Эту книгу мы написали для ученых, инженеров и для всех, кто хочет ближе познакомиться с облачными вычислениями, чтобы узнать о них больше или оценить облако как альтернативное или дополнительное решение для собственных вычислительных потребностей. Кроме того, книга может быть полезна ИТ-специалистам, например архитекторам программных решений, желающим быть в курсе текущих и будущих потребностей научного сообщества, а также понимать, как можно удовлетворить их с помощью облачных технологий – и как следствие предлагать своим клиентам более подходящие решения. Таким образом, этот текст может стать своеобразным мостом между видением пользователя и поставщика.

В этой книге мы попытались дать общее представление о современном состоянии облачных вычислений. Текст может послужить вводным курсом для выпускников, студентов магистратуры и аспирантов, обучающихся любым дисциплинам: он даст представление о потенциальных возможностях использования облачных технологий и о том, как они могут помочь в разработке проектов и будущей работе.

Эту книгу мы хотели бы посвятить нашим семьям и друзьям за их ежедневную поддержку и понимание, позволяющие нам отдавать себя исследовательской работе, что слишком часто происходит за счет времени, которое мы могли провести с ними.

Кроме того, мы хотим поблагодарить Springer за интерес к этой книге и возможность опубликовать ее, и особенно Закари Романо, нашего ответственного редактора, а также редакторскую службу AJE. Особая благодарность Пауло Родригесу из Dropbox за полезные дискуссии и содействие в работе, за внесенный в эту книгу вклад. Кроме того, мы хотели бы поблагодарить Google Enterprise, Microsoft Research и Amazon Web Services за предоставленные вычислительные ресурсы и техническую поддержку для проведения экспериментов с использованием их облачных платформ. Том Грей, Барак Регев и Шайлеш Рао из Google, Кендзи Такеда из Microsoft Research – мы выражаем вам глубокую признательность. Также мы благодарим коллег из ClimatePrediction.net в Оксфордском университете, особенно Дэвида Уоллома, всех сотрудников Галисийского центра суперкомпьютерных вычислений (CESGA), в частности Карлоса Фернандеса, а также Томаса Фернандеса Пену из Университета Сантьяго-де-Компостела.

Мы благодарим преподавателя кафедры физиологии Университета Сантьяго-де Компостела Сулаю Тóвар и профессора Хосе Агустина Гарсию из Университета Эстремадуры за отзывы о черновых версиях этой книги. Кроме того, мы выражаем признательность Александре Иглесиас за ее вклад в дизайн обложки.

Часть исследований, проведенных в течение многих лет и позволивших нам накопить знания для создания этой книги, финансировались различными агентствами и учреждениями, в т. ч. Европейским фондом регионального развития (ERDF). Кроме того, в последние годы Хуану Аньелю была оказана поддержка в виде гранта Рамона-и-Кахаля от правительства Испании (RYC-2013–14560).

Активное использование компьютеров в научных целях постоянно стимулировало развитие технологий. В исследовательской работе компьютеры используются по-разному, но наиболее востребованными их функциями являются хранение данных и высокопроизводительные вычисления (HPC). При таком использовании наличие сетевого оборудования всегда являлось обязательным требованием; однако оно потеряло актуальность с развитием концепции облачных вычислений в последнее десятилетие и внесерверной обработки данных в последние годы. И действительно, отчет проекта top500.org[1] гласит: за период 2016–2017 гг. рынок HPC вырос примерно на 1,6 %, тогда как использование облачных HPC-сервисов возросло с 7 до 44 %. Скорее всего, объяснить эту разницу можно тем, что HPC как услуга (HPCaaS) используется для дополнения ресурсов локальных инфраструктур HPC, когда таких ресурсов недостаточно для удовлетворения нужд пользователя. Это, пожалуй, одна из самых привлекательных особенностей облачных вычислений, стимулирующая их использование в исследованиях: удовлетворение потребности в вычислительных ресурсах при реализации тех или иных проектов.

Облачные вычисления уже более десяти лет являются широко распространенной и внедряемой ИТ-отделами технологией. Приложения, решения и варианты практического применения облачных вычислений исследуются повсеместно. Однако далеко не всегда пользователи имеют полное представление об их потенциале, вариантах использования, устройстве и ситуации на рынке в целом. Так, они могли ознакомиться с основными характеристиками компьютера, ноутбука, рабочей станции и т. д. и получить общее представление о том, какими функциями они будут располагать при наличии такой технологии, а также о том, какую из технологий выбрать в соответствии с памятью или процессором своего устройства. Однако все это – пока не облачные вычисления. Многие еще просто-напросто не приспособились к этой новой парадигме, что привело к пробелу в знаниях между преобладающей сегодня технологией и тем, к чему привыкли пользователи. Тем не менее, мы все чаще используем облачные вычисления как для повседневной работы, так и для развлечений, например, открывая приложение на смартфоне. Также это касается и тех, кто работает в науке, занимается изысканиями, возглавляет лаборатории или исследовательские центры – вплоть до первых лиц. Все они могут получить весомые преимущества, если хотя бы частично задействуют облачные решения, как будет рассказано и показано на примерах далее. Они применимы практически к любой научной дисциплине. Что касается руководителей высокого уровня, то им, возможно, придется рассмотреть вопрос о переходе ИТ-инфраструктуры на облачные технологии; и, конечно, они захотят больше узнать о последствиях такого перехода. Отчет компании The Economist Intelligence Unit за 2016 г. содержал дискуссию о том, как недостаток знаний и недоверие становятся барьерами для внедрения облачных вычислений[2]. И хотя сегодня эти показатели, скорее всего, улучшились, недавний опрос Евростата показал: всего 28 % европейских предприятий используют облачные технологии, а их более широкое внедрение ожидается только в будущем[3].

Бессерверные вычисления – своего рода эволюция облачных: эта еще более свежая концепция призвана повысить уровень абстрагирования для пользователей, для которых вопрос используемой ими вычислительной инфраструктуры станет не так уж важен.

Что до тех, кто финансирует исследования, то как государственные, так и частные организации изучали и применяли облачные решения в инфраструктуре и проектах, в которые вкладывались. Достигнуть этого можно разными путями: например, через развертывание облачной инфраструктуры с использованием общедоступных HPC-центров или предоставление ваучеров на использование ресурсов облачных вычислений от коммерческих поставщиков вместо того, чтобы выделять время общедоступных высокопроизводительных вычислительных центров.

Еще один довод в пользу широкого использования и внедрения облачных технологий: они предоставляют прекрасную возможность для демократизации развития научных исследований, так как отменяют необходимость создавать и обслуживать собственные HPC-центры. Это особенно важно для финансирующих научные изыскания организаций, исследователей и лабораторий, не имеющих доступа к таким центрам, а также тех, кто получил финансирование под конкретный ограниченный во времени проект и не хочет вкладывать средства в покупку и обслуживание оборудования, которое устареет или не будет использоваться в будущем. Потенциал этой технологии огромен: она устраняет препятствия для исследований в самых неблагополучных странах и уголках планеты, т. е. там, где инфраструктура для проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ развита недостаточно.