云计算技术及应用浅谈

肖 刚

近几年,云计算成为广泛关注的话题,本质上它不是技术创新,而是服务模式的创新,它使 IT服务变得更简单、更易获取。广义云计算,是服务的交付和使用模式通过网络以按需、易扩展的方式获得,这种服务可以是 IT软件,也可以是任意的与互联网相关的服务。

1 云计算结构

云计算是并行计算 (Parallel Computing)、分布式计算 (Distributed Computing)、网格计算(Grid Computing)三大科学概念的商业实现。其核心是在大量的分布式计算机上 (非本地机或远程服务器)进行运算。从功能结构上看,系统由存储层、基础管理层、应用接口层和访问层四部分组成。

1.1 存储层

存储层是云计算最基础的部分,承载在各类存储设备上。如 FC光纤通道存储设备,NAS、iSCSI等 IP存储设备,SCSI或 SAS等 DAS存储设备。这些物理存储设备分布在网络的不同区域,通过统一的管理系统,实现硬件的状态监控和故障维护,打破了物理机限制的逻辑化存储空间。

1.2 基础管理层

基础管理层是云计算最核心的部分,通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术,实现存储设备的协同工作,保证多个设备对外提供同一种服务,并通过资源协作提高数据访问性能。本层需要保障用户的安全,一是不同用户间数据授权的安全,另一个是数据本身的安全和稳定。

1.3 应用接口层

应用接口层是云计算最灵活的部分,用来实现应用服务系统对基础层的不同开发环境和 API,如视频监控应用平台、IPTV等服务平台。

1.4 访问层

访问层是用户请求的响应层,授权用户通过标准的公用应用接口登录云,云系统响应用户请求,分配相关资源。

从上面的结构模型可知,云存储系统是一个多设备、多应用、多服务协同工作的集合体,是多种技术融合发展的结果。

2 云计算特点

1.虚拟化:云计算支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务。这个 “端”可以是笔记本、手机,也可以是 PDA。终端通过网络的 IT资源来完成所需的一切服务。

2.高可靠性:“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施,来保障服务的高可靠性。使用云计算比使用本地计算机可靠。

3.通用性:云计算不针对特定的应用,在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用,同一个 “云”能同时支撑不同应用的运行。

4.按需服务: “云”是一个庞大的资源池,按需购买;云的资源可以象自来水、电、煤气那样计费。

3 典型应用

目前,云计算已开始商用,有基础架构即服务(Infrastructure asa Service)、平台即服务 (Platform as a Service)和软件即服务 (Software as a Service)3种基本的云计算类型。

云存储可对外提供不同的服务,根据服务类型和面向的用户不同,云存储服务可以分为个人级应用和企业级应用。

3.1 个人级云存储

3.1.1 网络磁盘

网络磁盘是在线存储设备。云系统通过强大的资源调度能力,将分布在不同区域的物理服务器虚拟成一个个的逻辑服务器,构成一个存储空间池,使用者可根据自己的需要调用空间池的逻辑资源使用。当空间使用完后重新释放,返回空间池供其他使用者使用。使用者可通过 Web访问方式来上传和下载文件,实现个人重要数据的存储和网络化备份。这种服务使用户存取文件就像在银行中存取钱一样随时、随地,按需存取。所有的应用文件通过网络存在云中虚拟磁盘中。而云中的虚拟磁盘是构筑在物理服务器中,与业务应用无关。

3.1.2 在线文档编辑

与网络硬盘业务相比,在线文档编辑是将应用程序的运行 “云”端化,应用程序需要的内存、CPU资源完全由云端提供。云系统将分布在不同区域的物理 CPU、内存进行逻辑组合,统一调度,分配给发起需要的用户使用。这种调度方式能够实现按需分配,即用户处理量大分配的资源就多。这种在线编辑的方式,使用户不需要在个人 PC上安装文档 (office)软件,只需要打开在线文档网页,就可以进行文档编辑和修改,并将编辑完成的文档保存在系统提供的个人存储空间中。无论使用者走到哪儿,都可以登录系统,打开保存在云存储系统中的文档。通过云存储系统的权限管理功能,就能轻松实现文档的共享、传送及版权管理。

以上 2种应用的特点是将硬盘、CPU、内容这些 IT资源逻辑虚拟化后,通过统一调度提高用户使用的效率,弱化应用对终端的要求,将资源云端化。事实上,面向个人的应用还有很多,如打破服务器地域限制的网络游戏。

3.2 企业级云存储

企业级云应用需解决企业面临的诸多 IT问题。

3.2.1 企业空间租赁

信息化的不断发展使得各企业、单位的信息数据量呈几何曲线增长。传统方式意味着硬件设备、机房环境、维护成本的投入。通过高性能、大容量云存储系统,云计算能为无法单独购买大容量存储设备的企事业单位提供方便快捷的空间租赁服务,同时,大量专业的技术人员的日常管理和维护可以保障云存储系统运行安全,确保数据不会丢失。

3.2.2 企业级远程数据备份和容灾

企业数据的安全性随着数据量的增长也日益凸显。通过高性能、大容量云存储系统和远程数据备份软件,云系统的安全模块能为需要远程数据备份和容灾的企事业单位提供安全服务。

这 2种企业级的云应用方案,也是将 IT基础资源云端化的实现方式,与个人应用相比,企业级的应用对资源冗余、实时性要求更高一些。

3.3 运营商级的云计算

与个人及企业级的应用相比,运营商级的应用更偏向对业务流的优化和不同业务之间的资源配置方案。

3.3.1 云主机

提供虚拟主机业务的 IDC运营商需要投入大量的服务器,传统的提供方式有 2个特点:①通过一台物理机上虚拟多台主机,通过运行在物理机上的资源管理软件,提高虚拟机的运行效率;②虚拟的主机空间是固定的,需要同时占用相应的物理空间。传统的提供方式仅能在一台物理服务器上实现资源调度和分配;而且客户选择业务时,必须按照需求的最大量订购业务。不仅访问网站的效率不高,而且需要客户购买过剩的资源。带来的现实问题是虚拟主机提供商需要投入大量的物理服务器,给机房用电带来很大的挑战 (一般的 IDC机房,电源消耗占总运营成本的 40%)。

云计算系统通过将数量众多物理服务器纳入到统一的资源调度中,实现不同物理机硬盘、CPU、内存的统一调度,不同资源之间的互补。比如,采取消耗内存资源多的游戏服务器与消耗硬盘资源多的视频应用分配到相同的物理机上;不同时间段的协作,如夜间 BT下载类与白天 Web浏览类应用分配到相同物理机上等手段,提高了服务器利用率,同时还扩展了业务量。

一项测算数据表明,相同的业务量,采用云计算系统部署服务器是传统服务器部署的十二分之一,这对机房空间、电源消耗都是一项巨大的节约。同时云主机由于实现了 CPU资源协作,还能提高网站的访问效率,有助于运营商提升服务质量。因此,部署云主机的 IDC机房,即减少了成本又提高了服务。

3.3.2 互联网内容聚合系统

互联网内容日益丰富,网络视频 (含高清)日益成为主流。视频类网站也层出不穷,比如运行时间较长的迅雷、风行、优酷、土豆、快播等,后起的新浪、搜狐高清频道。这些视频提供者发展快,要求网络部署快,用户网络质量高。运营商如何快速的将这些内容引入到网内关系到企业的发展战略。传统的方式需要在网内投入大量服务器,通过镜像系统将所有的内容源引入到网内。这种方式投入大,部署周期长。通过云计算系统可以快速的完成热点内容的部署,图 1是互联网内容云计算引入图。利用流量分析与控制系统,发现网内用户的访问热点,通过云系统将内容提供商的内容源镜像到云存储空间中,然后重定向给访问用户。这种方式运营商仅需投入少量服务器,通过云计算方式分配服务器资源,内容提供商做好内容分发就能完成。不仅运营商和内容商投入少,而且内容使用者在使用方式无任何变化的同时视频观看效果有极大的提高。

图 1 互联网内容云计算引入示意图

运营商的这 2种方案优化了资源分配方案,改变了业务流。事实上,运营商级的应用还不止这些。庞大的计算功能使得对业务流的分析成为可能,运营商还可进行有害信息的跟踪和定位,为安全的信息环境提供技术手段的保证。

3.4 云计算应用的特点

云计算的应用概括起来,可总结如下几点:第一,云系统是将核心的计算资源云端化、集约化,这使复杂应用成为可能。这里的复杂不是应用流程的复杂,而是计算过程的复杂。第二,应用更趋向安全化。由于虚拟的资源不再依托一台物理设备,极大的减少了单设备故障、面向目标对象的网络攻击所带来的灾难。第三,能够实现对数据流的再造,这使应用的发掘更像 “搭积木”,通过对数据流的改变,开发出更符合市场需求的服务来。

(责任编辑:诸 红)