1. المقدمة

يوسِّع تعبير "مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا Software-Defined Data Center (SDDC)" مفاهيمَ التحقيق الافتراضي Virtualization؛ مثل: التجريد Abstraction، والتجميع Pooling، والأتمتة Automation، إلى كافة موارد وخدمات مركز البيانات، لتحقيق ما يسمَّى "تقانة المعلومات بصفتها خدمة IT as a Service (ITaaS)". في مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا، تكون كافة عناصر البنية التحتية (كالتشبيك والتخزين وقدرة الحوسبة والأمن) محققةً افتراضيًّا، ويجري توفيرها باعتبارها خدمة. يجري التحكم في مركز البيانات آليًّا بالبرمجيات، أي يجري الحفاظ على إعدادات العتاد الصُّلب بواسطة أنظمة برمجية ذكية؛ خلافًا لمراكز البيانات التقليدية التي تعرَّف البنيةُ التحتية فيها بالعتاد الصُّلب والتجهيزات.

إن مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا مهمٌّ لبناة مراكز البيانات أكثر مما قد يهم مستأجري تلك المراكز، فالعنصر البرمجي في البنية التحتية غير ملحوظ من قبل المستأجرين.

 يرى الكثيرون أن مراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا ستكون الخطوة التالية في تطور التحقيق الافتراضي والحوسبة السحابية Cloud Computing؛ إذ إنها توفر حلولًا لدعم التطبيقات القديمة الموروثة وخدمات الحوسبة السحابية. وقد أعلن عدد من البائعين عن منتجات خاصة بمراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا؛ ومنها: VMware vCloude.

2. المكونات الرئيسية

يحوي مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا عددًا من المكوِّنات الخاصة بالبنية التحتية لمراكز البيانات، حيث يجري توريد وتشغيل وإدارة كلِّ مكوِّن عن طريق واجهة برمجة تطبيقات Application Programming Interface (API). تشمل المكونات المعمارية الرئيسية التي يحويها مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا ما يلي:

• التشبيك المعرَّف برمجيًّا Software-Defined Networking (SDN) – يحوي التحقيق الافتراضي الشبكي – وهو إجرائية دمج العتاد الصُّلب والموارد البرمجية والوظائف الشبكية في شبكة افتراضية معتمِدة على البرمجيات.
• التحقيق الافتراضي Virtualization – وهو تحقيق برمجي للحاسوب.
• التخزين المعرَّف برمجيًّا Software-Defined Storage (SDS) – يوفر تخزينًا للبيانات مستقلًّا عن العتاد الصُّلب الذي يُخزَّن فيه فعليًّا، مع الاهتمام بالإدارة بناءً على سياسات محددة. يشمل التخزين المعرَّف برمجيًّا نوعًا من التحقيق الافتراضي للتخزين لفصل عتاد التخزين الصُّلب عن البرمجيات التي تديره. ويمكن للبرمجيات التي تمكِّن من توفير بيئة التخزين المعرَّف برمجيًّا أن توفِّر ميزة إدارة السياسات Policy Management الخاصة بميزات التخزين؛ مثل: تكرار البيانات، وحذف البيانات المكررة، وأخذ مقطع من البيانات Snapshot، والحفظ الاحتياطي للبيانات.
• برمجيات الإدارة والأتمتة التي تتيح لمدير مركز البيانات توريدَ وضبطَ وإدارةَ كافة عناصر مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا.

1-2. التحقيق الافتراضي للشبكة

إن إنشاء الشبكة المطلوبة هو السبب الأكبر للزمن الكبير لتوريد بيئات التطبيقات الجديدة. ففي حين أن توريدَ عددٍ من الآلات الافتراضية - حتى لو كان العدد كبيرًا - لا يتطلب إلا عدة دقائق، إلا أنه يجب إنشاء الموارد الشبكية المطلوبة وتهيئتها يدويًّا أو نصفَ يدويٍّ باستعمال عدة واجهات إدارة. وهذا الأمر يتطلب مهارات متقدمة في مجال الشبكات، إلى جانب أنه عرضة لحصول أخطاء في التوريد قد تشكل ثغرات أمنية. يتيح التشبيك المعرَّف برمجيًّا تحديد المخدِّمات التي يجب ربطها وتحديد اتفاقيات مستوى الخدمة اللازمة بسهولة كبيرة. وتحدِّد البرمجية أفضل طريقة لتحقيق هذه المتطلبات دون اللجوء إلى الإجرائية التقليدية التي تتطلب إعدادات كثيفة.

إن استحواذ شركة VMWare على شركة نيسيرا Nicira التي تعمل في مجال مراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا وشراء أوراكل لشركة إكسيغو Xsigo إضافةً إلى العديد من عمليات تمويل الشركات الناشئة في هذا المجال مثل شركة بيغ سويتش Big Switch، يدل على أننا نشهد فجر عصر التحقيق الافتراضي الشبكي. إن الاستثمار الكبير لشركة سيسكو في شركتها الناشئة إنسيم Insieme المختصة في مجال مراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا يُظهر مدى سعي الشركة كي لا تصبح منتجاتها الشبكية سلعًا عادية ليس فيها قيمة مضافة.

يمكن لكافة التطبيقات في مركز بيانات معرَّف برمجيًّا أن تنشأ وتورد وتنشر الموارد الشبكية في الزمن الحقيقي بإضافة الموجِّهات والمبدِّلات والمخدِّمات بحسب الحاجة. وبفضل خدمات السحابة والتحقيق الافتراضي ومنهجية DevOps يمكن لمركز البيانات المعرَّف برمجيًّا بناء شبكة أكثر رشاقةً وأمنًا وقابليةً للتوسع.

2-2. التحقيق الافتراضي للمخدِّمات

إن التحقيق الافتراضي للمخدمات هو أشد مكونات مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا نضجًا. وتلجأ المؤسسات اليوم إلى استراتيجيات تعتمد على عدة أنواع من برامج إدارة الآلات الافتراضية (الهايبرفايزر Hypervisor) بدلًا من الاعتماد على نوع واحد وعلى مورد واحد، إضافةً إلى الاستفادة من مزايا منصات الهايبرفايزر المختلفة كالسعر والمواصفات التقنية.

تُعتبر إدارة التشكيلات Configuration، وإدارة دورة حياة نظام التشغيل، وإدارة أداء التطبيقات وسحب الموارد من الخدمة هي التحديات الكبرى اليوم في التحقيق الافتراضي للمخدمات. على أن عددًا من الشركات الكبرى (مثل HP وCA Technologies وIBM وBMC وVMware) وضعت حلولًا لهذه التحديات.

3-2. التحقيق الافتراضي للتخزين

كانت مسألة توفير التخزين على الدوام عائقًا كبيرًا أمام الكثير من المشاريع المعلوماتية، شأنها في ذلك شأن التحقيق الافتراضي الشبكي. ويعود سبب ذلك إلى الإجراءات الطويلة المعقدة للتوريد التي تشمل العديد من الخطوات التي تخص مالك التطبيق ومدير النظام وفريق التخزين. ولذلك يجب أن يضمن فريق التخزين القدرة التخزينية اللازمة وبقاء منظومة التخزين في قيد العمل من دون توقف، وتوفير الأداء المناسب والإجراءات السريعة لمواجهة الكوارث عند حصولها. وغالبًا ما يجري توفير سعة تخزينية أعلى من المطلوب للبقاء في الجانب الآمن. ولكن ذلك يكلِّف كثيرًا وخصوصًا إذا كان شراء وحدات التخزين الشبكي SAN من الماركات العالمية المشهورة. يضاف إلى ذلك أنه عند شراء وحدات التخزين الشبكي اليوم يوجد فصل قليل وغير كافٍ بين عتاد التخزين الصُّلب وبرمجيات الإدارة والميزات المتوفرة.

يستحوذ مفهوم برنامج إدارة التخزين الافتراضي Storage Hypervisor في هذه الأيام على انتباه المختصين؛ إذ إن هذا البرنامج يتيح – كما هو الحال في التحقيق الافتراضي للمخدمات والشبكات – للزبائن شراء أيِّ ماركة من العتاد الصُّلب وإدارته ببرمجيات مركزية؛ لأن تجريد برمجيات الإدارة عن وحدات التخزين الشبكي يتيح للزبائن إدارة أنواع وماركات مختلفة من واجهة برمجية وحيدة. وتكون الميزات المتقدمة (مثل: التقاط حالة الأداء العالي High Performance Snapshotting، والمتاحية العالية في أماكن جغرافية متباعدة، وعدم تكرار تدفق البيانات، والتخبئة Caching) غير مرتبطة بعتاد التخزين الصُّلب الفعلي، مما يتيح للزبون إضافة مصفوفات تخزين جديدة عند الحاجة.

يمكن النظر إلى عملية استحواذ شركة EMC (وهي إحدى الشركات الرائدة في مجال وحدات التخزين الشبكية) على شركة VMware على أنها كبحٌ لتطوُّر التحقيق الافتراضي للتخزين، لأنها لن ترغب بالتأكيد في تحييد عتاد التخزين الصُّلب الخاص بها من السوق. ولن يكون لدى VMware الدافع الكبير للمساهمة في تطوير برامج إدارة التخزين المستقل عن العتاد الصُّلب. ولكننا اليوم على عتبةٍ يجب على الشركة أن تواجه الواقع وتعترف أن تحويل عتاد التخزين الصُّلب إلى سلعٍ تفقد ميزاتها أمر لا يمكن تجنبه، وما يمكن أن يبرهن على ذلك هو الاستثمار الكبير الذي وضعته الشركات الاستثمارية في شركات تعمل في مجال التحقيق الافتراضي للتخزين؛ من مثل: Virsto وNexenta وNutanix وNexGen Storage وPistonCloud وغيرها.

4-2. طبقة منطق العمل

إن طبقة منطق العمل ضروريةٌ لترجمة متطلبات التطبيقات واتفاقيات مستوى الخدمة والسياسات واعتبارات السعر إلى تعليماتٍ للتوريد والإدارة، ثم تمرَّر هذه التعليمات بعد ذلك إلى أدوات التنسيق والأتمتة. إن طبقة العمل هذه من المتطلبات الرئيسية لمراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا، فهي تضمن التوسُّعية والتوافقية مع تطبيقات المؤسسة المستقبلية بحيث لا يترتب على الزبون إنشاء إجراء تدفق عمل جديد لكل تطبيق جديد. إن طبقة منطق العمل هي الوصفة السرية الرئيسية التي تربط التحقيق الافتراضي للشبكة وللمخدمات وللتخزين على حدٍّ سواء.

فإذا لم تتوفر القدرة على ترجمة متطلبات التطبيقات إلى تعليمات واجهة التخاطب API لتزويد برمجيات التنسيق والإدارة بها، فستنشأ أعمال إدارة وصيانة يدوية كثيرة لوضع أحمال العمل اللازمة بشكل فعَّال في البنية التحتية للمخدمات والشبكية والتخزين.

3. الأتمتة المقودة بالعمل

يشمل مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا جزءًا كبيرًا من رؤية المؤسسات لما ترغب أن تكون عليه بغية تخديم الأعمال. إن الفكرة الأساسية وراء تلك الحالة المثالية هي تمكين التطبيقات من تعريف متطلباتها من الموارد بنفسها: القدرة الحاسوبية والشبكة والتخزين والبرمجيات اعتمادًا على اتفاقية مستوى الخدمة SLA وسياسات المؤسسة. ولضمان قابلية التوسع Scalability والمرونة والرشاقة Agility التي ستُترجَم إلى تخفيض التكلفة التشغيلية OPEX، من المهم الإشارة إلى أن تعريف هذه المتطلبات يَعتمد على منطق العمل Business Logic بدلًا من الاعتماد على تعليمات توفير التجهيزات التقنية. يجري بعد ذلك ترجمة عناصر منطق العمل إلى تعليمات تخاطب API تتيح للإدارة ولبرمجيات التحقيق الافتراضي توفير وإعداد ونقل وإدارة الموارد المناسبة للخدمة المقدمة وصولًا إلى إخراج هذه الموارد من الخدمة. يمكن القول باختصار: إن مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا يحوِّل مركز البيانات التقليدي - المتمحور حول البينة التحتية والذي يركِّز على ضمان العمل الصحيح لتجهيزات الحوسبة والشبكة والتخزين - إلى بيئة تتمحور حول التطبيقات أو خدمات العمل.

يمثل هذا التحول نقلة نوعية مغيِّرًا دور فريق تقانة المعلومات من تقديم خدمة عند الحاجة Reactive إلى عملاء تغيير استباقيين Proactive لتجنب زيادة حمل العمل Workload مستقبلًا. نعرِّف حمل العمل بكمية العمل التي يجب أن ينجزها موردٌ من موارد الحاسوب في مدة محددة.

يتمحور مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا بالكامل حول متطلبات حمل عمل التطبيقات، فيتيح لأصحاب العمل نَشْرَ وتشغيلَ تطبيقاتهم بأفضل فعالية ممكنة، وبحسب اتفاقية مستوى الخدمة.

إن مركزَ البيانات المعرَّف برمجيًّا محصَّنٌ ضد المتطلبات والتغيرات المستقبلية، لأنه يَعتمد على تعريف المتطلبات المستخرجة من أتمتة مركز البيانات الفعلي. ولا يحتاج مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا إلى كثير من المبرمجين المخضرمين، لأنهم - ببساطة - يتعاملون فقط مع أداة الأتمتة والتنسيق في كل مرة يحتاج الأمر إلى تنصيبِ تطبيقٍ جديد أو اتفاقيةِ مستوَى خدمةٍ جديدة أو سياسة جديدة. يجب أن يكون مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا قادرًا ذاتيًّا على توفير نوع بيئة التطبيقات التي تضمن الموثوقية والأداء والأمن اللازمين لأصحاب العمل.

 

الشكل 1: مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا

ولضمان التوسُّعية والمرونة والتكلفة الاقتصادية، يعمل مركز البيانات على العتاد الصُّلب الخام كالمخدِّمات والعتاد الشبكي وغيرها، وتكون مهامُّ وأعمال الإدارة والأتمتة جميعها غيرَ مرتبطةٍ بالعتاد الصُّلب للتخزين والتشبيك والحوسبة، ويجري توفيرها بواسطة حلول برمجية مركزية. إن برمجيات مثل vSphere وvCenter تفيد في تحقيق جزء كبير من طبقة الحوسبة.

يجب أن يلغي مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا العداوة بين عمليات تقانة المعلومات والعاملين المختصين بمجال العمل نفسه؛ أما الأولى فتهتمُّ بتوفير الموارد الكافية في مركز البيانات، وأما الأخرى فتضع قواعد العمل التي تتيح لمركز البيانات المعرَّف برمجيًّا توفيقَ حمل العمل بطريقة متناسبة مع اتفاقية مستوى الخدمة.

4. مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا والسحابة الخاصة

تُغبَط غوغل وأمازون على التكلفة التشغيلية المتدنية لكلِّ مخدم، وعلى القدرة التوسُّعية العالية. ولكن يجب أن نعلم أن إنشاء سحابة خاصة مشابهة لا يحقِّق متطلبات أغلب المؤسسات؛ فكثيرٌ من أحمال العمل لن تُنفَّذ في مثل هذا النوع من البيئات ذات المعايير العالية. ولا تملك المؤسسات عادةً الرِّمازَ المصدريَّ Source Code لبعض التطبيقات الموروثة، ومن ثَم لا يمكن تشغيل هذه التطبيقات ضمن السحابة. وبالمقابل يمكن تحديد متطلبات أيِّ تطبيقٍ موروث من الناحية التقنية وتحديد متطلبات اتفاقية مستوى الخدمة وإنشاء بيئةِ التشغيل المناسبة له في مركز بيانات معرَّف برمجيًّا؛ حيث تحاكي هذه البيئةُ البنيةَ التحتيةَ غير الافتراضية للتطبيق الموروث. يمكن في مركز بيانات معرَّف برمجيًّا وضع بعض أحمال العمل في سحابةٍ عامة توفر اتفاقية مستوى خدمة واضحة ومتدرجة Granular.

 

يختلف مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا عن السحابة الخاصة Private Cloud؛ فالسحابةُ الخاصة لا توفر سوى آلةٍ افتراضيةٍ تُخدَّم ذاتيًّا، ويمكن أن يدار العتاد الصُّلب تحت هذه الآلة بالطريقة التقليدية. أما مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا فيمكن أن يحوي سُحُبًا خاصة وعامة وهجينة.

5. التأثيرات المحتملة

في عام 2013 راج مصطلح "مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا" باعتباره نقلةً نوعية. فبحسب ستيف هيرود Steve Herrod المدير التقني في شركة VMware عام 2012، كان وَعْدُ مراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا أن الشركات لن تكون مقيدةً بعتادٍ صُلبٍ خاصٍ، وأنها لن تحتاج إلى توظيف مختصين ومستشارين لتركيب وتشغيل العتاد الصُّلب باستعمال لغة متخصصة. وبدلًا من ذلك، سيُعَرِّف مختصو تقانة المعلومات التطبيقاتِ وكافةَ الموارد اللازمة لها (كالقدرة الحاسوبية والتخزين والشبكات والأمن والمتاحية)، وتجميعها معًا لتكوين "تطبيق منطقي Logical Application".

تشتمل الفوائد المستخلصة من إنشاء مراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا على:

• الفعالية المحسَّنة، وذلك بفضل تعميم التحقيق الافتراضي على كامل مركز البيانات.
• والرشاقة، وذلك بفضل تهيئة التطبيقات بسرعة.
• والتحكم المحسَّن بإتاحة التطبيقات وأمنها، وذلك بفضل تطبيق السياسات.
• والمرونة في تشغيل التطبيقات الجديدة والموروثة في بيئاتٍ وسُحُبٍ عديدة.

ثم إن بناءَ مركز بيانات معرَّف برمجيًّا قد يخفِّض استهلاك الكهرباء في الشركات، وذلك بجعل المخدمات والعتاد الصُّلب الآخر يعمل بمستوى طاقة منخفض أو حتى يجعلها في وضع النوم. ويرى البعض أن مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا يحسِّن الأمن، لأنه يعطي المؤسسات تحكمًا أكبر في بياناتهم وفي مستويات الأمن المطلوبة مقارنةً بمزودي السحابة.

لقد جرى تسويق مراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا على اعتبار أنها ستؤدي إلى انخفاض أسعار العتاد الصُّلب للمركز، وستُجبر بائعي العتاد الصُّلب على تطوير طرق جديدة لتمييز عتادهم الصُّلب من البرمجيات والخدمات.

6. التحديات

رفض البعض فكرة التعريف برمجيًّا عمومًا ومراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا خصوصًا، معتبرين أن ذلك لا يعدو أن يكون "هراءً" و "تسويقًا" و"ضجيجًا". وترى بعض الانتقادات أن شركاتٍ قليلةً جدًّا تملك أنظمةً متجانسة يمكنها أن تتحول إلى مفهوم مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا؛ مثل: ياهو وغوغل.

ويرى بعض المراقبين أن مراكز البيانات المعرَّفة برمجيًّا لن تلغيَ بالضرورة التحدياتِ المرتبطةَ بالاختلافات بين بيئة التطوير وبيئة التشغيل، وإدارة خليط من التطبيقات الجديدة والموروثة، وتقديم اتفاقية مستوى الخدمة المتفق عليها.

إن التشبيك المعرَّف برمجيًّا كان دائمًا مكوِّنًا أساسيًّا من مكوِّنات مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا، ولكن تقانته أقل نضجًا. غير أن شركاتٍ مثل: أريستا نيتوركس Arista Networks وسيسكو ومايكروسوفت وفيموير VMware تسوِّق منتجاتٍ لتفعيل الشبكات الافتراضية التي يمكن توريدها وتوسعتها ونقلها عن طريق الشبكات الفيزيائية.

وقد وجدت عدة معايير متنافسة للتحقيق الافتراضي للشبكات في عام 2012. فمثلًا، يوفر نيوترون Neutron (وهو الجزء الشبكي من المشروع أوبنستاك OpenStack المفتوح المصدر) تجريدًا على مستوى التطبيق للموارد الشبكية، ويحوي واجهةً لتهيئة المبدلات الافتراضية.

سيُجبِر مفهومُ مركز البيانات المعرَّف برمجيًّا المؤسساتِ التي تعمل في مجال تقانة المعلومات على التلاؤم معه. وستتطلب البيئةُ المعرَّفة برمجيًّا إعادةَ التفكير في معظم إجراءات تقانة المعلومات؛ ومنها: الأتمتة، وقياس الأداء، والتسعير، وتنفيذ توفير الخدمة وتفعيلها وضمانها. إن التحول من مركز بيانات تقليدي إلى آخرَ معرَّفٍ برمجيًّا قد يستغرق زمنًا طويلًا (يقدَّر بالسنوات).