ. Образ ВМ може вклю-чати повний програмний стек, необхiдний для запуску програми, - ввд ОС i бiблiотек, середовища виконання до власне коду програми, файлiв конф^рацп та iнших метаданих, що використовуються програмою. Образ ВМ може включати метаданi, пов'язанi зi створенням само' ВМ.
Метадан ВМ мiстять шформацш про конф^рашю та запуск ВМ. Сюди можуть входити таю властивосл ВМ, як розмiр ОЗП, вимоги до ЦП тощо. Метаданi ВМ також зазвичай посилаються на образи дисшв, що мю-тяться в образi ВМ, зокрема, вказуючи на те, як вони розгортаються в екземплярi ВМ.
Концепцiя образу ВМ полягае в тому, що BiH мае мютити Bci сутностi, необхвдш для запуску екземпляра ВМ, де образ ВМ використовуеться як вхвдш дан для гiпервiзора, щоб BiH ми створювати i запускати ВМ. Загалом образ ВМ складаеться з двох наборiв даних - метаданих ВМ та образiв дисков. Важливо розумiти, що е низка рДз-них форматiв як для метаданих ВМ, так i для образiв дисков. Конкретний гiпервiзор, який використовуеться для створення екземпляра ВМ, може розумгти лише певш формати метаданих ВМ та образiв дисков.
Образи ВМ засноваш на даних, як зберiгаються у файлах. Цд файли мiстяться у файлових системах, яш збериа-ються в образi ВМ в якосп одного чи навгть к1лькох образiв дисков. Це можуть бути файли ОС, програми або будь-яко' шшо' потрД6но' частини програмного стека. 1снуе принаймнi один образ диска, але 'х може бути шлька, якщо такою е оргатзащя файлiв, що використовуеться програмою та його програмним стеком. Коли обсяг даних, що мютяться в образах дисшв, е великим, то формати для збериання даних використовують стиснення у тш чи шшш формг
1снуе низка форматiв образiв ВМ та образiв дисков, значна частина яких е пропрiетарною або мае вщкритий вихДдний код. Приклади стандартизованих форматiв образiв вiртуальних машин та образiв дискДв:
OVF («вДдкритий формат вiртуалiзацiï») (ISO/IEC 17203:2017), пакет якого включае к1лька файлiв, розмiщених в одному каталозг 1снуе файл дескриптора OVF (з розширенням .ovf), що мае вмют формату XML та описуе упа-ковану ВМ, включаючи метаданi, такi як Дм'я, вимоги до обладнання та посилання на ДншД файли в пакетi. Пакет OVF також мДстить один або кшька образiв дискДв i деяш додатковi файли, так1 як файли сертифтапв. Формат образу OVF мае широкий спектр безпосередньо' тдтримки та опосередковано' пДдтримки за допомогою шстру-ментiв iмпорту/експорту;
формат диска ISO архiву, що використовуеться для вмюту оптичних дисков (ISO 9660, ISO/IEC 13346);
файлова система для оптичних дисков, в основному для компакт-дисков (ISO 9660);
ушверсальний дисковий формат (UDF) (ISO/IEC 13346) використовуеться у форматах дисшв DVD i Blu-ray (BD), зокрема в оптичних ноаях, що (пере)записуються.
Образи дисков зазвичай е стиснутими, хоча необробленi нестиснуп образи дисков використовуються для тд-вищення продуктивностД запуску ВМ: формати образiв ВМ та образiв дисшв приймаються конкретним гiпервi-зором ввдповщно до документацiï.
Висновки
Незважаючи на повсюдне поширення хмарних систем, проектування цих систем залишаеться складним завданням. Сумарна вартДсть !х розроблення, оновлення та супроводження дуже висока, бо хмарнД системи значно скдаднДшД в розгортанш, реалДзаци та налагодженш, нДж традицшш [20]. Використання нових методологДй проектування та технологш розробки хмарних систем дозволить задовольняти попит на сучаснД, надшш, масштабо-ванД прикладш програмнД Днтерфейси та сервДси, а також сприятиме створенню нових кдасДв хмарних застосункДв та сервДсДв у майбутньому.
Список використаноТ лiтератури
1. Горбачук В.М., Бардадим Т.О., Осипенко С.П. Задача децентралДзованого прийняття рДшень для сучасних хмарних послуг. BicHUK Кишськогоynieepcumemy. Сеpiя: фiзико-маmемаmичнi науки. 2021. № 2. С. 32-38.
2. Горбачук В.М., Большаков В.М., Голоцуков Г.В., Пустовойт М.М. СучаснД виклики еволюци хмарних архД-тектур. 1нтелектуальт рiшення - С (29 вересня 2021 р.). В.£.Снитюк (ред.) Ки!в - Ужгород: КНУ ДменД Т. Шев-ченка, 2021. С. 40-43.
3. Lisdorf A. Cloud Computing Basics: A Non-Technical Introduction. Copenhagen, Denmark: Apress, 2021. 208 p.
4. Advances in CLOUDs. Research in Future Cloud Computing. Expert Group Report. Public version 1.0. L. Schubert, K. Jeffery (eds.) Luxembourg: Software & Service Architectures, Infrastructures and Engineering Unit; Commission of the European Communities, Information Society & Media Directorate-General; Publications Office of the European Union, 2012. 84 p.
5. Levy S. Bill and Andy's Excellent Adventure II. With their new company, General Magic, the creators of the Macintosh aim to revolutionize computing - again. Wired. 1994, April 1. URL: https://www.wired.com/1994/04/general-magic/ (дата звернення: 29.11.2022).
6. Cloud computing - who said it first. Greatsoft Team. URL: https://greatsoft.co.za/cloud-computing-said-first/ (дата звернення: 29.11.2022).
7. Sourabh. NetCentric or Compaq: who coined the term cloud computing? Source Digit. 2012, September 16. URL: https://sourcedigit.com/903-netcentric-or-compaq-who-coined-the-term-cloud-computing/ (дата звернення: 29.11.2022).
8. John. Who coined the phrase cloud computing? JohnMWillis Blog. 2008, December 31. URL:https://web.archive. org/web/20090408072420/http://www.johnmwillis.com/cloud-computing/who-coined-the-phrase-cloud-computing/ (дата звернення: 29.11.2022).
9. Горбачук В.М. Фiнансовi методи. Ки!в: Альтерпрес, 2002. 175 с.
10. Горбачук В.М. Фiнансовiршення. Ки!в: Альтерпрес, 2003. 175 с.
11. Cloud computing. US Serial Number 75291765. Application Filing Date: May 14, 1997. Date Abandoned: April 21, 1999. URL:https://tsdr.uspto.gov/#caseNumber=75291765&caseType=SERIAL_NO&searchType=statusSearch (дата звернення: 29.11.2022).
12. Горбачук В.М., Лещинська Л.В. МДжнародш ттеграцшт процеси та вимДрювання рДвня тратства. Акту-альт питання мiжнародних вiдносин. 2012. Вип. 109 (I). С. 40-42.
13. Markoff J. An Internet critic who is not shy about ruffling the big names in high technology. New York Times. 2001, April 9. URL:https://www.nytimes.com/2001/04/09/business/internet-critic-who-not-shy-about-ruffling-big-names-high-technology.html (дата звернення: 29.11.2022).
14. Conversation with Eric Schmidt hosted by Danny Sullivan. Search Engine Strategies Conference. Google Press Center. 2006, August 9. URL: https://www.google.com/press/podium/ses2006.html (дата звернення: 29.11.2022).
15. Cohen R. Who invented the term cloud computing? Elasticvapor. 2008, December 31. URL:http://www. elasticvapor.com/2008/12/who-invented-term-cloud-computing.html (дата звернення: 29.11.2022).
16. Lohr S. I.B.M. to push 'Cloud Computing,' using data from afar. New York Times. 2007, November 15. URL: https://www.nytimes.com/2007/11/15/technology/15blue.html (дата звернення: 29.11.2022).
17. Fiveash K. Dell cloud computing™ denied. Why it always rain on me. The Register. 2008, August 18. URL: https://www.theregister.com/2008/08/18/dell_cloud_computing_denied/ (дата звернення: 29.11.2022).
18. Cloud computing. US Serial Number 77139082. Application Filing Date: March 23, 2007. Date Abandoned: February 23, 2009. URL: https://tsdr.uspto.gov/#caseNumber=77139082&caseType=SERIAL_ NO&searchType=statusSearch (дата звернення: 29.11.2022).
19. ISO/IEC 22123-1:2021 Information technology - Cloud computing - Part 1: Vocabulary. URL: https://www.iso.org/standard/80350.html (дата звернення: 29.11.2022).
20. Горбачук В.М., Дунаевський М.С., Сулейманов С.-Б., БатДг Л.О., Симонов Д.1. МоделД прийняття рДшень на ринку хмарних послуг. Юбернетика та комп'ютерш технологи. 2021. № 3. С. 53-64.
References
1. Gorbachuk V.M., Bardadym T.O., Osypenko S.P. Zadacha detsentralizovanoho pryiniattia rishen dlia suchasnykh khmarnykh posluh. VisnykKyivskoho univepsytetu. Sepiia: fizyko-matematychni nauky. 2021. № 2. P. 32-38.
2. Gorbachuk V.M., Bolshakov VM., Golotsukov H.V, Pustovoit M.M. Suchasni vyklyky evoliutsii khmarnykh arkhitektur. Intelektualni rishennia - S (29 veresnia 2021 r.). V.Ie.Snytiuk (red.) Kyiv - Uzhhorod: KNU imeni T.Shevchenka, 2021. P. 40-43.
3. Lisdorf A. Cloud Computing Basics: A Non-Technical Introduction. Copenhagen, Denmark: Apress, 2021. 208 p.
4. Advances in CLOUDs. Research in Future Cloud Computing. Expert Group Report. Public version 1.0. L. Schubert, K. Jeffery (eds.) Luxembourg: Software & Service Architectures, Infrastructures and Engineering Unit; Commission of the European Communities, Information Society & Media Directorate-General; Publications Office of the European Union, 2012. 84 p.
5. Levy S. Bill and Andy's Excellent Adventure II. With their new company, General Magic, the creators of the Macintosh aim to revolutionize computing - again. Wired. 1994, April 1. URL: https://www.wired.com/1994/04/general-magic/ (дата звернення: 29.11.2022).
6. Cloud computing - who said it first. Greatsoft Team. URL: https://greatsoft.co.za/cloud-computing-said-first/ (дата звернення: 29.11.2022).
7. Sourabh. NetCentric or Compaq: who coined the term cloud computing? Source Digit. 2012, September 16. URL: https://sourcedigit.com/903-netcentric-or-compaq-who-coined-the-term-cloud-computing/ (дата звернення: 29.11.2022).
8. John. Who coined the phrase cloud computing? JohnMWillis Blog. 2008, December 31. URL: https://web.archive. org/web/20090408072420/http://www.johnmwillis.com/cloud-computing/who-coined-the-phrase-cloud-computing/ (дата звернення: 29.11.2022).
9. Gorbachuk VM. Finansovi metody. Kyiv: Alterpres, 2002. 175 p.
10. Gorbachuk V.M. Finansovi rishennia. Kyiv: Alterpres, 2003. 175 p.
11. Cloud computing. US Serial Number 75291765. Application Filing Date: May 14, 1997. Date Abandoned: April 21, 1999. URL:https://tsdr.uspto.gov/#caseNumber=75291765&caseType=SERIAL_NO&searchType=statusSearch (дата звернення: 29.11.2022).
12. Gorbachuk V.M., Leshchynska L.V. Mizhnarodni intehratsiini protsesy ta vymiriuvannia rivnia piratstva. Aktualni pytannia mizhnarodnykh vidnosyn. 2012. Vyp. 109 (I). P. 40-42.
13. Markoff J. An Internet critic who is not shy about ruffling the big names in high technology. New York Times. 2001, April 9. URL:https://www.nytimes.com/2001/04/09/business/internet-critic-who-not-shy-about-ruffling-big-names-high-technology.html (дата звернення: 29.11.2022).
14. Conversation with Eric Schmidt hosted by Danny Sullivan. Search Engine Strategies Conference. Google Press Center. 2006, August 9. URL: https://www.google.com/press/podium/ses2006.html (дата звернення: 29.11.2022).
15. Cohen R. Who invented the term cloud computing? Elasticvapor. 2008, December 31. URL: http://www.elasticvapor.com/2008/12/who-invented-term-cloud-computing.html (дата звернення: 29.11.2022).
16. Lohr S. I.B.M. to push 'Cloud Computing,' using data from afar. New York Times. 2007, November 15. URL: https://www.nytimes.com/2007/11/15/technology/15blue.html (дата звернення: 29.11.2022).
17. Fiveash K. Dell cloud computing™ denied. Why it always rain on me. The Register. 2008, August 18. URL: https://www.theregister.com/2008/08/18/dell_cloud_computing_denied/ (дата звернення: 29.11.2022).
18. Cloud computing. US Serial Number 77139082. Application Filing Date: March 23, 2007. Date Abandoned: February 23, 2009. URL: https://tsdr.uspto.gov/#caseNumber=77139082&caseType=SERIAL_ NO&searchType=statusSearch (дата звернення: 29.11.2022).
19. ISO/IEC 22123-1:2021 Information technology - Cloud computing - Part 1: Vocabulary. URL: https://www.iso.org/standard/80350.html (дата звернення: 29.11.2022).
20. Gorbachuk V.M., Dunaievskyi M.S., Suleimanov S.-B., Batih L.O., Symonov D.I. Modeli pryiniattia rishen na rynku khmarnykh posluh. Kibernetyka ta komp'iuterni tekhnolohii. 2021. № 3. P. 53-64.
