云计算基本架构范文
时间：2023-11-06 06:38:45
云计算基本架构篇1
关键词：云计算；软件架构；数据管理
中图分类号：TP371.11
互联网的快速发展使人们的生活更加便利，传统门户网已经无法满足人们的需求，而对高业务量的互联网服务需求与日俱增。随着计算机存储信息及硬件设备、数据库建设及维护等方面的相对成本逐渐上升，利用新的平台及调度机制以进行高效的数据处理显得尤为重要。近多年来，云计算成为国际上业界学者进行相关研究的热潮，是信息产业较大的一项创新。云计算是基于互联网的一种动态的能够伸缩虚拟化的新型计算模式，为用户提供了包括计算能力、存储能力、交互能力等多种计算资源的服务。云计算不同于传统方式下采用桌面计算资源的模式，其新型的资源管理模式使计算资源成为提供大众服务的一项社会基础设施。随着云计算的不断发展和深入，更多的应用逐步迁移到云计算。不过，云计算在发展过程中也存在着一些非常关键的问题，最突出的莫过于数据的安全性问题，这也是限制云计算发展的首要因素。只有对云计算所存在的众多问题进行全面正确的分析，才能够使其在众多组织、企业中被普遍的应用，将自身的数据资源安心的存放到云计算所提供的服务中以便进行企业的管理。因此，提出一种能够安全可靠的进行数据访问的方案对用户来说至关重要。
1 云计算的基本概念
云计算逐渐的被大众认可，其概念与相关技术也被普遍的提及并得到大量的研究，但是并没有出台世界范围内认可的标准。根据我国云计算网所给出的定义，云计算在分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）及网格计算（Grid Comouting）的基础上发展而来，是较为新型的一种商业性计算模型。云计算的基本特性有分布式计算、存储特性、较高的扩展性以及良好的管理等。该技术的特征：云计算系统提供服务的实现机制是透明的，不需要用户作具体的了解便可方便的获取所需服务；云计算系统利用软件即数据冗余及分布式存储的方式降低系统的出错率，确保数据可靠；云计算具有海量存储及高效的计算性能而为用户提供更好的服务，具有较高的可用性；云计算系统采用高层次的编程模型方便用户根据自身的数据特点编写满足自身需求的云计算程序；服务多样且具有良好的经济性。
2 基于云计算平台的软件架构
2.1 云计算的软件架构层
通过对现有的关于云计算产品及其系统架构的分析和总结，可以将云计算的架构分为三层，它们分别是核心服务层、服务管理层和用户访问接口层。核心服务层作为架构层的主体，其主要作用是将系统的硬件基础设施、软件运行环境及应用程序整合成面向用户的，具有高可靠性、多样化及适应能力强的应用服务。而服务管理层则主要是对核心服务层的活动进行管理和控制，以确保其始终安全稳定的提供面向用户的服务。用户访问接口层的作用是为用户端与云系统之间提供访问和交流的通道。
2.1.1 核心服务层
一般来说，云计算的核心服务层又可以分为3个子层：基础设施即服务层（IaaS）、平台即服务层（PaaS）和软件即服务层（SaaS）。其中IaaS主要是为用户按需提供实体或虚拟的计算、存储和网络资源等基础设施部署服务。在这个过程中，用户需要向供应商提供相关的配置信息及个人数据。而PaaS是为云计算应用程序部署及其管理提供服务。通过基于该层的软件工具和开发语言，软件开发者可以绕过底层网络、系统和存储的限制，很方便的使用云计算平台进行软件架构。SaaS是一种基于云计算基础平台所开发的应用程序。对于企业来说，通过该层可以建立自己的电子邮件服务系统。而对于普通用户来说，SaaS可以实现对云系统应用程序的泛在访问。
2.1.2 服务管理层
服务管理层主要是面向核心服务层，它能为核心服务层的安全稳定及可靠运行提供保障。其服务内容包括服务质量保障和安全管理等。由于云计算系统结构庞大、服务繁杂，用户很难直接找到自己所需的资源。因此，通过服务质量保障协议，云计算服务提供商就能根据用户的具体需求，提供相应的服务，保障其面向每一个用户的服务质量。而用户在获取云数据和云服务时，确保信息交流的安全性是非常重要的。通过安全管理协议，可以对云系统采取数据隔离、隐私保护和访问控制等安全保护措施，确保核心服务层的安全稳定运行。
2.1.3 用户访问接口层
用户访问接口层能够实现用户对云系统程序的泛在访问。其表现形式一般包括命令行、Web服务和Web门户等。其中命令行和Web服务作为一种直接的访问云系统的工具，能够实现多种服务方式的组合。而Web门户则是将用户端与云系统连接起来的通道和平台。通过它，用户可以将本地的应用程序转移到云系统中。这样用户只要能连接到云系统服务器，就可以随时随地的访问其本地的数据和程序。这显然可以极大的释放本地服务器的压力，提高用户的办公效率。
2.2 云计算软件架构关键技术
云计算是以数据为中心的一种数据密集型的超级计算方式。在数据的存储、管理及编程模式方面都采用特有的多种先进技术，其中主要的关键性技术包括海量数据存储与处理、编程模型及虚拟化技术。
2.2.1 海量数据存储与处理技术
云计算系统以数据冗余和分布式方式进行大数据集的分析、处理以保证高可用性和经济性。为及时满足海量用户的不同需求，并行提供各种服务，云计算所采用的数据存储技术必然具备高传输率、高吞吐率的能力。未来的发展方向会集中于高效的数据定位及超大规模的数据存储、加密、安全可靠性和持续提高I/O速率等方面。
2.2.2 编程模型
为了让用户可以利用编程模型根据自身需要编写简单的程序而更加轻松的获得云计算带来的服务，所采用的编程模型须非常简单。同时要保证后台的并行执行及任务调度对用户及编程人员的透明化。改进现有的编程模式以便程序员可以方便的进行紧耦合程序的编写，实现运行过程中的高效调度和任务的执行，是将来MapReduce发展的主要方向。
2.2.3 虚拟化技术
虚拟化的实质是将整合之后的资源用和物理量没有关联的方式进行调用，是一种由物理资源转变为服务形态的过程。虚拟化的应用使硬件的容量增大同时使软件的管理维护过程得到简化，提高了资源的灵活性和使用率，实现了物理资源的复用，是未来实现资源的自动协调和配置的基础。虚拟化技术把操作系统和物理硬件相隔离，允许多个操作系统不相同的虚拟机在一个物理机上独立运行。不管所采用的物理硬件是否相同，操作系统均把它们看作是一致的标准化硬件。
2.3 云计算的软件架构应用
软件系统框架有架构元件、联结器及任务流三个元素，为提高软件的安全可靠性及扩展能力需要对软件架构进行设计。三层架构设计是软件框架设计的一种重要结构，它将系统在应用逻辑上分成数据服务层、业务逻辑层及表示层。表示层主要用于用户与系统的交互，通常指的是系统的操作界面。业务逻辑层的功能是数据的格式及其是否有效进行验证，用户的合法性验证等以保证系统能够健壮的运行。数据服务层专用于数据库的交互并执行数据的修改、增删、显示等操作。目前的软件系统大都采用基于C/S技术的三层架构，数据的存储一般采用DBMS或者XML文档的方式易使服务器发生不可修复的错误后产生数据丢失的可能。
软件的设计开发随着云计算技术的迅猛发展而面临挑战，三层架构模式能够完全迁移至云计算中的SaaS服务模式中。不过SaaS服务模式也存在一些较为突出的问题，包括与云计算服务供应商之间的信任，以及软件对云计算服务过于依赖的问题。此外，在云计算服务正常时，网络状况也会对软件的使用产生影响。基于云计算技术目前的发展情况，为降低软件对云计算和网络性能的依赖程度，下面提出一种较为可行的基于云计算平台的软件架构模式
与传统的三层架构模式相比，基于云计算平台的软件架构在表示层及业务逻辑层并不发生变化，只是在数据服务层提供包括本地数据及云数据的两种数据服务。本地数据服务不需安装DBMS软件而只采用XML文档存储数据，从而使服务器的性能得到提升。不论是选择本地服务器的XML文档或是云计算服务中的数据服务，软件均能够一次读取数据到内存中，在完成数据处理以后再把数据处理结果传回数据服务并长久储存，有效的提高了系统的工作效率。
基于云计算平台的软件架构新增了同步服务层，它不仅使本地服务器XML文档与云计算服务中的数据实现同步，也能够监测数据服务的运行状态。在软件系统将数据信息一次读入内存之后，用户在内存中进行各种数据操作。数据同步服务可以利用时间控件在用户不使用软件系统的时间终止业务逻辑层的相关服务，同时把放入内存的数据更新到本地服务器的XML文档及云计算服务中，完成同步操作以后就可以重新进行业务逻辑层的服务，提高了网络宽带的使用率。同步服务监测软件可以保证在发现数据服务问题后立刻启动新的数据服务，使其不再依赖云计算。
在基于云计算平台的软件架构中，系统中的数据同时备份在本地服务器的XML文档及云计算服务中的数据服务中。即使出现云计算服务障碍，软件依旧保存相对应的数据备份。在本地服务器发生故障而导致数据的丢失时，云计算服务保留数据备份，从而使软件系统中的数据具有双重备份而得到保障。此外，这种软件架构模式具有不产生孤岛信息、不需涉及数据迁移等优点。
从软件架构的数据流图中能够看到本地数据及云数据是通过数据缓存实现同步的。在用户需要获取系统中的数据信息时，会把被访问的数据表存入到缓存区域以方便用户能够进行再次访问。用户进行数据的再次访问时不需反复的读取数据库而只是从内存中对系统的数据进行操作。这样就在很大程度上缩短了系统响应的时间，从而有效的提升了运行的效率。
3 结束语
上述基于云计算平台的软件架构模型提高了云计算条件下数据的安全可靠性。随着云计算的广泛应用，为提高系统的运行效率，系统架构的升级有待进一步的研究。
参考文献：
[1]李刚健.基于虚拟化技术的云计算平台架构研究[J].吉林建筑工程学院学报，2011（01）.
[2]程国江.云计算简介及应用前景[J].中国新技术新产品，2011（08）.
[3]李晓辉.云计算技术研究与应用综述[J].电子测量技术，2011（07）.
[4]韩金华.云计算综述[J].企业技术开发，2010（15）.
作者简介：邱海斌（1980.10-），男，辽宁人，硕士，讲师，研究方向：软件架构、软件设计。
云计算基本架构篇2
关键词：政府 云计算 虚拟化 架构
自2007年云计算概念提出以来，云计算产业链在中国发展至今已初具规模，特别是企业私有云市场，虽然还没有出现一个在云计算市场拥有绝对优势的拳头产品，但百家争鸣，百花齐放的局面正预示着云计算的建设正胁潮涌之势而来。在继一些大型IT企业之后，越来越多的政府开始走向云，并且有更多的应用在向云靠拢。截止到2012年，已经有北京、上海、成都、杭州、青岛和西安等城市在政府应用云平台方面进行了积极的探索，总结出了一些成功的经验。在大家热烈讨论云计算技术能带来什么丰硕成果的同时，就政府云计算基础架构的建设方式在业界也未形成一个相对一致的说法。但众所周知，一个高效稳定的基础架构平台对于其上的应用和业务运营是至关重要的，而搭建这样一个基础架构的成本也是必须考虑在内的。
首先我们先来谈谈使用最普遍的x86架构，廉价、开放、标准化、简单易用，x86所具备的这些优点使其成为了众多云计算用户的最佳构架选择。目前，决大多数的大规模云的构建也都是基于x86架构的，例如亚马逊、微软、Google、百度、阿里巴巴等。但是，使用最多就是最好的吗？也不尽然，x86在人才资源、总体成本上是有优势，但一旦大规模部署后，由于单台服务器的性能问题，只能依靠大规模来实现计算能力和存储扩展，这样相应的就会带来一些管理和稳定性方面的问题。由于x86架构服务器系统的稳定性不如小型机系统，因此还需要有完善的备份和容错方案。这些都是x86在云计算架构中不可避免的问题，而这些问题的解决方式只能依靠第三方来进行。作为x86架构的忠实拥趸，VMware或许是能解决这些问题的最好方式。毕竟在x86平台虚拟化市场上，VMware的占有率超过了85%，而作为VMware虚拟化和云计算的核心系统平台，vSphere已经成为虚拟化平台的一个事实上的标准。2012年7月13日，VMware正式云基础架构套件，这标志着VMware从虚拟化向云计算的全面转型，其中的VMware vShield安全解决方案对云计算环境提供了全面的保护方案，但能否实现预期的效果，还有待市场的检验。总之，x86平台对于缺少更多技术支持的部门而言是不错的选择，首先平台搭建相对快捷简单、易于维护，其次又可以保持构架的灵活性和可扩展性。
相对分布式的x86架构而言，以IBM的Power架构为首的集中式构架方式在关键性核心业务上有着更大的可靠性及稳定性优势。很多人认为，政府部门没有那么多像很多大型企业那样的对计算性能和技术支持要求较高的业务，Power架构的优势有时候得不到体现。其实不然，随着政务信息化的推进，这几年很多大规模的政府部门应用系统陆续上线，这些业务应用系统涉及的人员范围、地域范围都很大，影响面也很广，而且业务也相对单一，对于这类重点业务，Power架构将是不错的选择，它能更好的满足业务的RAS（可靠性、可用性、稳定性）要求。Power架构所提供的虚拟化环境所使用的是IBM自己的PowerVM虚拟化软件，这在系统稳定性方面就有先天的优势，其先进的自动化管理功能，可以使资源池达到良好的利用，最终形成自适应、自服务的云计算基础架构。除了这些关键性业务，对数据库领域而言Power架构也具有更大的I/O吞吐量和稳定优势，尤其是基于关系型数据库的关键应用。如果我们在x86架构的横向扩展出现瓶颈时，再考虑向Power上进行迁移，迁移所付出代价恐怕不止是新建一套Power虚拟机那么简单了。当然，Power架构对云计算人才的要求是很高的，但是相对于那种大规模的x86云平台，维护它所需要的人力资源却少很多。就好比用一个在AIx系统及虚拟化方面技术很强的人维护1台Power计算机和用10个技术一般的人维护10台x86服务器一样，到底那种方式更节约成本，更能很好的实现管理就只能靠自己判断了。
我们都知道，云计算的最终目的是整合IT资源及应用，使其发挥更大的效能。在政府部门也一样，庞大的IT资源不仅耗资耗能巨大，对其很好的管理也是一个麻烦的问题。就笔者所在的单位而言，光服务器设备就有80多台，加上为之服务的网络及存储设备就足足填满了一个200平方的机房。 在进行虚拟化改造建设之前，我们就单位信息化应用的现状分析，发现服务器架构存着机器部分老化，故障率偏高；系统可用性、兼容性差；系统结构复杂；运行成本高；电力资源紧张；维护工作量大等等问题。
为了解决以上问题，我们决定使用虚拟化技术打造单位的云平台。考虑到单位这种已经存在大量业务应用的情况，我们在建设云计算平台过程中采取了循序渐进，避开关键业务，在不断探索过程中逐步推进的方式。根据如今政府的情况，一般都是自购服务器、各自有自己的信息中心负责运维。很多部门为了保证业务的正常运行，都花费很大的资金在容灾备份之上，这当中存在着诸多的浪费，很多高端的服务器及存储设备其实只用到了很少一部分的硬件系统资源，为了提高服务器的利用率，利用这部分高端硬件搭建云计算环境是对资源充分利用的一个好办法。比如我们先可以利用原有的IT资源，搭建相对简单的x86的云架构，在这个过程中会遇到一些无法绕过的问题，比如数据迁移、数据的隔离和控制等等，通过一些具体实践，我们可以同时积累部分云计算的人才和经验，为今后全面推行云计算打下基础。在关键性业务上， 我们可以直接部署IBM Power架构，其实Power并不像很多人想象的那么高深，IBM为了帮助用户快速构架基于Power的云平台，推出了从应用出发的解决方案以提升用户在应用部署、日常维护方面的易操作性。不过，不能否认的是，相比x86，Power平台在后期维护、管理上还是要更难一些，需要更加专业的管理人员。我们的数据库系统就是利用两台IBM小机进行Power架构的部署，实施期间，AIX系统及Power虚拟化软件确实让人头疼不已，但一旦部署成功，其I/O大吞吐量，高稳定性的特点也确实为用户带来了全新的体验。
对于云计算基础架构，套用一句老话：没有最好，只有最合适。这点在政府机构也同样适用。不管是x86还是Power架构，其实通用才是云平台最核心的要求，只有满足了能够将软件部署在不同的硬件和系统上的要求，这才是真正意义上的云计算平台。
参考文献：
[1]陈谷.IBM云计算和政府云平台[J].程序员，2008
云计算基本架构篇3
【关键词】云计算技术;信息化;IT;X86
1.云计算概述
早在上世纪60年代，麦卡锡就提出了计算能力作为一种像水和电一样的公用事业提供给用户的理念，这成为云计算思想的起源。在20世纪80年代网格计算、90年代公用计算、21世纪初虚拟化技术、存储网络、SOA、SaaS[1]应用的支撑下，云计算作为一种新型的资源使用和应用交付模式逐渐成为学界和产业界所认知。所以，云计算是IT（Information Technology，简称IT）资源管理和应用模式的深刻变革[2][3]，也是一种IT基础架构管理和应用的方法论;可使业务、应用和IT资源基于网络，以服务的形式呈现给用户，供用户按需、定量和定制化获取使用。
从技术发展角度看，20世纪90年代，随着Windows的广泛使用及Linux服务器操作系统的出现，奠定了x86服务器的行业标准地位，然而x86服务器部署的增长带来了新的IT基础架构建设和运维困难，包括基础架构利用率低、物理基础架构成本日益攀升、IT管理成本不断提高以及对关键应用故障和灾难保护不足等问题。X86服务器虚拟化技术的出现，通过将x86系统转变成通用的共享硬件基础架构，充分挖掘硬件的潜力，提高硬件的利用效率，降低硬件和运营成本，并且简化运维降低管理成本，最终帮助用户把更多的时间和成本转移到对业务的投入上。
因此，云计算技术是IT行业的第三次变革，是信息技术和应用发展的必然趋势。随着云计算和虚拟化技术向构建新一代数据中心方向发展，关键以虚拟化为基础，实现管理以及业务的集中，对数据中心资源进行动态调整和分配，重点满足企业关键应用向X86系统迁移对于资源高性能、高可靠、安全性和高可适应性上的要求，同时提高基础架构的自动化管理水平，确保满足基础设施快速适应业务的商业敏捷诉求，同时进一步减少企业的IT整体投入。
2.云计算的应用模式
从运营角度看，云计算是网格计算和虚拟化技术的商业化模式，如同水厂和电厂通过管道和电网统一提供水、电资源一样，而通过网络实现信息基础资源（计算、存储、网络等）的统一供给和统一调度管理。按照运营模式可以分为三种，即公共云、私有云和混合云。
（1）公共云：专业运营企业建设，直接向最终用户提供服务，用户通过互联网访问获得资源服务，但并不拥有资源。
（2）私有云：企业自己搭建的基于云计算的数据中心基础架构，面向内部用户或外部客户提供云计算服务。企业拥有基础架构的自，并且可以基于自己的需求改进服务，进行自主创新。
（3）混合云：同时具备公共云和私有云特征，既有自已的云计算基础架构，也使用外部公共云提供的服务。
通常，云计算的资源也可从三个层面以服务的方式提供给使用者。
（1）IaaS基础架构即服务（Infrastruct-ure as a service）：提供的是计算资源、存储资源及网络资源等资源。
（2）PaaS平台即服务（Platform as a ser-vice）：提供的是优化的中间件平台，包括应用服务器、数据库服务器等。
（3）SaaS软件即服务（Software as a ser-vice）：包括应用、流程和信息等服务。
图1
3.云计算的技术特点和应用价值
云计算的核心是虚拟化技术，其原理是资源的逻辑表示，实现形式是在系统中加入一个虚拟化层，将下层的资源抽象成另一形式的资源，提供给上层使用，而不受物理限制的约束。即使基础的服务器、存储、网络等硬件资源形成统一的资源池，上层业务系统可按需取用。
与传统企业IT技术相比，云计算技术对企业信息化建设具有很高的应用价值[4]：
（1）实现动态的、可伸缩的扩展。云的规模根据业务需求是可以动态伸缩的，它可以随时扩展自己的存储和计算容量，满足企业用户对信息资源不断变化的需求。
（2）为业务提供随需即取的基础设施，按需求提供资源。云计算把互联网变成一种全新的计算机平台，所有的资源在物理上以分布式的共享方式存在，在逻辑上以单一整体的形式呈现给用户。
（3）精简IT资源、降低运维成本。利用云平台统一资源管理，统一的运维管理平台，降低维护维护成本，从降成本中贡献净利润。
（4）信息资源的整合度更高。使同一架构的物理资源统一整合，实现资源共享，提高利用效率，解决企业信息孤岛问题。
4.企业信息化应用主要需求
私有云是目前能得到较快接受的应用场景，而且能够满足企业对数据安全性、系统可用性的要求，因此构建私有云是建设数据中心的首选方案。企业业务在快速增长，而企业信息化建设与业务发展之间却存在着较大差距;运营问题、全球化问题、越来越高的 IT 复杂性带来的管理难题、运营成本的不断上升，企业的IT基础架构正面临着巨大挑战：
（1）IT基础架构正向资源共享方向发展。企业力求降低计算成本，众多企业首先对IT基础架构进行了整合，然后又引入资源虚拟化技术。如何进一步提高资源利用率、降低管理和基础架构成本及加快部署周期，如何实现软件、应用、数据和硬件资源的共享成为新的挑战。
（2）企业IT基础架构面临对于业务支撑具有相当灵活度的压力。增加自动化和智能化程度，在有效控制成本的同时，轻松、灵活地应对快速变化的业务需求，是大多数企业对于其IT基础架构的期望。
（3）管理系统和网络的日常开支不断提高。有17%的CIO们深受技术人员平时工作不饱和、出现故障时又不能及时解决这种矛盾的困扰，复杂的IT基础架构带来管理难题。
（4）IT采购模式将发生巨大变化。以往根据项目需求采购设备、部署基础架构的方法，已经不能满足业务变化的要求，新的采购模式应该以有规划的、整体的基础架构升级来适应不断增加的新应用、提高对业务支撑的灵活性。
由此可见，企业正迫切需要一种及时的和节约成本的方法来满足动态改进和日益增长的业务需求。
表1
公有云 虚拟私有云 私有云 混合云
数据安全性 √ √ √
节省前期投入 √ √
高可用性 √ √
对现有IT流程的影响 √
技术成熟性 √
与现有资源的兼容性 √ √
适合小企业使用 √ √
资源利用率和节能减排 √ √ √
图2 企业云计算应用基础架构
5.云计算技术在企业信息化中的应用分析
对于大多数企业来说，信息化系统已经不仅仅是企业的辅助系统和成本中心，而已成为企业的关键生产管理系统和价值中心，更是企业的核心竞争力和持续发展能力的体现，对企业的生存发展至关重要。企业信息化一方面促进了企业生产率和管理水平的提高，另一方面也给企业引入了新的成本，而且随着企业信息化水平的不断提高，信息系统的成本也在不断增长，如果继续采用传统模式建设，必然形成烟囱式的信息孤岛，造成信息基础资源利用率低下、无法共享，难以为企业创造高效价值，反而成为沉重的负担。据统计，在传统模式下，企业每年有三分之二的IT投入都花费在旧系统的运维和管理上。
为保证这些担负着企业生产、管理和运营功能的重要信息应用系统正常运行，必须保证计算、存储、网络设备等硬件平台的可靠运行，还需要进行数据库的建设和管理，同时还要进行用户管理、信息安全控制、业务系统的软硬件升级等工作。为支持信息应用业务的高效、可靠运行，企业需建设专业的数据中心基础设施和平台。随着业务种类和业务量的不断增加和应用需求的增长，数据中心硬件基础设施和平台规模也在日益扩大;因此亟需采用更加先进的云计算模式进行数据中心建设，以解决现有数据中心面临的各种挑战。
对于Email、Web、OA、CRM及ERP等大多数采用x86硬件平台的企业应用来说，利用云计算和虚拟化技术完全可以满足业务的需求;对于企业核心生产业务以及部分高性能数据库业务，在技术上也完全可以采用虚拟机部署，但需要根据业务的实际工作负载进行评估，如果业务本身对物理资源的使用率已超过50%，则不太适合再采用云计算和虚拟化技术。企业在进行云计算建设时，主要可分为两种场景：一种是利旧，企业需对原有信息系统架构进行虚拟化改造，将原来各个独立的信息基础设施整合为可以弹性调度的信息“资源池”，这一过程可由相应的软件系统自动实现，基本不需人为参与;另一种场景就是新建，企业可以完全按照自己的需求进行整体设计和交付，也可采用业界相应的虚拟化一体机产品，本身已实现了软、硬件的整合，这样可以大大减少项目的建设周期和复杂度。两种场景相比，利旧则相对复杂一些，主要是需要评估现有的硬件平台架构及业务系统与新平台的兼容性，一般在建设初期可采用小范围的测试进行验证。
从建设模式来说，私有云是居于企业防火墙内部（也可以将它们部署在一个安全的主机托管场所）的一种更加安全稳定的云计算环境。所以，企业的云计算平台建设主要是采用私有云，私有云即可以满足企业大规模服务、高扩展性、高可靠性、虚拟化和按需服务，实现企业的管控、业务协同、供应链管理、共享服务等，又具有更高的安全特性，内部管理也更加有效。构建私有云从初期来看并不一定会比构建一套传统的架构节约成本，但是从长远来来看，云计算技术减少了人工管理的成本，使企业的信息系统利用率更高，能够更精准地按需提供资源，它带来的方便和快捷能给企业的运营带来无限的价值。
总之，云计算是IT行业的第三次变革，已经成为目前IT系统建设和应用的主要趋势， 同时云计算技术也为企业大数据应用、高性能计算等新兴业务提供了基础平台，可为企业丰富的信息业务创新和发展提供有效支撑。
参考文献
[1]Anderson，Tim.full form of SaaS.The Register.5 May 2011
[2]How SaaS Is Changing the Face of Enterprise IT .[2012-06-28]
[3]Danielson，Krissi.Distinguishing Cloud Computing from Utility .2008-03-26[2010-08-22]
云计算基本架构篇4
一、数据中心运行维护面临的挑战
当前金融行业应用系统多采用集中方式部署于数据中心，随着金融业务的快速发展，后台支持所需的基础设施规模不断增长，拥有几百到几千台服务器的数据中心已不是少数。数据中心的日常运行维护工作逐渐暴露出以下几方面的挑战。
（1）随着服务器等基础设施的规模越来越大，机房空间、电力消耗以及管理维护难度越来越大。
（2）传统的、手工方式的环境部署效率较低，难以满足业务服务对环境部署的时效性要求。特别是对于研发测试环境，由于环境搭建及调整一般更为频繁，此方面矛盾也更加突出。
（3）应用系统在业务高峰期或性能压力测试阶段，需要更多的系统资源支持，期望基础架构能够提供弹性的、动态的、自动化的供应手段。
（4）在传统服务器环境中，单台服务器业务空闲时段的资源难以整合，总体资源利用率提升受到限制。以中国工商银行数据中心（北京）为例，用于全行应用系统版本测试的适应性测试环境的服务器数量已超过1000台，每个季度约有30%的环境需要重新搭建，基础架构的日常管理维护压力逐年增加。
二、云计算理念与启示
根据云计算的服务对象范围，云计算可以分为3种部署模式:公用云、私有云和混合云。根据云计算的服务层次和服务类型，可将云分为3个层次：基础架构即服务（IaaS）、平台即服务（PaSS）和软件即服务（SaaS）。不同的层，提供不同的云服务。根据美国国家标准技术研究所（NIST）的定义，云计算一般具有5个基本特征。
（1）按需自助服务。用户可根据需要，直接从云计算供应者处获取服务（如：计算资源、存储资源、网络资源、开发平台及应用软件等），而无需与云计算供应者进行人工交互。目前，一般采用用户在网页上填写申请表单形式获取自助服务。如果数据中心采用此方式供应环境，将可由最终用户直接提交环境部署服务申请，由系统自动调配资源并部署环境，且节省了相关部门间（系统、网络、设备等）的沟通成本，环境部署时效性较传统手工方式有很大提高。
（2）广泛的网络接入。用户可以使用各类客户端平台（笔记本电脑、手机、PDA等），按照一个规范机制（如浏览器），通过各种网络渠道从云计算供应者处获取服务。此特征更多的针对公有云和混合云，而出于安全性等方面考虑，如在金融行业数据中心构建云计算环境，一般首选私有云方式，只需保证用户可以通过网络接入云计算系统即可。
（3）与位置无关的资源池化。云计算供应者的计算资源被集中整合成为一个动态资源池，以多租户模式服务所有用户，不同的物理和虚拟资源可根据用户需求动态分配。服务商需要实现所分配资源的位置无关性，用户一般不需要知道所使用资源的确切位置，但在需要的时候用户可以指定资源位置。通过应用资源池化的管理模式，提升数据中心整体资源使用率。
（4）快速的可伸缩性。云计算供应者提供的服务可以自动、快速、弹性地扩展，也可以自动、快速、弹性地收缩。从用户角度讲，云计算提供的资源是无限的，可以选择在任何时间获取任何数量的资源。通过快速的可伸缩性，在很大程度上提升资源使用效率。另外，如果数据中心系统环境支持快速伸缩，就可满足应用系统在业务高峰期或性能压力测试阶段，其基础架构能够提供弹性的、动态的、自动化的资源供应。
（5）可度量的服务。云计算供应者针对不同的服务类型（CPU时间、存储空间、网络带宽等）来计量资源的使用情况及单位价格，以提高资源的管控能力和促进优化利用。整个系统资源可以通过监控和报表的方式对供应者和用户透明化。对于公有云，资源供应者可以此为依据对提供的服务进行收费。对于私有云（企业云），IT部门可以此作为IT成本核算依据，一旦在企业内部形成相关成本核算机制，还有利于促进资源回收利用，减少空闲资源。笔者认为，短期内将云计算应用于银行数据中心生产环境还需持谨慎态度，但在数据中心研发测试环境环境中，云计算大有可为。特别是开展基础架构云建设，将有助于解决前文提到的基础架构日常运行维护中遇到的各类挑战，实现业务应用环境快速部署、回收、调整以及资源集约化管理水平和快速服务能力。
三、基础架构云建设的关键课题结合我们的实践探索，在银行数据中心建设基础架构云，有如下几项课题需要加以研究解决。
（1）各类资源的池化与差异化资源服务模型。在数据中心，基础架构资源主要包括各类高、中、低端服务器、存储阵列、磁带库以及IP地址等。为实现基础架构云快速供应和弹，实现上述资源的池化管理和统一管理调度机制十分必要。在此基础上，可以通过规划不同资源节点（比如数据库服务器、应用服务器、WEB服务器等）和业务服务环境（比如综合版本测试环境、生产补丁测试环境、压力测试环境和培训环境等）对应的资源使用规则，提供差异化的资源服务。一种可参考的资源服务模型如图1所示。
（2）自服务界面和自动化供应流程。要实现基础架构环境的自动化部署，需要自动化供应流程的支持。与此同时，面向最终用户提供自服务界面也是云计算这一新型计算模式的基本要求。图2是启动一次虚拟机环境供应的自动化流程。当用户在操作界面上启动虚拟机供应任务后，调用后台任务管理器，将任务放入系统的任务运行队列。流程引擎层扫描任务运行队列中的待执行任务，根据任务类型及优先级等，选取待运行任务并调度执行，由调度引擎层调用驱动工具层依次完成虚拟机创建、操作系统部署和数据库部署等一系列操作。待以上步骤执行完成后，返回作业执行结果。在基础架构云建设时，还要充分考虑多用户并发服务处理能力。
（3）各类基础架构资源的“驱动程序”。正如前文所述，基础架构云平台管理的对象主要包括各类服务器、存储阵列和IP资源等。在数据中心传统工作模式下，上述对象往往需要专业技术人员通过手工方式或者使用专门的工具软件进行管理维护，各专业之间的协作配合要求较高，因此维护效率难以得到有效提升。在基础架构云平台建设中，需要实现对上述对象的全自动化维护操作。如果把基础架构云平台看作一套“操作系统”，其下各类资源对象的自动化维护管理功能，不妨看作是操作系统的各类驱动程序。因此要实现云平台的自动化管理，各类基础架构资源的自动化驱动工具研发也是必需解决的关键课题。
四、基础架构云建设实践
2010年以来，笔者所在的技术团队就基础架构云在数据中心的落地建设进行了探索，经过1年多的技术研究和项目实践，目前已取得阶段性成果。项目组研发的基础架构云平台已在业务应用系统环境准备工作中投入实际使用。与传统手工方式相比，使用基础架构云平台进行系统环境部署，效率可以提10倍以上，具体对比数据见表1。表1中数据为每套环境的部署时间，与PowerVM环境相比，VMware环境一般不涉及分配磁盘操作。
五、小结
云计算基本架构篇5
关键词：云计算；虚拟化；VMware;VMware vSphere；架构
中图分类号：TP303文献标识码：A文章编号：16727800（2012）008000602
作者简介：连鸿鹏(1987-)，福建师范大学协和学院初级网络工程师，研究方向为云计算。
0引言
虚拟化技术是伴随着计算机的产生而发展的，虚拟化意味着对计算机资源的抽象。虚拟化技术实现了物理资源的逻辑抽象和统一表示，通过它可以提高资源利用率，并能够根据用户业务需求的变化，快速、灵活地进行资源部署，因此，虚拟化技术已经成为构建云计算环境的一项关键技术。
VMware 云基础架构能够让现有的用户从虚拟化中获益，加速了现有数据中心云计算的转移，与公共云基础兼容，铺平了向混合云模式前进的道路，成为云计算的新里程碑。
本文主要讨论作为X86体系结构虚拟化技术的代表，VMware公司基于已有的虚拟化技术和优势，提供了云基础架构及管理、云应用平台和终端用户计算等多个层次上的解决方案，主要支持企业级组织机构利用服务器虚拟化技术，实现从目前的数据中心向云计算环境转变方面的架构分析。
1VMware vSphere 简介
VMware vSphere是在原来的VI3基础上推出的系统，被成为业界首款云计算操作系统。vSphere将应用程序和操作系统从底层硬件分离出来，从而简化了 IT 操作。现有的应用程序可以看到专有资源，而服务器则可以作为资源池进行管理。vSphere以原生架构的ESX/ESXi Server为基础，让多台ESX Server能并发负担更多个虚拟机。主要包括3部分：一是虚拟化管理器VMM部分的VMware ESX 4，VMware ESX Server主要是用于调配物理服务器中内存、CPU、存储及网络各种硬件资源，运行在物理服务器上的一个虚拟层并根据预定好的策略将这些资源分配到运行在其中的各虚拟机中，这些虚拟机以安全独立的模式并行运行；二是用于整合和管理VMM的VMware vCenter，提高在虚拟基础架构每个级别上的集中控制和可见性，通过主动管理发挥 vSphere 潜能，是一个具有广泛合作伙伴体系支持的可伸缩、可扩展平台；三是用于管理客户端的软件VMware Infrastructure Client。
2VMware vSphere 的基本架构
VMware vSphere 主要通过虚拟化技术将数据中心转变为云计算基础架构，通过虚拟化提供自助部署和调配的功能，将IT基础架构作为服务来交付使用。vSphere是一个整体架构而非单个产品，基本架构如图1。
图1VMware vSphere 的基本架构
2.1vSphere的云端部分
vSphere所谓的云端是指平台及架构部分（PaaS和IaaS）,可以分为内部和外部云端。内部云端由各种硬件资源组成，并有vSphere负责统合云端资源，在IaaS及PaaS中，资源为硬件及OS资源。外部云端vSphere可以将这些第三方提供的资源集成到企业的IT架构中。
2.2vSphere的底层：架构服务（Infrastructure Service）
有了硬件资源之后，就需要一个Hypervisor将资源集成，然后ESX和ESXi服务器将负责硬件资源虚拟化。Infrastructure Service主要可以分为运算部分的vCompute、存储部分的vStorage以及网络部分的vNetwork。
（1）vCompute部分。vCompute包括了ESX/ESXi以及DRS。ESX/ESXi主要实现服务器整合、提供高性能并担保服务品质、流水式测试和部署及可伸缩的软硬件架构。DRS确保按需调整资源配置，根据需要和优先级压缩和增加应用系统的资源，动态的响应负载平衡。
（2）vStorage部分。vStorage包括VM所在硬盘的文件系统VMFS以及动态分配大小的Thin Provisioning，提供多种存储虚拟连接选择，通过vStorage VMotion减少或消除计划内停机，通过精简部署降低虚拟环境的存储要求，通过vStorage API简化管理并提高存储操作的效率。VMFS是专门为虚拟机设计的高性能集群文件系统，该系统可以在VMware虚拟机的VMware虚拟数据中心环境中访问共享存储。
（3）vNetwork部分。VMware的网络虚拟化技术主要通过VMware vSphere 中的vNetwork网络元素实现。通过这些元素，部署在数据中心物理主机上的虚拟机可以像物理环境一样进行网络互连。vNetwork的组件主要包括虚拟网络接口卡Vnic、vNetwork标准交换机vSwitch和vNetwork分布式交换机dvSwitch。vSphere提供了一个Distributed Network的架构，不但有完整的Bridged/NAT/Host only架构，更和Cisco合作推出一个专门安装在vSphere上的分布式网络。
2.3vSphere的Application Service
应用软件服务是针对VM的，可以让多台服务器多个VM排列组合，达到企业应用的目的。
云计算基本架构篇6
关键词：云计算；网络教学平台；架构设计
中图分类号：TP302
随着云计算作为一种超级计算模式的快速发展，亚马逊、微软、谷歌、VMware和IBM等IT公司构建的计算机存储、运算中心得到了广泛推广，学校、教育机构和个人的信息处理均可封装成学校云、教育云和个人云，并迁移到“云”端。各种终端设备如计算机、移动设备等也实现了迁移到网络上的服务器集中，使在云计算模式下的个人计算机或移动终端的性能得到最小化，功能得到最大化，将一切的信息和资源均可封装成“云服务”，用户可以使用“云服务”在任何时间、地点，通过计算机、移动设备等进行访问。云存储和云计算的应用也不断发展，这对网络教学产生了积极的影响。基于云计算模式下的网络教学平台具有成本低、能实现真正意义上的移动式学习服务等优势，相对于传统方式的网络教学平台受到了一定的冲击。因此，本文就基于云计算的网络教学平台架构设计与实现进行探讨。
1 云计算与网络教学概述
1.1 云计算
作为一种基于因特网的超级计算模式的云计算，融合了传统计算机技术和网络技术。广义的云计算是服务的交付及使用模式，而狭义的云计算是通过网络按需、易扩展的方式得到硬软件、平台等资源。云计算提供了三个层次服务：软件即服务（SaaS），是基于云计算平台开发的各类应用服务，提供一种应用框架；平台即服务（PaaS）将中间件平台给用户提供研发，它是提供了一个集成环境；基础设施即服务（IaaS），它的构成由底层的硬件及虚拟资源池两部分，将虚拟化服务器及用户需要的存储资源等服务提供给用户，它提供一个软件应用环境。
云计算工作构建系统如图1所示。
1.2 网络教学
网络教学是一种自主性、互动性、个性化的教学方式和学习方式，是用户通过计算机网络进行学习、培训与教学活动，用户操作简单、界面简捷和使用方便，其主要功能是实现选课、学习课程内容、学习进度、网上作业、网上答疑、课程论坛、课程练习、课程考试和课程评价等，支持网络环境下的教与学的互动以及网络教学资源的管理，体现以人为本的教学模式。同时，提供对各种信息的管理，如：课件的上传和开发、用户个人信息等。
2 云计算在网络教学平台中的优势
2.1 移动优势
由于云计算模式采取集中存储的方式，可以构造不同的应用，支持不同应用的运行，实现跨平台的在各种终端之间同步的向有需求的用户提供服务。学生可以通过电脑连接到网络教学平台学习，也可以使用智能手机、IPDA、上网本等移动设备通过应用程序随时、随地的在线学习，不受时间和地点的限制，真正实现移动学习。
2.2 成本优势
随着云计算技术在学校的应用推广，基础设施层（如：网络操作系统、数据库平台、交换机、路由器以及服务器等）可以利用IaaS技术实现云上托管，也可以利用云计算的虚拟化技术实现机房集中式管理，大大降低了系统硬件和软件的投资，同时，采取公司托管后可以降低系统的维护成本。
2.3 资源优势
云计算可以实现协同工作和共享资源，通过协作虚拟组织对某一问题进行解决和使用资源从而符合用户的新需求。云计算通过整合计算机环境，用户只要接入“云”就可以使用相同的工作环境，可以随时随地随性进行访问。云计算这些特点对不同的计算机、程序资源等得到调度，使用户可以自主性、合作研究性学习。
2.4 效率优势
云平台实现各种差异物理资源的统一管理调配。网络管理员只要通过一个界面可以监视管理控制每一台电脑的性能及使用状态等方面。对于的信息、升级软件系统等操作可以实现批处理运行，可以瞬间完成，而不必单独在每台机器运行。
2.5 安全优势
云计算尽管可以使业务灵活性、可扩展性和效率得到提高，但也会带来新的安全风险。云端用户面临巨大的挑战，既要关注技术方面的问题也要更改流程。但是云计算的网络教学平台在排除传统网络教育常见的安全问题外，也不需要对当前云计算方面的安全进行考虑。一方面单一的云计算教育平台使用群体容易监管控制用户；另一方面，设计云平台架构时也充分考虑了安全策略等问题。对比传统杀毒方式，云查杀从杀毒速度、病毒库特征等方面都比较优越。
3 基于云计算的网络教学平台架构设计与实现
3.1 网络教学平台的设计思路和主要内容
云计算的核心理论就是“服务”，在云计算环境下实现的各种服务统称为“云服务”，其主要特点主是在云端存储数据和提供软件服务，用户在能接入互联网的地方可以随时随地的使用“云服务”。在设计网络教学平台时，要使平台具有强大的教学功能、简捷实用的学习功能、全面的管理功能和内容丰富的教学资源功能，主要设计学习模块、教学模块、资源模块和管理模块等，真正实现自主性学习、个性化学习和教学互动，为学生、教师和管理人员提供教学、学习和管理服务。
3.2 网络教学平台的架构设计
云计算基本架构篇7
【摘 要】现代科学认为物质、能量和信息作为客观世界的3个基本要素，数据是信息的表现形式。高校各个业务系统在使用过程中生产了大量的数据，经过整合，具有相关性的业务系统形成了数据中心，成为学校的宝贵资产。随着信息技术发展，借助云计算技术改造数据中心运行方式和运行环境，以某高校为例，分析对比传统数据中心与云数据中心效益差别。
【关键词】云计算数据中心能耗效益分析
一、前言
学校信息化发展与企业类似，同样遵从诺兰六阶段模型，可以从诺兰模型进行分析和理解。1947年，诺兰和吉布森（Nolan，Gibson）提出一个理解信息技术的使用与管理的模型，称为成长阶段模型（Stages of Growth Model）。之后，经过实践进一步验证和完善，又于1979年将其调整为六阶段论。这个模型试图帮助管理人员解释成长阶段的含义以及企业的成长阶段对信息技术的意义。
学校在不断发展过程中，对信息技术的理解日渐成熟，个别部门开始借助信息化手段来推进业务工作，取得了很好的效果。经过这些部门示范，越来越多的部门从观望变为积极尝试，越来越多的信息化应用雨后春笋般开始建立，购买应用软件、系统软件、硬件设备等。同时，安排专门人员负责系统管理工作。随着信息中心的成立，业务系统又开始逐渐托管到信息中心保存管理。从提供的服务方面划分，数据中心向云计算数据中心进阶的过程可以划分为4个阶段，托管型、管理服务型、托管管理型和云计算管理型，也就是云数据中心。
二、云数据中心建设方案
对于云计算而言，提高数据中心数据处理能力，应着重考虑从高端服务器、高密度服务器、海量存储、高性能计算单元、大容量存储单元、高速数据交换网络出发。以良好的扩展性、自动化、多租户、数据移动、空间效率来支持虚拟化。其主要构架构建如下。
1.云计算数据中心总体架构
云计算架构由服务和管理两部分构成。服务方面，包含3个层次：基础设施即服务IaaS、平台即服务PaaS、软件即服务SaaS。管理方面，以云的管理层为主，其功能是确保整个云计算中心安全、稳定地运行，并且能够被有效管理。
2.云计算主机系统架构
云计算核心是计算能力的集中和规模性突破，云计算中心对外提供的计算类型决定了云计算中心的硬件基础架构。根据学校需求，云计算中心通常需要规模化的提供以下两种类型的计算能力，其服务器系统可采用两层架构，一是主要处理包括对外的数据库、数据挖掘等关键服务，也包括自身账户、计费等核心系统，通常由企业级大型服务器提供。这一层主要需要高性能的、稳定可靠的高端计算，该校选用华为FusionServer RH5885 V3机架服务器。二是面向普通应用的通用型计算，一般采用高密度、低成本的超密度集成服务器，有效降低数据中心建设成本。该校选用FusionServer RH2288 V3机架服务器。
3.云计算存储系统架构
云计算中数据统一集中存储，数据存储技术有两种趋势：一种是基于大量安装Linux系统的普通PC构成的GFS系统；另外一种是基于块设备的存储区域网络SAN系统。SAN系统中一种是基于光纤网络，运行成本高；一种基于以太网，采取iSCSI协议，运行成本低。考虑到数据中心长远发展及数据交互的高性能需求，学校采用基于光纤网络的SAN系统，选用华为S5500T作为存储设备。
4.云计算网络体系架构
数据中心升级为云数据中心后，所有应用的数据均从这里进行交互，传统的网络结构会造成网络延时，成为一大瓶颈。因此采用低延迟的服务器间双向带宽二层扁平网络。
5.云计算应用平台架构
学校数据中心平台各个应用系统上线时间不一致，为兼容早期系统、便于以后系统开发，宜采用开发与底层硬件和应用基础设施无关的平台架构。因此采用面向服务架构SOA的方式。
6.云计算机房结构
该校机房建成已逾15年，机房动力环境保障较差。综合分析，本次机房结构建设采用集装箱模块化机房。
三、效益分析
该校各个应用系统项目建设时绝大多数都采购了相应的硬件设施，后期统一托管在校园网主控机房。
由于时间跨度大，设备型号复杂，设备性能差异大，进行云计算整合复杂程度太大，且无大的存储设备及光网络数据交换设备。结合机房建设考虑，本次采用单品牌一体化云计算建设方案。表一为传统数据中心机房与云数据中心机房运行情况对比。
表格1传统数据中心机房与云数据中心机房运行情况对比
云数据中心充分保障学校业务可靠性、连续性，数据“零”丢失，业务不会因硬件故障而停止。信息化资源达到最优化利用，业务系统占用资源一目了然，资源调度简单明了，管理成本大幅下降。三校区数据集中备份，简化了系统运维管理，管理成本下降30%。
参考文献：
[1]杨扬. 成本与能效优化的虚拟云数据中心映射算法的研究[D].北京交通大W，2016.
[2]卢兴见. 大规模云数据中心负载优化调度方法研究[D].浙江大学，2014.
[3]敬超. 面向云数据中心的高效能调度及资源管理研究[D].上海交通大学，2014.
[4]黄庆佳. 能耗成本感知的云数据中心资源调度机制研究[D].北京邮电大学，2014.
[5]王艺文. 跨数据中心大规模云数据部署和传输机制研究[D].北京邮电大学，2014.
作者简介：
云计算基本架构篇8
[关键词]云计算;统一交换构架;统一虚拟化;统一计算系统
abstract: cloud computing is a new technology for network computing under the ip architecture, and its potential lies in new ict business applications. for the majority of operators and enterprises, the main task of cloud computing is data centre transformation. this will ensure cloud computing becomes more widespread among enterprises, institutions, organizations, and operators. cloud computing will not only provide traditional it resource usage and application services, but will also support full resource usage and application services—such as it, communications, video, mobile, as well as internet of things under a converged network infrastructure. some key cloud computing technologies include unified fabric, unified virtualization, and a unified computing system. the formation of an open industry alliance and promotion of open technology standards will also be strategically critical for future development of cloud computing.
key words: cloud computing; unified fabrics; unified virtualization; unified computing system
随着有关云计算概念、术语和技术的不断涌现和大量报道,人们对在企业中采用和实施云计算技术的热情大增。现在人们对云计算可能带来的好处已有所了解,但同时也应该看到,由于云计算概念和技术比较新颖,涵义比较宽泛,再加上市场上一些人将云计算放大成无所不包、无所不能和无所不在的万能技术,因此对云计算的描述和推销多少出现了一些浮燥和炒做的嫌疑。云计算有点像天上的云的感觉:飘忽不定,虚无缥缈。本文认为,脱离实际过分夸大或缺乏全面分析地炒做云计算不仅可能带来误解,也会使得云计算的市场实践盲目推进,对于云计算产业在
应该说,云概念这个术语的诞生和使用纯属偶然。在互联网技术发展的早期阶段,技术人员都习惯性地将互联网画成一朵“云”来代表,因为这样一来,人们可以简化网络内部的技术细节和复杂机制来方便讨论新技术。随着互联网技术的飞速发展,互联网应用的全面普及和广泛深入,互联网技术使ict应用架构发生了深刻和根本的改变,于是采用云计算来代表和体现新型的网络计算特征和技术趋势就变得非常自然。因此,云计算这一术语很容易就在业界流行起来。 互联网技术成为ict应用的基础,层出不穷的互联网应用需求也要求ict理念进行重新思考和设计。这种改变不仅带来ict应用平台的更新换代,而且也带来ict应用实现和商用模式的创新。这种变化的影响是如此巨大而鲜明,以至于人们可以从多个角度和视角来描述这些新的特征和现象。尽管云计算的概念和定义很多,但究其本质还是为了满足ict应用和业务的网络实现。为了理论和讨论的严谨性,本文给云计算更为明确而严格的定义:云计算是在整合的架构之下,基于ip网络的虚拟化资源平台,提供规模化ict应用的实现方式。
云计算的实质是网络下的应用,是由ip和it技术共同构建的。从发展的角度来看,“云”的技术和目标是一个逐步演化的过程。比如,web技术出现时,就具备了云计算的应用特征有了统一界面的雏形。随着服务器应用平台上的虚拟化技术的成熟和web统一界面的推出,虚拟化和web走向结合,使得云计算可以在一个整合的架构上统一实现。
2 云计算的实现模型
如果说“云”的本质就是业务实现的方式,那么云计算有哪些新的业务模型呢?
比较熟悉的早期云计算实践来之于国际上以亚马逊、谷歌(google)和为代表的公司,并且都提供了具有显著特征,但又代表着不同模式的成功云业务。
基云系指将it的基础设施作为业务平台,直接按资源占用的时长和多少,通过公共互联网进行业务实现的“云”。基云的用户可以是个人,也可以是企业、集体和行政单位。基云在英文里是iaas,也称基础设施即服务。亚马逊(amazon)是业界通过其弹性计算云(ec2)最早实施基云的运营商。基云的it业务将计算、存储、网络、安全等原始it资源以出租形式租给用户。用户可以通过操作系统和应用软件(如数据库和web服务软件)使用租来的it资源。
平云系指将应用开发环境作为业务平台,将应用开发的接口和工具提供给用户用于创造新的应用,并利用互联网和提供商来进行业务实现的“云”。平云可以利用其他基云平台,也可以用平云运营商自己的基云平台。平云在英文里是paas,也称平台即服务。谷歌(google)通过其appengine软件环境向应用开发者提供平云业务,应用开发者必须采用appengine应用接口来开发应用。
软云系指基于基云或平云开发的软件。与传统的套装软件不同,软云是通过互联网的应用来进行业务的实现。软云业务可以利用其他的基云和平云平台,也可以利用软云运营商自己的基云和平云环境。软云在英文里是saas,也称软件即服务。是最著名的软云运营商之一,提供企业资源规划(erp)应用服务。软云为用户省去了套装软件安装、维护、升级和管理造成的麻烦,因为应用程序完全由软云运营商集中管理。
云计算按照层次可将业务模式划分为3层,最顶层是软云,中间层是平云,底层是基云。在基云之下是构建云计算的基础技术。
基于云计算的实践与运营案例,可以总结出云计算的基本特征:
(1)动态的高可扩展性
云技术使用户可以随时随地根据应用的需求动态地增减it资源。由于应用运行在虚拟平台上,没有事先预订的固定资源被锁定,所以云业务量的规模可以动态伸缩,以满足特定时期、特定应用及用户规模变化的需要。
(2)虚拟化的超大规模
云业务的需求和使用与具体的物理资源无关,it应用和业务运行在虚拟平台之上。云计算支持用户在任何有互联网的地方、使用任何上网终端获取应用服务。用户所请求的资源来自于规模巨大的云平台。
(3)高可用性
云平台使用数据多副本拷贝容错、计算节点同构可互换技术来保障服务的高可用性。任何单点物理故障发生,应用都会在用户完全不知情的情况下,转移到其他物理资源上继续运行,使用云计算比使用其他计算手段的可用性更高。
(4)按需使用,按用付费
云业务是一个庞大的资源池,用户按需购买,如同像自来水、电、煤气那样计费。无论是短期还是长期,云计算的商业模型都按使用量付费。
(5)资源复用,成本廉价
由于云计算采用资源的统计复用技术,所以it物理资源的利用率大为提高,从而使云的业务成本大大降低。
早期云计算的业务模式都有一个共同特点,那就是采用共有云(public cloud)的架构提供单云(stand-alone cloud)业务。共有云系指云业务的创立、拥有和提供由同一云运营商通过公众的互联网对所有公众开放的“云”。而单云系指提供相对单一功能应用的云实现,如搜索应用、it资源应用。
早期云计算采用的技术理念是将分布在不同物理地点低廉的计算资源通过互联网联系在一起,形成巨大的虚拟资源池来提供单云业务。云计算可以充分利用闲置的资源进行大量运算,同时能够快速调度资源使用量的增减,灵活应变资源用量的迁移和调配,从而极大地提高计算资源的可用性和利用率,提升应用功能实现的灵活性和扩展性,增强业务的可管理性和运营的性价比,达到绿色环保高效节能的目标。
尽管早期云计算展现了虚拟技术的巨大优点和市场运营上的成功。但是早期云计算仍然具有一些局限性:
云业务的提供缺乏品质保障和安全可控机制,而品质保障和安全可控机制对企业中的多数it应用至关重要。
云业务的实现模型基于特定的私有协议,因此云业务具有被云运营商锁定的风险和可能。
云业务的类型受限于若干特定的it单云业务,即不是企业里的一切it应用都能在共有云中有效实现。
造成这种局限的原因是由于目前共有云模型是建立在公众互联网之上,与网络的基础设施没有任何关联,云业务的实现是尽力而为的技术模式。另外,早期云计算的虚拟技术基于私有协议,除了较为低层的基云业务外,平云和软云业务几乎不具备跨运营商迁移的可能性,极大地限制了云的应用和业务范围的拓展。这就是为何早期云计算技术只限于若干特定的it单云业务,而不适用于更广泛的企业、行业和公众用户的ict业务。
彩云(rich media cloud)系指提供包括信息、语音、视频、移动和物联应用的多媒体应用的云计算平台。内云(internal cloud)系指云用户拥有云的全部资源,云平台由用户自己独用。专有云(private cloud)系指云用户自己可支配和控制的云。专有云可以是用户自己的云或租用云运营商共有云的一部分,或两者的组合。有的文献将其称为私有云,不仅不妥而且还容易产生误导,故建议称为专有云。
从现在到未来5年,云计算技术主要是面对企业、行业、机构和运营商所迫切需要的内云或专有云。这标志着云计算发展的第二个黄金时期。这个时期的云计算的主要任务是在充分发扬光大云计算早期技术的基础上,使虚拟化技术在计算、应用和网络3个平台整合,在早期云计算优势的基础之上提供具有品质可靠、安全可控、运营可管的新型云计算业务。目标是依赖开放的技术标准和开放的产业联盟为企业、行业、机构和运营商提供具有彩云能力的技术体系和运营模式,为企业数据中心转型和ict应用转向云技术而努力。之所以称第二个时期为云计算发展的黄金时期,是因为这个时期的云计算市场较早期更大,云业务范围更广。
3 企业数据中心架构演变
无论是公有云还是专有云,都离不开强大的数据中心和ip网络的支持。云计算发展下一个阶段的主要任务将集中于企业、行业、机构和运营商的it与通信应用。所以有必要全面分析目前企业it应用的需求、数据中心技术演进所面临的挑战以及企业数据中心向内云转型的关键技术。 3.1 企业传统it应用架构面临的挑战
企业传统it应用的主体平台是数据中心,而传统的数据中心往往是堆叠架构,包括it资源和分离的it应用。随着企业it应用的急速增长,传统的数据中心架构已不能适合市场需求。在过去的几年里,一方面服务器的数量和存储的容量等物理资源以每年40%～70%的增速增长,但另一方面,每个物理资源(如服务器)的利用率却只有10%～25%。物理资源增加使得电费和冷却系统的费用占整个数据中心费用的比重越来越大,有的甚至高达25%～30%。物理资源增加还使得数据中心的部署越来越复杂,这导致人为因素成为数据中心故障的重要部分(有的甚至高达54%)。这一切都使数据中心的运维费用越来越大。面对未来ict应用的增长,web2.0应用的快速实施、部署以及面向业务的架构(soa)的发展,企业数据中心走向内云架构势在必行。
3.2 内云架构实现步骤
让传统数据中心具有更高物理资源利用率,让一个数据中心能够为多个用户所共同使用,让多用户的多应用动态地使用同一物理的资源池,而它们之间又有安全的隔离,是未来企业数据中心走向云计算架构的目标。数据中心将在充分借鉴利用早期的云计算优势的同时,保留数据中心的传统好处:品质可靠、安全可控、运营可管。这种既具备传统数据中心的好处,又具备早期的云计算优势的新型云计算架构就是本文将重点讨论的企业内云技术。
实现企业数据中心向内云架构的转化需要3个步骤:整合化、虚拟化和自动化。
(1)整合化
从数据中心技术架构的发展趋势来看,it架构有必要以网络为平台进行整合。
首先,应用所要求的底层服务功能应更多地被整合到底层设施中去。业务层面应更多地关心行业it应用的效率,而非自身的安全性、可靠性、可达性等基础性的服务功能。数据中心整合的一个重要思路是将原来围绕应用而随意堆叠和搭建的silo结构,向网络为核心的平台架构转移。原来围绕应用服务器而连接的it资源(如存储器)应通通搬到网络上去。网络可以连接各种各样的it资源和基础性的服务功能。网络成为数据中心资源虚拟化以后的数据交换平台,为物理资源提供逻辑服务,为应用需求提供动态业务部署。ip网络作为一个平台,各种各样的应用都可以享受虚拟化资源提供的计算服务。
企业往往在发现数据中心的使用效率不高、资源浪费和耗能情况严峻后开始考虑数据中心架构的整合。如果在架构的整合设计中采用一些具有云计算理念的前瞻性技术,无疑将有利于加快企业云计算架构的实施。
(2)虚拟化
虚拟化其实就是把已整合的资源以一种与物理位置、物理存在、物理状态无关的方式进行调用,是从物理资源到服务形态的质变过程。虚拟化是实现物理资源复用、降低管理维护复杂度、提高设备利用率的关键,同时也为未来自动实现资源协调和配置打下基础。
值得一提的是,由于数据中心虚拟化是一个非常热门的话题,大部分企业往往面对其现有的数据中心并不知道应该如何下手。其实,数据中心的整合是数据中心虚拟化的前提,在企业对数据中心有一个很好的整合架构以后,虚拟化的任务就会很容易实现。
(3)自动化
在整合、虚拟化基础上,底层资源和功能便可以有条件被智能系统自动和动态地调用和管理。管理员将应用策略传递给智能系统。智能系统通过最优化的计算和资源配置,自动完成相关物理资源的调度,最经济、最有效地完成功能提供任务。有限的资源可以最大化地提供服务,管理员的管理差错和漏洞将降为最低,这是最理想化的资源调用模式,也是云计算所终将达到的目标。
自动部署是以服务为导向的数据中心的根本标志。自动化就是数据中心实现随业务量的变化而对资源做出自动调配的动作,是资源的动态增减、快速调度和灵活部署。
3.3 内云模型
内云模型的实现要根据大型企业数据中心的长期实践经验,结合统一的ip/it架构,对服务资源进行充分共享和灵活调配,从而降低内云建设和运维成本,提高业务开发和部署效率,满足最终用户按需服务的需求。企业的内云模型方案要求采用一系列新技术,从而提供有差异化、安全可靠和有品质的彩云业务。
企业数据中心向内云架构转化需要利用三大关键技术。
(1)统一交换架构(unified fabrics)
实现统一交换架构需要依赖一系列创新技术。有代表性的技术有:万兆数据中心以太网技术(dec)和以太网光纤通道技术(fcoe)。
传统数据中心的交换技术多数停留在千兆水平。因为过去的服务器的处理能力和i/o接口能力有限,对宽带需求相对较低,限制了高密度和高性能千兆端口的发展。
专为新一代数据中心设计的万兆以太网技术(dce)将传统以太网改进为高性能、低延迟,高性价比,不丢包,并具备优先级流控机制的以太网。ieee dce标准支持二层多路径以太网,不仅能够支持无损失以太网和超大规模数据中心,而且为企业数据中心简化和向内云架构整合提供了必不可少的技术。
现有的数据中心网络包含ip局域网、光纤存储网和高性能计算网络,而这3个网络采用不同的网络桥接标准和技术。ip局域网采用以太网,光纤存储网采用光纤通道,高性能计算网络采用hyperlink。考虑网管和备份的需要,服务器需要各种不同的i/o网卡,通过复杂的网络结构来连接。
在以太网架构上映射和传送光纤通道帧采用以太网光纤通道(fcoe)技术。fcoe可以使得光纤通道帧能够无损地运行于数据中心以太网络上。fcoe使光纤存储和以太网可以共享同一个端口,使局域网(lan)和存储区域网络(san)一次连接服务器,从而大大减少i/o适配器和线缆的数量。
采用dce和fcoe技术为核心的统一交换架构,可以在一个低延迟、无损耗的10g以太网平台上实现访问所有目前的3个独立网络(lan、san和高性能计算网络)的资源。不仅整合了网络物理资源,减少了设备、网卡、适配器、交换机、布线电缆的数量,还降低了功率/冷却要求,节省了电力损耗,优化了网络架构,简化了运维管理。
(2)统一虚拟化机制(unified virtualization)
计算平台/服务器的虚拟化可使上层应用根据自己所需的计算资源对cpu、内存、i/o和应用功能等实现自由调度,而无须考虑该应用的物理关联和位置。当前商用化最为成功的x86服务器虚拟化解决方案是vmware的vmotion,微软的虚拟服务器和许多其他第三方厂商(如intel、amd等)也正在加入,使得服务器虚拟化的解决方案越来越完善。
当我们通过采用软件技术对硬件资源进行虚拟化处理时,当一个服务器可以被虚拟为数个服务器时,数据中心运营、管理和策略就会变得非常复杂。虚拟化技术绝对不是免费的午餐,虚拟化在带来好处的同时也带来了更多的管理流程以及软件的移植、验证和安全方面的挑战。
然而人们越来越意识到服务器虚拟化系统的解决方案中除了应用、主机、操作系统的角色外,网络将是一个更为重要的角色,这里的网络不仅指数据网络,还包括存储和计算网络。网络将把各个资源联系成为一个整体,网络将是实现资源虚拟化的桥梁。云计算的概念是需要无处不在的数据中心,而服务器虚拟化是依靠虚拟机的迁移技术实现与物理资源无关的资源共享和复用。虚拟机迁移需要一个跨地域的一致的虚拟化网络环境。
网络是确保企业内云架构下的彩云业务服务品质和安全可靠保障的根本。所以虚拟化技术要求端到端立体的虚拟化。不仅计算层面和存储层面虚拟化,应用层面和网络层面也要虚拟化,更为重要的是虚拟化必须端到端的立体一体化。这也是内云和彩云与早期共有云和单云技术的本质区别。 设计出统一的虚拟化机制,使计算平台、应用平台和网络平台的虚拟化相互结合、相互关联和相互感知非常重要。没有统一的虚拟化机制,监控和执行基于虚拟机的不同的网络和存储策略非常困难,内云平台的可扩展性将受制约,也使得多个物理机执行相同的应用时,跨网络实现虚拟化难以执行。
vn-link技术已被提交ieee作为标准。vn-link技术使网络与服务器虚拟化时能相互关联和相互感知,使网络具备服务器的虚拟机意识,即在网络上可以区别传递的信息是来自于哪个虚拟机。网络根据虚拟机和相对应的策略来提供相应的服务,当虚拟机迁移,相应的网络跟踪手段保证服务的全局一致性。
(3)统一计算系统(unified computing system)
人们在谈论云计算实施时,实际看到的还是一个个的虚拟化应用孤岛,孤岛化的平台以及部件的孤岛化。云计算在带来好处的同时,也带来挑战:虚拟化增加了复杂性;孤岛化带来多点集成与管理的挑战,增加了运维成本和风险,使应用和业务部署能力低下。
企业内云和彩云实现的关键是如何采用一体化的系统来集成和管理各个组件:计算、网络、存储和虚拟化资源,从而帮助用户不仅降低ict基础设施的成本而且还要降低运营和管理的复杂性,从根本上提高ict业务的灵活性,使其适应未来业务高速发展的需求。
统一计算系统(ucs)将服务器融合到网络平台。服务器采用intel nehalem处理器系列的全新b系列刀片服务器。这些刀片服务器提供获得专利的增强内存技术,从而提高每台服务器所支持的虚拟机数目。统一计算系统对外接口提供了对于存储局域网和网络连接存储(nas)的整合访问。用户可以通过以太网、光纤通道、以太网光纤通道或小型计算机系统接口(iscsi)来访问存储,从而使投资得到最大限度的保护。统一计算系统内只需要一个数据中心交换机就可以完成交换功能,大大减少了设备、i/o接口以及布线数量,降低了运维成本。更少的设备将使一体化的数据中心解决方案在价格上具有竞争优势,从而大大降低客户的总体拥有成本(tco)。
组件的一体化带来管理上的方便,使管理功能被集成到系统的所有组件之中。ucs manager能将整个解决方案作为单一实体来进行管理。ucs manager提供了一个直观的图形化用户界面(gui)、一个命令行界面(cli)和一个强大的应用编程接口(api)。管理能力是统一计算系统最重要的组成部分,而虚拟机管理技术则是管理能力的核心部分。
统一计算系统代表着数据中心从传统云计算走向未来云计算,其独特的理念包括:采用下一代数据中心的网络理念和技术,如数据中心级交换平台、dcb/fcoe统一交换架构等。统一交换平台能实现或优化很多应用,如大规模的高性能计算以及搜索引擎等。统一计算系统去除不必要的交换机、网卡、电缆线、管理模块,实现统一网络、统一虚拟化、统一计算、统一管理的组件一体化的云平台架构。
4 运营商与云计算
云计算正在改写it、通信、互联网领域的游戏与竞争规则。
互联网流量的迅猛增长和应用的不断创新,对电信运营商的业务产生了巨大冲击。网络应用日益呈现可视化、社区化、个性化的趋向,与此相对应,运营商更加关注投入的回报和服务提供的灵活性。
电信业传统的理念是按业务建网,一个网络对应一项业务,由此形成了一个个业务孤岛,不仅无法优化利用网络资源,更带来了管理和运营的复杂性。
云计算技术的出现为电信运营商带来挑战和新的机会。电信运营商拥有丰富的网络带宽资源,建成的众多大型数据中心也拥有丰富的计算机软硬件资源,具备拓展内云架构,开展具有竞争性的彩云业务的天然优势。电信运营商业务转型过程中要注意充分吸收新技术,发扬传统优势。
在考虑云架构的时候,运营商应该抓住两个根本:一是运营商将原来的数据中心或业务中心的整合,使其变成一个新的业务和数据中心;二是运营商充分利用已经建设起来的下一代网络。两者都在ip网上运行,如果整合在一起,将构成一个强大而灵活的统一业务实现系统。它既能成为运营商的传统业务(如固话、视频、移动业务和互联网的数据业务)的统一实现平台,同时也能够支持未来可以想象到的各种彩云应用和业务。与传统业务平台不同的是,彩云平台可以把数据中心和业务传输网络关联在一起,提供更安全、更高品质应用。电信转型中的两大核心问题:降低运营成本、加快新业务市场化速度,都将因为引入统一业务的彩云平台迎刃而解。
5 云计算的未来
云计算发展的最终目标是使用户的云业务可以跨多个云运营商来实现。云业务完全依赖于开放的标准。不仅是单云业务,彩云业务也可以任意地跨运营商迁移和过渡。甚至于企业用户的彩云业务需求可以在多个云运营商的云中如行云流水般运行自如。跨云(inter-cloud)系指基于通用的和开放的标准下,云的应用可以跨不同的云运营商进行增减和调度。跨云能使企业的内云应用利用云运营商的专有云来备份或分担。行云(open-cloud)系指用户的彩云应用需求可以通过多个可以跨云的多云运营联盟和组合来实现。未来云计算发展的关键是建立开放的产业联盟和开放的技术标准。
6 参考文献
[1] mell p, grance t. draft nist working definition of cloud computing [r]. nist, 2009.
[2] cloud computing drives new networking requirements [r]. the lippis report, 2009.
[3] cisco nexus 1000v virtual ethernet switch [r]. cisco system, 2009.
[4] vmware virtual networking concepts [r]. vmware, 2009.