基于云計算的電子商務網(wǎng)站的改造*

王曉燕

(陜西工商職業(yè)學院教務處，陜西 西安 710119)

一、背景及研究意義

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息化在各個領域開花結(jié)果，越來越多的人把越來越多的事情交給互聯(lián)網(wǎng)來處理。在不斷提升互聯(lián)網(wǎng)用戶工作效率和生活質(zhì)量的同時，對于互聯(lián)網(wǎng)應用提供商來說，數(shù)據(jù)量和計算的壓力也越來越大。為了提供更高質(zhì)量的服務，互聯(lián)網(wǎng)提供商的機房被不斷擴建，更多的計算機和相關設備被生產(chǎn)出來，并部署在這些機房，隨之而來的自然是避免不了的高額成本。這里的成本不止是維持一個服務器集群所需要的電力、冷卻和互聯(lián)網(wǎng)帶寬等維護成本，還有越來越高的投入門檻——對于成長型的網(wǎng)站，建立服務器集群的初始投資正在困擾著那些心懷創(chuàng)意的網(wǎng)站創(chuàng)業(yè)者。

對于互聯(lián)網(wǎng)應用的代表之一，電子商務網(wǎng)站即“在線商城”，即便在花費巨額資金之后擺脫了上述困擾，又開始遭遇耗費不菲的人力物力搭建和維護的大量計算資源在很長的時間段內(nèi)卻被閑置和浪費的困境。在傳統(tǒng)的模式下，為了滿足以國慶，春節(jié)甚至11月11日“光棍節(jié)”為代表的節(jié)假日里，突發(fā)客流高峰下系統(tǒng)仍然可以為客戶提供可接受的用戶體驗的要求，在線商城提供商必須部署一個可以滿足最高峰客流的服務器集群，而在這些假期結(jié)束之后，這個集群將會以很低的資源占用率運行，長期的看，維護和購置成本存在巨大的浪費。如何才能擁有一個“彈性”——也就是高可用和高擴展性——的計算資源，可以在高峰到來時增加計算資源以獲取更好的用戶體驗，而在低谷時減少計算資源以節(jié)約運維成本?這是擺在每一個電子商務網(wǎng)站甚至每一個互聯(lián)網(wǎng)應用的開發(fā)者和維護者面前的巨大挑戰(zhàn)。除此之外，現(xiàn)有的電子商務網(wǎng)站多數(shù)建立于數(shù)年前，已經(jīng)擁有穩(wěn)定的客流，雖然期望通過改造實現(xiàn)高擴展性和可用性來解決目前的危機，但是因為要控制投資規(guī)模和降低風險，仍然希望盡可能少的對現(xiàn)有系統(tǒng)進行調(diào)整。

在盡可能少的對現(xiàn)有系統(tǒng)進行修改的前提下，探索一條基于云計算技術解決這個難題的途徑，這就是本文的主要研究目的。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

面對上文談到的挑戰(zhàn)，人們嘗試通過使用計算能力更強大的計算機，效率更高的基礎軟件，如操作系統(tǒng)，服務器和數(shù)據(jù)庫等來解決問題，但是這些顯然無法從根本上實現(xiàn)“彈性”。于是，業(yè)內(nèi)人士普遍認為，互聯(lián)網(wǎng)提供商需要更加徹底的技術變革［1］。這種變革主要體現(xiàn)在兩個方面，云計算的興起和BASE(基本可用，軟狀態(tài)及最終一致)風格［2］的形成。

三、云計算的興起

這場變革是從虛擬化技術的普及開始的。虛擬化實現(xiàn)了資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，大大降低了管理復雜度，提高了資源利用率和運營效率，從而有效地控制了IT的成本。

但是只有這些是不夠的，硬件的虛擬化需要構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，所以硬件采購、軟件安裝、系統(tǒng)維護等環(huán)節(jié)也是避免不了的。于是，租借數(shù)據(jù)中心成為了解決剩余問題的法寶。就像上個世紀早期，人們從自備發(fā)電機發(fā)電轉(zhuǎn)向使用發(fā)電廠提供給公眾的電能，向面向公眾開放的數(shù)據(jù)中心租借抽象后的虛擬化計算資源來搭建自己的信息化系統(tǒng)開始替代自己建立和維護數(shù)據(jù)中心。這樣，對數(shù)據(jù)中心有很大需求的互聯(lián)網(wǎng)提供商，比如電子商務網(wǎng)站可以擺脫對數(shù)據(jù)中心的搭建和維護，只需要向計算資源租賃服務的提供者 (就是下文談到的云計算提供商)租借統(tǒng)一的計算單元就可以承載自己的計算任務了。這樣，電子商務網(wǎng)站在遇到淡季時少租借一些，而旺季多租借一些計算單元就可以初步實現(xiàn)上文提到的彈性計算。因為作為計算資源的使用者并不了解自己使用的計算資源來自什么樣的計算機和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，這些信息都被互聯(lián)網(wǎng)隔離而且不需要使用者關注，人們形象的稱這種提供計算資源的服務為“云計算”。

總之，云計算是一種采用創(chuàng)新的計算模式可以使用戶對計算和服務取用自由、按量付費。一般的說，云計算有3個最基本的特征:第一是基礎設施架構(gòu)在大規(guī)模的服務器集群之上;第二是應用程序與底層服務協(xié)作開發(fā)，最大限度地利用資源;第三是通過多個服務器之間的冗余，通過軟件獲得高可用性。［3］

根據(jù)云計算提供商提供服務的層次和對平臺架構(gòu)的隔離程度，業(yè)界將云計算分為以下三個層次:基礎設施即服務 (IaaS)，平臺即服務 (PaaS)和軟件即服務 (SaaS)［4］，三者的層次如圖1所示。

圖1 :云計算的分層［5］

基礎設施即服務 (IaaS):這個層次的云計算服務涵蓋了計算機硬件，網(wǎng)絡設施，安全保障，備份冗余等基礎設施。使用IaaS的用戶面對的是一臺虛擬化的機器，只需要自行安裝和管理操作系統(tǒng)，服務器軟件，自身業(yè)務系統(tǒng)即可。IaaS是云計算的基礎。直接使用的話，IaaS的主要優(yōu)點是對現(xiàn)有系統(tǒng)的影響最小;缺點是進行計算量伸縮 (增加或減小計算能力)有明顯的時間間隔，沒有實現(xiàn)無縫伸縮。IaaS的代表有美國亞馬遜公司提供的EC2計算服務，日本IIJ株式會社提供的IIJ GIO服務等。

平臺即服務 (PaaS):這個層次的云計算服務是在IaaS的基礎上增加了操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，服務器軟件和一些中間件。使用PaaS的用戶面對的是一個運行平臺，只需要部署和維護基于該平臺開發(fā)的系統(tǒng)即可。PaaS的主要優(yōu)點是可以實現(xiàn)計算量隨使用需求自由增大和縮小，并按照使用量進行計費，真正實現(xiàn)了無縫伸縮;缺點是使用者需要根據(jù)云計算提供商的平臺進行系統(tǒng)開發(fā)或改造。PaaS的代表有美國微軟公司提供的Windows Azure平臺，美國谷歌公司提供的AppEngine平臺等［5］。

軟件即服務 (SaaS):SaaS是云計算在最終用戶面前的展現(xiàn)形式，最終用戶不需要關心系統(tǒng)的細節(jié)，只需要通過互聯(lián)網(wǎng)直接使用即可。因為這個層次的云計算是直接面對最終用戶的，在本文中就不進行深入探討了。SaaS的代表有美國Salesforce公司提供的在線CRM網(wǎng)站等。

四、BASE風格的形成

除了以云計算為代表的計算和商業(yè)模式的創(chuàng)新，業(yè)務處理的模型也在發(fā)生著轉(zhuǎn)型。為了應對軟件系統(tǒng)對擴展性等的要求，2000年7月19日，Eric Brewer教授 (現(xiàn)執(zhí)教于加州大學伯克利分校)在ACM研討會上提出了著名的CAP理論“任何分布式系統(tǒng)在一致性，可用性和分區(qū)容錯性 (可以理解為可擴展性)三者中只能滿足兩者”［6］，隨后學術界對這個理論進行了證明［7］。后來因為業(yè)務的快速膨脹，一些成長型的網(wǎng)站開始陸續(xù)遭遇CAP原則帶來的困境——傳統(tǒng)的設計思想中維持強一致性是首要任務，這樣的系統(tǒng)中可用性和分區(qū)容錯性很難得到保證。根據(jù)業(yè)務的需要，多數(shù)網(wǎng)站開始尋求在對一致性做出一定退讓的前提下，提高可用性和分區(qū)容錯性的解決方案。于是以業(yè)務分區(qū)為代表的一系列反傳統(tǒng)設計范式的技術方案開始被大規(guī)模應用。在這個反傳統(tǒng)的浪潮中，eBay公司的架構(gòu)師Dan Pritchett博士于2008年用BASE風格(基本可用、軟連接和最終一致性)這個概念深入總結(jié)了適度犧牲一致性換取高可用和高擴展性的技術思想［2］，BASE風格也就成為了解決高可用和高擴展性的新選擇。

理論上的進步帶來了技術的進一步發(fā)展。早在BASE風格被總結(jié)歸納之前，亞馬遜公司就推出了基于BASE風格設計的Amazon S3數(shù)據(jù)服務，并且引入了對用戶屏蔽數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)，根據(jù)實際使用量付費的新運營模式。后來，這種對擴展性更加友好的技術思想伴隨著擁有高可用性和擴展性的云計算平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)服務提供商，尤其是成長型的網(wǎng)站看到了低成本解決可用性和擴展性的新思路。

五、小結(jié)

綜上所述，在解決高可用及高擴展性計算方面，國內(nèi)外的專家學者以及工程師們正在尋找多種解決方案。云計算平臺解決了計算和商業(yè)模式的問題，BASE風格解決了業(yè)務邏輯中常見的與云計算相沖突的部分。作者認為，理論上講，只要按照BASE原則設計和實現(xiàn)網(wǎng)站系統(tǒng)，然后在云計算平臺——尤其是擴展性和可用性更好的PaaS——上部署就能實現(xiàn)前文所提到的“彈性”計算。

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［1］《虛擬化與云計算》小組.虛擬化與云計算 ［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［2］D.Pritchett，“BASE:An Acid Alternative，”ACM Queue，卷 Volumn 6 Issue 3:48 －55，2008.

［3］陳康，鄭緯民.云計算:系統(tǒng)實例與研究現(xiàn)狀［J］.軟件學報2009，(5):1337－1348，2009.

［4］梁爽.基于SOA的云計算框架模型的研究與實現(xiàn) ［J］.計算機工程與應用，2011，(35):92－94，2011.

［5］BillLiu.解析Windows Azure云計算操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ［J］.微軟 TechEd2011，北京:2011.

［6］E.Brewer，“Towards Robust Distributed Systems，”ACM Symposium on Principles of Distributed Computing Keynote 2000－7－19，Portland，Oregon，2000.

［7］N.L.Gilbert，“Brewer＇s conjecture and the feasibility of consistent，available，partition － tolerant web services，”ACM SIGACT News，卷 Volume 33 Issue 2，pp.51 －59，2002. ［8］D.Giuseppe，“Dynamo:amazon＇s highly available key－ value store，”出處 Proceedings of twenty－first ACM SIGOPS symposium on Operating systems principles，Skamania Lodge Stevenson，WA，USA，2007.