第九章_云計算體系結(jié)構(gòu)

1、Cloud Computing共七十六頁總目錄云計算概述云計算體系及技術(shù)云計算應(yīng)用云計算平臺(pngti)及趨勢- 2 -共七十六頁目錄(ml)云計算體系(tx)概述云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)云計算背后采用的具體技術(shù) 云計算對未來動態(tài)IT架構(gòu)的支撐- 3 -共七十六頁云計算(j sun)體系概述- 4 -云計算的基本原理是通過使計算分布在大量(dling)的分布式計算機(jī)上，而非本地計算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運行將更與互聯(lián)網(wǎng)相似。這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計算機(jī)和存儲系統(tǒng)。 共七十六頁云計算發(fā)展(fzhn)路線- 5 -并行計算集群計算網(wǎng)格計算云計算共七十六頁云計算(

2、j sun)體系邏輯結(jié)構(gòu)- 6 -用戶互動 界面系統(tǒng)管理資源工具服務(wù)器服務(wù)目錄監(jiān)控和測定共七十六頁云計算體系物理(wl)結(jié)構(gòu)- 7 -IBM Monitoring v.6DB2資源管理棧 Provisioning Manager v.5.1WebSphere Application Server監(jiān)控Provisioning Baremetal & Xen VMLinux with XenTivoli 監(jiān)控工具虛擬機(jī)虛擬機(jī)虛擬機(jī)虛擬機(jī)數(shù)據(jù)中心 System xApache云計算基礎(chǔ)設(shè)施，可提供托管或現(xiàn)場解決方案。共七十六頁云計算(j sun)體系特點- 8 -通過Internet接入不需要自身具

3、有IT技術(shù)來實施第三方提供資源共享無多余功能(gngnng)開發(fā)無多余費用系統(tǒng)延續(xù)性好Cloud Applications(“Software-as-a-Service”)Cloud Platforms(“Platform-as-a-Service”)Cloud CollaborationCloud StorageCloud Servers/ProcessingCloud MSP共七十六頁目錄(ml)云計算(j sun)體系概述云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)云計算背后采用的具體技術(shù) 云計算對未來動態(tài)IT架構(gòu)的支撐- 9 -共七十六頁- 10 -云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)由于云計算分為IaaS、PaaS和SaaS三

4、種類型，不同的廠家又提供了不同的解決方案，目前還沒有一個統(tǒng)一的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)；綜合不同廠家的方案，給出一個供商榷的云計算體系結(jié)構(gòu)。這個體系結(jié)構(gòu)如下圖所示，它概括(giku)了不同解決方案的主要特征，每一種方案或許只實現(xiàn)了其中部分功能，或許也還有部分相對次要功能尚未概括(giku)進(jìn)來。共七十六頁云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)共七十六頁- 12 -云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)分為4層：物理資源層、資源池層、管理中間件層和SOA構(gòu)建層（如上圖）；物理資源層包括計算機(jī)、存儲器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫和軟件等；資源池層是將大量相同類型的資源構(gòu)成同構(gòu)或接近同構(gòu)的資源池，如計算資源池、數(shù)據(jù)資源池等。構(gòu)建資源池更多是物

5、理資源的集成和管理工作，例如研究在一個標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的空間如何(rh)裝下2000個服務(wù)器、解決散熱和故障節(jié)點替換的問題并降低能耗。共七十六頁- 13 -云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)管理中間件負(fù)責(zé)對云計算的資源進(jìn)行管理，并對眾多應(yīng)用任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，使資源能夠高效、安全地為應(yīng)用提供服務(wù)；SOA構(gòu)建層將云計算能力封裝成標(biāo)準(zhǔn)的Web Services服務(wù)，并納入到SOA體系進(jìn)行管理和使用，包括服務(wù)注冊、查找、訪問和構(gòu)建服務(wù)工作流等。管理中間件和資源池層是云計算技術(shù)的最關(guān)鍵部分(b fen)，SOA構(gòu)建層的功能更多依靠外部設(shè)施提供。共七十六頁- 14 -云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)計算的管理中間件負(fù)責(zé)資源管理、任務(wù)管理、用戶管

6、理和安全管理等工作。資源管理負(fù)責(zé)均衡地使用云資源(zyun)節(jié)點，檢測節(jié)點的故障并試圖恢復(fù)或屏蔽之，并對資源(zyun)的使用情況進(jìn)行監(jiān)視統(tǒng)計；任務(wù)管理負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶或應(yīng)用提交的任務(wù)，包括完成用戶任務(wù)映象(Image)的部署和管理、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)生命期管理等等；共七十六頁- 15 -云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)用戶管理是實現(xiàn)云計算(j sun)商業(yè)模式的一個必不可少的環(huán)節(jié)，包括提供用戶交互接口、管理和識別用戶身份、創(chuàng)建用戶程序的執(zhí)行環(huán)境、對用戶的使用進(jìn)行計費等；安全管理保障云計算設(shè)施的整體安全，包括身份認(rèn)證、訪問授權(quán)、綜合防護(hù)和安全審計等。基于上述體系結(jié)構(gòu)，以IaaS云計算為例，簡述云計算的實現(xiàn)

7、機(jī)制，如下圖。共七十六頁云計算(j sun)簡化實現(xiàn)機(jī)制共七十六頁- 17 -云計算簡化(jinhu)實現(xiàn)機(jī)制用戶交互接口向應(yīng)用以Web Services方式提供訪問接口，獲取用戶需求。服務(wù)目錄是用戶可以訪問的服務(wù)清單。系統(tǒng)管理模塊負(fù)責(zé)管理和分配所有可用的資源，其核心是負(fù)載均衡。配置工具負(fù)責(zé)在分配的節(jié)點上準(zhǔn)備任務(wù)運行環(huán)境。監(jiān)視統(tǒng)計模塊負(fù)責(zé)監(jiān)視節(jié)點的運行狀態(tài)，并完成用戶使用節(jié)點情況的統(tǒng)計。執(zhí)行過程并不復(fù)雜：用戶交互接口允許用戶從目錄中選取(xunq)并調(diào)用一個服務(wù)。該請求傳遞給系統(tǒng)管理模塊后，它將為用戶分配恰當(dāng)?shù)馁Y源，然后調(diào)用配置工具來為用戶準(zhǔn)備運行環(huán)境。共七十六頁目錄(ml)云計算體系概述云計

8、算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)云計算背后(bihu)采用的具體技術(shù) 云計算對未來動態(tài)IT架構(gòu)的支撐- 18 -共七十六頁- 19 -云計算背后(bihu)采用的具體技術(shù) 云計算作為一種新型的計算模式，還處于早期發(fā)展階段。眾多大小不一、類型各異的提供商提供了各自基于云計算的應(yīng)用服務(wù)。通過介紹亞馬遜、Google、 IBM這三種(sn zhn)典型的云計算實現(xiàn)，剖析在“云計算”背后所采用的具體技術(shù)，解析當(dāng)前云計算的平臺建設(shè)方法以及應(yīng)用構(gòu)建方式。共七十六頁- 20 -實例1: Google的云計算(j sun)平臺與應(yīng)用 Google的云計算技術(shù)實際上是針對Google特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序而定制的。針對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)規(guī)

9、模超大的特點，Google提出了一整套基于(jy)分布式并行集群方式的基礎(chǔ)架構(gòu)，利用軟件的能力來處理集群中經(jīng)常發(fā)生的節(jié)點失效問題。從2003年開始，Google連續(xù)幾年在計算機(jī)系統(tǒng)研究領(lǐng)域的最頂級會議與雜志上發(fā)表論文，揭示其內(nèi)部的分布式數(shù)據(jù)處理方法，向外界展示其使用的云計算核心技術(shù)。共七十六頁- 21 -實例1: Google的云計算平臺(pngti)與應(yīng)用 從其近幾年發(fā)表的論文來看，Google使用的云計算基礎(chǔ)架構(gòu)模式包括四個相互獨立又緊密結(jié)合在一起的系統(tǒng)。包括：一. Google建立在集群之上的文件系統(tǒng)Google File System二. 針對Google應(yīng)用程序的特點提出的Map/R

10、educe編程模式三. 分布式的鎖機(jī)制(jzh)Chubby四. Google開發(fā)的模型簡化的大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)庫BigTable。共七十六頁- 22 -一、Google File System 文件系統(tǒng) 為了滿足Google迅速增長的數(shù)據(jù)處理需求，Google設(shè)計并實現(xiàn)了Google文件系統(tǒng)（GFS：Google File System）。GFS與過去的分布式文件系統(tǒng)擁有許多相同的目標(biāo)，例如性能、可伸縮性、可靠性以及可用性。然而，它的設(shè)計還受到Google應(yīng)用負(fù)載和技術(shù)環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)(txin)在以下四個方面:共七十六頁- 23 -一、 Google File System 文件系統(tǒng) 1

11、. 集群中的節(jié)點失效是一種常態(tài)，而不是一種異常。由于參與運算與處理的節(jié)點數(shù)目非常龐大，通常會使用上千個節(jié)點進(jìn)行共同計算，因此，每時每刻總會有節(jié)點處在失效狀態(tài)。需要(xyo)通過軟件程序模塊，監(jiān)視系統(tǒng)的動態(tài)運行狀況，偵測錯誤，并且將容錯以及自動恢復(fù)系統(tǒng)集成在系統(tǒng)中。2. Google系統(tǒng)中的文件大小與通常文件系統(tǒng)中的文件大小概念不一樣，文件大小通常以G字節(jié)計。另外文件系統(tǒng)中的文件含義與通常文件不同，一個大文件可能包含大量數(shù)目的通常意義上的小文件。所以，設(shè)計預(yù)期和參數(shù)，例如I/O操作和塊尺寸都要重新考慮。共七十六頁- 24 -一、 Google File System 文件系統(tǒng) 3. Google

12、文件系統(tǒng)中的文件讀寫模式和傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)不同。在Google應(yīng)用（如搜索）中對大部分文件的修改，不是覆蓋原有數(shù)據(jù)，而是在文件尾追加新數(shù)據(jù)。對于這類巨大文件的訪問模式，客戶端對數(shù)據(jù)塊緩存失去了意義，追加操作成為性能優(yōu)化和原子性（把一個事務(wù)(shw)看做是一個程序。它要么被完整地執(zhí)行，要么完全不執(zhí)行）保證的焦點。4. 文件系統(tǒng)的某些具體操作不再透明，而且需要應(yīng)用程序的協(xié)助完成，應(yīng)用程序和文件系統(tǒng)API的協(xié)同設(shè)計提高了整個系統(tǒng)的靈活性。例如，放松了對GFS一致性模型的要求，這樣不用加重應(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)，就大大簡化了文件系統(tǒng)的設(shè)計。還引入了原子性的追加操作，這樣多個客戶端同時進(jìn)行追加的時候，就不需要額外

13、的同步操作了。共七十六頁- 25 -一、 Google File System 文件系統(tǒng) 總之，GFS是為Google應(yīng)用程序本身(bnshn)而設(shè)計的。據(jù)稱，Google已經(jīng)部署了許多GFS集群。有的集群擁有超過1000個存儲節(jié)點，超過300T的硬盤空間，被不同機(jī)器上的數(shù)百個客戶端連續(xù)不斷地頻繁訪問著。下圖給出了Google File System的系統(tǒng)架構(gòu)共七十六頁- 26 -一、 Google File System 文件系統(tǒng) 共七十六頁- 27 -一、 Google File System 文件系統(tǒng) 一個GFS集群包含一個主服務(wù)器和多個塊服務(wù)器，被多個客戶端訪問。文件被分割成固定尺寸的

14、塊。在每個塊創(chuàng)建的時候，服務(wù)器分配給它一個不變的、全球惟一的64位塊句柄對它進(jìn)行標(biāo)識。塊服務(wù)器把塊作為linux文件保存在本地硬盤上，并根據(jù)指定的塊句柄和字節(jié)范圍來讀寫塊數(shù)據(jù)。為了保證可靠性，每個塊都會復(fù)制到多個塊服務(wù)器上，缺省保存三個備份。主服務(wù)器管理(gunl)文件系統(tǒng)所有的元數(shù)據(jù)，包括名字空間、訪問控制信息和文件到塊的映射信息，以及塊當(dāng)前所在的位置。共七十六頁- 28 -一、 Google File System 文件系統(tǒng) GFS客戶端代碼被嵌入到每個程序里，它實現(xiàn)了Google文件系統(tǒng) API，幫助應(yīng)用程序與主服務(wù)器和塊服務(wù)器通信，對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫?？蛻舳烁鞣?wù)器交互進(jìn)行元數(shù)據(jù)操作，但

15、是所有的數(shù)據(jù)操作的通信都是直接和塊服務(wù)器進(jìn)行的。客戶端提供的訪問接口類似于POSIX接口，但有一定的修改，并不完全(wnqun)兼容POSIX標(biāo)準(zhǔn)。通過服務(wù)器端和客戶端的聯(lián)合設(shè)計，Google File System能夠針對它本身的應(yīng)用獲得最大的性能以及可用性效果。共七十六頁- 29 -二、MapReduce分布式編程環(huán)境(hunjng) 為了讓內(nèi)部非分布式系統(tǒng)方向背景的員工能夠有機(jī)會將應(yīng)用程序建立在大規(guī)模的集群基礎(chǔ)之上，Google還設(shè)計并實現(xiàn)了一套大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的編程規(guī)范Map/Reduce系統(tǒng)。這樣，非分布式專業(yè)的程序編寫(binxi)人員也能夠為大規(guī)模的集群編寫(binxi)應(yīng)用程序而

16、不用去顧慮集群的可靠性、可擴(kuò)展性等問題。應(yīng)用程序編寫(binxi)人員只需要將精力放在應(yīng)用程序本身，而關(guān)于集群的處理問題則交由平臺來處理。共七十六頁- 30 -二、 MapReduce分布式編程環(huán)境(hunjng) Map/Reduce通過“Map（映射）”和“Reduce（化簡）”這樣兩個簡單的概念來參加運算，用戶只需要提供自己的Map函數(shù)以及(yj)Reduce函數(shù)就可以在集群上進(jìn)行大規(guī)模的分布式數(shù)據(jù)處理。據(jù)稱，Google的文本索引方法，即搜索引擎的核心部分，已經(jīng)通過Map Reduce的方法進(jìn)行了改寫，獲得了更加清晰的程序架構(gòu)。在Google內(nèi)部，每天有上千個Map Reduce的應(yīng)用

17、程序在運行。共七十六頁- 31 -三、分布式的鎖機(jī)制(jzh)Chubby在Google File System(GFS)中，有很多的server，這些server需要選舉其中的一臺作為master server。這其實是一個很典型的consensus問題，Value就是master server的地址。GFS就是用Chubby來解決的這個問題，所有的server通過Chubby提供的通信協(xié)議到Chubby server上創(chuàng)建同一個文件，當(dāng)然，最終只有(zhyu)一個server能夠獲準(zhǔn)創(chuàng)建這個文件，這個server就成為了master，它會在這個文件中寫入自己的地址，這樣其它的server通

18、過讀取這個文件就能知道被選出的master的地址。共七十六頁- 32 -三、分布式的鎖機(jī)制(jzh)ChubbyChubby是一個分布式的文件系統(tǒng)。Chubby能夠提供機(jī)制使得client可以在Chubby service上創(chuàng)建文件和執(zhí)行一些文件的基本操作。從更高一點的語義層面上，Chubby是一個lock service，一個針對松耦合的分布式系統(tǒng)的lock service。所謂lock service，就是這個service能夠提供開發(fā)人員經(jīng)常用的“鎖”，“解鎖”功能。通過Chubby，一個分布式系統(tǒng)中的上千個client都能夠?qū)τ谀稠椯Y源進(jìn)行“加鎖”，“解鎖”。那么，Chubby是怎樣實

19、現(xiàn)這樣的“鎖”功能的？就是通過文件。Chubby中的“鎖”就是文件，創(chuàng)建文件其實就是進(jìn)行“加鎖”操作，創(chuàng)建文件成功(chnggng)的那個server其實就是搶占到了“鎖”。用戶通過打開、關(guān)閉和讀取文件，獲取共享鎖或者獨占鎖；并且通過通信機(jī)制，向用戶發(fā)送更新信息。共七十六頁- 33 -四、分布式大規(guī)模數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTable 構(gòu)建于上述兩項基礎(chǔ)之上的第三個云計算平臺就是Google關(guān)于將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)擴(kuò)展到分布式平臺上的BigTable系統(tǒng)。很多應(yīng)用程序?qū)τ跀?shù)據(jù)的組織還是非常有規(guī)則的。一般來說，數(shù)據(jù)庫對于處理格式化的數(shù)據(jù)還是非常方便(fngbin)的，但是由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫很強(qiáng)的一致性要求，很難

20、將其擴(kuò)展到很大的規(guī)模。為了處理 Google內(nèi)部大量的格式化以及半格式化數(shù)據(jù)，Google構(gòu)建了弱一致性要求的大規(guī)模數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)BigTable。據(jù)稱，現(xiàn)在有很多Google的應(yīng)用程序建立在BigTable之上，例如Search History、Maps、Orkut和RSS閱讀器等。共七十六頁- 34 -四、分布式大規(guī)模數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTable 下圖2給出了在BigTable模型中的數(shù)據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型包括行列以及相應(yīng)的時間戳，所有的數(shù)據(jù)都存放在表格中的單元里。BigTable的內(nèi)容按照行來劃分(hu fn)，將多個行組成一個小表，保存到某一個服務(wù)器節(jié)點中。這一個小表就被稱為Tablet。以

21、上是Google內(nèi)部云計算基礎(chǔ)平臺的三個主要部分，除了這三個部分之外，Google還建立了分布式程序的調(diào)度器，分布式的鎖服務(wù)等一系列相關(guān)的云計算服務(wù)平臺。共七十六頁- 35 -四、分布式大規(guī)模數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)BigTable 共七十六頁- 36 -實例(shl)2: 亞馬遜的彈性計算云 亞馬遜是互聯(lián)網(wǎng)上最大的在線零售商，但是同時(tngsh)也為獨立開發(fā)人員以及開發(fā)商提供云計算服務(wù)平臺。亞馬遜將他們的云計算平臺稱為彈性計算云（Elastic Compute Cloud，EC2），它是最早提供遠(yuǎn)程云計算平臺服務(wù)的公司。共七十六頁- 37 -實例2: 亞馬遜的彈性(tnxng)計算云開放的服務(wù)與 G

22、oogle提供的云計算服務(wù)不同，Google僅為自己在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用(yngyng)提供云計算平臺，獨立開發(fā)商或者開發(fā)人員無法在這個平臺上工作，因此只能轉(zhuǎn)而通過開源的Hadoop軟件支持來開發(fā)云計算應(yīng)用。亞馬遜的彈性計算云服務(wù)也和IBM的云計算服務(wù)平臺不一樣，亞馬遜不銷售物理的云計算服務(wù)平臺，沒有類似于“藍(lán)云”一樣的計算平臺。亞馬遜將自己的彈性計算云建立在公司內(nèi)部的大規(guī)模集群計算的平臺之上，而用戶可以通過彈性計算云的網(wǎng)絡(luò)界面去操作在云計算平臺上運行的各個實例（Instance），而付費方式則由用戶的使用狀況決定，即用戶僅需要為自己所使用的計算平臺實例付費，運行結(jié)束后計費也隨之結(jié)束。共七十六頁-

23、 38 -實例2: 亞馬遜的彈性計算云開放(kifng)的服務(wù)彈性計算云從沿革上來看，并不是亞馬遜公司推出的第一項這種服務(wù)，它由名為亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的現(xiàn)有(xin yu)平臺發(fā)展而來。早在2006年3月，亞馬遜就發(fā)布了簡單存儲服務(wù)（Simple Storage Service，S3），這種存儲服務(wù)按照每個月類似租金的形式進(jìn)行服務(wù)付費，同時用戶還需要為相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行付費。亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺使用REST（Representational State Transfer）和簡單對象訪問協(xié)議（SOAP）等標(biāo)準(zhǔn)接口，用戶可以通過這些接口訪問到相應(yīng)的存儲服務(wù)。共七十六頁- 39 -實例2: 亞馬遜的彈性(

24、tnxng)計算云開放的服務(wù)2007 年7月，亞馬遜公司推出了簡單隊列服務(wù)（Simple Queue Service，SQS），這項服務(wù)使托管主機(jī)可以存儲計算機(jī)之間發(fā)送的消息。通過這一項服務(wù)，應(yīng)用程序編寫人員可以在分布式程序之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，而無須考慮消息丟失的問題。即使消息的接收方還沒有模塊啟動也沒有關(guān)系。服務(wù)內(nèi)部會緩存相應(yīng)的消息，而一旦有消息接收組件被啟動運行，則隊列服務(wù)將消息提交(tjio)給相應(yīng)的運行模塊進(jìn)行處理。同樣的，用戶必須為這種消息傳遞服務(wù)進(jìn)行付費使用，計費的規(guī)則與存儲計費規(guī)則類似，依據(jù)消息的個數(shù)以及消息傳遞的大小進(jìn)行收費。共七十六頁- 40 -實例2: 亞馬遜的彈性(tnxn

25、g)計算云開放的服務(wù)在亞馬遜提供(tgng)上述服務(wù)的時候，并沒有從頭開始開發(fā)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件，而是對公司已有的平臺進(jìn)行優(yōu)化和改造，一方面滿足了本身網(wǎng)絡(luò)零售購物應(yīng)用程序的需求，另一方面也供外部開發(fā)人員使用。在開放了上述的服務(wù)接口之后，亞馬遜公司進(jìn)一步在此基礎(chǔ)上開發(fā)了EC2系統(tǒng)，并且開放給外部開發(fā)人員使用。共七十六頁- 41 -實例(shl)2: 亞馬遜的彈性計算云靈活的工作模式亞馬遜的云計算模式沿襲了簡單易用的傳統(tǒng)，并且建立在亞馬遜公司現(xiàn)有的云計算基礎(chǔ)平臺之上。彈性計算云用戶使用客戶端通過SOAP over HTTPS協(xié)議來實現(xiàn)與亞馬遜彈性計算云內(nèi)部的實例進(jìn)行交互。使用HTTPS協(xié)議的原因是

26、為了保證遠(yuǎn)端連接(linji)的安全性，避免用戶數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中造成泄露。因此，從使用模式上來說，彈性計算云平臺為用戶或者開發(fā)人員提供了一個虛擬的集群環(huán)境，使得用戶的應(yīng)用具有充分的靈活性，同時也減輕了云計算平臺擁有者（亞馬遜公司）的管理負(fù)擔(dān)。共七十六頁- 42 -實例2: 亞馬遜的彈性計算(j sun)云靈活的工作模式彈性計算云中的實例是一些真正在運行中的虛擬機(jī)服務(wù)器，每一個實例代表一個運行中的虛擬機(jī)。對于提供給某一個用戶的虛擬機(jī)，該用戶具有完整的訪問權(quán)限，包括針對此虛擬機(jī)的管理員用戶權(quán)限。虛擬服務(wù)器的收費也是根據(jù)虛擬機(jī)的能力進(jìn)行計算的，因此，實際上用戶租用的是虛擬的計算能力，簡化了計費方式

27、(fngsh)。在彈性計算云中，提供了三種不同能力的虛擬機(jī)實例，具有不同的收費價格。例如，其中默認(rèn)的也是最小的運行實例是1.7GB的內(nèi)存，1個EC2的計算單元（1虛擬的計算核以相關(guān)的計算單元），160GB的虛擬機(jī)內(nèi)部存儲容量，是一個32 位的計算平臺，收費標(biāo)準(zhǔn)為每個小時10美分。共七十六頁- 43 -實例2: 亞馬遜的彈性計算云靈活的工作(gngzu)模式由于用戶在部署網(wǎng)絡(luò)程序的時候，一般會使用超過一個運行實例，需要很多個實例共同工作。彈性計算云的內(nèi)部也架設(shè)了實例之間的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，使得用戶的應(yīng)用程序在不同的實例之間可以通信。在彈性計算云中的每一個計算實例都具有一個內(nèi)部的IP地址，用戶程序可以使用

28、內(nèi)部IP地址進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以獲得數(shù)據(jù)通信的最好性 能。每一個實例也具有外部的地址，用戶可以將分配給自己的彈性IP地址分配給自己的運行實例，使得建立在彈性計算云上的服務(wù)系統(tǒng)能夠為外部提供服務(wù)。當(dāng)然，亞馬遜公司也對網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)流量計費(j fi)，計費(j fi)規(guī)則也按照內(nèi)部傳輸以及外部傳輸進(jìn)行分開。共七十六頁- 44 -實例2: 亞馬遜的彈性計算云靈活的工作(gngzu)模式總而言之，亞馬遜通過提供彈性計算云，減少了小規(guī)模軟件開發(fā)人員對于集群系統(tǒng)的維護(hù)，并且(bngqi)收費方式相對簡單明了，用戶使用多少資源，只需要為這一部分資源付費即可。這種付費方式與傳統(tǒng)的主機(jī)托管模式不同。傳統(tǒng)的主機(jī)托管模

29、式讓用戶將主機(jī)放入到托管公司，用戶一般需要根據(jù)最大或者計劃的容量進(jìn)行付費，而不是根據(jù)使用情況進(jìn)行付費，而且，可能還需要保證服務(wù)的可靠性、可用性等，付出的費用更多，而很多時候，服務(wù)并沒有進(jìn)行滿額資源使用。而根據(jù)亞馬遜的模式，用戶只需要為實際使用情況付費即可。共七十六頁- 45 -實例(shl)2: 亞馬遜的彈性計算云靈活的工作模式在用戶使用模式上，亞馬遜的彈性計算云要求用戶要創(chuàng)建基于亞馬遜規(guī)格的服務(wù)器映像（名為亞馬遜機(jī)器映像即亞馬遜 Machine Image, AMI）。彈性計算云的目標(biāo)是服務(wù)器映像能夠擁有用戶想要的任何一種操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、配置、登錄和安全機(jī)制。通過創(chuàng)建自己的AMI，或者使

30、用亞馬遜預(yù)先為用戶提供的AMI，用戶在完成這一步驟后將AMI上傳到彈性計算云平臺，然后調(diào)用亞馬遜的應(yīng)用編程接口（API），對AMI進(jìn)行使用與管理(gunl)。AMI實際上就是虛擬機(jī)的映像，用戶可以使用它們來完成任何工作，例如運行數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，構(gòu)建快速網(wǎng)絡(luò)下載的平臺， 提供外部搜索服務(wù)甚至可以出租自己具有特色的AMI而獲得收益。用戶所擁有的多個AMI可以通過通信而彼此合作，就像當(dāng)前的集群計算服務(wù)平臺一樣。共七十六頁- 46 -實例2: 亞馬遜的彈性(tnxng)計算云靈活的工作模式在彈性計算云的將來發(fā)展(fzhn)過程中，亞馬遜也規(guī)劃了如何在云計算平臺之上幫助用戶開發(fā)Web 2.0的應(yīng)用程序。亞

31、馬遜認(rèn)為除了它所依賴的網(wǎng)絡(luò)零售業(yè)務(wù)之外，云計算也是亞馬遜公司的核心價值所在?？梢灶A(yù)見，在將來的發(fā)展過程中，亞馬遜必然會在彈性計算云的平臺上添加更多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)組件模塊，為用戶構(gòu)建云計算應(yīng)用提供方便。共七十六頁- 47 -實例2: 亞馬遜的彈性(tnxng)計算云靈活的工作模式共七十六頁- 48 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺 IBM在2007年11月15日推出了藍(lán)云計算平臺，為客戶帶來即買即用的云計算平臺。它包括一系列的云計算產(chǎn)品，使得計算不僅僅局限在本地機(jī)器或遠(yuǎn)程服務(wù)器農(nóng)場（即服務(wù)器集群），通過(tnggu)架構(gòu)一個分布式、可全球訪問的資源結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)中心在類似于互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下運行

32、計算。共七十六頁- 49 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺 “藍(lán)云”建立在IBM大規(guī)模計算領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，基于由IBM軟件、系統(tǒng)技術(shù)和服務(wù)支 持的開放標(biāo)準(zhǔn)和開源軟件。簡單地說，“藍(lán)云”基于IBM Almaden研究(ynji)中心的云基礎(chǔ)架構(gòu)，包括Xen和PowerVM虛擬化、Linux操作系統(tǒng)映像以及Hadoop文件系統(tǒng)與并行構(gòu)建?！八{(lán)云”由IBM Tivoli軟件支持，通過管理服務(wù)器來確?；谛枨蟮淖罴研阅?。這包括通過能夠跨越多服務(wù)器實時分配資源的軟件，為客戶帶來一種無縫體驗，加速性能并確 保在最苛刻環(huán)境下的穩(wěn)定性。共七十六頁- 50 -實例3: IBM藍(lán)云計算(j sun)

33、平臺 下圖演示了藍(lán)云計算的高層架構(gòu)?？梢钥吹?，藍(lán)云計算平臺由一個(y )數(shù)據(jù)中心: IBM Tivoli部署管理軟件（Tivoli Provisioning Manager）、IBM Tivoli監(jiān)控軟件（IBM Tivoli Monitoring）、IBM WebSphere應(yīng)用服務(wù)器、IBM DB2數(shù)據(jù)庫以及一些虛擬化的組件共同組成。圖中的架構(gòu)主要描述了云計算的后臺架構(gòu)，并沒有涉及到前臺的用戶界面。共七十六頁- 51 -實例3: IBM藍(lán)云計算(j sun)平臺 共七十六頁- 52 -實例3: IBM藍(lán)云計算(j sun)平臺 藍(lán)云的硬件平臺并沒有什么特殊的地方，但是藍(lán)云使用的軟件平臺相較

34、于以前的分布式平臺具有不同的地方，主要體現(xiàn)在對與虛擬機(jī)的使用以及對于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理軟件Apache Hadoop的部署。Hadoop是網(wǎng)絡(luò)開發(fā)人員根據(jù)Google公司公開的資料開發(fā)出來的類似于Google File System的Hadoop File System以及相應(yīng)的Map/Reduce編程規(guī)范。現(xiàn)在也正在進(jìn)一步開發(fā)類似于Google的Chubby系統(tǒng)以及相應(yīng)的分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) BigTable。由于Hadoop是開源的，因此可以被用戶單位直接修改，以適合應(yīng)用(yngyng)的特殊需求。IBM的藍(lán)云產(chǎn)品則直接將Hadoop軟件集成到自己本身的云計算平臺之上。共七十六頁- 53 -實

35、例3: IBM藍(lán)云計算(j sun)平臺“藍(lán)云”中的虛擬化從藍(lán)云的結(jié)構(gòu)上我們還可以看出，在每一個節(jié)點上運行的軟件棧與傳統(tǒng)的軟件棧一個很大的不同在于藍(lán)云內(nèi)部使用了虛擬化技術(shù)。虛擬化的方式在云計算中可以在兩個級別上實現(xiàn)。一個級別是在硬件級別上實現(xiàn)虛擬化。硬件級別的虛擬化可以使用IBM p系列的服務(wù)器，獲得硬件的邏輯分區(qū)LPAR。邏輯分區(qū)的CPU資源能夠通過IBM Enterprise Workload Manager來管理。通過這樣的方式加上在實際使用過程中的資源分配策略，能夠使得相應(yīng)的資源合理(hl)地分配到各個邏輯分區(qū)。P系列系統(tǒng)的邏輯分區(qū)最小粒度是1/10顆中央處理器（CPU）。共七十六頁-

36、 54 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)云”中的虛擬化虛擬化的另外一個級別可以通過軟件來獲得，在藍(lán)云計算平臺中使用了Xen虛擬化軟件。Xen也是一個開源的虛擬化軟件，能夠在現(xiàn)有的Linux基礎(chǔ)之上運行另外一個操作(cozu)系統(tǒng)，并通過虛擬機(jī)的方式靈活地進(jìn)行軟件部署和操作(cozu)。通過虛擬機(jī)的方式進(jìn)行云計算資源的管理具有特殊的好處。由于虛擬機(jī)是一類特殊的軟件，能夠完全模擬硬件的執(zhí)行，因此能夠在上面運行操作系統(tǒng)，進(jìn)而能夠保留一整套運行環(huán)境語義。這樣，可以將整個執(zhí)行環(huán)境通過打包的方式傳輸?shù)狡渌锢砉?jié)點上，這樣就能夠使得執(zhí)行環(huán)境與物理環(huán)境隔離，方便整個應(yīng)用程序模塊的部署?？傮w上來說，

37、通過將虛擬化的技術(shù)應(yīng)用到云計算的平臺，可以獲得一些良好的特性。共七十六頁- 55 -實例3: IBM藍(lán)云計算(j sun)平臺“藍(lán)云”中的虛擬化1. 云計算的管理平臺能夠動態(tài)地將計算平臺定位到所需要的物理平臺上，而無需停止運行在虛擬機(jī)平臺上的應(yīng)用程序，這比采用虛擬化技術(shù)之前的進(jìn)程遷移方法更加靈活。2. 能夠更加有效率地使用主機(jī)資源(zyun)，將多個負(fù)載不是很重的虛擬機(jī)計算節(jié)點合并到同一個物理節(jié)點上，從而能夠關(guān)閉空閑的物理節(jié)點，達(dá)到節(jié)約電能的目的。共七十六頁- 56 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)云”中的虛擬化3. 通過虛擬機(jī)在不同物理節(jié)點上的動態(tài)遷移，能夠獲得與應(yīng)用無關(guān)的負(fù)載平

38、衡性能。由于虛擬機(jī)包含了整個虛擬化的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序環(huán)境，因此在進(jìn)行遷移的時候帶著整個運行環(huán)境，達(dá)到了與應(yīng)用無關(guān)的目的。4. 在部署上也更加靈活，即可以(ky)將虛擬機(jī)直接部署到物理計算平臺當(dāng)中?？偠灾?，通過虛擬化的方式，云計算平臺能夠達(dá)到極其靈活的特性，而如果不使用虛擬化的方式則會有很多的局限。共七十六頁- 57 -實例3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)云”中的存儲(cn ch)結(jié)構(gòu) 藍(lán)云計算平臺中的存儲體系結(jié)構(gòu)對于云計算來說也是非常重要的，無論是操作系統(tǒng)，服務(wù)程序還是用戶應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)都保存在存儲體系中。云計算并不排斥任何一種有用的存儲體系結(jié)構(gòu)，而是需要跟應(yīng)用程序的需求結(jié)合起來獲得最好(z

39、u ho)的性能提升?？傮w上來說，云計算的存儲體系結(jié)構(gòu)包含類似于Google File System的集群文件系統(tǒng)以及基于塊設(shè)備方式的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN兩種方式。共七十六頁- 58 -實例3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)云”中的存儲(cn ch)結(jié)構(gòu) 在設(shè)計云計算平臺的存儲體系結(jié)構(gòu)的時候，不僅僅是需要考慮存儲的容量。實際上隨著硬盤容量的不斷擴(kuò)充以及硬盤價格的不斷下降，使用當(dāng)前的磁盤技術(shù)，可以很容易通過使用多個磁盤的方式獲得很大的磁盤容量。相較于磁盤的容量，在云計算平臺的存儲中，磁盤數(shù)據(jù)的讀寫速度是一個更重要的問題。單個磁盤的速度很有可能(knng)限制應(yīng)用程序?qū)τ跀?shù)據(jù)的訪問，因此在實際使用的過程中

40、，需要將數(shù)據(jù)分布到多個磁盤之上，并且通過對于多個磁盤的同時讀寫以達(dá)到提高速度的目的。共七十六頁- 59 -實例3: IBM藍(lán)云計算平臺(pngti)“藍(lán)云”中的存儲結(jié)構(gòu) 在云計算平臺中，數(shù)據(jù)如何放置是一個非常重要的問題，在實際使用的過程中，需要將數(shù)據(jù)分配到多個節(jié)點的多個磁盤當(dāng)中。而能夠達(dá)到這一目的的存儲技術(shù)趨勢當(dāng)前有兩種方式(fngsh)，一種是使用類似于 Google File System的集群文件系統(tǒng)，另外一種是基于塊設(shè)備的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN系統(tǒng)。Google 文件系統(tǒng)我們在前面已經(jīng)做過一定的描述。共七十六頁- 60 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)云”中的存儲結(jié)構(gòu) SAN系

41、統(tǒng)也是云計算平臺的另外(ln wi)一種存儲體系結(jié)構(gòu)選擇，在藍(lán)云平臺上也有一定的體現(xiàn)，IBM也提供SAN的平臺能夠接入到藍(lán)云計算平臺中。下圖就是一個SAN系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。共七十六頁- 61 -實例3: IBM藍(lán)云計算平臺(pngti)“藍(lán)云”中的存儲結(jié)構(gòu) 共七十六頁- 62 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)云”中的存儲結(jié)構(gòu) 從圖中可以看到，SAN系統(tǒng)是在存儲端構(gòu)建存儲的網(wǎng)絡(luò)，將多個存儲設(shè)備構(gòu)成一個存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。前端的主機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)的方式訪問后端的存儲設(shè)備。而且，由于提供了塊設(shè)備的訪問方式，與前端操作系統(tǒng)無關(guān)。在SAN連接方式上，可以有多種選擇。一種選擇是使用光纖網(wǎng)絡(luò)，能夠操作快

42、速的光纖磁盤，適合于對性能與可靠性要求比較高的場所(chn su)。另外一種選擇是使用以太網(wǎng)，采取iSCSI協(xié)議，能夠運行在普通的局域網(wǎng)環(huán)境下，從而降低了成本。共七十六頁- 63 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)云”中的存儲結(jié)構(gòu) 由于存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的磁盤設(shè)備并沒有與某一臺主機(jī)綁定在一起，而是采用了非常靈活的結(jié)構(gòu)，因此對于主機(jī)來說可以訪問多個磁盤設(shè)備，從而能夠獲得性能(xngnng)的提升。在存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中，使用虛擬化的引擎來進(jìn)行邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射，管理前端主機(jī)到后端數(shù)據(jù)的讀寫。因此虛擬化引擎是存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中非常重要的管理模塊。共七十六頁- 64 -實例(shl)3: IBM藍(lán)

43、云計算平臺“藍(lán)云”中的存儲結(jié)構(gòu) SAN系統(tǒng)與分布式文件系統(tǒng)，例如Google File System并不是(b shi)相互對立的系統(tǒng)，而是在構(gòu)建集群系統(tǒng)的時候可供選擇的兩種方案。其中，在選擇SAN系統(tǒng)的時候，為了應(yīng)用程序的讀寫，還需要為應(yīng)用程序 提供上層的語義接口，此時就需要在SAN之上構(gòu)建文件系統(tǒng)。而Google File System正好是一個分布式的文件系統(tǒng)，因此能夠建立在SAN系統(tǒng)之上?？傮w來說，SAN與分布式文件系統(tǒng)都可以提供類似的功能，例如對于出錯的處理等。至于如何使用還是需要由建立在云計算平臺之上的應(yīng)用程序來決定。共七十六頁- 65 -實例(shl)3: IBM藍(lán)云計算平臺“藍(lán)

44、云”中的存儲結(jié)構(gòu) 與Google不同的是，IBM并沒 有基于云計算提供外部可訪問的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。這主要是由于IBM并不是一個網(wǎng)絡(luò)公司，而是一個IT的服務(wù)公司。當(dāng)然，IBM內(nèi)部以及IBM未來為客戶(k h)提供 的軟件服務(wù)會基于云計算的架構(gòu)。共七十六頁目錄(ml)云計算體系概述云計算技術(shù)體系結(jié)構(gòu)云計算背后采用的具體(jt)技術(shù) 云計算對未來動態(tài)IT架構(gòu)的支撐- 66 -共七十六頁目前(mqin)的IT架構(gòu)- 67 -Email 零售 生產(chǎn) ERP CRM服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)庫交易過程互聯(lián)網(wǎng)門戶文件系統(tǒng)底層系統(tǒng)管理./安全底層系統(tǒng)管理./安全底層系統(tǒng)管理./安全財務(wù)商業(yè)流程共七十六頁未來10年集成了云計算應(yīng)用的動態(tài)(dngti)IT架構(gòu)- 68 -商業(yè)流程協(xié)作消息服務(wù)/資源管理 & 安全集成(j chn)&開發(fā) 用戶界面 & 接口 虛擬應(yīng)用 虛擬信息虛擬存儲虛擬進(jìn)程底層結(jié)構(gòu)虛擬 強(qiáng)化:減少費用& 提高質(zhì)量虛擬化:簡