تطور حوسبة السحابة
ظهر مفهوم الحوسبة السحابية لأول مرة خلال أوائل الخمسينيات من القرن العشرين، عندما تصور العديد من الأكاديميين، بما في ذلك هيرب جروش، وجون مكارثي، ودوغلاس باركهيل[1] الحوسبة كأداة مساعدة مماثلة للطاقة الكهربائية. وعلى مدى العقود القليلة التالية، وضعت العديد من التكنولوجيات الناشئة أسس حوسبة السحابة (الشكل 1.3). وفي الآونة الأخيرة، أدى النمو السريع لشبكة الإنترنت العالمية وظهور عمالقة الإنترنت الكبار، مثل Microsoft وGoogle وAmazon، في النهاية إلى خلق بيئة اقتصادية وتجارية سمحت لنموذج حوسبة السحابة بالازدهار.
الشكل 1.3: تطور حوسبة السحابة.
تطور الحوسبة
منذ الستينيات، كانت الحواسيب المركزية هي بعض أقدم أشكال الحواسيب التي تستخدمها المؤسسات. يمكن لعدة مستخدمين مشاركة أجهزة الحاسوب الرئيسية والاتصال بها عبر وصلات تسلسلية أساسية باستخدام المحطات الطرفية. كان الحاسوب المركزي مسؤولًا عن منطق البيانات وتخزينها ومعالجتها، وكانت المحطات الطرفية المتصلة بها، إن وجدت، محدودة القدرة الحاسوبية. واستمر استخدام هذه النظم على نطاق واسع لأكثر من 30 عامًا، وإلى حد ما، لا تزال موجودة حتى اليوم.
مع نشأة الحوسبة الشخصية، أدت المعالجات والذاكرات الأرخص والأصغر حجمًا والأكثر قوة إلى ميلٍ في الاتجاه المعاكس، حيث قام المستخدمون بإدارة برامجهم الخاصة وتخزين البيانات محليًا. وقد أدى هذا الوضع بدوره إلى مشاكل تتعلق بعدم فعالية تشارك البيانات والقواعد التي تحافظ على النظام داخل بيئة تكنولوجيا المعلومات في المنظمة.
وبالتدريج، ومن خلال تطوير تكنولوجيات الشبكات عالية السرعة، وُلدت الشبكات المحلية (LANs) التي سمحت لأجهزة الكمبيوتر بالاتصال والتواصل مع بعضها. وهكذا، صمم البائعون أنظمة يمكن أن تغلف فوائد كل من أجهزة الكمبيوتر الشخصية والحواسيب المركزية، ما أدى إلى تطبيقات الخادم-العميل التي أصبحت شعبية عبر الشبكات المحلية. عادةً ما يُشغل العملاء برامج العميل (ومعالجة بعض البيانات) أو محطة طرفية (للتطبيقات القديمة) مُتصلة بخادم. يُوفر الخادم، في نموذج الخادم-العميل، التطبيق والتخزين ومنطق البيانات.
وفي نهاية المطاف، ظهر عصر المعلومات العالمية في التسعينيات، مع تزايد الاعتماد على الإنترنت. تم تحسين عرض النطاق الترددي للشبكة من خلال العديد من أوامر الحجم، بدءًا من الوصول العادي عبر الهاتف إلى الاتصال بالألياف المُخصصة في يومنا الحالي. وبالإضافة إلى ذلك، ظهرت أجهزة أرخص وأقوى. وعلاوة على ذلك، فإن تطور شبكة الويب العالمية والمواقع الشبكية الدينامية يتطلب هياكل متعددة المستويات.
لقد مكنت الهياكل المتعددة المستويات نمذجة البرامج عن طريق فصل عرض التطبيق ومنطق التطبيق والتخزين ككيانات فردية. فمع هذه النمذجة والفصل، لم يمض وقت طويل قبل أن تعمل الكيانات البرمجيات الفردية تلك على خوادم مادية متميزة (عادة بسبب الاختلافات في متطلبات الأجهزة والبرامج). ما أدى إلى زيادة عدد الخوادم الفردية في المؤسسات، ولكن من جهة أخرى أدى ذلك أيضًا إلى ضُعف متوسط استخدام أجهزة الخادم. في عام 2009، قدرت مؤسسة البيانات الدولية (IDC) أن لخادم X86 العادي معدل استخدام حوالي 5% إلى 10٪ [2].
نضجت تكنولوجيا الجهاز الظاهري جيدًا بما فيه الكفاية في الألفينيات لتصبح متاحة كبرمجيات تجارية. تُمكّن المحاكاة الظاهرية الخادم بأكمله من أن يكون مغلفًا كصورة، والتي يمكنها أن تشتغل بسلاسة على الأجهزة وتُمكّن الخوادم الظاهرية المتعددة من أن تشتغل في الوقت نفسه على خادم مادي واحد وتتشارك موارد الأجهزة. وهكذا فإن المحاكاة الظاهرية تمكّن من توحيد الخوادم، ما يُحسن من استخدام النظام.
وفي الوقت نفسه، اكتسبت الحوسبة الشبكية زخمًا في الأوساط العلمية في محاولة لحل المشاكل الواسعة النطاق بطريقة موزعة. فمع الحوسبة الشبكية، تعمل موارد الكمبيوتر من مجالات إدارية متعددة في انسجام من أجل هدف مشترك. وقد قدمت الحوسبة الشبكية العديد من أدوات إدارة الموارد (على سبيل المثال، المجدولون وموازنات التحميل) لإدارة موارد الحوسبة على نطاق واسع.
ومع تطور مختلف تكنولوجيات الحوسبة، تطورت اقتصاديات الحوسبة. حتى خلال الأيام الأولى من الحوسبة القائمة على الحاسوب المركزي، إذ عرضت شركات مثل شركة IBM استضافة أجهزة الكمبيوتر والبرامج الحاسوبية وتشغيلها لمختلف المؤسسات مثل البنوك وشركات الطيران. في عصر الإنترنت، أصبحت استضافة مواقع الويب من قبل طرف خارجي شائعة أيضًا. ومع ذلك، مع المحاكاة الظاهرية، يتمتع الموفرون بمرونة لا مثيل لها في استيعاب العديد من العملاء على خادم واحد، وتشارك الأجهزة والموارد بينهم.
فتطوير هذه التقنيات بجانب النموذج الاقتصادي لحوسبة المنفعة، هو ما تطور في نهاية المطاف إلى حوسبة السحابة.
التقنيات التمكينية
للحوسبة السحابية لديها تمكينية مختلفة (الشكل 1.4) والتي تشمل الشبكات والمحاكاة الظاهرية وإدارة الموارد، وحوسبة المنفعة، ونماذج البرمجة، والحوسبة المتوازية والموزعة، وتقنيات التخزين.
الشكل 1.4: التقنيات التمكينية في حوسبة السحابة.
وقد ساهم ظهور تكنولوجيات الشبكات عالية السرعة وفي كل مكان بدرجة كبيرة في حوسبة السحابة كنموذج قابل للتطبيق. إذ أتاحت الشبكات الحديثة لأجهزة الكمبيوتر التواصل بطريقة سريعة وموثوق بها، وهو أمر مهم إذا أردنا استخدام الخدمات من مُوفر خدمة السحابة. ما أتاح مُقارنة تجربة المستخدم مع البرامج التي تعمل في مركز بيانات بعيد لتكون مماثلة لتجربة البرامج التي تعمل على جهاز كمبيوتر شخصي. والبريد الإلكتروني هو مثال شائع، مثله مثل البرامج المكتبية. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر المحاكاة الظاهرية أمرًا أساسيًا لتمكين حوسبة السحابة. إذ تسمح المحاكاة الظاهرية بإدارة تعقيد السحابة من خلال تجريد مواردها ومشاركتها عبر المستخدمين من خلال أجهزة ظاهرية متعددة. يمكن لكل جهاز ظاهري تنفيذ نظام التشغيل الخاص به وبرامج التطبيقات المرتبطة به.
تعتبر التقنيات مثل أنظمة التخزين الكبيرة وأنظمة الملفات الموزعة وهياكل قواعد البيانات الجديدة حاسمة لإدارة البيانات وتخزينها في السحابة. تقدم حوسبة المنفعة العديد من هياكل الشحن لتأجير موارد الحوسبة. ومن الأمثلة على ذلك الدفع لكل ساعة مورد، والدفع لكل معدل نقل مضمون، والدفع حسب البيانات المخزنة شهريًا.
تسمح الحوسبة المتوازية والموزعة للكيانات الموزعة الموجودة في أجهزة الكمبيوتر الشبكية بالاتصال وتنسيق إجراءاتها من أجل حل بعض المشاكل، ممثلة في برامج متوازية. كتابة برامج موازية للمجموعات الموزعة أمر صعب بطبيعته. لتحقيق كفاءة برمجة عالية ومرونة في السحابة، يجب أن يكون هنالك نموذج برمجة.
تمنح نماذج البرمجة الخاصة بالسُحب المستخدمين المرونة للتعبير عن البرامج المتوازية كوحدات حسابية مُتتابعة (على سبيل المثال، الوظائف كما في MapReduce والقمم كما في GraphLab). تقوم أنظمة وقت التشغيل الخاصة بنماذج البرمجة هذه عادةً بموازاة وتوزيع وجدولة الوحدات حسابية، كما تقوم بإدارة الاتصالات بين الوحدات، وتحمّل الفشل.
المراجع
سيمسون ل. غارفينكل (1999). Architects of the Information Society: Thirty-Five Years of the Laboratory for Computer Science at MIT. MIT Press.
Michelle Bailey (2009). اقتصاديات المحاكاة الظاهرية: التحرك نحو نموذج تكلفة قائم على التطبيق. المستند التقني برعاية VMware.