رایانش اَبری[۱] (به انگلیسی: Cloud computing) مدل رایانشی بر پایهٔ شبکههای رایانهای مانند اینترنت است که الگویی تازه برای عرضه، مصرف و تحویل خدمات رایانشی (شامل زیرساخت، نرمافزار، بستر، و سایر منابع رایانشی) با بهکارگیری شبکه ارائه میکند. «رایانش ابری» از ترکیب دو کلمه رایانش و ابر ایجاد شده است. ابر در اینجا استعاره از شبکه یا شبکهای از شبکههای وسیع مانند اینترنت است که کاربر معمولی از پشت صحنه و آنچه در پی آن اتفاق میافتد اطلاع دقیقی ندارد (مانند داخل ابر) در نمودارهای شبکههای رایانهای نیز از شکل ابر برای نشان دادن شبکهٔ اینترنت استفاده میشود. دلیل تشبیه اینترنت به ابر در این است که اینترنت همچون ابر جزئیات فنیاش را از دید کاربران پنهان میسازد و لایهای از انتزاع را بین این جزئیات فنی و کاربران به وجود میآورد. به عنوان مثال آنچه یک ارائهدهندهٔ خدمات نرمافزاری رایانش ابری ارائه میکند، برنامههای کاربردی تجاری آنلاین است که از طریق مرورگر وب یا نرمافزارهای دیگر به کاربران ارائه میشود. نرمافزارهای کاربردی و اطلاعات، روی سرورها ذخیره میگردند و براساس تقاضا در اختیار کاربران قرار میگیرد. جزئیات از دید کاربر مخفی میمانند و کاربران نیازی به آشنایی یا کنترل در مورد فناوری زیرساخت ابری که از آن استفاده میکنند ندارند.[۲]
رایانش ترجمه کلمه " Computing" است که در بعضی متون به جای رایانش از محاسبات و پردازش استفاده شده است. البته محاسبات و پردازش معادل کاملی از این کلمه نیست؛ زیرا بر اساس تعریف واژهنامههای معتبر مانند آکسفورد، لانگمن این واژه به معنای استفاده از رایانه و عملیات رایانهها یا اموری است که یک رایانه انجام میدهد و محاسبه و پردازش تنها یکی از این امور است. بهطور نمونه یک رایانه همانطور که برای اجرای فرمانها به محاسبه و پردازش میپردازد، به همین ترتیب مدارک و فایلها را در هارد دیسک یا صفحه سخت خود ذخیره میکند، امکان ایجاد ارتباط میان افراد را فراهم میآورد که این امور چیزی بیش از یک محاسبه و پردازش صرف است. به علاوه در معنای علوم رایانه معادلهای دیگری برای کلمات «محاسبه» و «پردازش» وجود دارند، مانند” calculation” و” processing ”، که عدم تمایز این کلمات با یکدیگر میتواند منشأ اشتباه در درک این مفاهیم شود.[۳] رایانش ابری راهکارهایی برای ارائهٔ خدمات فناوری اطلاعات به شیوههای مشابه با صنایع همگانی (آب، برق، تلفن و …) پیشنهاد میکند. این بدین معنی است که دسترسی به منابع فناوری اطلاعات در زمان تقاضا و بر اساس میزان تقاضای کاربر به گونهای انعطافپذیر[واژهنامه ۱] و مقیاسپذیر[واژهنامه ۲] از راه اینترنت به کاربر تحویل داده میشود. همانطور که کاربر تنها هزینه برق یا آب مصرفی خود را میپردازد. در صورت استفاده از رایانش ابری نیز کاربر تنها هزینه خدمات رایانشی مورد استفاده خود (اگر هزینه از کاربر دریافت شود) را پرداخت خواهد کرد که در اصطلاح به این مدل محاسبه هزینه، pay as you go گفته میشود.
رایانش هوایی را گروهی تغییر الگووارهای[واژهنامه ۳] میدانند که دنبالهروی تغییری است که در اوایل دهه ۱۹۸۰ از مدل رایانه بزرگ[واژهنامه ۴] به مدل کارخواه-کارساز[واژهنامه ۵] صورت گرفت.
کاربردها: رایانش ابری در زمینههای مختلفی مانند مراقبتهای بهداشتی، کسب و کار، سیستم هوشمند، سیستم تلفن همراه و محاسبات محیطی[۴] قابل استفاده است.
تعریف
با پیشرفت فناوری اطلاعات نیاز به انجام کارهای محاسباتی در همه جا و همه زمان به وجود آمده است. همچنین نیاز به این هست که افراد بتوانند کارهای محاسباتی سنگین خود را بدون داشتن سختافزارها و نرمافزارهای گران، از طریق خدماتی انجام دهند. رایانش ابری آخرین پاسخ فناوری به این نیازها بوده است. از آنجا که اکنون این فناوری دوران طفولیت خود را میگذراند، هنوز تعریف استاندارد علمی که مورد قبول عام باشد برای آن ارائه نشده است اما بیشتر صاحبنظران بر روی قسمتهایی از تعریف این پدیده هم رای هستند. مؤسسه ملی فناوری و استانداردها (NIST) رایانش ابری را اینگونه تعریف میکند:[۵]
به بیانی دیگر پردازش ابری به سرویسی گفته میشود که امکان ذخیرهسازی و دسترسی به برنامههای نرمافزاری مورد نیاز را از راه دور و در بستر اینترنت فراهم میکند؛ یا میتوان گفت پردازش ابری یعنی نگهداری و دسترسی عمومی به دادهها؛ برنامهها بهجای اینکه فقط به رایانهٔ شما محدود باشند، در سراسر اینترنت در دسترس قرار میگیرند. ابر یا cloud را میتوان استعارهای برای اینترنت دانست.[۶]
«رایانش ابری مدلی است برای فراهم کردن دسترسی آسان بر اساس تقاضای کاربر از طریق شبکه به مجموعهای از منابع رایانشی قابل تغییر و پیکربندی (مثل: شبکهها، سرورها، فضای ذخیرهسازی، برنامههای کاربردی و سرویسها) که این دسترسی بتواند با کمترین نیاز به مدیریت منابع یا نیاز به دخالت مستقیم فراهمکننده سرویس به سرعت فراهم شده یا آزاد (رها) گردد.[۷] این مدل رایانش ابری از ۵ مشخصه (ویژگی) اصلی، ۳ مدل خدماتی و ۴ مدل گسترش (استقرار یا deployment) تشکیل شده است.»[۸]
عموماً مصرفکنندههای رایانش ابری مالک زیر ساخت فیزیکی ابر نیستند، بلکه برای اجتناب از هزینه سرمایهای آن را از عرضهکنندگان شخص ثالث اجاره میکنند. آنها منابع را در قالب سرویس مصرف میکنند و تنها بهای منابعی که به کار میبرند را میپردازند. بسیاری از سرویسهای رایانش ابری ارائه شده، با بهکارگیری مدل رایانش همگانی امکان مصرف این سرویسها را به گونهای مشابه با صنایع همگانی (مانند برق) فراهم میسازند. این در حالی است که سایر گونههای عرضهکنندگان بر مبنای اشتراک سرویسهای خود را عرضه میکنند. به اشتراک گذاردن قدرت رایانشی[واژهنامه ۶] «مصرف شدنی و ناملموس» میان چند مستأجر میتواند باعث بهبود نرخ بهرهوری شود؛ زیرا با این شیوه دیگر کارسازها (سرور) بدون دلیل بیکار نمیمانند (که سبب میشود هزینهها به میزان قابل توجهی کاهش یابند در عین حال که سرعت تولید و توسعه برنامههای کاربردی افزایش مییابد). یک اثر جانبی این شیوه این است که رایانهها به میزان بیشتری مورد استفاده قرار میگیرند زیرا مشتریان رایانش ابری نیازی به محاسبه و تعیین حداکثری برای بار حداکثر (Peak Load) خود ندارند.[۹]
مقایسه با مدلهای دیگر رایانش
رایانش ابری اگرچه برخی از ویژگیهایش را از مدلهای رایانشی دیگر به ارث میبرد؛ اما خود متفاوت از آنهاست. برخی از این مدلها عبارتند از:
- رایانش شبکهای[واژهنامه ۷] - «شکلی از رایانش توزیع شده[واژهنامه ۸] و رایانش موازی[واژهنامه ۹] که در آن یک رایانه مجازی بزرگ از رایانههایی تشکیل شده است که با جفتگری ضعیف[واژهنامه ۱۰] به هم شبکه شدهاند و با هماهنگی با یکدیگر کار میکنند تا وظایف سنگین را به انجام برسانند».
- رایانش خودمختار[واژهنامه ۱۱] - «سامانههای رایانهای با قابلیت خود-مدیریت».[۱۰]
- مدل مشتری/سرور[واژهنامه ۱۲] - رایانش مشتری/سرور به صورت گسترده به هر برنامه کاربردی توزیع یافته ای گفته میشود که بین ارائه دهنده سرویس (سرور) و درخواستکننده سرویس (مشتری[واژهنامه ۱۳]) تمایز قایل میشود.[۱۱]
- رایانه بزرگ[واژهنامه ۱۴] - رایانههای قدرتمند توسط سازمانهای بزرگ برای کاربردهای بحرانی بکار برده میشوند. این کاربردها نوعاً شامل پردازش حجم زیاد داده میباشد. بهطور نمونه میتوان از سرشماری، آمار مصرفکننده و صنعت، برنامهریزی منابع سازمانی(ERP)[واژهنامه ۱۵] و پردازش تراکنشهای مالی نام برد.[۱۲]
- رایانش همگانی[واژهنامه ۱۶] - «عبارت است از بستهبندی منابع رایانشی[واژهنامه ۱۷] مانند منابع محاسباتی و ذخیرهسازی، در قالب سرویسهای قابل اندازهگیری، به گونهای مشابه با صنایع همگانی (آب، برق، تلفن و …)؛[واژهنامه ۱۸][۱۳]
- نظیر به نظیر[واژهنامه ۱۹] - گونهای از معماری توزیع شده بدون هماهنگی مرکزی است که در آن شرکت کنندگان میتوانند در آن واحد عرضهکننده و نیز مصرفکننده منابع باشند. (بر خلاف مدل کارخواه-کارساز سنتی)
تاریخچه
محاسبات ابری به عنوان یک اصطلاح از اوایل دهه ۲۰۰۰ میلادی کمکم به وجود آمد. اما این مفهوم کمی قدیمی تر است به طوریکه در دهه ۱۹۶۰، دفاتر رایانه ای به شرکتها اجازه میدادند به جای تأمین منابع و سختافزار، منابع مورد نیازشان را اجاره کنند. پس از آن با به وجود آمدن نرمافزارهای سنگین در سال ۲۰۰۰ این مفهوم به وجود آمد. تقریباً تمام ویژگیهای امروز رایانش ابری (تدارک الاستیک، ارائه به صورت یک صنعت همگانی، برخط بودن و توهم دسترسی به عرضه نامحدود) به همراه مقایسه با صنعت برق و شکلهای مصرف عمومی و خصوصی و انجمنی را پارک هیل داگلاس در کتابی که با عنوان «مشکل صنعت همگانی رایانه» در سال ۱۹۶۶ مورد بررسی قرار داد. واژهٔ ابر در واقع بر گرفته از صنعت تلفن است به اینگونه که کمپانیهای ارتباطات راه دور که تا دهه ۱۹۹۰ تنها خطوط نقطه به نقطهٔ اختصاصی ارائه میکردند، شروع به ارائه شبکههای خصوصی مجازی با کیفیتی مشابه و قیمتهای کمتر نمودند. نماد ابر برای نمایش نقطه مرزی بین بخشهایی که در حیطه مسئولیت کاربرند و آنهایی که در حیطه مسئولیت عرضهکننده بکار گرفته میشد. رایانش ابری مفهوم ابر را به گونهای گسترش میدهد که سرورها را نیز علاوه برزیر ساختهای شبکه دربر گیرد.[۱۴]
سایت آمازون با مدرنسازی مرکز داده خود نقش مهمی در گسترش رایانش ابری ایفا کرد. بعد از حباب دات-کام آنها دریافتند که با تغییر مرکز دادههای خود - که مانند اغلب شبکههای رایانهای در بیشتر اوقات تنها از ۱۰٪ ظرفیت آن استفاده میشد و مابقی ظرفیت برای دورههای کوتاه اوج مصرف در نظر گرفته شده بود - به معماری ابر میتوانند بازده داخلی خود را بهبود بخشند. آمازون از سال ۲۰۰۶ امکان دسترسی به سامانه خود از طریق وب سرویسهای آمازون را بر پایه رایانش همگانی ارائه کرد.[۱۵] در سال ۲۰۰۷، گوگل و آی بی ام به همراه چند دانشگاه پروژهای تحقیقاتی در مقیاسی بزرگ را در زمینه رایانش ابری آغاز نمودند.[۱۶]
در اواسط سال ۲۰۰۸ شرکت گارتنر متوجه وجود موقعیتی در رایانش ابری شد که برای «شکل دهی ارتباط بین مصرفکنندگان خدمات فناوری اطلاعات، بین آنهایی که این سرویسها را مصرف میکنند و آنها که این سرویسها را میفروشند» بهوجود میآید.[۱۷]
اقتصاد رایانش ابری
کاربران رایانش ابری میتوانند از هزینه سرمایهای لازم برای خرید سختافزار و نرمافزار و خدمات دوری کنند، زیرا آنها تنها برای آنچه که استفاده میکنند به عرضهکنندگان پرداخت میکنند و هزینه اولیهای برای خرید تجهیزات به آنها تحمیل نمیشود. سایر مزایای اقتصادی این شیوه اشتراک زمانی در ارائه منابع رایانشی عبارتند از: موانع ورود به بازار کمتر، هزینه و زیر ساخت اشتراکی، سربار مدیریتی کمتر و دسترسی سریع به طیف وسیعی از برنامههای کاربردی.
عموماً کاربران میتوانند در هر زمانی قراردادشان را پایان دهند (و به این وسیله از ریسک و عدم قطعیت در نرخ بازگشت سرمایه بکاهند) و غالباً سرویسها زیر پوشش یک قرارداد سطح سرویس[واژهنامه ۲۰] با جریمههای مالی قرار میگیرند.[۱۸][۱۹]
بنا به گفته نیکلاس کار،[واژهنامه ۲۱] اهمیت راهبردی (استراتژیک) فناوری اطلاعات با استاندارد شدن و ارزانتر شدن آن کاهش مییابد. او استدلال میکند که تغییر الگووارهٔ رایانش ابری شبیه به جایگزینی ژنراتورهای مولد برق با شبکههای توزیع برق است که در اوایل قرن بیستم رخ داد.[۲۰] اگر چه کمپانیها ممکن است بتوانند هزینههای پیش پرداختی سرمایهای را حذف کنند اما در مورد هزینههای عملیاتی کاهش چندانی صورت نمیگیرد و ممکن است در عمل هزینههای عملیاتی افزایش یابند. در مواردی که هزینههای سرمایهای نسبتاً کوچک باشند یا سازمان انعطافپذیری بیشتری در مورد هزینههای سرمایهای نسبت به هزینههای عملیاتی داشته باشد، از دیدگاه مالی رایانش ابری انتخاب مناسبی نخواهد بود. سایر عواملی که بر میزان کاهش هزینه بالقوه استفاده از رایانش ابری تأثیر میگذارند عبارتند از میزان بازدهی مرکز دادهها ی[واژهنامه ۲۲] کمپانی در مقایسه با فروشندگان رایانش ابری، هزینههای عملیاتی فعلی کمپانی، میزان پذیرش و استفاده از رایانش ابری و نوع کاربردی که باید در ابر میزبانی شود.[۲۱][۲۲]
ساختار مدل
معماری
معماری سامانههای نرمافزاری دست اندر کار در ارائهٔ رایانش ابری عموماً شامل اجزایی است که با یکدیگر از طریق رابط برنامهنویسی نرمافزار[واژهنامه ۲۳] و معمولاً وبسرویس ارتباط برقرار میکنند.[۲۳]
این طراحی شباهتی با فلسفه یونیکس دارد که در آن چند برنامهٔ مختلف که هر یک کاری را به خوبی انجام میدهند، با یکدیگر از طریق واسطهای جهانی کار میکنند. سامانههای حاصل مدیریت پذیرتر از همتاهای یکپارچه[واژهنامه ۲۴] نبوده وبه پیچیدگی کنترل میشود.
لایهها
کاربر[واژهنامه ۲۵]
همچنین ببینید: مشتریان ابرکاربر رایانش ابری متشکل از سختافزار و نرمافزاری است که برای تحویل برنامههای کاربردی از ابر استفاده میکند یا آنکه بهطور ویژه تنها برای تحویل سرویسهای ابر طراحی شده است که در هر دوی موارد بدون وجود ابر بی استفاده باشد. مثال: رایانهها، تلفنها و سایر دستگاهها، سیستمعاملها و مرورگرهای وب.[۲۴][۲۵][۲۶][۲۷][۲۸]
برنامههای کاربردی[واژهنامه ۲۶]
سرویسهای برنامه کاربردی ابری یا «نرمافزار به عنوان سرویس»(SaaS)، نرمافزار را به صورت سرویس روی اینترنت تحویل میدهند و بدین وسیله نیاز به نصب نرمافزار روی رایانههای مشتریان را ازبین میبرند و نگهداری و پشتیبانی را سادهتر میسازد. ویژگیهای اصلی این سرویسها عبارتند از:
- دسترسی و مدیریت نرمافزار تجاری از طریق شبکه
- فعالیتها از سرور مرکزی اداره میشوند و نه در مکان هریک از مشتریان و در نتیجه مشتریان میتوانند از راه دور و از طریق وب به برنامهها دسترسی داشته باشند.
- مدل تحویل نرمافزار به مدل یک-به-چند (یک نسخه در حال اجرا از برنامه - مدل چند مستأجری) نزدیک تر است تا مدل یک-به-یک.
- به روزرسانی و ارتقای نرمافزار به صورت مرکزی اداره میشود و نیاز به بارگیری (دانلود) وصلهها[واژهنامه ۲۷] یا ارتقا دهندهها را برطرف میسازد.
بستر[واژهنامه ۲۸]
سرویسهای بستر ابری یا «بستر به عنوان سرویس»(PaaS) بستر رایانشی ویا پشتهٔ راهکار -که اغلب روی زیرساخت ابری اجرا شده و برنامه کاربردی ابری را تغذیه میکند- را به صورت سرویس ارائه میدهد.[۲۹] سرویس بستر ابری استقرار برنامههای کاربردی را بدون هزینه و پیچیدگی خرید و مدیریت لایههای نرمافزاری و سختافزاری زیرین آسان میسازد.[۳۰][۳۱]
زیرساخت[واژهنامه ۲۹]
سرویسهای زیرساخت ابری یا «زیرساخت به عنوان سرویس»(IaaS) زیرساخت رایانهای را که عموماً یک بستر مجازی است را به صورت سرویس ارائه میدهند. کاربران به جای خرید سختافزار و نرمافزار و فضای مرکز داده (دیتا سنتر) ویا تجهیزات شبکه، همهٔ این زیر ساختها را به صورت یک سرویس کاملاً برونسپاری(Outsource) شده میخرند. صورتحساب سرویس معمولاً بر اساس مدل رایانش همگانی (Utility Computing) و میزان منابع مصرف شده صادر میشود و بنابراین هزینه منعکسکننده میزان فعالیت است. این شیوه در واقع تکامل یافته مدل عرضه سرورهای خصوصی مجازی است.[۳۲]
سرور[واژهنامه ۳۰]
لایه سرورها متشکل از سختافزار و نرمافزاری است که مخصوصاً برای تحویل سرویسهای ابر طراحی شدهاند. به عنوان مثال میتوان از پردازندههای چند هستهای و سیستم عاملهای ویژه ابر نام برد.[۲۴][۳۳][۳۴][۳۵]
ویژگیهای کلیدی
از دیدگاه سختافزاری رایانش ابری در مقایسه با فناوریهای مشابه قبلی سه جنبه جدید دارد:[۳۶]
- ایجاد تصور و توهم دسترسی به منابع نامحدود فناوری اطلاعات در زمان تقاضا و در نتیجه، از بین بردن نیاز کاربر به برنامهریزی تدارک منابع فناوری اطلاعات برای مصارف آینده
- از بین بردن نیاز به سرمایهگذاری پیشاپیش برای منابع فناوری اطلاعات. شرکتهای تجاری میتوانند در اندازه کوچکتر کارشان را آغاز کنند و بر اساس نیاز در زمان دلخواه منابع سختافزاری مورد نیاز خود را افزایش یا کاهش دهند.
- امکان پرداخت برای استفاده از منابع فناوری اطلاعات در واحدهای زمانی کوتاه مدت مورد نیاز آن منبع. (مثال: برای پردازشگر در واحد ساعت؛ یا برای رسانههای ذخیرهسازی در واحد روز)
مزایای اصلی رایانش ابری عبارتند از:
- چابکی:[واژهنامه ۳۱] کاربر میتواند در زمان نیاز میزان منابع مورد استفاده را کاهش یا افزایش دهد.[۳۷]
- مستقل از مکان:[واژهنامه ۳۲] کاربر میتواند در مکانی که قرار دارد فارغ از محدودیتهای جغرافیای از خدمات مبتنی بر این سرویس بهرمند گردد.[۳۸]
- هزینه: ادعا میشود که این فناوری هزینهها را به میزان زیادی کاهش میدهد و هزینه سرمایهای را به هزینه عملیاتی تبدیل میکند.[۳۹] این به ظاهر موانع ورود به بازار را کاهش میدهد، زیرا رایانش ابر، مشتریان را از مخارج سختافزار، نرمافزار و خدمات و همچنین از درگیری با نصب و نگهداری نرمافزارهای کاربردی به شکل محلی میرهاند. همچنین هزینهٔ توسعهٔ نرمافزاری را کاهش داده و فرایند را مقیاس پذیرتر مینماید[۴۰]
- عدم وابستگی به دستگاه و مکان: کاربران میتوانند در هر مکانی و با هر دستگاهی (مثل PC یا تلفن همراه) به وسیلهٔ یک مرورگر وب از راه اینترنت به سامانهها دسترسی داشته باشند.
- چند مستأجری:[واژهنامه ۳۳] این ویژگی امکان به اشتراکگذاری منابع و هزینهها بین گروهی از کاربران را به وجود میآورد و بدین وسیله موارد زیر را امکانپذیر میسازد:
- متمرکز سازی زیر ساختها در مکانهایی با هزینه کمتر (مثل مکانهایی با هزینه برق یا قیمت زمین کمتر)
- افزایش بهکارگیری و کارایی برای سامانههایی که در اغلب مواقع بیش از ۱۰ تا ۲۰ درصد بهکارگیری نمیشوند
- قابلیت اطمینان:[واژهنامه ۳۴] در صورتی که از سایتهای چندگانه استفاده شود قابلیت اطمینان افزایش مییابد.[۴۱]
- سنجش پذیری: کاربران میتوانند در زمان تقاضا و به صورت دینامیک منابع را تدارک ببینند و نیازی به تدارک پیشین برای زمانهای حداکثر بار مصرف منابع[واژهنامه ۳۵] نیست. منابع در رایانش ابری باید قابل اندازهگیری باشند و لازم است که میزان مصرف منابع برای هر کاربر و هر منبع بر اساس واحدهای ساعتی، روزانه، هفتگی، ماهانه اندازه گرفت. .[۴۲]
- امنیت: به دلیل تمرکز دادهها و منابع امنیتی بیشتر و پیچیدهتر امنیت افزایش مییابد،[۴۳] اما نگرانیها به دلیل از دست دادن کنترل روی دادههای حساس همچنان پابرجاست.[۴۴] امنیت در رایانش ابری اغلب بیشتر یا برابر با سیستمهای سنتی میباشد، زیرا ارائه دهندگان رایانش ابری به منابع اختصاصی امنیتی دسترسی دارند که بیشتر مشتریان از عهده خرید این منابع بر نمیآیند.[۴۵]
- نگهداری: به دلیل عدم نیاز به نصب برنامههای کاربردی برای هر کاربر نگهداری آسانتر و با هزینه کمتر انجام میشود. شرکتهایی که سکوهای خودشان را پیادهسازی و اجرا میکنند، باید زیرساختهای سختافزاری و نرمافزاری خودشان را خریداری و نگهداری نمایند و کارمندانی را برای مراقبت از سیستم استخدام کنند، همهٔ اینها میتواند پر هزینه و زمان بر باشد. درحالیکه رایانش ابر نیاز به انجام این کارها را از میان میبرد.[۴۰] هر دستگاه ساده که توانایی اتصال و برقراری ارتباط با سرور را داشته باشد، برای استفاده از خدمات رایانش ابر کافی است و میتواند نتایج را با دیگران به تشریک مساعی بگذارد.