云計(jì)算技術(shù)及應(yīng)用淺談

肖 剛

近幾年,云計(jì)算成為廣泛關(guān)注的話題,本質(zhì)上它不是技術(shù)創(chuàng)新,而是服務(wù)模式的創(chuàng)新,它使 IT服務(wù)變得更簡單、更易獲取。廣義云計(jì)算,是服務(wù)的交付和使用模式通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得,這種服務(wù)可以是 IT軟件,也可以是任意的與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的服務(wù)。

1 云計(jì)算結(jié)構(gòu)

云計(jì)算是并行計(jì)算 (Parallel Computing)、分布式計(jì)算 (Distributed Computing)、網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)三大科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。其核心是在大量的分布式計(jì)算機(jī)上 (非本地機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器)進(jìn)行運(yùn)算。從功能結(jié)構(gòu)上看,系統(tǒng)由存儲(chǔ)層、基礎(chǔ)管理層、應(yīng)用接口層和訪問層四部分組成。

1.1 存儲(chǔ)層

存儲(chǔ)層是云計(jì)算最基礎(chǔ)的部分,承載在各類存儲(chǔ)設(shè)備上。如 FC光纖通道存儲(chǔ)設(shè)備,NAS、iSCSI等 IP存儲(chǔ)設(shè)備,SCSI或 SAS等 DAS存儲(chǔ)設(shè)備。這些物理存儲(chǔ)設(shè)備分布在網(wǎng)絡(luò)的不同區(qū)域,通過統(tǒng)一的管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)硬件的狀態(tài)監(jiān)控和故障維護(hù),打破了物理機(jī)限制的邏輯化存儲(chǔ)空間。

1.2 基礎(chǔ)管理層

基礎(chǔ)管理層是云計(jì)算最核心的部分,通過集群、分布式文件系統(tǒng)和網(wǎng)格計(jì)算等技術(shù),實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備的協(xié)同工作,保證多個(gè)設(shè)備對外提供同一種服務(wù),并通過資源協(xié)作提高數(shù)據(jù)訪問性能。本層需要保障用戶的安全,一是不同用戶間數(shù)據(jù)授權(quán)的安全,另一個(gè)是數(shù)據(jù)本身的安全和穩(wěn)定。

1.3 應(yīng)用接口層

應(yīng)用接口層是云計(jì)算最靈活的部分,用來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)對基礎(chǔ)層的不同開發(fā)環(huán)境和 API,如視頻監(jiān)控應(yīng)用平臺(tái)、IPTV等服務(wù)平臺(tái)。

1.4 訪問層

訪問層是用戶請求的響應(yīng)層,授權(quán)用戶通過標(biāo)準(zhǔn)的公用應(yīng)用接口登錄云,云系統(tǒng)響應(yīng)用戶請求,分配相關(guān)資源。

從上面的結(jié)構(gòu)模型可知,云存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)多設(shè)備、多應(yīng)用、多服務(wù)協(xié)同工作的集合體,是多種技術(shù)融合發(fā)展的結(jié)果。

2 云計(jì)算特點(diǎn)

1.虛擬化:云計(jì)算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應(yīng)用服務(wù)。這個(gè) “端”可以是筆記本、手機(jī),也可以是 PDA。終端通過網(wǎng)絡(luò)的 IT資源來完成所需的一切服務(wù)。

2.高可靠性:“云”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施,來保障服務(wù)的高可靠性。使用云計(jì)算比使用本地計(jì)算機(jī)可靠。

3.通用性:云計(jì)算不針對特定的應(yīng)用,在“云”的支撐下可以構(gòu)造出千變?nèi)f化的應(yīng)用,同一個(gè) “云”能同時(shí)支撐不同應(yīng)用的運(yùn)行。

4.按需服務(wù): “云”是一個(gè)龐大的資源池,按需購買;云的資源可以象自來水、電、煤氣那樣計(jì)費(fèi)。

3 典型應(yīng)用

目前,云計(jì)算已開始商用,有基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)(Infrastructure asa Service)、平臺(tái)即服務(wù) (Platform as a Service)和軟件即服務(wù) (Software as a Service)3種基本的云計(jì)算類型。

云存儲(chǔ)可對外提供不同的服務(wù),根據(jù)服務(wù)類型和面向的用戶不同,云存儲(chǔ)服務(wù)可以分為個(gè)人級(jí)應(yīng)用和企業(yè)級(jí)應(yīng)用。

3.1 個(gè)人級(jí)云存儲(chǔ)

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)磁盤

網(wǎng)絡(luò)磁盤是在線存儲(chǔ)設(shè)備。云系統(tǒng)通過強(qiáng)大的資源調(diào)度能力,將分布在不同區(qū)域的物理服務(wù)器虛擬成一個(gè)個(gè)的邏輯服務(wù)器,構(gòu)成一個(gè)存儲(chǔ)空間池,使用者可根據(jù)自己的需要調(diào)用空間池的邏輯資源使用。當(dāng)空間使用完后重新釋放,返回空間池供其他使用者使用。使用者可通過 Web訪問方式來上傳和下載文件,實(shí)現(xiàn)個(gè)人重要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)化備份。這種服務(wù)使用戶存取文件就像在銀行中存取錢一樣隨時(shí)、隨地,按需存取。所有的應(yīng)用文件通過網(wǎng)絡(luò)存在云中虛擬磁盤中。而云中的虛擬磁盤是構(gòu)筑在物理服務(wù)器中,與業(yè)務(wù)應(yīng)用無關(guān)。

3.1.2 在線文檔編輯

與網(wǎng)絡(luò)硬盤業(yè)務(wù)相比,在線文檔編輯是將應(yīng)用程序的運(yùn)行 “云”端化,應(yīng)用程序需要的內(nèi)存、CPU資源完全由云端提供。云系統(tǒng)將分布在不同區(qū)域的物理 CPU、內(nèi)存進(jìn)行邏輯組合,統(tǒng)一調(diào)度,分配給發(fā)起需要的用戶使用。這種調(diào)度方式能夠?qū)崿F(xiàn)按需分配,即用戶處理量大分配的資源就多。這種在線編輯的方式,使用戶不需要在個(gè)人 PC上安裝文檔 (office)軟件,只需要打開在線文檔網(wǎng)頁,就可以進(jìn)行文檔編輯和修改,并將編輯完成的文檔保存在系統(tǒng)提供的個(gè)人存儲(chǔ)空間中。無論使用者走到哪兒,都可以登錄系統(tǒng),打開保存在云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的文檔。通過云存儲(chǔ)系統(tǒng)的權(quán)限管理功能,就能輕松實(shí)現(xiàn)文檔的共享、傳送及版權(quán)管理。

以上 2種應(yīng)用的特點(diǎn)是將硬盤、CPU、內(nèi)容這些 IT資源邏輯虛擬化后,通過統(tǒng)一調(diào)度提高用戶使用的效率,弱化應(yīng)用對終端的要求,將資源云端化。事實(shí)上,面向個(gè)人的應(yīng)用還有很多,如打破服務(wù)器地域限制的網(wǎng)絡(luò)游戲。

3.2 企業(yè)級(jí)云存儲(chǔ)

企業(yè)級(jí)云應(yīng)用需解決企業(yè)面臨的諸多 IT問題。

3.2.1 企業(yè)空間租賃

信息化的不斷發(fā)展使得各企業(yè)、單位的信息數(shù)據(jù)量呈幾何曲線增長。傳統(tǒng)方式意味著硬件設(shè)備、機(jī)房環(huán)境、維護(hù)成本的投入。通過高性能、大容量云存儲(chǔ)系統(tǒng),云計(jì)算能為無法單獨(dú)購買大容量存儲(chǔ)設(shè)備的企事業(yè)單位提供方便快捷的空間租賃服務(wù),同時(shí),大量專業(yè)的技術(shù)人員的日常管理和維護(hù)可以保障云存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行安全,確保數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

3.2.2 企業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)

企業(yè)數(shù)據(jù)的安全性隨著數(shù)據(jù)量的增長也日益凸顯。通過高性能、大容量云存儲(chǔ)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份軟件,云系統(tǒng)的安全模塊能為需要遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)的企事業(yè)單位提供安全服務(wù)。

這 2種企業(yè)級(jí)的云應(yīng)用方案,也是將 IT基礎(chǔ)資源云端化的實(shí)現(xiàn)方式,與個(gè)人應(yīng)用相比,企業(yè)級(jí)的應(yīng)用對資源冗余、實(shí)時(shí)性要求更高一些。

3.3 運(yùn)營商級(jí)的云計(jì)算

與個(gè)人及企業(yè)級(jí)的應(yīng)用相比,運(yùn)營商級(jí)的應(yīng)用更偏向?qū)I(yè)務(wù)流的優(yōu)化和不同業(yè)務(wù)之間的資源配置方案。

3.3.1 云主機(jī)

提供虛擬主機(jī)業(yè)務(wù)的 IDC運(yùn)營商需要投入大量的服務(wù)器,傳統(tǒng)的提供方式有 2個(gè)特點(diǎn):①通過一臺(tái)物理機(jī)上虛擬多臺(tái)主機(jī),通過運(yùn)行在物理機(jī)上的資源管理軟件,提高虛擬機(jī)的運(yùn)行效率;②虛擬的主機(jī)空間是固定的,需要同時(shí)占用相應(yīng)的物理空間。傳統(tǒng)的提供方式僅能在一臺(tái)物理服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)資源調(diào)度和分配;而且客戶選擇業(yè)務(wù)時(shí),必須按照需求的最大量訂購業(yè)務(wù)。不僅訪問網(wǎng)站的效率不高,而且需要客戶購買過剩的資源。帶來的現(xiàn)實(shí)問題是虛擬主機(jī)提供商需要投入大量的物理服務(wù)器,給機(jī)房用電帶來很大的挑戰(zhàn) (一般的 IDC機(jī)房,電源消耗占總運(yùn)營成本的 40%)。

云計(jì)算系統(tǒng)通過將數(shù)量眾多物理服務(wù)器納入到統(tǒng)一的資源調(diào)度中,實(shí)現(xiàn)不同物理機(jī)硬盤、CPU、內(nèi)存的統(tǒng)一調(diào)度,不同資源之間的互補(bǔ)。比如,采取消耗內(nèi)存資源多的游戲服務(wù)器與消耗硬盤資源多的視頻應(yīng)用分配到相同的物理機(jī)上;不同時(shí)間段的協(xié)作,如夜間 BT下載類與白天 Web瀏覽類應(yīng)用分配到相同物理機(jī)上等手段,提高了服務(wù)器利用率,同時(shí)還擴(kuò)展了業(yè)務(wù)量。

一項(xiàng)測算數(shù)據(jù)表明,相同的業(yè)務(wù)量,采用云計(jì)算系統(tǒng)部署服務(wù)器是傳統(tǒng)服務(wù)器部署的十二分之一,這對機(jī)房空間、電源消耗都是一項(xiàng)巨大的節(jié)約。同時(shí)云主機(jī)由于實(shí)現(xiàn)了 CPU資源協(xié)作,還能提高網(wǎng)站的訪問效率,有助于運(yùn)營商提升服務(wù)質(zhì)量。因此,部署云主機(jī)的 IDC機(jī)房,即減少了成本又提高了服務(wù)。

3.3.2 互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容聚合系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容日益豐富,網(wǎng)絡(luò)視頻 (含高清)日益成為主流。視頻類網(wǎng)站也層出不窮,比如運(yùn)行時(shí)間較長的迅雷、風(fēng)行、優(yōu)酷、土豆、快播等,后起的新浪、搜狐高清頻道。這些視頻提供者發(fā)展快,要求網(wǎng)絡(luò)部署快,用戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高。運(yùn)營商如何快速的將這些內(nèi)容引入到網(wǎng)內(nèi)關(guān)系到企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。傳統(tǒng)的方式需要在網(wǎng)內(nèi)投入大量服務(wù)器,通過鏡像系統(tǒng)將所有的內(nèi)容源引入到網(wǎng)內(nèi)。這種方式投入大,部署周期長。通過云計(jì)算系統(tǒng)可以快速的完成熱點(diǎn)內(nèi)容的部署,圖 1是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容云計(jì)算引入圖。利用流量分析與控制系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)用戶的訪問熱點(diǎn),通過云系統(tǒng)將內(nèi)容提供商的內(nèi)容源鏡像到云存儲(chǔ)空間中,然后重定向給訪問用戶。這種方式運(yùn)營商僅需投入少量服務(wù)器,通過云計(jì)算方式分配服務(wù)器資源,內(nèi)容提供商做好內(nèi)容分發(fā)就能完成。不僅運(yùn)營商和內(nèi)容商投入少,而且內(nèi)容使用者在使用方式無任何變化的同時(shí)視頻觀看效果有極大的提高。

圖 1 互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容云計(jì)算引入示意圖

運(yùn)營商的這 2種方案優(yōu)化了資源分配方案,改變了業(yè)務(wù)流。事實(shí)上,運(yùn)營商級(jí)的應(yīng)用還不止這些。龐大的計(jì)算功能使得對業(yè)務(wù)流的分析成為可能,運(yùn)營商還可進(jìn)行有害信息的跟蹤和定位,為安全的信息環(huán)境提供技術(shù)手段的保證。

3.4 云計(jì)算應(yīng)用的特點(diǎn)

云計(jì)算的應(yīng)用概括起來,可總結(jié)如下幾點(diǎn):第一,云系統(tǒng)是將核心的計(jì)算資源云端化、集約化,這使復(fù)雜應(yīng)用成為可能。這里的復(fù)雜不是應(yīng)用流程的復(fù)雜,而是計(jì)算過程的復(fù)雜。第二,應(yīng)用更趨向安全化。由于虛擬的資源不再依托一臺(tái)物理設(shè)備,極大的減少了單設(shè)備故障、面向目標(biāo)對象的網(wǎng)絡(luò)攻擊所帶來的災(zāi)難。第三,能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)流的再造,這使應(yīng)用的發(fā)掘更像 “搭積木”,通過對數(shù)據(jù)流的改變,開發(fā)出更符合市場需求的服務(wù)來。

(責(zé)任編輯:諸 紅)