面向服務(wù)的云計(jì)算框架模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：云計(jì)算是一種在大范圍共享資源的新型服務(wù)計(jì)算模式，目前我國對云計(jì)算框架模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)還處于探索階段。本文通過介紹云計(jì)算的概念，提出了面向服務(wù)架構(gòu)的云計(jì)算框架模型的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)辦法，為云計(jì)算框架模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了一個可行的探索方向。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；云用戶；SOA；應(yīng)用層；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著信息時(shí)代的到來，各個計(jì)算領(lǐng)域都需要處理大規(guī)模、海量的數(shù)據(jù)，而目前的孤身奮戰(zhàn)的臺式計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今對計(jì)算能力的需求，在這種情況下，云計(jì)算的概念被提了出來。云計(jì)算是一種在大范圍共享資源的新型服務(wù)計(jì)算模式，是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，通過使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，使得用戶能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計(jì)算機(jī)和存儲系統(tǒng)。而SOA面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)框架下的云計(jì)算框架模型是一個優(yōu)勢互補(bǔ)的系統(tǒng)。下面，就談?wù)劽嫦蚍?wù)的云計(jì)算框架模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 云計(jì)算概述

1.1 云計(jì)算概念

云是由一系列相互聯(lián)系并且虛擬化的計(jì)算機(jī)組成的并行和分布式系統(tǒng)模式，這些虛擬化的計(jì)算機(jī)動態(tài)地提供一種或多種統(tǒng)一化的計(jì)算和存儲資源，這些資源通過服務(wù)提供者和服務(wù)消費(fèi)者之間的協(xié)商來流通，基于這樣云的計(jì)算稱為云計(jì)算。簡單地說，云計(jì)算即指基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的超級計(jì)算模式，即把存儲于個人電腦、服務(wù)器和其他設(shè)備上的大量存儲器容量和處理器資源集中在一起，統(tǒng)一管理并且協(xié)同工作。

1.2 基于服務(wù)的架構(gòu)

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）是一個組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它應(yīng)該獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在各種這樣系統(tǒng)中的服務(wù)可以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。

SOA設(shè)計(jì)原則，SOA也是一門方法論，類似于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，它也有自己的一些原則，SOA的服務(wù)設(shè)計(jì)原則有：規(guī)范化的服務(wù)契約，松散耦合性，服務(wù)抽象性，服務(wù)重用性，服務(wù)自治性。這些原則是不可或缺的，自治性、松散耦合、抽象以及規(guī)范化的契約視為形成SOA根本基礎(chǔ)的核心原則。

云計(jì)算的各部分與企業(yè)數(shù)據(jù)中心的各部分一樣，同樣包括諸多編程語言、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器、協(xié)議和應(yīng)用編程接口（API）。關(guān)鍵就是確認(rèn)哪些云服務(wù)真正適合自己內(nèi)部的系統(tǒng)、應(yīng)用程序和專長技能。而云計(jì)算得以推廣的根本是必須確保云服務(wù)與本企業(yè)的基礎(chǔ)架構(gòu)相互集成。這就需要一種易擴(kuò)展、二次開發(fā)費(fèi)用低的基礎(chǔ)架構(gòu)能夠結(jié)合兩者，而SOA架構(gòu)剛好彌補(bǔ)了云計(jì)算在這些方面的缺點(diǎn)，可以將二者有機(jī)的結(jié)合起來，從而形成一種更有競爭力的框架模型。

2 基于服務(wù)的云計(jì)算框架模型設(shè)計(jì)

基于服務(wù)的云計(jì)算結(jié)構(gòu)可以分為四層：云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層、云計(jì)算服務(wù)調(diào)度層、云計(jì)算服務(wù)虛擬機(jī)層和云計(jì)算服務(wù)物理層。云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層是云計(jì)算和終端用戶的接口層，云計(jì)算服務(wù)實(shí)現(xiàn)的最終目的是通過云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層給用戶提供其所需的云計(jì)算服務(wù)，云計(jì)算服務(wù)物理層是云計(jì)算服務(wù)結(jié)構(gòu)模型的最底層，是云計(jì)算結(jié)構(gòu)的核心層，是給上層提供云計(jì)算服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施層。本文考慮到QoS需求，基于SOA的云計(jì)算框架模型主要包括云用戶、云供應(yīng)商、云服務(wù)市場三種角色，如圖1所示，且模型中引入了QoS管理機(jī)制。

（1）云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層

云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層的作用是為終端用戶消費(fèi)云計(jì)算服務(wù)提供統(tǒng)一規(guī)范的接口。終端用戶通過專用入口通道進(jìn)入云計(jì)算服務(wù)中心，訂制和消費(fèi)其所需的服務(wù)。

通過云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層，終端用戶可以在不投入大量資金來改善本地機(jī)器性能的情況下，進(jìn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其機(jī)器性能上限的高強(qiáng)度計(jì)算和大存儲容量的工作。

（2）云計(jì)算服務(wù)調(diào)度層

云計(jì)算服務(wù)調(diào)度層是云計(jì)算服務(wù)請求和響應(yīng)層。云計(jì)算服務(wù)調(diào)度層也可稱為云計(jì)算服務(wù)決策層，其作用是檢測和響應(yīng)云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層提交過來的云計(jì)算服務(wù)消費(fèi)請求。

云計(jì)算服務(wù)調(diào)度層一個最重要的特征是實(shí)時(shí)更新可用資源庫，以便不會錯誤地處理終端用戶的云計(jì)算服務(wù)請求。當(dāng)接收到云計(jì)算服務(wù)應(yīng)用層提交過來的云計(jì)算服務(wù)消費(fèi)請求時(shí)，云計(jì)算服務(wù)調(diào)度層先檢測此請求是否合法，如果不合法，則直接拒絕此請求；如果合法，則再在其資源庫中查詢是否還有滿足此QoS請求所要消費(fèi)的資源，若不滿足，則繼續(xù)拒絕此請求；若滿足，但已分配完畢，則仍拒絕此請求；如還有此資源，則將此請求轉(zhuǎn)交到云計(jì)算服務(wù)虛擬機(jī)層。

（3）云計(jì)算服務(wù)虛擬機(jī)層

該層管理實(shí)例和核心實(shí)體（VMs、主機(jī)、數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用程序）的執(zhí)行，這一層能夠同時(shí)執(zhí)行和透明的管理數(shù)以千計(jì)的大規(guī)模云基礎(chǔ)設(shè)施，為基于用戶需求、管理應(yīng)用程序執(zhí)行和動態(tài)監(jiān)測的主機(jī)提供虛擬機(jī)也在這層被處理。該層中也定義了關(guān)于主機(jī)如何在云中分配不同的競爭虛擬機(jī)有清晰的界限。

（4）云計(jì)算服務(wù)物理層

云計(jì)算服務(wù)物理層是云計(jì)算服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施層，是云計(jì)算服務(wù)結(jié)構(gòu)的骨干層。其作用是為上層提供可供終端用戶消費(fèi)的云計(jì)算資源。云計(jì)算服務(wù)物理層提供的基本云計(jì)算資源包括：CPU資源，數(shù)據(jù)存儲器資源，寬帶等資源。該層可以同時(shí)共享大量的能夠滿足用戶定義服務(wù)質(zhì)量的應(yīng)用程序虛擬機(jī)。

云用戶：云用戶向云服務(wù)市場提出自己的要求，包括所需完成任務(wù)的描述、服務(wù)質(zhì)量要求QoS。用戶應(yīng)用的QoS參數(shù)包括時(shí)間、成本、可靠性和信任系數(shù)等。

云服務(wù)市場：云服務(wù)市場提供云環(huán)境中云用戶和云供應(yīng)商的交易場所，是進(jìn)行資源管理和交易的基礎(chǔ)設(shè)施。云服務(wù)市場可以聯(lián)接不同的云，具有服務(wù)信息目錄、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)管理、注冊、撤銷、訂閱、服務(wù)交易等管理功能。

云供應(yīng)商：云供應(yīng)商可以集成各種資源提供特定的服務(wù)，也可以是一個具體的資源。云供應(yīng)商將資源包裝為服務(wù)，通過注冊，進(jìn)入云服務(wù)市場，退出時(shí)從市場撤消注冊。

3 面向服務(wù)的云計(jì)算框架模型的實(shí)現(xiàn)

基于以上分析，本文提出了一種面向服務(wù)的云計(jì)算框架模型的實(shí)現(xiàn)模式。

云用戶1首先向云服務(wù)市場提交服務(wù)請求，服務(wù)市場在自己的服務(wù)范圍內(nèi)查找是否存在該項(xiàng)服務(wù)，如果不存在，直接拒絕此項(xiàng)服務(wù)申請；如果存在，則需要通過QoS模塊，進(jìn)一步檢查是否滿足用戶QoS需求，若不滿足，則繼續(xù)拒絕此項(xiàng)服務(wù)，若滿足，則回復(fù)消息通知云用戶1具體的訪問位置。云用戶1訪問該位置上的服務(wù)接口程序，并通過接口調(diào)用云服務(wù)調(diào)度層。云服務(wù)調(diào)度層接到調(diào)用后，查找云資源服務(wù)器中的虛擬機(jī)，根據(jù)用戶1提出的資源請求，分配其具體的服務(wù)器資源，從而用戶1可以使用該云中的服務(wù)器資源。云用戶2、云用戶3……云用戶n的服務(wù)過程類似。

模型中引入QoS模塊在模型中實(shí)現(xiàn)管理QoS管理機(jī)制。云市場要實(shí)現(xiàn)資源監(jiān)測、存儲、網(wǎng)絡(luò)、虛擬機(jī)、服務(wù)遷移和容錯性等功能，必然面臨QoS問題。服務(wù)質(zhì)量QoS提供了服務(wù)性能保證、可用性保證，以及安全性、可靠性等其他方面的服務(wù)質(zhì)量。通過查詢QoS模塊，實(shí)現(xiàn)了資源的最優(yōu)分配，保證了云服務(wù)質(zhì)量，滿足了用戶的需求。

結(jié)語

云計(jì)算提供了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的全新計(jì)算模式，受到學(xué)術(shù)界高度關(guān)注。目前云計(jì)算框架模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)處于起步的階段，而面向服務(wù)的云計(jì)算框架模型能使用戶從云市場獲取所需服務(wù)，通過QoS約束保證云服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化調(diào)度，充分體現(xiàn)了云計(jì)算與面向服務(wù)架構(gòu)的優(yōu)勢，以此，為將來的企業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李剛健.基于SOA的云計(jì)算架構(gòu)模式新探[J].吉林建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（02）.

[2] 崔云飛，李藝，李昀，祝冀魯.基于SOA的云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)研究[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（04）.