كل ما تودّ معرفته عن السحابة والحوسبة السحابية

ارتبط مصطلح السحابة في البداية بتوفير مساحات تخزينية على الويب تسمح بتخزين أنواع البيانات جميعها. ولكن؛ تطوّرت الحوسبة السحابية كثيرًا وشملت مجالات أوسع بكثير من مجرد التخزين.

فما المقصود بالسحابة والحوسبة السحابية؟ ومم تتكون السحابة؟ وما هي التقنيات التي تقوم على أساسها؟ ومن هي الشركات الكبرى في هذا المجال؟

سنعرّفكم في هذا المقال إلى مفهوم السحابة والحوسبة السحابية، ونشرح هدفها وتاريخها وأشهر شركاتها وبنيتها، إضافة إلى التقنيات التي تقوم على أساسها.

توفر الحوسبة السحابية الوصول -على نحو سلس وبسيط- إلى موارد المخدمات ومراكز التخزين وقواعد البيانات، إضافة إلى عديدٍ من التطبيقات، كذلك توفر كثيرًا من التكاليف والنفقات على المستخدمين؛ فبدلًا من أن يشتري المستخدم العتاد ويجهّز البيئات المناسبة لاستضافة التطبيقات الخاصة به، توفّر الحوسبة السحابية كاملَ المتطلبات التي يحتاجها التطبيق مع قابلية التوسُّع وزيادة الموارد عند الطلب.

قد عانت عديدٌ من الشركات في أنحاء العالم مشكلةَ التوسُّع وازدياد حاجات العتاد الصلب، الأمر الذي تطلب منها شراء عتاديات جديدة لتلبية المتطلبات، فضلًا عن مشكلات الصيانة وانقطاع الخدمة. ونظرًا إلى كون الحوسبة السحابية لا تعاني هذه المشكلات، فقد اعتمدتها معظم الشركات.

السحابة ، الحوسبة السحابية ، AWS, google, microsoft, cloud, cloud computing, IaaS, PaaS, SaaS, Azure hypervisor 

ما السحابة؟

توفر الحوسبة السحابية للشركات ومزودات الخدمة والأفراد القدرَ الكافي من موارد الحوسبة على نحو ديناميكي (عُقد الحوسبة، وتخزين البيانات، وإلخ....) لتلبية احتياجاتهم.

يُوصَل إلى هذه الخدمات عبر شبكة ما، ومن غير الضروري أن تكون شبكة عامة، فهناك ثلاثة أنواع للسحابة تتحدد وفقًا لها طبيعة الشبكة المستخدمة للوصول إلى خدماتها، وهي: السحابة العامة، والسحابة الخاصة، والسحابة الهجينة أو المختلطة التي تمثل مزيجًا من السحابة العامة والخاصة.

تكون السحابة الخاصة تابعةً لشركة أو منظمة معينة، ويمكن أن يصل إلى خدماتها أفرادُ هذه المنظمة عن طريق شبكة خاصة، وتقع مسؤولية صيانة هذه السحابة ومتابعتها على المنظمة المالكة لها. في حين تقدم السحابة العامة الخدمات والموارد على نحو ديناميكي للمستخدمين عند الطلب وبحسب الحاجة، ويمكن أن تكون مأجورة أو مجانية بحسب الاستخدام.

نذكر من منصَّات الحوسبة السحابية الرائدة في العالم حاليًّا:

(Amazon Web Services (AWS

Microsoft Azure

Google Cloud Platform

(IBM Cloud (formerly SoftLayer

وكما يوحي اسم السحابة المختلطة (الهجينة)، فإنها تحتوي على خدمات عامة وأخرى خاصة؛ إذ يُوصَل إلى الخدمات الخاصة عبر الشبكة الداخلية الخاصة بالمنظمة، ويُوصَل إلى الخدمات العامة عبر شبكة الإنترنت. ويُنجَز ما سبق جميعه تحت إدارة المنظمة المالكة للسحابة.

ويمكن للمنظمات أن تختار نوع السحابة المناسب لها ولخدماتها، فعلى سبيل المثال؛ تكون السحابة الخاصة أو المختلطة كفيلةً بتلبية متطلبات مَن يفضّل استضافة خدماته لديه كاملًا أو مع استخدام بعض خدمات السحابة العامة لأسباب لها علاقة بالأمن أو غيره، ولكن؛ يجب أن يضع في الحسبان أنّ عمليات الصيانة والإدارة تقع على عاتقه.

ماذا تقدم السحابة العامة؟

2- تخفيض النفقات المرتبطة بالمشكلات العتادية والأعطال والمشكلات الشبكية، فهي ليست مسؤوليتك.

3- يمكنك التحكم بخدماتك وإدارة الموارد المخصصة لك بمرونة تسمح لك بالتوسع وتلبية متطلباتك المتزايدة.

4- زيادة الكفاءة في الأداء دون الحاجة إلى القلق بشأن التجهيزات وعمليات التبريد؛ لأنك ببساطة تدفع لقاء ما تحتاج وتستخدم.

5- يتيح استخدام السحابة للمطورين أن يستخدموا أحدث الأدوات اللازمة لبناء التطبيقات ونشرها، وهذه الميزة مهمة للشركات التي تنتج التطبيقات لأنّ التنافس في السوق قائمٌ على الجودة والسرعة في تقديم المنتجات؛ وإلا خسرت مكانتها في السوق.

إن هذه الأعمال التي تعمل بمبدأ "عند الطلب" و "كل شيء هو خدمة" تمتد لتتعدّى مطوّري التطبيقات وصولًا إلى التعاملات المالية، وإدارة الموارد البشرية، وحتى المبيعات.

الشركات الكُبرى في مجال الحوسبة السحابية:

نستعرض في بداية المقال الشركات ذات الحصة الأكبر في السوق في مجال الحوسبة السحابية.

Amazon

إنّ أكثر خدمات Amazon السحابيّة شهرةً هي الحوسبة المرنة Amazon Elastic Compute Cloud أو ما يُعرَف بـ (EC2)، وخدمة التخزين البسيط Simple Storage Service المعروفة بـ (S3)، وسنتحدث عن هذه الخدمات بإسهاب أكثر في الجزء الثاني من هذه السلسلة.

تتمتع شركة Amazon بأكبر حصة سوقية في مجال الحوسبة السحابية وخدماتها.

Microsoft

تتضمن السحابة الخاصة بشركة Microsoft حواسب افتراضية تعمل بنظام تشغيل Linux، وعلى غرار السحابة الخاصة بشركة Amazon؛ تقدم Azure لمستخدميها عددًا من الخدمات السحابية التي تتضمن الحوسبة، والتخزين، وقواعد البيانات وغيرها.

تتمتع Microsoft بثاني أكبر حصة في السوق فيما يرتبط بالحوسبة السحابية بعد شركة Amazon.

Google

وقد اقتصرت خدماتها حتى عام 2010م على التخزين السحابي، ومن ثم بدأت تتجه نحو بناء أُطر عمل داخلية وطرحها للاستخدام العام وفق ما تراه مناسبًا.

IBM

نظرة عامة إلى معمارية الحوسبة السحابية:

يقدّم الوصف الآتي نظرة عامة عالية المستوى إلى مراكز البيانات الحقيقية التي ترتكز السحابة عليها.

الأماكن والمناطق (Regions and Zones)

في حين تتوزع مراكز البيانات الخاصة بالخدمات السحابية لشركة Microsoft في 36 مكانًا جغرافيًّا في أنحاء العالم، ويحوي كل مكان مركز بيانات وحيد يخدم هذا المكان. 

أما بيانات شركة IBM؛ فتتوزع فيما لا يقل عن 33 مكانًا جغرافيًّا في أنحاء العالم، ويوجد في كل مكان مركز بيانات يحوي آلاف المخدمات.

إنّ المستخدم النهائي قادرٌ على تشغيل آلته الافتراضية والتحكم بموارده في أكثر من مكان جغرافي وعبر المناطق، وإذا أراد أخذ نُسخ من موارده وتوزيعها في أكثر من مكان جغرافي فهو يملك الصلاحيات لفعل ذلك؛ إذ إنّ هذه العملية ضرورية لتلافي المشكلات الناجمة عن الكوارث كالفيضانات والزلازل.

هذه الخصائص مهمة جدًّا للشركات والمستخدمين المهتمين بتوفير خدماتهم دائمًا، فعلى سبيل المثال؛ إذا كان هناك شركة ما تقدم مجموعة من الخدمات المعتمدة على سحابة شركة أمازون AWS، فسيكون من مصلحة الشركة أن تنسخ حواسيبها الافتراضية في منطقة أخرى (zone) أو في مكان جغرافي آخر، لأنه في حال تعطلت الخدمة في منطقة معينة لسبب ما فستكون الشركة قادرة على متابعة تقديم خدماتها عن طريق المناطق الأخرى.

يمكن الوصول إلى كل مخدم أو حاسب افتراضي في السحابة العامة عن طريق عنوان إنترنت عام. ويمكن للمستخدمين أن ينشِئُوا شبكات افتراضية معزولة منطقيًّا لاستضافة مواردهم وخدماتهم، وذلك عن طريق خدمة السحابة الافتراضية الخاصة virtual private cloud التي يُرمَز لها VPC.

تُبنَى الشبكات الافتراضية ضمن المكان الجغرافي الواحد (Region)، وقد طُوّرت طرائق لتحقيق الاتصال بين شبكات افتراضية في أماكن جغرافية مختلفة.

التخزين (Storage)

_{الشكل (1): لمحة عالية المستوى لمعمارية التخزين في السحابة}

يوضّح الشكل (١) بنية تخزين نموذجية في السحابة. نرى في الأسفل المخدّمات الخاصة بالتخزين والتي تتكون من أجهزة تخزين أو محركات أقراص ثابتة.

يوجد العديد من مخدّمات التخزين في كل مكان جغرافي (region)، وتُجمَّع هذه المخدمات معًا إما ضمن الموقع الواحد وإما عبر عدة مواقع لتشكيل وحدة تخزين منطقية.

عندما يطلب المستخدم وحدة تخزين بيانات من أجل آلة افتراضية، يُقتطَع الحجم المطلوب من المجال المنطقي الذي يضم محركات الأقراص جميعها، وفي معظم الحالات يمكن للمستخدمين تغيير حجم وحدات المطلوبة بسهولة وحسب الحاجة.

يستطيع المستخدم تخزين البيانات على السحابة بعدة طرائق منها:

الاعتماد على نظم الملفات أو الكتل وطرائق الوصول التقليدية، ويمكن ربطها بأيّة آلة افتراضية تشغل أي نوع من أنواع أنظمة التشغيل، ويُشار لهذه الطريقة بـ (Elastic Block Storage (EBS) ،Elastic File System (EFS.

تخزين الأغراض، وهي أكثر الطرائق حداثة؛ فبهذه الطريقة يمكن الوصول إلى البيانات عبر الشبكة بالاعتماد على بروتوكولات محددة.

تختلف طريقة تخزين الأغراض عن الطرائق التقليدية بأن البيانات تُمثّل كأغراض؛ إذ يحوي الغرض البيانات والبيانات الأولية (metadata) ومُعرّف فريد خاص به، ويمكن للمستخدمين أو التطبيقات الوصول إلى غرض ما بالاعتماد على المعرِّف الخاص به، فلا توجد هنا هرمية ملفات ولا مجلدات ومجلدات فرعية.

المحاكاة الافتراضية (Virtualization)

_{الشكل(2): آليات المحاكاة الافتراضية} 

يرتكز نجاح الحوسبة السحابية أساسيًّا على تقديم البنية التحتية بوصفها خدمة  Infrastructure as a service أو (Iaas)، وقدرتها على تشغيل عدة آلات افتراضية عن طريق نظام إدارة الآلات الافتراضية أو ما يُسمّى (hypervisor).

يقدم الـ hypervisor إمكانية استضافة عدة أنظمة تشغيل على الحاسب نفسه، فهو مُصمم ليحاكي معماريةَ عديدٍ من المعالجات التي تشمل: Intel x86، x86-64 ،ARM ،PowerPC ،MIPS.

وبذلك؛ يمكن للمستخدم بواسطة واجهة ويب أن يتحكم بموارده الحاسوبية وينشئ آلات افتراضية كما يريد وفقًا لموارده المحجوزة وفي دقائق معدودة، ويُنجَز ذلك بالاعتماد على واجهة برمجة تطبيقات خدمة الويب web API التي تؤدي دورَ الوسيط بين طلبات المستخدم والعتاد.

تمثل كل آلة افتراضية تنشئها مخدّمًا حقيقيًّا خاصًّا بك، فأنت تملك كامل الصلاحيات في تعاملك معه؛ إذ إنك تستطيع اختيار الإمكانات العتادية التي تريدها، ونوع نظام التشغيل، ونوع الخدمات التي يقدمها وآلية تقديمها.

وبالطبع كلما زادت الإمكانات العتادية التي تستخدمها في بناء آلاتك الافتراضية، زادت التكلفة.

يظهر الشكل (2) مقارنة بسيطة بين الطريقة التقليدية والمحاكاة الافتراضية باستخدام الhypervisor وأنموذج الحاويات الذي سنتكلم عنه في الفقرة الآتية.

الحاويات (Containers)

وعن طريق آليّة العزل، لا تؤثر العمليات التي تحدث ضمن حاوية ما في العمليات التي تجري في حاويات أخرى.

حسَّنت هذه الطريقة من إجرائيات الأمن، فإذا استطاع مُخرِّب استغلال ثغرة ضمن تطبيق ما، فسيكون قادرًا على التحكم بالعمليات الموجودة ضمن الحاوية التي تحوي التطبيق فقط.

تبسِّط الحاويات على نحو كبير عملية نشر التطبيق في السحابة، وذلك بجعل التطبيق مستقلًّا عن نظام التشغيل، إضافة إلى التقليل من المتطلبات العتادية والبرمجية.

الحوسبة بدون مخّدمات (Serverless Computing)

تبدو هذه التقنية للوهلة الأولى مشابهةً لتشغيل حاوية ما في السحابة، ولكن؛ ما يميزها هو أنك لن تكون مسؤولًا عن إدارة الحاوية، فقد أُخفيت هذه التفاصيل عن المطوّرين. وببساطة كلُّ ما يجب عليك فعله هو تحميل الشيفرة البرمجية الخاصة بك وستُشغَّل بالطريقة المناسبة.

إنّ أول ما يتبادر إلى الذهن عند ذكر الحوسبة بدون مخدمات هي الخدمة المقدَّمة من شركة Amazon والتي تدعى AWS Lambda. وباستخدام هذا الأنموذج لا حاجة إلى تجهيز خوادم فعلية أو افتراضية أو إدارتهما، فلا يجب عليك سوى تحميل الشيفرة البرمجية الخاصة بك وستُشغَّل.

تُنشَر الشيفرة البرمجية الخاصة بك فقط داخل حاوية معزولة، كذلك تُحزَم كل المكتبات والتبعيات اللازمة لتشغيل الشيفرة ضمن الحاوية.

_{الشكل(3): أنموذج للحوسبة السحابية الأصلية}

يوضّح الشكل (3) كيفيّة عمل هذه المكونات بعضها مع بعض؛ إذ يطلب المستخدم خدمة ما عبر موقع ويب أو عن طريق تطبيق على هاتفه النقال، ومن ثم يردّ المخدم الموجود ضمن حاوية أو آلة افتراضية على طلب المستخدم.

عند طلب استعمال خدمة ما، يُتّصَل بخدمة مصادقة خارجية مثل الخدمة التي تستعملها شركة Amazon لإدارة الوصول والتحقق من الهوية IAM) Identity and Access Management)، وعن طريق هذه الخدمة يُسمَح (أو يُمنَع) الوصول إلى الخدمة وتوجّه بوابة الـ API الطلبَ إلى الخدمة المرادة.

الأمن:

إنّ التحدي الأكبر هو استخدام الخدمات السحابية العامة والاستفادة منها بطريقة آمنة وموثوقة؛ مما يفرض على المؤسسات والشركات المزودة للخدمة تقديمَ الدعم الفني الأفضل للحفاظ على التوافرية الدائمة إلى جانب تأمين الأمن والخصوصية.

وقد أشرنا في المقال إلى الأساليب المتبعة في المصادقة وتحديد الهوية، وتكون هذه الميزة مهمة جدًّا في حال كانت الخدمات السحابية عامة، فهي تساعد على عملية وصول المستخدمين إلى خدمات السحابة وفق الصلاحيات الممنوحة لهم من مزودي الخدمة.

على سبيل المثال؛ تمتلك شركة أمازون خدمة IAM التي يمكن عن طريقها إنشاء مستخدمين أو مجموعات من المستخدمين وإدارتهم وإعطاء أذونات الوصول إلى مختلف موارد AWS.

المصدر: هنا