Введение

Рынок облачных вычислений быстро растет. Согласно отчету Forrester «Прогнозы на 2020 год: облачные вычисления» (на англ. яз.) за 2019 год мировой рынок сервисов для публичных облаков достигнет 299,4 млрд долларов США в 2020 году и продолжит расти на 29,2% в год в 2019–2025 гг^[1]. Облачная инфраструктура привлекает компании своими преимуществами по сравнению с традиционными ЦОД. Это и экономия расходов, и масштабируемость и дополнительная гибкость для DevOps.

Хотя публичные облака по-прежнему занимают большую часть рынка облачных сервисов, доля частных облаков продолжает расти. По данным независимого отчета Statista, в 2020 году предприятия потратили на частные облака 72,9 млрд долларов, и эти расходы будут только увеличиваться — в среднем, на 28% в год в 2021–2027 гг^[2]. В 2020 году самыми популярными корпоративными решениями для частных облаков стали VMware vSphere, Microsoft Azure Stack, OpenStack, VMware vCloud Director и AWS Outposts^[3].

Сегодня все большую популярность набирают гибридные и мультиоблачные архитектуры. В отчете «Облачные тренды в 2020 году: выживание в сложный год» (на англ. яз.) компания 451 Research отмечает, что использование гибридных и мультиоблачных сред становится основной стратегией управления ИТ-ресурсами и трансформации бизнеса в цифровую эпоху — такого подхода придерживается 62% организаций^[4].

Этот подход знаком клиентам Canonical, таким как Cisco, Daimer и SBI BITs, которые реализовали инфраструктуру частного облака с помощью Canonical Charmed OpenStack. Сейчас они эффективно и без лишних сложностей управляют рабочими нагрузками в мультиоблачных средах на основе Ubuntu.

Популярность мультиоблачных сред во многом определяется их экономичностью, ведь организации постоянно стараются оптимизировать затраты на инфраструктуру и платить только за нужные ресурсы. Как снизить совокупную стоимость владения (TCO) в долгосрочной перспективе? В этом документе мы проанализируем распространенные трудности и предложим методологию и решения, которые позволят повысить эффективность капитальных и операционных затрат. Вы увидите, что мультиоблачная среда, куда входит публичное облако и экономически эффективное частное облако, позволяет оптимизировать затраты на инфраструктуру.

Трудности при оптимизации затрат на инфраструктуру

Организации ожидают, что миграция в облако позволит снизить TCO по сравнению с традиционной ИТ-инфраструктурой. Раньше организации использовали выделенные серверы для отдельных сервисов и управляли инфраструктурой вместе с приложениями. Это приводило к неэффективному использованию ресурсов, а на обслуживание зависимостей между базовой ОС и приложениями уходило много времени. Организации ожидали сократить TCO с помощью виртуализации и контейнеризации, которые позволяют отделять приложения от инфраструктуры и распределять их по разным серверам для эффективного потребления ресурсов, а также подготавливать инфраструктуру и приложения автоматически, чтобы использовать только нужные ресурсы.

На практике мало кому удается достичь этой цели. Причины разные, но, в основном, это связано с непрерывным ростом числа рабочих нагрузок, а также объема данных, которые организация собирает, хранит и анализирует. Все это приводит к увеличению затрат на инфраструктуру, поскольку для размещения приложений требуется все больше ресурсов. Более того, последние тренды в отрасли, например нативные облачные вычисления, приводят к дополнительным нагрузкам на команду, отвечающую за инфраструктуру. Дело в том, что нативные облачные вычисления используют архитектуру микросервисов, в которой приложение разделено на простейшие модули. Каждый такой модуль выполняется на отдельной виртуальной машине или в контейнере, поэтому организации приходится управлять тысячами облачных рабочих нагрузок и, если выбран неоптимальный подход, использовать очень много ресурсов.

Ведущие облачные провайдеры знают об этой проблеме и постоянно снижают тарифы. Например, в официальном блоге Amazon Web Services (AWS) сказано, что они снизили цены в 67 раз по сравнению с тарифами 2006 года^[5]. Наличие разных провайдеров способствует здоровой конкуренции, инновациям, высокому качеству услуг и низким ценам, при этом спрос на ресурсы продолжает расти.

В последнее время многие организации подумывают об использовании частных облаков. Поскольку владение обычно обходится дешевле аренды, особенно в долгосрочной перспективе и большом масштабе, они надеются, что самостоятельное управление облаком поможет снизить TCO. Частное облако подойдет не любому бизнесу, поскольку требует крупных начальных инвестиций. Более того, ведущие провайдеры частных облаков, такие как VMware, требуют покупать дорогие лицензии еще даже до развертывания облака. Наконец, частные облака всегда ограничены по емкости и выбору технологий, а значит в них можно выполнять не все рабочие нагрузки.

Очевидно, что оптимизировать расходы на инфраструктуру с помощью облака не так-то просто. Canonical стремится помочь организациям максимально увеличить показатель ROI, связанный с миграцией в облако. Обычно для этого необходимо запускать рабочие нагрузки в разных облаках, чтобы избежать лишних расходов. Для этого Canonical за последние годы разработала несколько решений для повышения экономической эффективности облачной инфраструктуры. Среди них — управление на основе моделей и методы, позволяющие оптимизировать соотношение цены и производительности для облачной инфраструктуры.

Методология сравнения цен на облака

Обычно организации легко могут рассчитать TCO, связанную с обслуживанием облачной инфраструктуры, но сделать это для каждого приложения или сервиса гораздо сложнее, потому что неочевидно, какую часть инфраструктуры использует тот или иной сервис. В результате организации не могут сравнить расценки разных облачных провайдеров, чтобы эффективно распределить рабочие нагрузки по облакам, а неправильное распределение приводит к лишним расходам.

Чтобы размещать рабочие нагрузки с максимальной выгодой, следует использовать методологию сравнения цен и переносить рабочие нагрузки при изменении условий. В облачной среде цены обычно сравниваются по метрикам стоимости ресурса, например:

• стоимость виртуальной машины;

• стоимость ТБ постоянного хранилища;

• стоимость числа операций ввода-вывода в секунду (IOPS);

• стоимость 1 Гбит/с трафика сети;

и т. д.

Ведущие провайдеры публичных облаков предлагают модель оплаты по мере использования, поэтому метрики обычно рассчитываются за час или за месяц. Это означает, что, в первую очередь, организации должны оценить, сколько ресурсов (инстансы, типы инстансов, хранилище, сеть и т. д.) потребуется для их приложений и на какое время.

Поскольку ведущие провайдеры открыто публикуют стоимость ресурсов, можно использовать эти цифры в расчетах TCO для каждого приложения. Более того, можно использовать различные онлайн-инструменты сравнения цен, например калькуляторы TCO ^[6]. Рассчитав приблизительную стоимость для разных провайдеров, организация может выбрать наиболее экономически эффективный вариант. Чтобы гарантировать минимальную TCO, следует пересматривать расчеты регулярно.

Сравнить цены на публичное и частное облако гораздо сложнее, потому что для частных облаков не указана стоимость ресурсов. Это связано с тем, что частные облака очень отличаются друг от друга. Существуют разные платформы с разными требованиями по минимальному размеру и лицензированию. Кроме того, используется разное оборудование, разные платформы программно-определяемых сетей и разные топологии сети. Наконец, вендоры предлагают для облаков коммерческие сервисы по разным тарифам. В результате стоимость за ресурс необходимо рассчитывать отдельно для каждого частного облака.

Canonical Charmed OpenStack — это корпоративное частное облако с превосходным соотношением цены и производительности, которое использует модели, чтобы значительно сократить стоимость обслуживания и управления. Charmed OpenStack — это экономически эффективное дополнение к публичному облаку, которое позволяет оптимизировать капитальные и операционные расходы в мультиоблачных средах и сократить TCO облачной инфраструктуры.

Это сложно, но возможно. Ведущие провайдеры частных облаков, включая Canonical, называют приблизительную стоимость ресурсов для своих продуктов, что позволяет организациям использовать ту же методологию для сравнения публичных и частных облаков. В следующем разделе представлена приблизительная стоимость ресурсов для базовой платформы частного облака с Canonical Charmed OpenStack.

Charmed OpenStack: стоимость ресурсов

Чтобы вычислить метрики стоимости ресурсов для частного облака, нужно рассчитать его TCO и общую емкость, а затем разделить TCO на отдельные компоненты, чтобы получить определенную метрику.

При расчете TCO частного облака нужно учесть много факторов. Облако — это сложная среда, состоящая из программных и аппаратных компонентов, работающих в ЦОД, которым нужно непрерывно управлять. Компоненты TCO частного облака приводятся на рисунке 1.

Поскольку оборудование для частного облака приходится регулярно обновлять, в расчете TCO нужно учитывать начальные капитальные затраты и текущие операционные расходы на протяжении периода использования оборудования.

Расчеты приводятся для облака Charmed OpenStack общего назначения с 12 нодами, развернутого на базовом оборудовании в рамках сервиса Private Cloud Build (PCB) от Canonical. Поскольку Charmed OpenStack — это платформа с открытым исходным кодом, покупать лицензию не требуется. Расходы на хостинг рассчитаны на основе официальных расценок партнеров. Чтобы точнее рассчитать расходы на эксплуатацию, обслуживание и поддержку, мы предполагаем, что облако управляется Canonical в рамках сервиса Managed OpenStack, куда входит подписка Ubuntu Advantage for Infrastructure(UA-I). Наконец, TCO рассчитана с учетом использования оборудования в течение трех лет.

Canonical представляет коммерческие услуги для Charmed OpenStack в виде пакетов:

• Private Cloud Build (PCB) и PCB Plus — это пакеты консалтинговых услуг с фиксированной стоимостью для реализации Charmed OpenStack на эталонной архитектуре и сертифицированном оборудовании, включая проектирование и реализацию облака, семинары для клиента, анализ рабочих нагрузок и планы миграции.

• Ubuntu Advantage for Infrastructure (UA-I) — корпоративная подписка на Ubuntu, которая распространяется на все уровни инфраструктуры и включает поддержку обновлений для системы безопасности на 10 лет, поддержку по телефону, прием заявок, SLA производственного уровня и программы комплаенса.

• Managed OpenStack — полностью управляемый сервис частного облака, включающий облачный мониторинг, обслуживание, повседневное управление, разрешение инцидентов и проблем, обновление ПО и апгрейды OpenStack. Полностью освобождает организацию от задач по управлению облаком.

Чтобы оценить общую емкость облака, необходимо сначала определить емкость одной ноды, а затем умножить это значение на число нод в облаке. На общую емкость облака влияют и другие факторы, например, избыточное выделение ресурсов ЦП и памяти, коэффициент репликации постоянного хранилища и процент потребления облачных ресурсов, который нельзя превышать.

В расчетах использовались параметры развертывания по умолчанию, а именно:

• избыточность ЦП 2:1;

• без избыточности ОЗУ;

• коэффициент репликации постоянного хранилища — 3;

• лимит использования облака — 75%.

Предполагается, что облако развернуто на гиперконвергентной архитектуре, а спецификации нод соответствуют официальным рекомендациям.

Метрики стоимости виртуальной машины в базовом облаке Charmed OpenStack приводятся в таблице 2. Поскольку потребление облачных ресурсов определяется типом инстанса, цены на виртуальную машину зависят от их размера. Более того, емкость частного облака всегда ограничена, а значит ограничено и число виртуальных машин. Чтобы увеличить число виртуальных машин, нужно добавить ноды. Это повлияет на стоимость виртуальной машины, поэтому расчеты всегда нужно делать на основе индивидуальных требований. Чтобы помочь организациям с расчетами, Canonical предоставляет калькулятор TCO для Charmed OpenStack^[7]. Точная стоимость зависит от оборудования, конфигурации облака, локальных расходов на хостинг и оплаты труда.

Если сравнить метрики из таблицы 2 с официальными расценками на инстансы AWS Elastic Compute Cloud (EC2) t3a с тем же семейством ЦП, будет очевидно, что стоимость виртуальных машин в Charmed OpenStack примерно на 60% ниже^[8]. В расчетах не учитывается стоимость остальных ресурсов, которые входят в счет при использовании публичного облака. В итоге Charmed OpenStack предоставляет более экономически эффективную инфраструктуру для облачных рабочих нагрузок. Однако одного частного облака для оптимизации затрат на инфраструктуру будет недостаточно — необходимо создать гибридную или мультиоблачную архитектуру.

Оптимизация затрат в гибридных и мультиоблачных средах

Хотя в частных облаках стоимость ресурсов обычно ниже, чем в публичных, это не значит, что их использование будет более выгодным во всех ситуациях. Например, не имеет смысла создавать частное облако всего для нескольких виртуальных машин. Более того, дополнительные сложности, связанные с использованием частного облака, такие как ограниченная емкость и поддержка технологий, обычно приводят к созданию гибридной или мультиоблачной архитектуры. Чтобы лучше понять расходы на частное и публичное облако, давайте рассмотрим компоненты TCO (капитальные и операционные затраты).

Анализ TCO

Приблизительная TCO для частного и публичного облака с фиксированной емкостью приводится на рисунке 1. Самая большая проблема при реализации частного облака — относительно высокие начальные капитальные затраты на оборудование, лицензии и развертывание. Не каждая организация может себе это позволить. Публичные облака не требуют капитальных затрат. Ресурсы можно использовать сразу — достаточно создать аккаунт и привязать кредитную карту, поэтому большинству организаций публичные облака кажутся более выгодными, по крайней мере сначала. В обоих случаях капитальные затраты не растут, поскольку не зависят от числа рабочих нагрузок.

Для операционных затрат картина совсем другая. В частных облаках они не растут и выражены в небольших суммах по сравнению с капитальными затратами. Это связано с тем, что плата за хостинг, управление, обслуживание и поддержку не зависит от числа виртуальных машин, запущенных в облаке. В публичных облаках используется модель оплаты по мере использования, то есть операционные затраты растут вместе с числом рабочих нагрузок. Поскольку стоимость ресурсов в публичных облаках выше, чем в частных, операционные затраты увеличиваются очень быстро.

Если наложить линии TCO на один график (рис. 2), будет очевидно, что при выборе облачной архитектуры нужно тщательно все рассчитать. Публичные облака обеспечивают лучшее сочетание цены и производительности для небольших систем, но на каком-то этапе будет целесообразно перейти на частное облако. Важно помнить, что емкость и набор технологий в частных облаках ограничены. Можно добавлять больше нод или ноды другого типа, но все это требует расходов. Таким образом, гибридная или мультиоблачная архитектура станут оптимальным решением в большинстве случаев.

Примеры сценариев

В следующем разделе мы рассмотрим несколько сценариев и дадим рекомендации по выбору облачной архитектуры. Подобные решения всегда следует принимать на основе актуальных данных, поэтому рекомендуем использовать официальные калькуляторы TCO и учитывать свои текущие потребности.

Сценарий 1. Внутренняя система CRM

В этом сценарии компания по разработке программного обеспечения использует стороннюю систему управления отношений с клиентами (CRM), которая состоит из базы данных и веб-приложения. Приблизительные требования для этой системы указаны в таблице 3.

В этом случае использовать частное облако будет невыгодно. Организации следует разместить все рабочие нагрузки в публичном облаке, но при этом отслеживать потребление ресурсов и число рабочих нагрузок и перейти на частное облако, когда это будет целесообразно.

Сценарий 2. Система интернет-банкинга

В этом сценарии финансовая организация размещает систему интернет-банкинга в облаке. Система состоит из базы данных, веб-приложения и нескольких виртуальных машин для разработки. Приблизительные требования для этой системы указаны в таблице 4.

В этом случае можно развернуть частное облако и разметить на нем большую часть рабочих нагрузок. Развертывать дополнительные гипервизоры на базе ARM для всего нескольких виртуальных машин разработки будет экономически нецелесообразно, поэтому организация может использовать гибридную или мультиоблачную архитектуру и разместить эти виртуальные машины в публичном облаке.

Сценарий 3. Система видеостриминга

Компания, предлагающая развлекательные сервисы, использует собственную систему видеостриминга, куда входит хранилище данных, озеро данных, аналитика данных, транскодер и веб-приложение. Приблизительные требования для этой системы указаны в таблице 5.

В этом случае обязательно нужна гибридная или мультиоблачная архитектура, поскольку выполнение всех этих рабочих нагрузок в публичном облаке обойдется очень дорого. Публичное облако можно использовать в периоды высоких нагрузок. При таком масштабе лучше создать отдельную команду по управлению облаком, а не использовать полностью управляемые сервисы от вендора частного облака.

Рекомендации по мультиоблачной среде

В этом разделе приводятся рекомендации по оптимизации затрат в мультиоблачых средах. Следуя этим советам, можно повысить эффективность капитальных и операционных затрат и увеличить ROI.

Проектирование рабочих нагрузок

Нередко организации просто переносят существующие монолитные рабочие нагрузки в облако, не переделывая приложения. Такой подход приводит к неоптимальному расходованию ресурсов и усложняет обслуживание приложения. Облачные рабочие нагрузки всегда должны быть спроектированы таким образом, чтобы потреблять только необходимое количество ресурсов и увеличивать масштаб, если спрос на ресурсы возрастает. Нативные облачные вычисления — это проверенный способ достичь этой цели. В облаке используется архитектура микросервисов — приложение разделяется на мельчайшие блоки, выполняемые в контейнерах. В результате можно оптимизировать ресурсы исходя из фактических потребностей, чтобы контролировать потребление и сократить расходы.

Размещение рабочих нагрузок

Не учитывать экономический аспект инфраструктуры будет огромной ошибкой. Если выбрать неподходящий вариант для размещения рабочих нагрузок, TCO будет неуклонно расти. Рабочие нагрузки всегда должны выполняться в инфраструктуре, которая гарантирует лучшее сочетание цены и производительности. Чтобы оценить затраты на инфраструктуру и разместить рабочие нагрузки, опираясь на данные, можно использовать метрики стоимости ресурсов и калькуляторы TCO. Если инвестировать в частное облако нецелесообразно, нужно оставить рабочие нагрузки в публичном облаке. Если расходы на публичное облако растут, можно перейти на мультиоблачную инфраструктуру и перенести большую часть рабочих нагрузок в частное облако.

Мониторинг емкости

На практике число рабочих нагрузок в облаке постоянно колеблется. Спрос на сервисы зависит от дня недели, времени дня и т. д., поэтому бизнес-приложения обычно реализованы таким образом, чтобы автоматически менять горизонтальный масштаб или полностью подготавливаться заново в зависимости от текущего спроса. Важно постоянно отслеживать емкость частного облака с изменением числа рабочих нагрузок. В гибридной и мультиоблачной инфраструктуре рабочие нагрузки можно переносить в публичное облако в периоды высокой нагрузки, чтобы использовать дополнительные ресурсы, доступные по требованию. При этом нужно непрерывно оценивать фактическое потребление ресурсов. Если спрос на ресурсы стабильно растет, в какой-то момент будет выгоднее увеличить масштаб частного облака вместо того, чтобы и дальше использовать публичное.

Оркестровка рабочих нагрузок

В мультиоблачных средах бизнес-приложения распределяются по разным облачным провайдерам. Например, инстансы базы данных могут быть запущены в частном облаке, а фронтенд-приложения — в публичном, если это экономически целесообразно. Возможность подготавливать приложения в разных облаках и интегрировать их независимо от расположения — это залог устойчивой эксплуатации. Среди различных инструментов популярность набирают операторы, использующие модели. Оператор инкапсулирует одно приложение и весь его код и знает, как управлять им, как оно взаимодействует с другими приложениями и как его обновлять. Операторы на основе моделей позволяют создавать самые сложные топологии, состоящие из контейнеризированных и традиционных рабочих нагрузок, выполняемых в облаках разных провайдеров одновременно.

Полностью управляемые сервисы

Поскольку многим организациям не хватает знаний и опыта, чтобы самостоятельно управлять частными облаками, а нанимать новых сотрудников дорого, иногда они не хотят развертывать собственное облако. В этом случае можно использовать полностью управляемые сервисы. Ведущие облачные провайдеры, включая Canonical, предлагают полностью управляемые сервисы в дополнение к платной поддержке. Полностью управляемые сервисы позволяют организациям передать вендору все задачи по обслуживанию и эксплуатации, чтобы использовать преимущества экономически эффективного частного облака без дополнительных издержек. Если развертывание небольшое, такой подход обычно дешевле, чем собственная команда. Чтобы удовлетворить растущий спрос на управление приложениями, Canonical предлагает полностью управляемые сервисы и для приложений.

Краткий обзор

Рынок облачных вычислений продолжает расти. Все больше приложений сегодня работает в облаке. Это увеличивает нагрузку на ИТ-отделы организаций, поскольку спрос на ресурсы неуклонно растет. Публичные облака предоставляют моментальный доступ к теоретически неограниченному объему ресурсов, но по довольно высокой цене. В результате расходы на инфраструктуру продолжают увеличиваться, сокращая прибыль и бюджет на инновации. 

Чтобы оптимизировать затраты на инфраструктуру и платить меньше за тот же объем ресурсов, организации обычно используют гибридную или мультиоблачную архитектуру, куда входит публичное облако и экономически эффективное частное облако. Такой подход позволяет принимать взвешенные решения о наиболее выгодном размещении рабочих нагрузок. В облачной среде цены обычно сравниваются по стоимости ресурсов. В сочетании с калькуляторами эти метрики позволяют точно вычислить TCO. Canonical Charmed OpenStack предлагает виртуальные машины по низкой стоимости и может служить недорогим дополнением публичного облака.

Присоединяйтесь к Telegram каналу UBUNTU Community, чтобы быть в курсе последних новостей!