云计算分层标准体系结构研究应用

云计算分层体系结构研究【摘要】文章首先探讨了云计算定义，接着对其体系结构进行梳理，将IT业内相关业务和技术分别归纳到该体系结构五个层面中，最终叙述了云计算在中国应用。【关键词】云计算体系结构业务实例IDC1云计算定义从严格意义上来说，云计算不是一个具体技术概念，并没有明确定义，也因其所指“什么全部能做”而受到业界广泛批评。尽管如此，我们却能够对云特征进行分析，从而明确云计算涵义。能够经过以下几条语句来描述它：（1）云计算是经过互联网广泛共享计算资源一个计算方法，而不是使用当地PC软件或存放；（2）云计算是快捷接入互联网所提供远端站点一个延伸。理论上，这是一个范式转移，对用户来说，云将实现技术细节抽象了，用户不需要也不用了解和控制组成云技术架构；（3）云计算描述了一个新基于互联网IT服务补充、消费和交付模式，它提供经典基于互联网业务——以动态可扩展和虚拟资源作为服务；（4）经典云计算提供商交付公共在线商业应用，这些商业应用在用户端经过网页浏览器访问，而软件和数据则被存放在服务器端。由此，我们能够尝试着给云计算下一个定义：提供计算能力，将底层技术架构（如：服务器、存放和网络）抽象为计算资源，方便地、按需地经过网络访问可配置计算资源共享池，计算资源能以少许管理代价或由服务提供商交互而被快速提供和释放。这个定义描述了云计算五个必需特征：（1）按需自助服务：申请、调整和释放资源均由用户在管理界面上自行操作；（2）广泛网络访问：任何时间、任何地点和任何接入方法均能够访问到云计算所提供服务；（3）资源池化：计算机物理资源不再专员专用，而是有需求才占用，不需要就释放；（4）良好弹性：资源调度能够立即响应用户需求扩张和收缩；（5）计费服务：可满足公用服务运行需求，资源使用以计时和计量来收取费用。其实云计算所涵盖技术并不含有创新性，它是很多已经有技术抽象、进化和综合：（1）网格计算（GridComputing）：分布式计算和并行计算一个形式，一群联网松耦累计算机可协同处理很巨大任务，如同一台超级虚拟计算机。通常见于科学计算；（2）公用计算/效用计算（UtilityComputing）：将计算资源打包，如计算能力和存放，作为一项可计量服务，类似于传统公用设施（比如：水、电、气）。由亚马逊首优异行商用；（3）自主计算（AutonomicComputing）：计算机系统含有自主管理能力。从工作原理层面来看，云计算＝网格计算。工作负载被传送给由分配任务主控节点和工作隶属节点组成IT基础设施，主控节点控制分配给工作负载资源（即有多少隶属节点运行并行化工作负载）。用户机只看到工作负载被分配给云/网格，然后结果返回给它。隶属节点能够是虚拟主机，也能够是物理主机。从运行层面来看，云计算＝公用计算/效用计算。这是AmazonEC2等商用模型，在这种模型中，由一个外部实体来维护IT基础设施，而用户购置这个基础设施上时间/资源。正是这种“在云中”致使云计算分布在Web上，处于向它租用时间和资源机构之外。从运维管理层面来看，云计算＝自主计算。大规模硬件节点（1000至100万）所组成云，若仍采取以前IT系统运维模式，大量运维工作要由人工来处理，这将是不可能完成任务。所以需要云计算含有自主管理能力。2云计算分层体系云计算有着庞大体系结构，通常大家只看到它某个方面，就如经典小说“盲人摸象”中盲人对大象感觉，图1：图1云计算之盲人摸象所以，我们有必需就云计算这头“大象”进行系统化分析。云计算是由5个层面组成分层体系，这5个层面是必不可少，图2所表示：图2云计算分层体系架构各层具体描述以下：2.1云用户端（CloudClients）云用户端，有时又称为云终端或云电脑，是直接面向用户人机接口。一台云用户端由计算机硬件和/或计算机软件组成（计算机软件是否存在，取决于云计算应用，可能需要尤其设计用于取得云服务软件，不然云服务就不能使用）。现下流行云用户端有：（1）手机：基于LinuxPalm（预置WebOSLinux关键）、Android（Linux关键）、iPhone（Darwin核心），和基于MicrosoftWindowsMobile；（2）胖用户端：CherryPal、Wyse、Zonbu、基于gOS系统；（3）瘦用户端/网页浏览器：InternetExplorer、MozillaFirefox、谷歌Chrome、WebKit。2.2云应用（CloudApplications）云应用是在软件结构上采取云计算，通常无须在用户端安装和运行应用，全部操作、维护和升级均在服务端进行，所以能够减轻软件维护、日常操作和支持负担。能够作为云应用应用关键有以下多个关键特征：（1）基于网络访问和可管理商用软件；（2）活动管理是由服务端控制，而不是用户端，使得用户能够经过Web方法远程访问应用；（3）应用交付更靠近一对多模式（单实例、多租户架构）而不是一对一模式，包含架构、价格、合作伙伴和管理特征；（4）集中化功效更新，不需要在用户端下载补丁和升级包。现有网络应用能够划入云应用关键有以下几大类：（1）Web应用：有Webmail、Facebook、Twitter、YouTube、Yammer等。◆Webmail：利用浏览器经过Web方法来收发电子邮件服务或技术，不需借助邮件用户端；◆Facebook：起源于美国大学校园社交网站，中国类似有些人人网等；◆Twitter：国外一个网站，它利用移动网和互联网进行即时通讯，是微博经典应用。现在中国也出现了很多类似Twitter网站，比如说说、饭否等，和中国移动通信服务商、即时聊天工具绑定；◆YouTube：国外视频分享网站，中国有youku、tudou等。（2）软件即服务：SoftwareasaService，如：谷歌Apps、Salesforce、Nivio、L、Zoho、BigG等。◆谷歌Apps：谷歌在线应用服务，提供带有私人标志电子邮件、即时通信（网上聊天）、日历工具、网站设计工具、协同办公工具等，这些服务全部由谷歌托管，而不需要用户安装或维护任何软硬件；◆Salesforce：提供用户关系管理软件，它开辟了一个新软件应用模式，经过互联网使用企业级应用软件，按需使用、按需付费。中国XTools、八百客等也提供类似在线CRM服务；◆L：在线教育软件企业提供基于云人才、业绩、学习管理及培训软件平台，按需应用和付费；◆Zoho：AdventNet企业开发一个办公室软件套装，提供全方位在线商务办公处理方案；◆BigG：基于云网络学习平台。（3）软件+服务：SoftwareplusServices，将用户端软件和托管服务结合在一起，这是软件即服务和传统用户端软件互补概念，如：MicrosoftOnlineServices。2.3云平台（CloudPlatform）云平台又称为平台即服务（PaaS），它将计算平台和/或处理方案栈（有多层）作为一项服务，通常基于云基础设施来支撑其上云应用。因其避开了成本、复杂采购、底层硬件和软件层管理，它能够有效促进应用布署。现有云平台关键有两大类：（1）处理方案栈处理方案栈（SolutionStacks）是指实现功效完备处理方案所需要一套软件子系统或组件，处理方案能够是一项产品或服务。比如：开发一项Web应用，就需要用到操作系统、Web服务、数据库和编程语言，常常提及有：LAMP（操作系统——Linux，Web服务——Apache，数据库——MySQL，编程语言——Perl、PHP或Python）、WINS（操作系统——Windows，Web服务——IIS，编程语言——.NET，数据库——SQL）。目前，云平台处理方案栈有：◆谷歌AppEngine：在谷歌集群中开发和托管Web应用平台，现在，它只支持Python和Jave编程语言。关键竞争对手有：亚马逊网络服务（AmazonWebServices）、微软蔚蓝服务平台（AzureServicesPlatform）；◆RackspaceCloudSites：RackspaceCloud企业提供一项Web应用托管/云平台服务，按需使用、按使用付费，支持PHP5、Perl、Python和.NET语言。RackspaceCloud企业还提供CloudFiles（云存放）和CloudServers（云基础设施）服务；◆EngineYard、Heroku：基于RubyonRails云平台；◆AzureServicesPlatform：基于微软数据中心互联网云端（不只有云平台，还有用户端）服务平台，提供WindowsAzure云操作系统，全部服务和应用全部运行在这个操作系统之上。该平台提供5项服务：LiveServices、SQLServices、.NETServices、SharePointServices、CRMServices；◆F：Salesforce企业PaaS产品。该平台能使外部开发者创建额外应用，并将这些应用整合到Salesforce主应用中，而且这些应用全部是托管在基础设施中。（2）结构化存放1）数据库基于云数据库，现在有：◆AmazonSimpleDB：Amazon分布式数据库，它和AmazonEC2和S3共同组成亚马逊网络服务；◆BigTable：谷歌数据库系统，基于谷歌文件系统（GFS）、ChubbyLockService和其它谷歌程序，不对外界直接提供业务。2）文件存放基于云文件存放，现在有：◆AmazonS3（SimpleStorageService）：Amazon在线存放服务，是一项公共收费服务，Web应用程序开发人员能够使用它存放数字资料，包含图片、视频、音乐和文档；◆NirvanixSDN：Nirvanix企业云存放产品，未来提供CloundNAS。它将AmazonS3作为其竞争对手；◆RackspaceCloudFiles：RackspaceCloud企业云存放产品，提供对媒体文件在线存放和内容分发。3）队列基于云消息发送，如：AmazonSQS（SimpleQueueService），提供计算机之间消息可靠发送。2.4云基础设施（CloudInfrastructure）云基础设施，也称为IaaS（基础设施即服务），是指计算机基础设施交付使用，经典地表现为一个平台虚拟化环境。关键有以下多个类型：（1）物理机多种IDC提供物理主机租用。（2）虚拟机关键指基于操作系统虚拟化，将一台物理机资源虚拟成多个操作系统并行运行，每个操作系统相互独立。现在有：◆AmazonEC2：AmazonElasticComputeCloud，亚马逊弹性计算云，能够依据用户需要扩展或收缩计算资源。EC2采取Xen虚拟化技术，每个虚拟机被称为一个实例，功效等同于VPS（VirtualPrivateServer，虚拟专用服务器，按月收费（而云平台按使用收费）），以EC2ComputeUnits为CPU基础单位，等同于1GHzOpteron或Xeon处理器；◆RackspaceCloudServers：RackspaceCloud企业云服务器，这些服务器基于Xen虚拟机，4核CPU和16G内存。它以10月22日收购Slicehost产品为基础，支持大量Linux公布版本，如：Arch、CentOS、Debian、Fedora、Gentoo、RedHat和Ubuntu，对Windows支持有些滞后；◆GoGrid：一项云基础设施服务，基于Xen技术，支持Linux和Windows（Server和Server）虚拟机。GoGrid提供世界上第一个多服务器控制面板，许可用户在几分钟之内布署和管理负载均衡云服务器（CloudServers）。2.5服务器层服务器层是由计算机硬件和/或计算机软件组成，这里计算机软硬件均是针对云服务交付而尤其设计。3云计算在中国应用在上一节中，云计算实例均为云计算企业对外运行盈利工具，被定义为云计算公共云。这是主流意义上云计算，其资源按细粒度动态提供。用户经过Web应用/Web服务方法在互联网上自助服务，由云计算提供商共享其资源，并按细粒度使用收费。在中国，最可能演进到云计算公共云实体是IDC（互联网数据中心）。IDC和云计算对外提供资源特点很相同，不一样是IDC所提供资源愈加粗粒度和愈加底层，如：机房空间、机架位置和服务器整机等。IDC发展到现在，已经凸显出以下问题：（1）市场方面：中国IDC提供商关键有通信运行商（中国电信、中国联通、中国移动）和专业IDC运行商（世纪互联），各IDC提供商之间基础上是同质、低价、低水平无序竞争，如：机房租用或建设成本竞争、通信管道竞争和能源竞争，这也是目前绿色IDC无法大行其道原因；（2）业务方面：IDC业务结构单一，以主机托管业务为主，缺乏增值业务，不利于商业模式演进和新业务展开，而且多样化托管主机不利于统一管理和节能计划；（3）资源方面：缺乏有效资源整合，运行商各IDC之间资源利用不均衡，地方差异大，如发达地域IDC资源很担心，而发展中地域IDC资源却因得不到充足利用而显得“富余”。所以，IDC提供商需要引入新技术，优化IDC架构，降低运行成本，而满足这种需求新技术将是云计算。云计算将给IDC带来以下新特点：（1）统一运行和管理：整合地理上分布IDC资源，实现用户业务地理无关性，从成本上抹平地域差异；（2）跨多个IDC容灾备份：实现统一运行和管理，从而带来跨IDC容灾备份特征，为容灾要求尤其高用户（如银行和证券企业）提供低成本处理方案；（3）自动化运维管理：云计算复杂体系结构和庞大规模肯定造成维护难度增加，所以必需依靠系统本身自动运维，降低人工参与。目前IDC人机维护百分比是1:100，而云计算运行商人机维护百分比是1:1000以上，谷歌甚至达成了1:5000；（4）从系统架构上降低PUE：云计算架构经过其开机、停机、并机高弹性来提升服务器利用率，确保开机服务器利用率达成70%以上，从而有效降低PUE（PowerUsageEffectiveness，电源使用效率）。