Pilvilaskenta | kun laskentapalveluja tarjotaan muualla kuin käyttöpaikassa

Lyhyt

Vertailut

Pilvilaskenta sekoitetaan usein muihin ideoihin:

• grid computing: hajautetun tietojenkäsittelyn muoto, jossa "super- ja virtuaalitietokone" muodostuu klusterista verkottuneita, löyhästi kytkettyjä tietokoneita, jotka työskentelevät yhdessä hyvin suurten tehtävien suorittamiseksi.
• hyötylaskenta: laskentaresurssien, kuten laskennan ja tallennustilan, pakkaus tarjotaan mitattuna palveluna, josta on maksettava perinteisen yleishyödyllisen palvelun, kuten sähkön, tavoin.
• autonominen tietojenkäsittely: tietokonejärjestelmät, jotka kykenevät itsehallintaan.

Pilvilaskennassa käytetään usein grid-laskentaa, sillä on autonomisia piirteitä ja sitä laskutetaan kuten yleishyödyllisiä palveluja, mutta pilvilaskentaa voidaan pitää luonnollisena seuraavana askeleena grid-hyödyllisyysmallista. Joissakin menestyksekkäissä pilviarkkitehtuureissa on vain vähän tai ei lainkaan keskitettyä infrastruktuuria tai laskutusjärjestelmiä, kuten BitTorrentin ja Skypen kaltaisissa vertaisverkoissa.

Arkkitehtuuri

Suurin osa pilvipalvelujen infrastruktuurista koostuu tällä hetkellä luotettavista palveluista, joita tarjotaan tietokeskusten kautta, jotka perustuvat tietokoneiden ja tallennustilojen virtualisointitekniikoihin. Palvelut ovat käytettävissä kaikkialla maailmassa, ja pilvi toimii yhtenä yhteyspisteenä kaikille kuluttajien tietotekniikkatarpeille. Kaupallisten tarjousten on täytettävä asiakkaiden palvelun laatuvaatimukset, ja ne tarjoavat yleensä palvelutasosopimuksia. Avoimet standardit ja avoimen lähdekoodin ohjelmistot ovat myös kriittisiä pilvipalvelujen kasvun kannalta.

Ominaisuudet

Koska asiakkaat eivät yleensä omista infrastruktuuria tai tiedä siitä kaikkia yksityiskohtia, he käyttävät tai vuokraavat sitä, joten he voivat käyttää resursseja palveluna ja saattavat maksaa siitä, mitä he eivät tarvitse, sen sijaan että he maksaisivat siitä, mitä he todella tarvitsevat. Monet pilvipalveluntarjoajat käyttävät hyötylaskentamallia, joka on analoginen perinteisten julkisten palvelujen, kuten sähkön, kulutuksen kanssa, kun taas toisista laskutetaan tilausperusteisesti. Jakamalla kulutettavaa ja "aineetonta" laskentatehoa useiden "vuokralaisten" kesken voidaan parantaa käyttöastetta (koska palvelimia ei jätetä käyttämättä), mikä voi alentaa kustannuksia merkittävästi ja nopeuttaa sovelluskehitystä.

Tämän lähestymistavan sivuvaikutuksena on, että "tietokonekapasiteetti kasvaa huomattavasti", koska asiakkaiden ei tarvitse suunnitella huippukuormitusta varten. Käyttöönoton on mahdollistanut "lisääntynyt nopea kaistanleveys", joka mahdollistaa samat vasteajat keskitetystä infrastruktuurista muissa toimipisteissä.

Palveluntarjoajat

Pilvilaskennan veturina toimivat palveluntarjoajat, kuten Google, Amazon.com ja Yahoo! sekä perinteiset toimittajat, kuten IBM, Intel, Microsoft, HP ja SAP. Sen voivat ottaa käyttöön kaikenlaiset käyttäjät, niin yksityishenkilöt kuin suuryrityksetkin. Suurin osa internetin käyttäjistä käyttää tällä hetkellä pilvipalveluja, vaikka he eivät sitä itse tajua. Esimerkiksi webmail on pilvipalvelu, samoin Facebook ja Wikipedia sekä yhteystietoluettelon synkronointi ja tietojen varmuuskopiointi verkossa.

Historia

Pilvi on vertauskuva Internetistä tai yleisemmin muiden hallinnoimista komponenteista ja palveluista.

Perusajatus juontaa juurensa vuoteen 1960, jolloin John McCarthy ilmaisi mielipiteensä siitä, että "laskenta voidaan jonain päivänä järjestää yleishyödyllisenä laitoksena", ja termi Cloud oli kaupallisessa käytössä jo 1990-luvun alussa viitaten suuriin ATM-verkkoihin. Vuosituhannen vaihteeseen mennessä markkinoille oli alkanut ilmestyä pilvilaskentaratkaisuja, vaikka tuolloin keskityttiinkin lähinnä Software as a service -palveluihin.

Amazon.com oli avainasemassa pilvilaskennan kehittämisessä, kun se päivitti palvelinkeskuksiaan dotcom-kuplan jälkeen ja tarjosi pääsyn järjestelmiinsä Amazon Web Services -palvelun kautta vuonna 2002 hyötylaskentaperiaatteella. Se havaitsi, että uusi pilviarkkitehtuuri johti merkittäviin sisäisiin tehokkuusparannuksiin.

Vuonna 2007 toiminta lisääntyi, ja Google, IBM ja useat yliopistot aloittivat laajamittaisia pilvipalvelututkimushankkeita, ja termi alkoi yleistyä valtavirran lehdistössä. Vuoden 2008 puoliväliin mennessä se oli kuuma aihe, ja lukuisia pilvipalvelutapahtumia oli järjestetty.

Elokuussa 2008 Gartner totesi, että "organisaatiot ovat siirtymässä yrityksen omistamasta laitteisto- ja ohjelmistovarallisuudesta käyttökohtaisiin palvelupohjaisiin malleihin" ja että "ennustettu siirtyminen pilvipalveluihin johtaa tietotekniikkatuotteiden jyrkkään kasvuun joillakin aloilla ja merkittäviin vähennyksiin muilla aloilla".

Poliittiset kysymykset

Pilvet ylittävät monia maarajoja, ja ne "saattavat olla globalisaation perimmäinen muoto". Sellaisena se on monimutkaisten geopoliittisten kysymysten kohteena, ja palveluntarjoajien on täytettävä monia oikeudellisia rajoituksia voidakseen tarjota palveluja maailmanlaajuisille markkinoille. Tämä juontaa juurensa Internetin alkuaikoihin, jolloin libertaristiset ajattelijat katsoivat, että "kyberavaruus oli erillinen paikka, joka vaati omia lakeja ja oikeudellisia instituutioita"; kirjailija Neal Stephenson kuvitteli tämän pieneksi tietoparatiisisaarekkeeksi tieteiskirjallisuuden klassikkoromaanissaan Cryptonomicon.

Vaikka oikeudellista ympäristöä on pyritty sovittamaan yhteen (kuten Yhdysvaltojen ja EU:n Safe Harbor), Amazon Web Servicesin kaltaiset palveluntarjoajat toimivat yleensä kansainvälisillä markkinoilla (tyypillisesti Yhdysvalloissa ja Euroopan unionissa) ottamalla käyttöön paikallisen infrastruktuurin ja antamalla asiakkaiden valita maansa. Yksittäisten henkilöiden turvallisuuteen ja yksityisyyteen liittyvät huolenaiheet ovat kuitenkin edelleen esillä eri hallintotasoilla (esimerkiksi USA PATRIOT Act ja kansallisten turvallisuuskirjeiden käyttö sekä Electronic Communications Privacy Actin II osasto, Stored Communications Act).

Oikeudelliset kysymykset

Maaliskuussa 2007 Dell haki tavaramerkkiä termille "cloud computing" Yhdysvalloissa. Se sai heinäkuussa 2008 "Notice of Allowance" -ilmoituksen, joka myöhemmin peruutettiin 6. elokuuta, mikä johti tavaramerkkihakemuksen viralliseen hylkäämiseen alle viikkoa myöhemmin.

Marraskuussa 2007 Free Software Foundation julkaisi Affero General Public License -lisenssin (lyhenteet Affero GPL ja AGPL), joka on versio GPLv3:sta ja jonka tarkoituksena on sulkea oikeudellinen porsaanreikä, joka liittyy verkon kautta käytettäviin vapaisiin ohjelmistoihin, erityisesti palveluna tarjottaviin ohjelmistoihin. AGPL-lisenssin mukaan sovelluspalvelujen tarjoajien on julkaistava kaikki AGPL:n avoimeen lähdekoodiin tekemänsä muutokset.

Arkkitehtuuri

Pilviarkkitehtuuri on pilvilaskennan toimittamiseen osallistuvien ohjelmistojärjestelmien (esim. laitteistot, ohjelmistot) järjestelmäarkkitehtuuri, jonka on suunnitellut pilviarkkitehti, joka tyypillisesti työskentelee pilvipalvelun integraattorille. Siihen kuuluu tyypillisesti useita pilvipalvelun komponentteja, jotka kommunikoivat keskenään sovellusohjelmointirajapintojen (yleensä verkkopalvelujen) kautta.

Tämä on hyvin samankaltaista kuin Unix-filosofia, jossa useat ohjelmat tekevät yhtä asiaa hyvin ja työskentelevät yhdessä universaalien rajapintojen kautta. Monimutkaisuutta hallitaan, ja tuloksena syntyvät järjestelmät ovat helpommin hallittavissa kuin monoliittiset vastineensa.

Pilviarkkitehtuuri ulottuu asiakkaaseen, jossa pilvisovelluksia käytetään verkkoselaimilla ja/tai ohjelmistosovelluksilla.

Pilvitallennusarkkitehtuuri on löyhästi kytketty, ja metatietotoiminnot on keskitetty, jolloin datasolmut voivat skaalautua satoihin, ja kukin niistä toimittaa tietoja sovelluksille tai käyttäjille itsenäisesti.

Tärkeimmät ominaisuudet

• Pääomakustannukset minimoitu, joten markkinoille pääsyn esteet ovat matalat, koska infrastruktuuri on palveluntarjoajan omistuksessa eikä sitä tarvitse ostaa kertaluonteisia tai harvoin toistuvia intensiivisiä laskentatehtäviä varten. Palvelut ovat tyypillisesti vähittäisasiakkaiden ja pienyritysten saatavilla tai erityisesti niille suunnattuja.
• Laite- ja paikkariippumattomuus, jonka ansiosta käyttäjät voivat käyttää järjestelmiä sijainnista tai käytettävästä laitteesta (esimerkiksi tietokone, matkapuhelin jne.) riippumatta.
• Monikäyttöisyys mahdollistaa resurssien (ja kustannusten) jakamisen suuren käyttäjäjoukon kesken, mikä mahdollistaa:
• Infrastruktuurin keskittäminen alueille, joilla kustannukset ovat alhaisemmat (esim. kiinteistöt, sähkö).
• Huippukuormituskapasiteetti kasvaa (käyttäjien ei tarvitse suunnitella suurinta mahdollista kuormitustasoa varten).
• Käyttöasteen ja tehokkuuden parantaminen järjestelmissä, joita käytetään usein vain 10-20 %.
• Suorituskykyä seurataan ja se on johdonmukainen, mutta riittämätön kaistanleveys tai suuri verkkokuormitus voi vaikuttaa siihen.
• Luotettavuus useiden redundanttien sivustojen avulla, mikä tekee siitä sopivan liiketoiminnan jatkuvuuden ja katastrofista toipumisen kannalta, mutta IT- ja liiketoimintajohtajat voivat kuitenkin tehdä vain vähän, kun katkos iskee heihin. Pilvipalveluiden käyttökatkoksia koskevia historiatietoja seurataan Cloud Computing Incidents Database -tietokannassa.
• Skaalautuvuus, joka vastaa nopeasti käyttäjien muuttuviin tarpeisiin ilman, että huippukuormituksia varten tarvitsee tehdä suunnittelua. Massiivinen skaalautuvuus ja suuret käyttäjäkannat ovat yleisiä, mutta eivät ehdoton vaatimus.
• Turvallisuus, joka yleensä paranee tietojen keskittämisen, turvallisuuteen keskittyvien resurssien lisääntymisen jne. ansiosta, mutta joka herättää huolta tiettyjen arkaluonteisten tietojen hallinnan menettämisestä. Käynnit kirjataan yleensä lokiin, mutta itse tarkastuslokeihin pääsy voi olla vaikeaa tai mahdotonta.
• Kestävä kehitys resurssien paremman käytön, tehokkaampien järjestelmien ja hiilineutraaliuden avulla.

Turvallisuus ja yksityisyys

Pilvilaskennassa on yksityisyyden suojaan liittyviä ongelmia, koska palveluntarjoaja voi milloin tahansa päästä käsiksi pilvipalvelussa oleviin tietoihin. Se voi vahingossa tai tahallaan muuttaa tai poistaa tietoja. Monet pilvipalveluntarjoajat voivat tarvittaessa jakaa tietoja kolmansille osapuolille lain ja järjestyksen noudattamiseksi ilman etsintälupaa. Tämä sallitaan niiden tietosuojakäytännöissä, jotka käyttäjien on hyväksyttävä ennen pilvipalvelujen käytön aloittamista. Yksityisyyden suojaa koskeviin ratkaisuihin kuuluvat politiikka ja lainsäädäntö sekä loppukäyttäjien valinnat siitä, miten tietoja tallennetaan.

Komponentit

Hakemus

Pilvisovellus vaikuttaa ohjelmistoarkkitehtuurin pilvimalliin, jolloin sovellusta ei useinkaan tarvitse asentaa ja käyttää asiakkaan omalla tietokoneella, mikä vähentää ohjelmistojen ylläpitoa, jatkuvaa käyttöä ja tukea. Esim:

• Vertaisverkko-/vapaaehtoinen tietojenkäsittely (Bittorrent, SETI@home, Skype).
• Web-sovellus (Facebook)
• Ohjelmistot palveluna (Google Apps, Salesforce)
• Ohjelmistot ja palvelut (Microsoft Online Services)

Asiakas

Pilviasiakas on tietokonelaitteisto ja/tai -ohjelmisto, joka perustuu sovellusten toimittamisessa pilveen tai joka on suunniteltu erityisesti pilvipalvelujen toimittamista varten ja joka on kummassakin tapauksessa käytännössä hyödytön ilman pilveä. Esim:

• Mobiili (Android, iPhone, Windows Mobile)
• Thin client (CherryPal, Zonbu gOS-pohjaiset järjestelmät)
• Paksu asiakas/verkkoselain (Google Chrome, Mozilla Firefox)

Infrastruktuuri

Pilvi-infrastruktuuri (esim. Infrastructure as a service) on tietokoneinfrastruktuurin (tyypillisesti alustavirtualisointiympäristö) toimittaminen palveluna. Esim:

• Täydellinen virtualisointi (GoGrid, Skytap)
• Grid-laskenta (Sun Grid)
• Hallinta (RightScale)
• Paravirtualisointi (Amazon Elastic Compute Cloud)

Alusta

Pilvialusta (esim. Platform as a service) (laskenta-alustan ja/tai ratkaisupinon toimittaminen palveluna) helpottaa sovellusten käyttöönottoa ilman, että taustalla olevien laitteisto- ja ohjelmistokerrosten ostamisesta ja hallinnoinnista aiheutuu kustannuksia ja monimutkaisuutta. Esim:

• Web-sovelluskehykset
• Python Django (Google App Engine)
• Ruby on Rails (Heroku)
• Verkkopalvelun ylläpito (Mosso)
• Oma (Azure, Force.com)

Palvelu

Pilvipalvelu (esim. verkkopalvelu) on "ohjelmistojärjestelmä, joka on suunniteltu tukemaan yhteentoimivaa koneen ja koneen välistä vuorovaikutusta verkon välityksellä" ja jota voivat käyttää muut pilvipalvelun komponentit, ohjelmistot (esim. ohjelmisto ja palvelut) tai loppukäyttäjät suoraan. Esim:

• Identiteetti (OAuth, OpenID)
• Integrointi (Amazon Simple Queue Service)
• Kartoitus (Google Maps, Yahoo! Maps)
• Maksut (Amazonin joustava maksupalvelu, Google Checkout, PayPal)
• Haku (Alexa, Google Custom Search, Yahoo! BOSS)
• Muut (Amazon Mechanical Turk)

Varastointi

Pilvitallennuksella tarkoitetaan tietojen tallentamista palveluna (mukaan lukien tietokantojen kaltaiset palvelut), jota laskutetaan usein laskutusperusteisesti (esim. gigatavulta kuukaudessa). Esim:

• Tietokanta (Amazon SimpleDB, Google App Enginen BigTable-tietovarasto).
• Verkkoon liitetty tallennus (MobileMe iDisk -komponentti, Nirvanix CloudNAS).
• Synkronointi (Live Mesh Live Desktop -komponentti, MobileMe push-toiminnot)
• Verkkopalvelu (Amazon Simple Storage Service, Nirvanix SDN)

Perinteiset tallennustuotteiden toimittajat ovat viime aikoina alkaneet tarjota omia pilvitallennustapojaan, joskus yhdessä olemassa olevien ohjelmistotuotteidensa kanssa (esim. Symantecin Online Storage for Backup Exec Archived 2008-11-27 at the Wayback Machine). Toiset keskittyvät tarjoamaan uudenlaista taustatallennustilaa, joka on suunniteltu optimaalisesti pilvitallennustilojen tarjoamiseen (EMC:n Atmos) ja joka tunnetaan kategorisesti nimellä Cloud Optimized Storage.

Roolit

Palveluntarjoaja

Pilvipalveluntarjoaja tai pilvipalveluntarjoaja omistaa ja käyttää pilvipalvelujärjestelmiä, jotka palvelevat jotakuta muuta. Yleensä tämä edellyttää uusien datakeskusten rakentamista ja hallinnointia. Jotkin organisaatiot saavat osan pilvipalvelun eduista ryhtymällä "sisäisiksi" pilvipalveluntarjoajiksi ja palvelemalla itseään, vaikka ne eivät hyödy samoista mittakaavaeduista ja joutuvat edelleen suunnittelemaan huippukuormituksia varten. Markkinoille pääsyn esteet ovat myös huomattavasti korkeammat, sillä tarvitaan pääomamenoja, ja laskutus ja hallinnointi aiheuttavat jonkin verran yleiskustannuksia. Pienetkin organisaatiot voivat kuitenkin saavuttaa huomattavia operatiivisen tehokkuuden ja nopeuden etuja, ja palvelinten konsolidointi ja virtualisointi ovat jo käynnissä. Amazon.com oli ensimmäinen tällainen palveluntarjoaja, joka nykyaikaisti palvelinkeskuksensa, jotka useimpien tietoverkkojen tapaan käyttivät vain 10 prosenttia kapasiteetistaan kerrallaan, jotta tilaa olisi jäänyt satunnaisia piikkejä varten. Se avasi sen ulkopuolisille Amazon Web Services -nimellä vuonna 2002 hyötylaskentaperiaatteella.

Käyttäjä on pilvipalvelun kuluttaja. Käyttäjien yksityisyys pilvipalveluissa on herättänyt yhä enemmän huolta. Käyttäjien oikeudet ovat myös kysymys, jota käsitellään yhteisön pyrkimyksillä luoda lakiehdotus oikeuksista (tällä hetkellä luonnosvaiheessa).

Myyjä

Myyjä myy tuotteita ja palveluita, jotka helpottavat pilvipalveluiden toimittamista, käyttöönottoa ja käyttöä. Esim:

• Tietokonelaitteistot (Dell, HP, IBM, Sun Microsystems)
• Tallennustilat (3PAR, EMC, MogileFS)
• Infrastruktuuri (Solace Systems, Layer 7 Technologies, F5 Networks).
• Tietokoneohjelmistot (3tera, GigaSpaces, Hadoop).
• käyttöjärjestelmät (Windows Azure, Linux ja Solaris)
• Alustavirtualisointi (Citrix, Microsoft, VMware, Sun xVM).

Standardit

Pilvistandardi on yksi monista olemassa olevista (yleensä kevyistä) avoimista standardeista, jotka ovat helpottaneet pilvilaskennan kasvua:

• Hakemus
• Viestintä (HTTP, XMPP)
• Turvallisuus (OAuth, OpenID, SSL/TLS)
• Syndikointi (Atom)
• Asiakas
• Selaimet (AJAX)
• Offline (HTML 5)
• Infrastruktuuri
• Virtualisointi (OVF)
• Alusta
• Ratkaisupinot (LAMP, avaruuspohjainen arkkitehtuuri)
• Palvelu
• Tiedot (XML, JSON)
• Verkkopalvelut (REST)
• Varastointi